(Luận án) Một số kỹ thuật dự báo vị trí và truy vấn các đối tượng chuyển động trong cơ sở dữ liệu không gian thời gian

BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆN HÀNLÂM KHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆ NGUYỄNTIẾNPHƯƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT DỰ BÁO VỊ TRÍ VÀ TRUY VẤNCÁCĐỐITƯỢNGCHUYỂN ĐỘNGTRONGCƠSỞ DỮLIỆU KHƠNGGIAN-THỜIGIAN Chunngành:CơsởtốnhọcchotinhọcMãsố :62460110 LUẬNÁNTIẾNSĨTỐNHỌC HÀNỘI-2015 BỘGIÁODỤC VÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂM KHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆ NGUYỄNTIẾNPHƯƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT DỰ BÁO VỊ TRÍ VÀ TRUY VẤNCÁCĐỐITƯỢNGCHUYỂN ĐỘNGTRONGCƠSỞ DỮLIỆU KHƠNGGIAN-THỜIGIAN Chunngành:CơsởtốnhọcchotinhọcMãsố :62460110 LUẬNÁNTIẾNSĨTỐNHỌC NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: 1.PGS.TS.ĐặngVănĐức HÀNỘI-2015 LỜICAMĐOAN Tơi xin cam đoan kết trình bày luận án mới, trung thực chưatừngđượccơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhcủaaikhác.Nhữngkếtquảviếtchungvớicánbộhư ớngdẫnđãđượcsự đồngýkhiđưavàoluậnán Nghiêncứusinh NguyễnTiếnPhương LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS TS Đặng Văn Đức tậntìnhhướngdẫn,giúpđỡtơitrongqtrìnhnghiêncứuvàhồnthànhluậnánnày Tơi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Công nghệ thông tin, Viện HànlâmKhoahọcvàCơngnghệViệtNamđãtạođiềukiệnthuậnlợichoqtrìnhnghiêncứu mình, cảm ơn các phịng Hệ thơng tin Địa lý nhiệt tình trongcơngtác,giúptơidànhthờigianhồnthànhluậnán Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ln nguồn độngviên,ủnghộ,giúptơithêmđộnglựcđểhồnthànhtốtluậnánnày NCS.NguyễnTiếnPhương MỤCLỤC LỜICAMĐOAN LỜICẢMƠN MỤCLỤC DANHMỤCCÁCTỪVIẾTTẮTVÀKÝHIỆU DANHSÁCHHÌNHVẼ DANHSÁCHBẢNG MỞĐẦU 10 Cácứngdụngcủadịchvụdựatrênvịtrí 10 Tìnhhìnhnghiêncứutrênthếgiớivàtrongnước .12 a Mơhìnhhóadữ liệuvịtrí 13 b Cáccáchtiếpcậnxử lýtruyvấnphụthuộcvịtrí .15 c Tínhriêngtư 18 Chương1CƠSỞDỮLIỆUCÁCĐỐITƯỢNGCHUYỂNĐỘNG 22 1.1 Mộtsốkháiniệmcơbản .22 1.1.1 Cơsởdữ liệukhônggian-thờigian 22 1.1.2 Cơsởdữ liệucácđốitượngchuyểnđộng 24 1.1.3 Dữliệutrongcơsởdữliệucácđốitượngchuyểnđộng 26 1.1.4 Truyvấntrongcơ sởdữ liệucácđốitượngchuyểnđộng 27 1.2 Cácvấnđềcầngiảiquyết 29 1.2.1 Vấnđềvềmơhìnhhóavịtrí .29 1.2.2 Vấnđềvềngônngữ truyvấn 30 1.2.3 Vấnđềvềlậpchỉmục 30 1.2.4 Vấnđềvềtínhkhơngchắcchắn/khơngchínhxác 31 Chương2D Ự ĐỐNVỊTRÍCỦAĐỐITƯỢNGCHUYỂNĐỘNG 33 2.1 Dựđốnvịtrícủađốitượngdựatheohàmchuyểnđộng .35 2.1.1 Dựđốndựatheohàmtuyếntính 36 2.1.2 Dựđoándựatheohàmphituyến 36 2.2 Dựđoándựatrênhànhvicủađốitượng .50 2.2.1 Luậtkếthợp 52 2.2.2 ThuậttoánphâncụmdựatrênmậtđộDBSCAN 53 2.2.3 Mẫu hìnhdichuyển 54 2.2.4 Khaiphámẫuhìnhdichuyển .57 2.2.5 Khaipháluậtkếthợpcủamẫuhìnhquỹđạođểdựđốnvịtrícủađốitượngchuyểnđộng.61 Chương3L Ậ P CHỈMỤCDỮLIỆUKHƠNGGIAN-THỜIGIAN 71 3.1 R-tree 73 CấutrúccâyR-tree .73 3.2 TPR-tree 76 CấutrúccâyTPR-tree 76 3.3 TPR*-tree 80 3.4 DO-TPR*-tree .81 3.4.1 Cấu trúccâyDO-TPR*-tree .83 3.4.2 ThuậttốntìmkiếmDOA_Search 84 3.4.3 Kếtquảthựcnghiệm 89 KẾTLUẬN 95 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHĐÃCƠNGBỐ .97 TÀILIỆUTHAMKHẢO 98 DANHMỤC CÁCTỪVIẾTTẮTVÀ KÝ HIỆU 2D/3D CAMEL DBMS DOA_Search DO-TPR*-tree EWMA 2/3Dimensional– 2/3chiều ContinuousActiveMonitorEngine-Cơchếgiám sáttíchcựcliên tục DatabaseManagement System– Hệquảntrịcơsởdữliệu ThuậttốntìmkiếmđiềuchỉnhtheomậtđộcủanúttrêncâyDOTPR*-tree Cấu trúc điều chỉnh theo mật độ dựa TPR*treeExponentiallyWeightedMovingAverage–Trungbìnhđộngtrọng sốmũ GIS Geographical Information System – Hệ thống thông tin địa lýGPRS GeneralPacketRadio Service-Dịchvụvơtuyến góitổnghợpGPS GlobalPositioningSystem–Hệthốngđịnhvịtồncầu GSM GlobalSystemforMobileCommunications-Hệthốngthơngtindi độngtồncầu LBS LocationBasedService–Dịchvụdựatrênvịtrí MAI Motion Adaptive Indexing - Chỉ mục thích ứng chuyển độngMBR MinimumBoundingRectangle–Hìnhchữnhậtbaonhỏ MODB MODM MQM MSB PLACE RMF MovingObjects Databas e –Cơ sởdữliệ u cácđốitượ ng chuyển động MovingObjectsDatabaseModel– Mơhìnhcơsởdữliệucácđốitượngchuyểnđộng MonitoringQueryManagement-Quảnlý giámsáttruyvấn Motion-Sensitiveb o u n d i n g B o x e s Hộpranhgiớinhạychuyển động Pervasive Location-Aware Computing Environments - Mơi trườngtínhtốnkhắpnơinhậnbiếtvịtrí Recursive Motion Function–Hàmchuyển độngđệquy SINA SMA Scalable INcremental hash-based Algorithm – Thuật tốn đánh giácáctruyvấnphụthuộcvịtríđồngthời SimpleMovingAverage–TrungbìnhđộngđơngiảnSMS ShortMessageServices–Dịchvụtinnhắnngắn TM TransitionMatrix–Matrậnchuyểnđổi VBR Velocity Bounding Rectangle – Hình chữ nhật bao vận tốcVCI Velocity-ConstraintIndexing–Chỉ mụcràng buộcvậntốc W-EWMA WindowE x p o n e n t i a l l y Weighted M o v i n g A ve ge – Trung bì nh độngtrọng sốmũ sửdụngcửasổgiớihạn DANHSÁCHHÌNHVẼ Hình0.1.Mơitrườngnhậnbiếtvịtrí 10 Hình0.2.Cácthiếtbịđịnhvịvịtrí 11 Hình0.3.Ứngdụngcủahệthốngquảnlývàđiềuhànhgiaothơngđơthị 11 Hình1.1.Cơsởdữliệukhơnggian-thờigianvàMODB 23 Hình1.2.MơhìnhhệthốngứngdụngMODB 25 Hình1.3.Điểmchuyểnđộngrờirạcvàliêntục .27 Hình1.4.CáckiểutruyvấnphổbiếntrongMODB .28 Hình1.5.NgữnghĩacủaCĨTHỂvàCHẮCCHẮNtrongMODB 31 Hình2.1.Dự đốnsaicủamơhìnhtuyếntính 37 Hình2.2.Sosánhthờigiantínhtốncủacáckỹthuậtdự đốn 46 Hình2.3.SosánhkếtquảdựđốncủacủaW-EWMAvàEWMA 47 Hình2.4.Ảnhhưởngcủawvớikếtquảdự đốn 48 Hình2.5.Ảnhhưởngcủagiátrịvớikếtquảdựđốn 49 Hình2.6.Quỹđạochuyểnđộngcủađốitượngvàcácthơngtinđịalý 55 Hình2.7.Phântáchquỹđạocủađốitượng 58 Hình2.8.Quỹđạocon .59 Hình2.9.Quytrìnhkhaiphámẫuhìnhdichuyển 60 Hình2.10.Sailệchkhidựđốndichuyểncủađốitượngtrongthựctế .62 Hình2.11.Sosánhđộchínhxáccủahaiphươngphápdựđốn 69 Hình3.1.CáccấutrúccâypháttriểntừTPR-tree(2005-2012) .72 Hình3.2.BiểudiễnhaichiềucủaR-tree 75 Hình3.3.BiểudiễncấutrúccâyR-tree 75 Hình3.4.CácđiểmchuyểnđộngởcácnútlácủaTPR-tree .76 Hình3.5.CácđiểmchuyểnđộngtrongcácnúttrunggiancủaTPR-tree 77 Hình3.6.Cậpnhậtkhoảnggiớihạntheothamsốthờigian 78 Hình3.7.BiểudiễnnúttrunggiantrongcâyTPR-tree 79 Hình3.8.Vùngquéttừthờiđiểm0đếnthờiđiểm1 81 Hình3.9.MBRcủaRtạithờiđiểmkhởitạo0vàmởrộngR1tạithờiđiểm1 82 Hình3.10.Ảnhhưởngcủađộlớnphạmvitruyvấn 92 Hình3.11.SosánhhiệunăngcủaDO-TPR*-treevớiTPR*-tree 93