專利名稱：一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)和方法，具體而言， 涉及對(duì)例如包括車輛、飛機(jī)、手機(jī)在內(nèi)的交通工具、移動(dòng)設(shè)備等等這樣 的移動(dòng)對(duì)象進(jìn)行索引，以便更好的提供查詢服務(wù)。
背景技術(shù)：
隨著無線通訊和定位技術(shù)的迅速發(fā)展，許多新的應(yīng)用如基于位置的 服務(wù)，交通管理等需要存儲(chǔ)和處理大量連續(xù)變化的位置數(shù)據(jù)，因此移動(dòng) 數(shù)據(jù)管理越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)領(lǐng)域。移動(dòng)對(duì)象索引方法通常借鑒 空間數(shù)據(jù)索引技術(shù)，不同之處在于移動(dòng)對(duì)象索引中有一維必然是時(shí)間維?？臻g數(shù)據(jù)索引方法如R樹及其變形樹、Quad樹、網(wǎng)格文件等大多只考慮 查詢效率，而對(duì)移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫來說，移動(dòng)對(duì)象的位置更新會(huì)引起索引 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，所以移動(dòng)對(duì)象索引除了要考慮查詢效率，還必須重點(diǎn)考 慮更新代價(jià)問題。因此傳統(tǒng)索引結(jié)構(gòu)只適用于查詢頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于更新頻 率的情況，而對(duì)于由移動(dòng)對(duì)象的動(dòng)態(tài)屬性產(chǎn)生的、在查詢負(fù)載之外的大 量更新負(fù)載，傳統(tǒng)索引結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能勝任，需要提出新的解決方案，改 進(jìn)索引的更新性能。當(dāng)前在減少移動(dòng)對(duì)象索引更新代價(jià)方面的研究主要關(guān)注于對(duì)已有索 引結(jié)構(gòu)的更新優(yōu)化，特別是對(duì)R樹的調(diào)整和擴(kuò)展。我們更關(guān)注于真實(shí)環(huán) 境中運(yùn)動(dòng)在受限網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)對(duì)象的索引更新問題。在這種環(huán)境中，對(duì)象 運(yùn)動(dòng)的空間屬性通過網(wǎng)絡(luò)來得到，對(duì)象運(yùn)動(dòng)的靜態(tài)信息可以從動(dòng)態(tài)信息 中分離出來。因此，移動(dòng)對(duì)象的空間位置可以通過道路網(wǎng)絡(luò)索引結(jié)構(gòu)進(jìn) 行索引。例如，移動(dòng)對(duì)象可以通過由R樹索引的道路網(wǎng)絡(luò)路段來存取。 既然道路網(wǎng)絡(luò)4艮少改變，對(duì)象僅從網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分運(yùn)動(dòng)到另 一個(gè)部分， 因此在這種情況下的R樹保持不變。已有的對(duì)受限網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)對(duì)象的索 引方法大多只關(guān)注于對(duì)象的歷史軌跡，即如何減少歷史軌跡的存儲(chǔ)代價(jià) 和查詢代價(jià)，沒有考慮索引更新的問題，沒有考慮對(duì)移動(dòng)對(duì)象將來位置的查詢支持。我們關(guān)注于道路網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)對(duì)象的索引更新問題，提出新 的索引結(jié)構(gòu)，通過開發(fā)出網(wǎng)絡(luò)的特征和真實(shí)交通的隨機(jī)行為來獲取高的 更新效率和查詢效率。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述傳統(tǒng)問題，因此本發(fā)明的一個(gè)目的就是提出了一種基 于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)和方法。在本發(fā)明的一個(gè)方面中， 一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)包括 分組模塊，用于將具有相似位置及速度的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元；預(yù)測(cè) 模塊，用于預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界；建立直接訪問表和R樹索 引模塊，用于在自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；以及建立二 維R樹模塊，用于在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹。在本發(fā)明的一個(gè)方面中， 一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤方法包括 將具有相似位置及速度的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元；預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將 來軌跡邊界；在自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；以及在直接 訪問表上建立一個(gè)二維R樹。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中將具有相似運(yùn)動(dòng)特征的對(duì)象分組為自適應(yīng) 單元。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中將具有相似的位置坐標(biāo)和速度的對(duì)象分組 為自適應(yīng)單元。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中根據(jù)對(duì)象的位置坐標(biāo)和速度，預(yù)測(cè)出一段 時(shí)間內(nèi)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而預(yù)測(cè)出自適應(yīng)單元位置以及范圍。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行合并和分裂，更新自適 應(yīng)單元。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中當(dāng)自適應(yīng)單元的范圍超過規(guī)定的臨界值， 對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行分裂。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中當(dāng)不同自適應(yīng)單元中的對(duì)象距離足夠接近， 對(duì)對(duì)象進(jìn)行合并，使足夠近的對(duì)象位于同一自適應(yīng)單元中。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中對(duì)象是車輛、飛機(jī)、手機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中當(dāng)預(yù)測(cè)位置超過實(shí)際位置給定的精度閾值 時(shí)，把此時(shí)自適應(yīng)單元的實(shí)際位置作為初始位置，而沿用原來的運(yùn)動(dòng)向量以形成兩條新的預(yù)測(cè)軌跡邊界。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中自適應(yīng)單元的實(shí)際位置是邊界對(duì)象的實(shí)際 位置。根據(jù)本發(fā)明的方面，其中運(yùn)動(dòng)向量是邊界直線的斜率。


結(jié)合隨后的附圖，從下面的詳細(xì)說明中可顯而易見的得出本發(fā)明的上述及其他目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。在附圖中圖1給出了傳統(tǒng)的基于位置的服務(wù)系統(tǒng)的框架圖； 圖2給出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的方框圖； 圖3給出了根據(jù)本發(fā)明的方法的工作流程； 圖4示例性地給出了移動(dòng)對(duì)象的自適應(yīng)單元； 圖5給出了 ANR樹的一個(gè)示例。
具體實(shí)施方式
圖1是傳統(tǒng)的基于位置的服務(wù)系統(tǒng)的框架圖。在圖1中，移動(dòng)對(duì)象 將自己的位置信息發(fā)送給移動(dòng)對(duì)象查詢和索引系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)這些信 息建立索引并存儲(chǔ)。用戶向系統(tǒng)提出查詢，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)查詢?cè)谒饕姓?到正確的結(jié)果返回給用戶。移動(dòng)對(duì)象信息的改變也會(huì)實(shí)時(shí)地報(bào)告給系統(tǒng)， 該系統(tǒng)才艮據(jù)這些改變來更新索引和查詢結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，移動(dòng)對(duì)象也許是出租車，用戶想要知道距離自己最 近的出租車，系統(tǒng)可以通過出租車提供的位置信息得到用戶想要的答案， 有效的索引將加快查詢的速度，減少用戶等待的時(shí)間。在上面的例子中， 出租車的位置和速度會(huì)不停的產(chǎn)生變化，如何有效的處理這些變化，減 少移動(dòng)對(duì)象信息的變化對(duì)索引的影響，是十分有意義的。圖2給出了本發(fā)明的基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)的方框圖。如圖2所示，該基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)包括分組模塊，用 于將具有相似位置及速度的對(duì)象分為自適應(yīng)單元；預(yù)測(cè)才莫塊，用于預(yù)測(cè) 自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界；建立直接訪問表和R樹索引模塊，用于在 自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；以及建立二維R樹模塊，用 于在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹。下面結(jié)合圖3,對(duì)本發(fā)明的基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)的工作流程 進(jìn)行詳細(xì)的描述。圖3解釋了本發(fā)明方法的工作流程，如何根據(jù)輸入的 信息建立索引。第一步，分組模塊將具有相似位置及速度的對(duì)象分為一組，這一組 被稱為自適應(yīng)單元。同一單元內(nèi)的對(duì)象在現(xiàn)在及將來一段時(shí)間內(nèi)具有相 似的位置信息。圖3舉例了移動(dòng)對(duì)象的自適應(yīng)單元。圖3中箭頭的方向 表示移動(dòng)對(duì)象例如車輛的運(yùn)動(dòng)方向，箭頭的長(zhǎng)度表示對(duì)象的速度。d和a、 b、 c雖然位置相近，但速度相差較大，即在4艮短的時(shí)間內(nèi)d會(huì)遠(yuǎn)離a、 b、 c，所以不在同一個(gè)自適應(yīng)單元中。因此，在4交長(zhǎng)的一l殳時(shí)間內(nèi)，自適應(yīng) 單元的大小可能不會(huì)產(chǎn)生很大的變化，而在傳統(tǒng)的如TPR-tree索引中， 只考慮到對(duì)象的位置信息，會(huì)將a、 b、 c、 d分為一組，隨著對(duì)象的運(yùn)動(dòng)， 這個(gè)組的范圍將會(huì)迅速的擴(kuò)大，并與其他組產(chǎn)生重疊，使查詢更復(fù)雜。第二步，預(yù)測(cè)模塊用于預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界。根據(jù)已知信 息預(yù)測(cè)對(duì)象和自適應(yīng)單元的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)對(duì)象的位置坐標(biāo)和速度，可 預(yù)測(cè)出一段時(shí)間內(nèi)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而推測(cè)出自適應(yīng)單元位置以及范 圍；對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行合并和分裂，更新自適應(yīng)單先，當(dāng)自適應(yīng)單元的 范圍超過規(guī)定的臨界值，對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行分裂，當(dāng)不同自適應(yīng)單元中 的對(duì)象距離足夠接近，對(duì)對(duì)象進(jìn)行合并，使足夠近的對(duì)象位于同一自適 應(yīng)單元中。自適應(yīng)單元預(yù)測(cè)邊界間的范圍將隨著時(shí)間變得越來越大，這 會(huì)導(dǎo)致將來軌跡預(yù)測(cè)的精度降低。然而，如果我們?cè)陬A(yù)測(cè)軌跡邊界不精 確時(shí)重新預(yù)測(cè)，再次模擬和回歸的代價(jià)很高?？紤]到對(duì)象在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊 上的運(yùn)動(dòng)通常是相對(duì)穩(wěn)定的，因此當(dāng)預(yù)測(cè)不再精確時(shí)可以假設(shè)對(duì)象將來 軌跡邊界的趨勢(shì)不變，而僅僅調(diào)整初始位置。具體來說，當(dāng)預(yù)測(cè)位置超 過實(shí)際位置給定的精度閾值時(shí)，把此時(shí)自適應(yīng)單元的實(shí)際位置(即邊界 對(duì)象的實(shí)際位置)作為初始位置，而沿用原來的運(yùn)動(dòng)向量(即邊界直線 的斜率)以形成兩條新的預(yù)測(cè)軌跡邊界。這樣可以較低的代價(jià)來修正所 預(yù)測(cè)的軌跡邊界。通過預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界，可以知道自適 應(yīng)單元的范圍及有效期，確保查詢的爭(zhēng)取。在出租車的例子中，通過預(yù) 測(cè)一組車輛的軌跡邊界，可以知道這組車輛的范圍大小的變化及存在的 時(shí)間，即在查詢提出的時(shí)間內(nèi)，這組車輛是否屬于查詢結(jié)果。第三步，建立直接訪問表和R樹索引模塊在第 一步產(chǎn)生的自適應(yīng)單元 上建立直接訪問表和R樹索引。在路網(wǎng)中， 一條道路上有多輛出租車，當(dāng)然會(huì)不止一個(gè)分組。即一條 邊會(huì)與多個(gè)自適應(yīng)單元對(duì)應(yīng)，而且在查詢的過程中，位于同一條邊上的 自適應(yīng)單元往往會(huì)一起被訪問到，因此，我們將自適應(yīng)單元按照它們所 在的邊來聚簇存儲(chǔ)，也就是說，在相同的邊上的自適應(yīng)單元存儲(chǔ)在相同 或者相鄰的^f茲盤頁面上。我們?yōu)槊恳粭l邊創(chuàng)建了 一個(gè)稱為直接訪問表的 結(jié)構(gòu)，每一張表都存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)的邊上所有自適應(yīng)單元的概要信息。第四步，建立二維R樹模塊在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹，它用 來索引道路網(wǎng)絡(luò)的空間信息(如路段)。在底層，R樹的葉結(jié)點(diǎn)包含了 用來表示鴻4殳的邊，并指向直接訪問表。除非網(wǎng)絡(luò)自身發(fā)生變化，否則R 樹保持不變。我們稱這個(gè)兩層的索引結(jié)構(gòu)稱為ANR樹，ANR樹索引結(jié) 構(gòu)雖然是基于R樹開發(fā)的，但任何其他的空間索引也可以使用而無需作 其它改變。圖4是ANR樹的一個(gè)例子。從下往上，第一層為自適應(yīng)單元，在這 一層，具有相似運(yùn)動(dòng)信息的數(shù)據(jù)點(diǎn)被放在一個(gè)數(shù)據(jù)集，即自適應(yīng)單元中； 第二層為直接訪問表，這一層將同一條路上的自適應(yīng)單元^:在一張表中， 表中的每一條記錄指向一個(gè)自適應(yīng)單元；第三層為R樹，這一層用R樹索引網(wǎng)絡(luò)邊，每個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)表示一條路段，指向一張直接訪問表。以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明。本發(fā)明可用于任何移動(dòng)對(duì)象的索引及存儲(chǔ)，包括，交通運(yùn)輸，承載工具，移動(dòng)設(shè)備等等。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說可顯而易見的得出其他優(yōu)點(diǎn)和修的具體說明及示例性實(shí)施例。因此，在不脫離由隨后權(quán)利要求及其等價(jià) 體所定義的一4殳發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可對(duì)其估丈出各種修改。
權(quán)利要求
1、一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)，包括分組模塊，用于將具有相似位置及速度的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元；預(yù)測(cè)模塊，用于預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界；建立直接訪問表和R樹索引模塊，用于在自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；以及建立二維R樹模塊，用于在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中分組模塊將具有相似運(yùn)動(dòng)特征的對(duì)象 分組為自適應(yīng)單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2系統(tǒng)，其中分組模塊將具有相似的位置坐標(biāo)和速度 的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中預(yù)測(cè)模塊根據(jù)對(duì)象的位置坐標(biāo)和速度， 預(yù)測(cè)出 一段時(shí)間內(nèi)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而預(yù)測(cè)出自適應(yīng)單元位置以 及范圍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中預(yù)測(cè)模塊對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行合并和分 裂，更新自適應(yīng)單元。
6、 一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤方法，包括將具有相似位置及速度的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元； 預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界； 在自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；以及 在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中將具有相似運(yùn)動(dòng)特征的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中根據(jù)對(duì)象的位置坐標(biāo)和速度，預(yù)測(cè)出一段時(shí)間內(nèi)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而預(yù)測(cè)出自適應(yīng)單元位置以及范圍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中對(duì)自適應(yīng)單元進(jìn)行合并和分裂，更新自適應(yīng)單元。
全文摘要
一種基于分組的移動(dòng)對(duì)象追蹤系統(tǒng)和方法，其中將具有相似位置及速度的對(duì)象分組為自適應(yīng)單元；預(yù)測(cè)自適應(yīng)單元的將來軌跡邊界；在自適應(yīng)單元上建立直接訪問表和R樹索引；在直接訪問表上建立一個(gè)二維R樹。
文檔編號(hào)H04Q7/22GK101232644SQ20081005609
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者孟小峰, 郭妍妍, 陳繼東 申請(qǐng)人:孟小峰