Phương pháp tổ chức dữ liệu cho các đối tượng chuyển động hỗ trợ hệ thống VNtracking

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lƣơng Thành Đƣợc PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC DỮ LIỆU CHO CÁC ĐỐI TƢỢNG CHUYỂN ĐỘNG HỖ TRỢ HỆ THỐNG VNTRACKING LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lƣơng Thành Đƣợc PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC DỮ LIỆU CHO CÁC ĐỐI TƢỢNG CHUYỂN ĐỘNG HỖ TRỢ HỆ THỐNG VNTRACKING Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Hoàng Đỗ Thanh Tùng Thái Nguyên - 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi, Lương thành Được xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do tôi tự sưu tầm, tra cứu và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài. Nội dung luận văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và cũng không được sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Phần mã nguồn của chương trình do tôi thiết kế và xây dựng, trong đó có sử dụng một số thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn phí trên mạng Internet. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Ngƣời cam đoan Lƣơng Thành Đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, luận văn “Phương pháp tổ chức dữ liệu cho các đối tượng chuyển động hỗ trợ hệ thống VNTracking” đã hoàn thành. Ngoài sự cố gắng hết mình của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự khích lệ từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo TS Hoàng Đỗ Thanh Tùng – Viện Công Nghệ Thông tin thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là giáo viên hướng dẫn tôi trong suốt thời gian làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô làm việc tại Viện Công Nghệ thông tin, các thầy cô tại trường Đại học Công Nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong quá trình học tập. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị làm việc tại Trung tâm Tin học Viễn thông Hải Phòng đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn tất cả bạn bè đã và đang động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2012 Học viên Lƣơng Thành Đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT III DANH SÁCH BẢNG IV DANH SÁCH HÌNH V PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GPS VÀ ÁP DỤNG BÀI TOÁN GPS CHO HỆ THỐNG VNTRACKING 2 1.1. Tổng quan về hệ thống GPS 2 1.1.1. Khái niệm cơ bản về GPS 2 1.1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS 2 1.1.3. Hoạt động của GPS 3 1.1.4. Thành phần tín hiệu của GPS 4 1.2. Bài toán GPS trong quản lý đối tượng chuyển động VNTracking 5 1.2.1. Mô hình hệ thống 5 1.2.2. Các phương thức hoạt động của hệ thống VNTracking 6 1.2.3. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống VNTracking online 7 2.3. Phân tích mô hình cơ sở dữ liệu của hệ thống VNTracking 11 CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC DỮ LIỆU CHO ĐỐI TƢỢNG CHUYỂN ĐỘNG 13 2.1. Cơ sở dữ liệu không gian truyền thống 13 2.1.1. Khái niệm R-tree 13 2.1.2. Cấu trúc R-tree 14 2.1.3. Thuật toán R-tree 16 2.2. Các phương pháp lập chỉ mục 23 2.2.1. Lập chỉ mục quá khứ tiến trình không-thời gian 24 2.2.1.1. Phương pháp tiếp cận đơn giản 25 2.2.1.2. Phương pháp tiếp cận từng phần liên tục 28 2.2.1.3. MV3Rtree 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.2.1.4. Lập chỉ mục cho các quỹ đạo (quá khứ) của các vị trí 36 2.2.2. Lập chỉ mục cho hiện tại và tương lai của đối tượng chuyển động 43 2.2.2.1. Khái niệm TPR-tree 44 2.2.2.2. Cấu trúc và thuật toán TPR-tree (Time parameterizer R-tree) 45 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 52 3.1. Thiết kế dữ liệu 52 3.2. Thiết kế file chỉ mục. 53 3.3. Thiết kế chương trình. 54 3.3.1. Biểu đồ lớp 55 3.3.2. Biểu đồ tuần tự 59 3.4. Một số kết quả thử nghiệm chương trình 61 3.4.1. Form chương trình 61 3.4.2. Thử nghiệm 64 3.4.3. Đánh giá 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile Communications GPRS General Packet Radio Service GIS Geographic Information System SMS Short Message Services MBR Minimum Bounding Rectangle HR-tree Historical R-tree 2D 2 Dimensional 3D 3 Dimensional MBB Minimum Bounding Box STR-tree Spatio-Temporal R-tree TB-tree Trajectory-Bundle tree SAM Spatio Access Methods MV3R-tree Multiversion 3D R-tree TPR-tree Time Parameterized R-tree VBR Velocity Bounding Rectangle Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1. Các thành phần cơ bản của hệ thông GPS 4 Bảng 1.2. Diễn giải của một khung bản tin 7 Bảng 3.1. Dữ liệu của một số đối tượng chuyển động tại thời điểm hiện tại 53 Bảng 3.2. Thông tin cấu trúc của file trên đĩa 53 Bảng 3.3. Thông tin của TPR-tree 54 Bảng 3.5. Thông tin phần tử 54 Bảng 3.6. Chức năng của các lớp 55 Bảng 3.7. TRP-tree tại khoảng thời gian khác nhau với 10k 65 Bảng 3.8. TRP-tree tại khoảng thời gian khác nhau với 30k 65 Bảng 3.9. TRP-tree tại khoảng thời gian khác nhau với 50k 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống GPS 2 Hình 1.2. Ý tưởng định vị của hệ thống GPS 3 Hình 1.3. Mô hình của hệ thống VNTracking 5 Hình 1.4. Mối quan hệ giữa các bảng của hệ thống VNTracking 8 Hình 1.5. Tìm kiếm vị trí và thông tin hiện thời của xe trên bản đồ 9 Hình 1.6. Xem nhanh các lộ trình của đối tượng 10 Hình 1.7. Kết xuất các báo cáo dừng đỗ của đối tượng 10 Hình 2.1. Biểu diễn cây R-tree 15 Hình 2.2. Biểu diễn 02 chiều của một R-tree 15 Hình 2.3. Trường hợp phân chia node (a) bad split, (b) good split 21 Hình 2.4. Phân chia phần tử thành các nhóm node mới 21 Hình 2.6. Hình hộp giới hạn với chiều thời gian 26 Hình 2.7. (1) Kiểu hình hộp (2) 3DR-tree 27 Hình 2.8. Một ví dụ của truy vấn theo mốc thời gian 28 Hình 2.9. Một R-tree ở thời gian T 0 , T 1 , T 2 29 Hình 2.10. Phương pháp chồng chéo 29 Hình 2.11. Chèn vào một phiên bản mới e 1 thay thế đối tượng e 0 31 Hình 2.12. Chèn một phiên bản mới của e 1 thay thế đối tượng e 0 . 32 Hình 2.13. Nhân đôi một phần tử trung gian 33 Hình 2.14. Xử lý overflow 33 Hình 2.15. Làm dư thừa các phần tử khi bị tràn 34 Hình 2.16. Nhân đôi một phần tử trong khi xoá 34 Hình 2.17. Kết hợp của MVR-tree và 3DR-tree 36 Hình 2.18. Chuyển động của một đối tượng không gian và quỹ đạo tương ứng 37 Hình 2.19. (a) Xấp xỉ quỹ đạo sử dụng MBB (b) Ánh xạ của đoạn đường thẳng trong một MBB 38 Hình 2.20. Xử lý chèn cho STR-tree 39 Hình 2.21. Các kiểu chia đoạn 39 Hình 2.22. (a) Nút cha là không đầy đủ, (b) Nút cha đầy đủ 40 Hình 2.23. Cấu trúc TB-tree 41 Hình 2.24. (a) truy vấn Topological, (b) truy vấn Combined 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi Hình 2.25. Các điểm di chuyển và kết quả Leaf-Level MBRs 44 Hình 2.26. Ví dụ các điểm di chuyển như các Leaf Node của TPR-tree 46 Hình 2.27. Ví dụ các điểm di chuyển như các Internal Node của TPR-tree 46 Hình 2.28. Ví dụ cập nhật khoảng giới hạn theo tham số thời gian 48 Hình 2.29. Ví dụ truy vấn Timeslice trong TPR-tree 49 Hình 2.30. Ví dụ giao của một khoảng thời gian giới hạn và một truy vấn 50 Hình 3.1. Biểu đồ lớp của R-tree 58 Hình 3.2. Biểu đồ tuần tự 59 Hình 3.3. Form chính của chương trình 62 Hình 3.4. Form cấu hình dữ liệu 62 Hình 3.5. Form tạo cây Rtree 63 Hình 3.6. Form truy vấn dữ liệu 63 Hình 3.7. Form kết quả nhận được sau khi truy vấn 64 Hình 3.8. Kết quả thử nghiệm Avg data retrieves 66 Hình 3.9. Kết quả thử nghiệm Avg Node access 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... hoá và tìm ra phương pháp tổ chức dữ liệu nhằm tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên và tăng tốc độ truy xuất là cần thiết khi sản phẩm được sử dụng rộng rãi Trong luận văn này tôi tập trung tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp tổ chức cơ sở dữ liệu cho đối tượng chuyển động, từ đó đưa ra phương pháp tối ưu để hỗ trợ cho các hệ thống quản lý các đối tượng chuyển động nói chung và hệ thồng VNTracking nói... số phương pháp tổ chức dữ liệu cho các đối tượng chuyển động trong không gian, từ đó sẽ tìm hiểu một phương pháp cụ thể để có thể hỗ trợ cho hệ thống VNTracking nhằm đạt hiệu quả và tối ưu hơn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 Chƣơng 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔ CHỨC DỮ LIỆU CHO ĐỐI TƢỢNG CHUYỂN ĐỘNG Trong chương này, đầu tiên tôi sẽ trình bày tóm tắt phương pháp. .. như sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống GPS và áp dụng bài toán GPS cho hệ thống VNTracking: phần này giới thiệu tổng quan về hệ thống GPS và áp dụng bài toán GPS trong quản lý đối tượng chuyển động Chương 2: Các phương pháp tổ chức dữ liệu cho đối tượng chuyển động: phần này tìm hiểu một số phương pháp tổ chức dữ liệu quá khứ, dữ liệu hiện tại và tương lai, tìm hiểu và phân tích cấu trúc TPR-tree Chương... truyền thống trong cơ sở dữ liệu không gian Sau đó sẽ trình bày một số phương pháp lập chỉ mục cho các đối tượng chuyển động 2.1 Cơ sở dữ liệu không gian truyền thống Phần lớn các phương pháp lập chỉ mục của đối tượng chuyển động dựa trên cơ cở của các phương pháp lập chỉ mục truyền thống, đặc biệt là R-tree [2] và các mở rộng của nó Do đó tôi sẽ trình bày về R-tree để làm cơ sở hiểu hơn về các phương pháp. .. qua các ID của SMS nhận về Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Bước 3 Tại hệ thống máy chủ sẽ nhận các bản tin từ hộp đen đưa về sau đó lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu Tại đây các dữ liệu được lưu trữ và cập nhật trong một hệ thống cơ sở dữ liệu có sẵn Các cơ sở dữ liệu được tổ chức trong các bảng dữ liệu riêng để có thể thuận tiện cho việc lấy dữ liệu, ... Phương pháp tổ chức dữ liệu cho các đối tượng chuyển động hỗ trợ hệ thống VNTracking được xây dựng dựa trên quá trình tìm hiểu các thành tựu khoa học kỹ thuật, các bài báo trong lĩnh vực này và hệ thống lại một cách bài bản, chi tiết Luận văn gồm: phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận Phần nội dung bao gồm 3 chương cụ thể như sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống GPS và áp dụng bài toán GPS cho. .. cạnh đó các đối tượng chuyển động chưa được hỗ trợ các phương pháp lập chỉ mục Các dữ liệu được lưu trữ thường xuyên vào cơ sở dữ liệu theo thời gian định kỳ cho dù nó có thay đổi hay không (ví dụ khi các đối tượng đứng im Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 không chuyển động thì cơ sở dữ liệu vẫn phải lưu các dữ liệu trả về của đối tượng theo thời gian đều... dẫn đến các bản tin dư thừa và tốn không gian bộ nhớ Khi cần cho việc quản lý các đối tượng chuyển động, dự đoán các vị trí tương lai (như giải quyết các bài toán xung đột, tắc nghẽn) thì hệ thống VNTracking chưa thể đưa ra được các kết quả cho mục đích sử dụng này mặc dù cơ sở dữ liệu hệ thống VNTracking đã lưu trữ các đối tượng chuyển động theo những khoảng thời gian nhất định Trong khi đó đối với... Trong hệ thống cơ sở dữ liệu VNTracking đã đưa ra một số giải pháp để thực hiện bài toán cho việc truy vấn như chia các các bảng dữ liệu theo từng thời gian nhất định để thuận tiện cho việc lưu trữ và truy vấn, tuy nhiên hiệu quả thực hiện là chưa cao Khi thực hiện truy vấn các đối tượng, dữ liệu được ghép lại từ các bảng dữ liệu riêng biệt do đó tốc độ truy vấn không hiệu quả, bên cạnh đó các đối tượng. .. km cũng như thời gian hoạt động Hình 1.6 Xem nhanh các lộ trình của đối tƣợng Hình 1.7 Kết xuất các báo cáo dừng đỗ của đối tƣợng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 2.3 Phân tích mô hình cơ sở dữ liệu của hệ thống VNTracking Hệ thống VNTracking lưu trữ dữ liệu dưới dạng các bảng dữ liệu như bảng lưu thông tin dữ liệu trả về từ các hộp đen EVEN_DATA (DeviceID, . cứu các phương pháp tổ chức cơ sở dữ liệu cho đối tượng chuyển động, từ đó đưa ra phương pháp tối ưu để hỗ trợ cho các hệ thống quản lý các đối tượng chuyển động nói chung và hệ thồng VNTracking. GPS cho hệ thống VNTracking: phần này giới thiệu tổng quan về hệ thống GPS và áp dụng bài toán GPS trong quản lý đối tượng chuyển động. Chương 2: Các phương pháp tổ chức dữ liệu cho đối tượng. văn tốt nghiệp Phương pháp tổ chức dữ liệu cho các đối tượng chuyển động hỗ trợ hệ thống VNTracking được xây dựng dựa trên quá trình tìm hiểu các thành tựu khoa học kỹ thuật, các bài báo trong