城市路網(wǎng)上基于r樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法，首先根據(jù)移動(dòng)對(duì)象位置更新信息m查找基于x?y的上層索引，找到移動(dòng)對(duì)象所處的封閉路段e，并取出其相關(guān)信息；然后形成運(yùn)行矢量mv＝(mid,t,v,rid,pos)，通過(guò)rid訪問(wèn)道路索引表，取得道路對(duì)應(yīng)的R?tree；根據(jù)mid訪問(wèn)軌跡單元哈希表，獲得軌跡單元鏈表，訪問(wèn)鏈表尾結(jié)點(diǎn)lu?tail；根據(jù)lu?tail是否為空，生成鏈表軌跡單元LU；將連續(xù)軌跡單元和活動(dòng)軌跡單元相繼添加到鏈表尾部，建立索引，同時(shí)維護(hù)鏈表信息。本發(fā)明引入了動(dòng)態(tài)鏈表和移動(dòng)對(duì)象哈希表，可直接得出移動(dòng)對(duì)象的歷史軌跡信息，無(wú)需搜索整個(gè)層移動(dòng)對(duì)象樹(shù)森林。采用了指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象的速度，提高了速度預(yù)測(cè)的精度，支持移動(dòng)對(duì)象的全時(shí)態(tài)位置查詢。
【專利說(shuō)明】
城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài) 移動(dòng)對(duì)象索引方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信與GPS等空間定位技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)移動(dòng)終端的位置進(jìn)行追蹤管 理以提供相關(guān)查詢服務(wù)變得越來(lái)越普及?，F(xiàn)實(shí)生活中人們真實(shí)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景往往被限制在一 定固定區(qū)域內(nèi)，比如常見(jiàn)的城市路網(wǎng)，因此研究路網(wǎng)中移動(dòng)對(duì)象索引結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)實(shí)意義。路 網(wǎng)中存在規(guī)模巨大的移動(dòng)對(duì)象，利用單層的R-tree或者R*_tree對(duì)移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行索引會(huì)忽 略了靜態(tài)路網(wǎng)自己的特點(diǎn)，得不到很好的查詢效果。針對(duì)R-tree和R*-tr ee不能很好地索引 移動(dòng)對(duì)象的情況，Saltenis等人基于R*_tree提出了 TPR-tree移動(dòng)對(duì)象索引結(jié)構(gòu)，TPR-tree 中的最小邊界矩形(minimum bounding rectangle，MBR)含有速度等參數(shù)信息，能夠隨著時(shí) 間參數(shù)變化，但是，由于沒(méi)有存放歷史軌跡，TPR-tree及其變種僅能支持移動(dòng)對(duì)象當(dāng)前以及 短暫將來(lái)位置的查詢，不支持對(duì)過(guò)去位置信息的查詢。
[0003] 目前基于路網(wǎng)的移動(dòng)對(duì)象位置索引結(jié)構(gòu)的研究還處于起始階段，大部分結(jié)構(gòu)只能 滿足部分需求。Frentzos等人提出雙層索引結(jié)構(gòu)FNR-tree，由一個(gè)2D R-tree和一個(gè)1DR-tree森林構(gòu)成，由于僅存儲(chǔ)進(jìn)入和離開(kāi)邊的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致窗口范圍查詢結(jié)果的準(zhǔn)確性比較低， 而且只能索引移動(dòng)對(duì)象的歷史軌跡，而無(wú)法索引移動(dòng)對(duì)象的實(shí)時(shí)位置。MON-tree是對(duì)FNR-tree進(jìn)行改進(jìn)而提出來(lái)的索引結(jié)構(gòu)，其支持對(duì)移動(dòng)對(duì)象的窗口查詢和歷史軌跡信息查詢， 但缺乏對(duì)時(shí)間信息的管理和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇臻g持續(xù)性優(yōu)化，所以時(shí)間片查詢效率低。丁治明等 人提出的NDTR-tree索引結(jié)構(gòu)不僅可以可以快速地出路對(duì)移動(dòng)對(duì)象過(guò)去可能位置的查詢， 而且能夠?qū)ζ洚?dāng)前和未來(lái)的可能位置進(jìn)行高效的查詢處理。但其在移動(dòng)對(duì)象軌跡查詢方面 效率不高。
[0004] 公開(kāi)號(hào)為CN103235831A、名稱為〃基于路網(wǎng)的移動(dòng)對(duì)象位置索引結(jié)構(gòu)及索引方法〃 的發(fā)明專利提供了一種基于路網(wǎng)的移動(dòng)對(duì)象位置索引結(jié)構(gòu)和索引方法，其優(yōu)點(diǎn)是在下層R-tree索引中增加了靜態(tài)對(duì)象R-tree，能夠很好地支持最近鄰查詢，其缺點(diǎn)是采用了R-tree 構(gòu)建靜態(tài)路網(wǎng)索引，查詢效率低、構(gòu)建索引時(shí)節(jié)點(diǎn)分裂次數(shù)多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的索引技術(shù)，需要解決的問(wèn)題是 支持對(duì)城市路網(wǎng)上移動(dòng)對(duì)象的全時(shí)態(tài)索引，其次，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)對(duì)象全時(shí)態(tài)的預(yù)測(cè)，具有良好 的查詢精度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提出城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法，包 括以下步驟：
[0007] 步驟1:根據(jù)移動(dòng)對(duì)象位置更新信息m查找基于x-y的上層索引，找到移動(dòng)對(duì)象所處 的封閉路段e，并取出其相關(guān)信息；
[0008] 步驟2:通過(guò)e信息以及x，y坐標(biāo)信息求得移動(dòng)對(duì)象在所屬道路上的pos位置，形成 運(yùn)行矢量mv = (mid，t，v，rid，pos)，其中，pose [0, 1]，為對(duì)象所處道路的相對(duì)位置，t為采 集該運(yùn)行矢量的時(shí)間，v表示該移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的速度，rid為道路標(biāo)識(shí)；
[0009] 步驟3:通過(guò)rid訪問(wèn)道路索引表，取得道路對(duì)應(yīng)的R-tree;
[0010] 步驟4 :根據(jù)mid訪問(wèn)軌跡單元哈希表，獲得軌跡單元鏈表，訪問(wèn)鏈表尾結(jié)點(diǎn)lu-tail ；
[0011] 步驟5:若lu-tail為空，表示初次收到該對(duì)象位置信息，則插入活動(dòng)軌跡單元U (mvn)到R-tree中，并記錄它在R-tree中的位置uid，通過(guò)(U，uid)生成鏈表軌跡單元LU，并 插入到鏈表；
[0012] 步驟6:若lu-tail不為空，根據(jù)lu-tail中的uid信息找到并刪除R-tree中的活動(dòng) 軌跡單元U(mvn)，插入連續(xù)軌跡單元U(mvs，mve)，插入活動(dòng)軌跡單元U(mv n)，最后在鏈表中 刪除tail;
[0013] 步驟7:將連續(xù)軌跡單元和活動(dòng)軌跡單元相繼添加到鏈表尾部，建立索引，同時(shí)維 護(hù)鏈表信息。
[0014] 進(jìn)一步，為實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)對(duì)象全時(shí)態(tài)的預(yù)測(cè)，本發(fā)明根據(jù)上述方法提出一種進(jìn)行預(yù) 測(cè)移動(dòng)對(duì)象過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的全時(shí)態(tài)的方法，包括如下步驟：
[0015] 一、移動(dòng)對(duì)象過(guò)去位置索引
[0016] 步驟1:確認(rèn)查詢時(shí)間tq，判斷tq所屬位置更新時(shí)間，如果tq發(fā)生在位置更新的時(shí)刻 執(zhí)行步驟2;如果t q發(fā)生在兩個(gè)更新時(shí)刻之間執(zhí)行步驟3，步驟4;
[0017] 步驟2: tq=ti，根據(jù)軌跡單元哈希表和雙向鏈表確定tq時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行矢量 mv(mid，t，v，rid，pos)，移動(dòng)對(duì)象的位置則為m〇q= (mid，rid，pos);
[0018] 步驟3: ti〈tq〈ti+1，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象未改變道路，移動(dòng)對(duì)象在tq_ti間的平均速度 為兩次更新時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象速度的平均速度，則此時(shí)移動(dòng)對(duì)象的位置m 〇q，
[0020] 步驟4:?！簇?1〈。+1，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象已經(jīng)改變道路，由此可知在時(shí)刻七+1的更新是 因?yàn)榈缆返淖兓鸬?，Srid是道路的長(zhǎng)度，
[0022] 二、移動(dòng)對(duì)象現(xiàn)在和未來(lái)位置的全時(shí)態(tài)位置預(yù)測(cè)
[0023] 移動(dòng)對(duì)象在一段時(shí)間內(nèi)tq-^的近似速度可以用移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間內(nèi)的平均速度 與路段平均速度來(lái)綜合表達(dá)，其中tn為移動(dòng)對(duì)象最后一次更新提交的時(shí)間，
[0024] 步驟1:移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間段內(nèi)的平均速度
[0025] Vpast = θν? +：0(1-#)ν4 + - + ,>.Α-Θ:(Χ- θγν_η 公八 3·
[0026] η為移動(dòng)對(duì)象更新的次數(shù)，？1為移動(dòng)對(duì)象距離當(dāng)前第i次更新的速度，ie[0，n]，0 為相關(guān)系數(shù)，θ￡[0，1] ;
[0027] 步驟2:道路中移動(dòng)對(duì)象的平均速度％
[0028] 先求得路段Α前路段的平均速度，在此之前必須確定要取路段前路段的數(shù)量w，處 于同一條道路的移動(dòng)對(duì)象之間的速度影響比較大，因此W值取道路Road中處于道路段A之后 的路段數(shù)
[0029] w = Roadaii-RoadA 公式 4;
[0030] 其中Roadall為Road中路段總數(shù)，RoadA為路段A處于Road中的路段位置，對(duì)于其中 任何一個(gè)道路段內(nèi)的平均速度，為了降低時(shí)間開(kāi)銷提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，采用t n時(shí)刻的平均速 度t，那么段內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的平均速度可用如下公式得出：
[0032] 其中ns為該段中移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)，Vl為移動(dòng)對(duì)象距離^時(shí)刻最短的更新速度，那么 對(duì)于個(gè)道路段來(lái)說(shuō)，平均速度可以用公式表達(dá)為：
[0033] L =心,（4 + 0(1-十仍l-W及（q + '" + 耀-仍"及（Λ，）公式 6;
[0034] 步驟3:移動(dòng)對(duì)象的速度預(yù)測(cè)
[0035] 綜合公式3、4、5、6可得移動(dòng)對(duì)象在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)速度，移動(dòng)對(duì)象的預(yù)測(cè) 速度可以由以下公式得到
[0036] I' = Ον,,·：,,： + (6(1 - ())\\ 公 r:C 7;
[0037] 移動(dòng)對(duì)象的位置信息根據(jù)公式8計(jì)算得到
[0038] Μ^ =ρ〇^ + ν *^ -Q 公式 8。
[0039] 又進(jìn)一步，在預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象現(xiàn)在和未來(lái)位置的全時(shí)態(tài)位置的步驟1中，如果數(shù)據(jù)波 動(dòng)較大，則Θ值應(yīng)取大一些，可以增加近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響；如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，則Θ 值應(yīng)取小一些。
[0040] 進(jìn)一步，本發(fā)明還根據(jù)上述的城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法提 出一種進(jìn)行索引一定時(shí)空范圍內(nèi)移動(dòng)對(duì)象標(biāo)識(shí)集合的方法，包括如下步驟：
[0041 ] 步驟1:確認(rèn)查詢區(qū)域(Λχ，Ay，At);
[0042]步驟2:根據(jù)查詢窗口 [ (xl，yl)，（x2，y2)]，搜索上層R*-tree，遍歷到葉子結(jié)點(diǎn)，借 助封閉路段信息e，求得查詢窗口與封閉路段的交點(diǎn)；
[0043 ]步驟3:計(jì)算出交點(diǎn)在街道中的位置pos;
[0044] 步驟4:査詢區(qū)域與一個(gè)道路可能有多個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)偶對(duì)(rid,period)其中 period包含一個(gè)或者多個(gè)pos信息，查詢區(qū)域與多個(gè)道路相交，則對(duì)應(yīng)于一組偶對(duì)，在rid對(duì) 應(yīng)的下層R-tree中查詢與（period, At)相交的軌跡單元，并輸出軌跡單元的移動(dòng)對(duì)象標(biāo) 識(shí)。
[0045] 對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0046] (1)為了提高索引移動(dòng)對(duì)象軌跡信息的效率，引入了動(dòng)態(tài)鏈表和移動(dòng)對(duì)象哈希表， 通過(guò)訪問(wèn)哈希表和動(dòng)態(tài)鏈表可直接得出移動(dòng)對(duì)象的歷史軌跡信息，而無(wú)需搜索整個(gè)層移動(dòng) 對(duì)象樹(shù)森林。
[0047] (2)為了應(yīng)答在兩次更新時(shí)間之間及最后一次更新之后的查詢請(qǐng)求，采用了指數(shù) 平滑法預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象的速度，提高了移動(dòng)對(duì)象在速度預(yù)測(cè)方面的精度。
[0048] (3)該索引結(jié)構(gòu)支持移動(dòng)對(duì)象的全時(shí)態(tài)位置查詢，包括歷史軌跡查詢、實(shí)時(shí)位置查 詢、將來(lái)時(shí)刻位置預(yù)測(cè)和時(shí)空范圍查詢。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1是本發(fā)明的移動(dòng)對(duì)象索引結(jié)構(gòu)圖。
[0050] 圖2是本發(fā)明的路網(wǎng)不意圖。
[0051] 圖3是本發(fā)明的路網(wǎng)下移動(dòng)對(duì)象三維時(shí)空軌跡及二維投影示意圖。
[0052]圖4是本發(fā)明的輔助索引結(jié)構(gòu)。 具體實(shí)施方案
[0053]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0054]本發(fā)明提供的是支持移動(dòng)對(duì)象全時(shí)態(tài)查詢的索引結(jié)構(gòu)，具體通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn) 的：
[0055] 一、體系結(jié)構(gòu)
[0056]本索引分為上下雙層索引結(jié)構(gòu)，對(duì)靜態(tài)路網(wǎng)信息采用狀-tree進(jìn)行索引，并設(shè)計(jì)道 路索引表來(lái)管理下層R-tree森林;對(duì)實(shí)時(shí)更新的移動(dòng)對(duì)象運(yùn)動(dòng)軌跡采用結(jié)點(diǎn)更新代價(jià)較小 的R-tree進(jìn)行索引，設(shè)計(jì)軌跡單元索引表和雙向鏈表輔助結(jié)構(gòu)對(duì)索引協(xié)同管理。
[0057]下面我們給出幾個(gè)部分的具體說(shuō)明：
[0058]上層狀-tree索引：基于x-y平面的狀-tree索引，用于索引路網(wǎng)中的封閉路段，其 葉子結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為〈1&1(1，6>。'表示包含該封閉路段的冊(cè)1?，1(1為該葉子節(jié)點(diǎn)在索引 中的標(biāo)識(shí)，e為表示封閉路段。中間節(jié)點(diǎn)用〈1^4(1'，？>表示，1^為包含下層節(jié)點(diǎn)的1?1^(1' 為節(jié)點(diǎn)在索引中的標(biāo)識(shí)，P為指向下層結(jié)點(diǎn)的指針。
[0059]下層R-tree索引：下層結(jié)構(gòu)是一組與每條道路對(duì)應(yīng)得R-tree索引，用于索引移動(dòng) 對(duì)象軌跡單元。其葉子結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為<MPt,丨(1，11^，11^，11^(1>爲(wèi)1；為?〇8-1:(位置和時(shí)間） 平面中包含該軌跡的MBR，id為葉子節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)，mv s和mve分別表示軌跡單元起始和結(jié)束運(yùn) 行矢量，如果為活動(dòng)軌跡單元，則mve為空。mid表示移動(dòng)對(duì)象的標(biāo)識(shí)。中間結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為〈 Mpt，id '，p>，Mpt是包含下層結(jié)點(diǎn)的MBR，id'為中間節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，p為指向下層結(jié)點(diǎn)的指針。
[0060]道路索引表:其主要對(duì)下層基于道路的R-tree森林進(jìn)行管理，其中key的值為道路 標(biāo)識(shí)rid，value為道路對(duì)應(yīng)的R-tree索引。
[0061 ] 軌跡單元索引表和雙向鏈表:通過(guò)軌跡單元哈希表來(lái)管理移動(dòng)對(duì)象的軌跡單元， key取值為移動(dòng)對(duì)象標(biāo)識(shí)mid，value為一個(gè)雙向鏈表，用1 inkedl ist表示，包含具體移動(dòng)對(duì) 象的所有軌跡單元LU，其按時(shí)間先后順序加入到鏈表中，根據(jù)移動(dòng)對(duì)象提供的位置信息不 斷進(jìn)行更新。當(dāng)收到一條位置更新信息時(shí)，首先形成軌跡單元U，將其插入到R-tree中，并返 回在R-tree中的位置標(biāo)識(shí)uid形成鏈表軌跡單元LU(U，uid)插入到1 inkedl ist中，在維護(hù)索 引的同時(shí)對(duì)linkedlist和軌跡單元哈希表進(jìn)行維護(hù)。
[0062] 本索引的建立和維護(hù)的主要步驟如下：
[0063] 步驟1:根據(jù)移動(dòng)對(duì)象位置更新信息m查找基于x-y的上層索引，找到移動(dòng)對(duì)象所處 的封閉路段e，并取出其相關(guān)信息。
[0064] 步驟2:通過(guò)e信息以及X，y坐標(biāo)信息求得移動(dòng)對(duì)象在所屬道路上的pos
[0065] 位置，形成運(yùn)行矢量mv = (mid, t，v，rid，pos)。其中，pose [0, 1]為對(duì)象所處道路 的相對(duì)位置，t為采集該運(yùn)行矢量的時(shí)間，V表示該移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的速度，rid為道路標(biāo) 識(shí)。
[0066] 步驟3:通過(guò)r id訪問(wèn)道路索引表，取得道路對(duì)應(yīng)的R-tree;
[0067] 步驟4 :根據(jù)mid訪問(wèn)軌跡單元哈希表，獲得軌跡單元鏈表，訪問(wèn)鏈表尾結(jié)點(diǎn)lu-tail ；
[0068] 步驟5:若lu-tail為空，表示初次收到該對(duì)象位置信息，則插入活動(dòng)軌跡單元U (mvn)到R-tree中，并記錄它在R-tree中的位置uid，通過(guò)(U，uid)生成鏈表軌跡單元LU，并 插入到鏈表；
[0069] 步驟6:若lu-tail不為空，根據(jù)lu-tail中的uid信息找到并刪除R-tree中的活動(dòng) 軌跡單元U(mvn)。插入連續(xù)軌跡單元U(mvs，mve)，插入活動(dòng)軌跡單元U(mv n)，最后在鏈表中 刪除lu-tail;
[0070] 步驟7:將連續(xù)軌跡單元和活動(dòng)軌跡單元相繼添加到鏈表尾部，進(jìn)而建立索引的同 時(shí)并維護(hù)鏈表信息。
[0071] 本發(fā)明基于上述的索引結(jié)構(gòu)，采用能夠預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象過(guò)去，現(xiàn)在和未來(lái)的全時(shí)態(tài) 的方法，具體情況如下：
[0072] 1、移動(dòng)對(duì)象過(guò)去位置索引
[0073] 步驟1:確認(rèn)查詢時(shí)間tq，判斷tq所屬位置更新時(shí)間，如果tq發(fā)生在位置更新的時(shí)刻 執(zhí)行步驟2;如果t q發(fā)生在兩個(gè)更新時(shí)刻之間執(zhí)行步驟3，步驟4;
[0074] 步驟2: tq=ti，根據(jù)軌跡單元哈希表和雙向鏈表確定tq時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行矢量 mv(mid，t，v，rid，pos)，移動(dòng)對(duì)象的位置則為m〇q= (mid，rid，pos) 〇
[0075] 步驟3: ti〈tq〈ti+1，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象未改變道路，移動(dòng)對(duì)象在tq_ti間的平均速度 為兩次更新時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象速度的平均速度，則此時(shí)移動(dòng)對(duì)象的位置m 〇q，
[0077] 步驟4:?！簇?1〈。+1，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象已經(jīng)改變道路，由此可知在時(shí)刻七+1的更新是 因?yàn)榈缆返淖兓鸬?，Srid是道路的長(zhǎng)度。
[0079] 2、移動(dòng)對(duì)象現(xiàn)在和未來(lái)位置的全時(shí)態(tài)位置預(yù)測(cè)
[0080] 移動(dòng)對(duì)象在一段時(shí)間內(nèi)tq-tn，（其中^為移動(dòng)對(duì)象最后一次更新提交的時(shí)間）的近 似速度可以用移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間內(nèi)的平均速度與路段平均速度來(lái)綜合表達(dá)。本專利采取指 數(shù)平滑法，指數(shù)平滑法符合了移動(dòng)對(duì)象速度預(yù)測(cè)的條件，既考慮移動(dòng)對(duì)象過(guò)去的速度信息， 又考慮處在移動(dòng)對(duì)象前面的移動(dòng)對(duì)象的速度信息，對(duì)于新數(shù)據(jù)賦予更大一些的權(quán)重而舊數(shù) 據(jù)賦予較小的權(quán)重。
[0081 ]步驟1:移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間段內(nèi)的平均速度
[0082] Vpast +Θ{\ - Θ)ν_ι +0(1-0)2v_2 + #(1-^)ην_?? 公式 3.
[0083] η為移動(dòng)對(duì)象更新的次數(shù)，ν-移動(dòng)對(duì)象距離當(dāng)前第i次更新的速度，1￡[0，1!]。0 為相關(guān)系數(shù)，θ e [0，1 ]，θ的取值容易受主觀影響，如果數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，值應(yīng)取大一些，可以 增加近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，值應(yīng)取小一些。
[0084] 步驟2:道路中移動(dòng)對(duì)象的平均速度&
[0085] 先求得路段A前路段的平均速度，但在此之前必須確定要取路段前路段的數(shù)量w。 處于同一條道路的移動(dòng)對(duì)象之間的速度影響比較大，因此w值取道路Road中處于道路段A之 后的路段數(shù)
[0086] w = Roadaii-RoadA 公式 4
[0087] 其中RoacUii為Road中路段總數(shù)，RoadA為路段A處于Road中的路段位置。對(duì)于其中 任何一個(gè)道路段內(nèi)的平均速度，為了降低時(shí)間開(kāi)銷提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，采用tn時(shí)刻的平均速 度i，那么段內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的平均速度可用如下公式得出
[0089] 其中ns為該段中移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)，Vl為移動(dòng)對(duì)象距離^時(shí)刻最短的更新速度，那么 對(duì)于個(gè)道路段來(lái)說(shuō)，平均速度可以用公式表達(dá)為
[0090] i + -0)5(5) +沒(méi)(1 -6?)2漢(〇+'.. +沒(méi)(1-句?(嫁）公式 6
[0091]步驟3:移動(dòng)對(duì)象的速度預(yù)測(cè)
[0092] 綜合公式3、4、5、6可得移動(dòng)對(duì)象在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)速度，移動(dòng)對(duì)象的預(yù)測(cè) 速度可以由以下公式得到
[0093] v = …公式 7
[0094] 移動(dòng)對(duì)象的位置信息根據(jù)公式8計(jì)算得到
[0095] m〇4 = P0sH+v^(tv-Q 公式 8
[0096] 如圖1所示，本索引方案分為上下兩層，上層索引是基于路網(wǎng)的R*-tree索引結(jié)構(gòu)， 下層是基于P〇s-t平面的R-tree索引森林。下面分別對(duì)這兩部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0097]上層索引結(jié)構(gòu)主要是對(duì)如圖2所示的路網(wǎng)建立的狀-tree索引，以封閉路段為基本 索引單位。圖2為路網(wǎng)在上層索引中的對(duì)應(yīng)關(guān)系，道路rl包含2個(gè)封閉路段&1.&^1.13)，于 是形成2條記錄存儲(chǔ)于包含封閉路段MBR信息的葉子節(jié)點(diǎn)中。圖2矩形框中示例給出了MBR3 的范圍。地圖中的每個(gè)封閉路段被一個(gè)最小矩形框包含，所有最基本的最小邊界矩形被融 合為較大的MBR中，進(jìn)一步迭代，重復(fù)上述過(guò)程計(jì)算更大的MBR，最終路網(wǎng)被一個(gè)最大的MBR 包含。
[0098]如圖1下半部分所示，下層索引結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)R-tree森林，用于索引移動(dòng)對(duì)象的軌跡單 元。移動(dòng)對(duì)象基于pos-t平面的軌跡片段被下層森林管理，如圖3移動(dòng)對(duì)象在道路上r運(yùn)動(dòng)， 那么它的所有軌跡單元被道路r對(duì)應(yīng)的R-tree管理，其中圖3中的虛線部分表示活動(dòng)軌跡單 元，如果移動(dòng)對(duì)象從一條道路運(yùn)動(dòng)到另一條道路，那么它的軌跡單元將被兩個(gè)道路R-tree 管理。
[0099]如圖4所示的索引輔助結(jié)構(gòu)提高了查詢的效率。移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡跨越了多條 道路，為了查詢器歷史運(yùn)動(dòng)軌跡，需要自上而下遍歷整個(gè)R-tree森林，而采用哈希表和雙向 鏈表構(gòu)成的輔助結(jié)構(gòu)后，僅需將其加載到緩存進(jìn)行維護(hù)，查找移動(dòng)對(duì)象軌跡不再需要遍歷 R-tree森林，極大地提高了查詢的效率。
[0100] 本發(fā)明提供的是基于上述索引結(jié)構(gòu)的移動(dòng)對(duì)象位置的索引方法，該方法用于索引 時(shí)空范圍內(nèi)移動(dòng)對(duì)象標(biāo)識(shí)集合，其包括如下步驟：
[0101] 步驟1:確認(rèn)查詢區(qū)域(Λχ，Ay，At);
[0102]步驟2:根據(jù)查詢窗口 [ (xl，yl)，（x2，y2)]，搜索上層R*-tree，遍歷到葉子結(jié)點(diǎn)，借 助封閉路段信息e，求得查詢窗口與封閉路段的交點(diǎn)；
[0103] 步驟3:計(jì)算出交點(diǎn)在街道中的位置pos;
[0104] 步驟4:査詢區(qū)域與一個(gè)道路可能有多個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)偶對(duì)(rid,period)其中 period包含一個(gè)或者多個(gè)pos信息。查詢區(qū)域與多個(gè)道路相交，則對(duì)應(yīng)于一組偶對(duì)，在rid對(duì) 應(yīng)的下層R-tree中查詢與（period, At)相交的軌跡單元，并輸出軌跡單元的移動(dòng)對(duì)象標(biāo) 識(shí)。
[0105] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 城市路網(wǎng)上基于財(cái)對(duì)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法，其特征在于包括W下步驟： 步驟1:根據(jù)移動(dòng)對(duì)象位置更新信息m查找基于x-y的上層索引，找到移動(dòng)對(duì)象所處的封 閉路段e，并取出其相關(guān)信息； 步驟2:通過(guò)e信息W及x，y坐標(biāo)信息求得移動(dòng)對(duì)象在所屬道路上的POS位置，形成運(yùn)行 矢量mv= (mid,t,v,;rid,pos)，其中，pose [0,1]，為對(duì)象所處道路的相對(duì)位置，t為采集該 運(yùn)行矢量的時(shí)間，V表示該移動(dòng)對(duì)象在t時(shí)刻的速度，rid為道路標(biāo)識(shí)； 步驟3:通過(guò)r id訪問(wèn)道路索引表，取得道路對(duì)應(yīng)的R-tree; 步驟4:根據(jù)mid訪問(wèn)軌跡單元哈希表，獲得軌跡單元鏈表，訪問(wèn)鏈表尾結(jié)點(diǎn)lu-tail; 步驟5:若lu-tail為空，表示初次收到該對(duì)象位置信息，則插入活動(dòng)軌跡單元U(mvn)到 R-化ee中，并記錄它在R-tree中的位置uid，通過(guò)化,uid)生成鏈表軌跡單元LU，并插入到鏈 表； 步驟6:若lu-tail不為空，根據(jù)lu-tail中的uid信息找到并刪除R-化ee中的活動(dòng)軌跡 單元U(mvn)，插入連續(xù)軌跡單元U(mvs，mve)，插入活動(dòng)軌跡單元U(mvn)，最后在鏈表中刪除 tail ； 步驟7:將連續(xù)軌跡單元和活動(dòng)軌跡單元相繼添加到鏈表尾部，建立索引，同時(shí)維護(hù)鏈 表信息。2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市路網(wǎng)上基于財(cái)對(duì)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法進(jìn)行預(yù) 測(cè)移動(dòng)對(duì)象過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的全時(shí)態(tài)的方法，其特征在于包括如下步驟： 一、 移動(dòng)對(duì)象過(guò)去位置索引 步驟1 :確認(rèn)查詢時(shí)間tq，判斷tq所屬位置更新時(shí)間，如果tq發(fā)生在位置更新的時(shí)刻執(zhí)行 步驟2;如果tq發(fā)生在兩個(gè)更新時(shí)刻之間執(zhí)行步驟3，步驟4 ; 步驟2: tq=ti，根據(jù)軌跡單元哈希表和雙向鏈表確定tq時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象的運(yùn)行矢量mV (mid,t,v,;rid,pos)，移動(dòng)對(duì)象的位置則為m〇q= (mid,;rid,pos); 步驟3:ti<tq<ti + l，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象未改變道路，移動(dòng)對(duì)象在tq-ti間的平均速度為兩 次更新時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象速度的平均速度，則此時(shí)移動(dòng)對(duì)象的位置moq，祭式1 步驟4:tl<tq<tl + l，當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)對(duì)象已經(jīng)改變道路，由此可知在時(shí)刻tl + 1的更新是因?yàn)?道路的變化引起的，Srid是道路的長(zhǎng)度，公式2; 二、 移動(dòng)對(duì)象現(xiàn)在和未來(lái)位置的全時(shí)態(tài)位置預(yù)測(cè) 移動(dòng)對(duì)象在一段時(shí)間內(nèi)tq-tn的近似速度可W用移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間內(nèi)的平均速度與路 段平均速度來(lái)綜合表達(dá)，其中tn為移動(dòng)對(duì)象最后一次更新提交的時(shí)間， 步驟1 :移動(dòng)對(duì)象過(guò)去時(shí)間段內(nèi)的平均速度心公式3; η為移動(dòng)對(duì)象更新的次數(shù)，v-i為移動(dòng)對(duì)象距離當(dāng)前第i次更新的速度，1￡[〇，11]，0為相 關(guān)系數(shù)，θε[〇，1]; 步驟2:道路中移動(dòng)對(duì)象的平均速度石 先求得路段A前路段的平均速度，在此之前必須確定要取路段前路段的數(shù)量W，處于同 一條道路的移動(dòng)對(duì)象之間的速度影響比較大，因此W值取道路Road中處于道路段A之后的路 段數(shù) w = Roadaii_RoadA 公式 4; 其中Roadaii為Road中路段總數(shù)，RoadA為路段A處于Road中的路段位置，對(duì)于其中任何一 個(gè)道路段內(nèi)的平均速度，為了降低時(shí)間開(kāi)銷提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，采用tn時(shí)刻的平均速度^，那 么段內(nèi)移動(dòng)對(duì)象的平均速度可用如下公式得出：公式5; 其中ns為該段中移動(dòng)對(duì)象的個(gè)數(shù)，VI為移動(dòng)對(duì)象距離tn時(shí)刻最短的更新速度，那么對(duì)于 個(gè)道路段來(lái)說(shuō)，平均速度可W用公式表達(dá)為：步驟3:移動(dòng)對(duì)象的速度預(yù)測(cè) 綜合公式3、4、5、6可得移動(dòng)對(duì)象在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)速度，移動(dòng)對(duì)象的預(yù)測(cè)速度 可W由W下公式得到3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市路網(wǎng)上基于R樹(shù)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法進(jìn)行預(yù)測(cè)移 動(dòng)對(duì)象過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的全時(shí)態(tài)的方法，其特征在于在預(yù)測(cè)移動(dòng)對(duì)象現(xiàn)在和未來(lái)位置的 全時(shí)態(tài)位置的步驟1中，如果數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，則Θ值應(yīng)取大一些，可W增加近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié) 果的影響;如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，則Θ值應(yīng)取小一些。4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市路網(wǎng)上基于財(cái)對(duì)的全時(shí)態(tài)移動(dòng)對(duì)象索引方法進(jìn)行索 引一定時(shí)空范圍內(nèi)移動(dòng)對(duì)象標(biāo)識(shí)集合的方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1:確認(rèn)查詢區(qū)域(Δχ，Ay，At); 步驟2:根據(jù)查詢窗口 [^1，71)，^2,72)]，捜索上層燦-付66，遍歷到葉子結(jié)點(diǎn)，借助封 閉路段信息e，求得查詢窗口與封閉路段的交點(diǎn)； 步驟3:計(jì)算出交點(diǎn)在街道中的位置POS; 步驟4:査詢區(qū)域與一個(gè)道路可能有多個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于一個(gè)偶對(duì)（rid, period)其中 period包含一個(gè)或者多個(gè)pos信息，查詢區(qū)域與多個(gè)道路相交，則對(duì)應(yīng)于一組偶對(duì)，在rid對(duì) 應(yīng)的下層R-tree中查詢與（period, At)相交的軌跡單元，并輸出軌跡單元的移動(dòng)對(duì)象標(biāo) 識(shí)。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK106095802SQ201610374502
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】張深深, 郁浩春, 韓京宇
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)