移动对象多维索引与联合查询方法

In the new geographic information era, geo-spatial data such as trajectories are characterized by ubiquitous location and high dynamics. How to effectively manage massive location-based data, social network data and geospatial data becomes a major challenge. In this study, we build a spatial-temporal integrated data model of moving object trajectories and social relationships both in outdoor space (geo-space, road networks) and indoor space, and offer a series of operations including basic operations, spatial operations, relation operations and trajectory operations. Then, a new efficient multidimensional indexing structure is constructed, in order to overcome the restriction of integrated query and spatial analysis as well as avoid the problem of index forest that is common in traditional indexing. Thirdly, integrated query algorithms are developed including geo-relation query and indoor-free space query. These algorithms improve the traditional query expansion tree and are applicable to a large number of moving objects. Based on the technologies of NoSQL, we implement the proposed data model. In order to verify its effectiveness, finally we carry out detailed experimental analysis by using a real floating car dataset, a RFID dataset, a mobile phone dataset and two location-based social network datasets. This study may be useful to location-based services and social computing.

泛在位置与动态性是新地理信息时代地理空间数据的重要特征，海量移动对象轨迹将成为新地理信息时代异构动态地理空间数据的典型代表。实现移动对象位置、轨迹及其关系的有效管理与应用需要解决地理空间、移动对象动态位置与轨迹序列、移动对象间复杂动态关系的统一表达与组织的瓶颈。本课题拟突破不同类型活动空间分离建模对移动对象空间分析与查询的约束，构建移动对象空间一体化数据模型，实现自由空间、路网空间、室内受限空间的逻辑统一，研究对应的地理-关系多维索引结构及查询算子，实现移动对象室内-室外联合查询、位置-关系联合查询等，并通过NoSQL技术实现所提出的数据模型和索引查询技术，利用真实的海量GPS浮动车数据、基于位置的社交网络数据、RFID与WiFi室内定位数据、移动通讯终端信令数据进行效率及可靠性评价。本课题可为新地理信息时代异构时空数据管理提供方法支撑，为位置服务、城市计算、应急响应等应用提供技术支持。

泛在位置与动态性是新地理信息时代地理空间数据的重要特征，海量移动对象轨迹将成为新地理信息时代异构动态地理空间数据的典型代表。实现移动对象位置、轨迹及其关系的有效管理与应用需要解决地理空间、移动对象动态位置与轨迹序列、移动对象间复杂动态关系的统一表达与组织的瓶颈。.本项目针对不同类型活动空间分别建模对移动对象空间分析与查询的约束，构建移动对象空间一体化数据模型，实现自由空间、路网空间、室内受限空间的逻辑统一，研究对应的地理-关系多维索引结构及查询算子，实现移动对象室内-室外联合查询、位置-关系联合查询。本项目主要成果包括：.（1）针对自由空间移动对象，本研究构建了一种Geo-Social-Movement（GSM）时空数据模型，实现了地理空间、路网空间、移动对象轨迹及语义信息的时空一体化建模表达，并提出了多种定义及操作非结构化轨迹数据的data types与operators。.（2）针对路网空间移动对象，本研究提出一种GSMNet时空数据模型，实现了路网空间、移动对象轨迹及语义信息的时空一体化建模表达，并提出了多种定义及操作非结构化轨迹数据的data types与operators。并基于Neo4J研发了基于GSMNet模型的移动对象数据库原型系统。.（3）本研究提出了一种新的连续范围查询算法GCR，该算法基于一种图的查询扩展数据结构，来实现对连续范围查询的增量查询。该查询扩展数据结构一方面减少了传统的查询扩展树的维护计算代价，另一方面，该结构将查询扩展树的构建映射为图的节点与边的创建与删除操作，可以有效提高算法效率。.本项目经过三年时间研发，总体来说研发过程顺利，共发表论文8篇，其中3篇SCI，登记软件著作权1项，获得省部级科研奖励2项，已完成规定的预期成果考核指标。