基于多尺度路网的移动对象建模与索引

Data management for moving objects on road networks is a research hotspot in recent years. Road networks have multi-scale feature, and moving objects have distinctive movement feature among different scale road networks, however, the multi-scale feature for road networks and the movement feature for moving objects in different scale haven't been taken into account in the current research; furthermore, the existing technology for moving objects data management can't be directly applied in moving objects on the multi-scale road networks. The project firstly proposes indexing methods and data model for moving objects based on multi-scale road networks.Data Model for moving objects based on multi-scale road networks includes data model for multi-scale road network and for multi-scale moving objects, realizes the multi-scale representation of road networks and the representation of moving objects in multi-scale road networks. The scale transformation method for moving objects is presented, then the integrated framework for data model for moving objects based on multi-scale road networks is given. Based on the data model for multi-scale moving objects， the project proposes trajectory index for moving objects using multi-scale road networks, and accesses multi-scale road networks and trajectory of moving objects by dual extended R-tree structure. The indexing structure store multi-scale road networks and moving objects. The research can provide theoretical and technical support for access methods and representation of moving objects, and it is of great academic significance to manage moving objects and analyze spatio-temporal data of GIS.

道路网络（简称路网）中的移动对象数据管理是近年研究热点。路网具有多尺度特征，移动对象在不同尺度路网具有不同的运行特征，然而，已有研究并未考虑路网的多尺度特征以及移动对象在不同尺度的运行特征，现有的移动对象数据管理技术也不能直接应用于多尺度路网下的移动对象处理。本项目首次提出基于多尺度路网的移动对象建模与索引方法。多尺度路网移动对象数据模型包括多尺度路网模型以及多尺度移动对象模型，实现了路网的多尺度表达、移动对象在多尺度路网中的表达，并给出移动对象的尺度转换方法，得到基于多尺度路网移动对象数据模型整体框架。在多尺度路网移动对象数据模型基础上，提出基于多尺度路网的移动对象轨迹索引，利用双层扩展R树结构索引多尺度路网及移动对象轨迹，索引结构存储多尺度路网以及移动对象信息。本课题的研究将为多尺度移动对象表达与索引提供理论和技术支持，对移动对象数据管理和GIS时空分析具有重要的学术意义。

多尺度路网移动对象管理是移动对象数据库和地理信息系统学科的交叉新兴研究领域，首要问题是建立基于多尺度路网的移动对象模型与索引方法，多尺度路网移动对象数据模型包括多尺度路网模型以及多尺度移动对象模型，通过实现路网的多尺度表达、移动对象在多尺度路网中的表达，并给出移动对象的尺度转换方法，得到基于多尺度路网移动对象数据模型整体框架。在多尺度路网移动对象数据模型基础上，获得基于多尺度路网的移动对象轨迹索引。本项目获得国家自然科学基金资助后，按照立项申请进度安排开展研究。形成了多尺度层次下的移动对象模型与索引的全新技术方法；在国内外首次基于多尺度概念建立多尺度移动对象模型，研究了移动对象在多尺度路网表达中的位置坐标表示、位置完整表达、关键概念定义。多尺度路网中移动对象位置的坐标表示，结合忠实与效率两方面考量，道路网络中的位置通过参考网络上的参考点及相对偏移距离计算获得，地理坐标与LRS坐标可以通过线性参考与动态分段计算转换。研究了多尺度移动对象尺度转换方法，为了提高或者降低数据表达的细节层次，多尺度数据模型需要支持数据在不同尺度之间的转换。移动对象的尺度转换分为粗化与细化，主要通过正投影方式操作，粗化是指将移动对象从小尺度道路网络转换到大尺度道路网络，细化是将移动对象从大尺度道路网络转换到小尺度道路网络。提出了适用于多尺度道路网络的移动对象索引结构MSMOI树，它能有效地存储以及获取多尺度道路网络上运行的移动对象状态。MSMOI索引结构基于R树，利用基于R树结构的层次结构管理道路网络与移动对象轨迹，各层次的数据利用指针链接，支持范围查询、k近邻查询等查询方式。该研究成果为尺度移动对象建模与索引提供了理论和技术支持，对尺度移动对象管理具有重要的学术意义和前景广阔的应用价值，有望丰富与发展移动地理信息系统的理论和技术方法。