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时空数据库中移动对象的索引和查询技术研究

陈楠  
【摘要】:随着全球定位系统,传感器网络和无线通讯等技术的迅速发展,使得跟踪和记录连续运动物体的位置成为可能。各种应用领域,如交通控制,气象监测,移动计算,基于位置的服务和数字战场等,又进一步推动了时空数据库和移动对象数据库的诞生与发展。近年来,时空数据库和移动对象数据库已经成为了数据库领域一个重要的研究方向,受到了理论界和产业界共同的高度关注。其中,移动对象的索引和查询技术是时空数据库和移动对象数据库的关键性核心技术。然而,目前时空数据库和移动对象数据库尚未实现产业化和实用化,其研究有待进一步深入。而且国内在该领域的研究与国外存在较大差距,因此,对移动对象的索引和查询技术进行研究有着重要的理论意义和广阔的应用前景。 本文针对现有研究的不足,对移动对象的索引和查询技术进行了研究,提高了索引的性能和智能化程度,丰富了移动对象的查询类型,能够满足移动对象在实际应用环境下的需求。本文的研究分为移动对象的空间属性管理和各种类型属性管理两个部分展开,在以下一些方面进行了创造性的工作: (1)移动对象索引的时效性研究:在分析实际应用环境的基础上,为解决移动对象索引的时效性问题,本文在移动对象建模的过程中引入“预测性生命周期”的概念,并在索引和查询的过程中进行相应的处理。同时,允许对移动对象的“预测性生命周期”进行不确定性的设置,提出了相应的概率性查询方法,较好地解决了更新频率高差别环境给移动对象查询所带来的时效性影响问题。 (2)高查询性能的移动对象索引技术:本文提出了新型的移动对象索引结构By-tree和αBy-tree,能够在保证高效更新操作的同时,显著地提高查询操作的性能。同时,在这些索引结构的基础上,本文研究了时间点区域查询,时间段区域查询,KNN查询和连续性查询等多种类型的查询形式,设计和实现了高效的查询算法。实验证明了这些索引和查询算法在查询的性能上超过了现有的移动对象索引。 (3)移动对象索引的自调节框架技术:针对更新操作和查询操作需求动态变化的应用环境,本文设计了具有自管理功能的移动对象索引结构及其在线自调节的框架系统SIFUQMO。该框架能够根据环境的变化,以自学习自调节的方式高效地对更新操作和查询操作的性能进行调节,以达到最佳的平稳的总体性能,并且不打断索引的服务。实验证明了该索引结构和框架系统能够有效地工作,在各种环境下的总体性能优于现有的移动对象索引结构。 (4)移动对象的预测性Skyline查询技术:在对移动对象的各种空间属性和非空间属性,动态属性和静态属性进行分析和建模的基础上,本文提出了移动对象的预测性Skyline查询问题,包括了点查询,区域查询和子空间查询三种查询形式。本文还提出了针对移动对象各种类型属性的统一的索引结构,以及解决移动对象预测性Skyline查询的多种算法。实验证明了所提出的算法是高效的,并且比较了其优劣。


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