移动对象数据库

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1、移动对象数据库移动对象数据库指导教师：指导教师： 制作人：制作人：1 1 研究背景研究背景n n近年来，随着无线通信技术的高速发展，时空数近年来，随着无线通信技术的高速发展，时空数 据库越来越多地应用在地理信息系统、交通管理据库越来越多地应用在地理信息系统、交通管理 、定位、城市规划等各个领域。在无线定位业务、定位、城市规划等各个领域。在无线定位业务 （Location-Based Service, LBSLocation-Based Service, LBS）应用中，）应用中， LBS LBS 通过无线通信网络获取移动对象的位置信息通过无线通信网络获取移动对象的位置信息 ，在地理信息系统平台

2、的支持下为客户提供相应，在地理信息系统平台的支持下为客户提供相应 的服务，其中包括儿童保护、个人导航应用、寻的服务，其中包括儿童保护、个人导航应用、寻 友服务、销售人员管理、资产跟踪服务等。获取友服务、销售人员管理、资产跟踪服务等。获取 的移动对象及其位置信息组成的数据库称为移动的移动对象及其位置信息组成的数据库称为移动 对象数据库（对象数据库（Moving Objects DatabasesMoving Objects Databases， MODMOD），它基于时空数据库中时间和空间变化类），它基于时空数据库中时间和空间变化类 型之一：实体的运动。型之一：实体的运动。n n时空数据库作为一

3、种现代的时空数据库作为一种现代的面向对象面向对象的高级数据的高级数据 库技术，它有效地组织和管理时态地理数据、属库技术，它有效地组织和管理时态地理数据、属 性、空间和时间语义。时空数据库是包括时间和性、空间和时间语义。时空数据库是包括时间和 空间要素在内的数据库系统，是在空间数据库的空间要素在内的数据库系统，是在空间数据库的 基础上增加时间要素而构成的三维（无高度维）基础上增加时间要素而构成的三维（无高度维）或四维数据库。与传统的数据库相比具有或四维数据库。与传统的数据库相比具有动态性动态性 和和全面性全面性的特点。它包括任何历史数据，并且同的特点。它包括任何历史数据，并且同 样可以对其进行更

4、新，使数据库可以成任何一个样可以对其进行更新，使数据库可以成任何一个 系统和部门的完整的电子信息档案库，同时，对系统和部门的完整的电子信息档案库，同时，对历史历史、当前当前和和将来将来进行对比、分析、监测和预测进行对比、分析、监测和预测 预报，从而为预测预报系统、决策支持系统和其预报，从而为预测预报系统、决策支持系统和其 他分析系统服务。时空数据库并不一定是移动数他分析系统服务。时空数据库并不一定是移动数 据库，其对象可以是移动的物体，但不是必须具据库，其对象可以是移动的物体，但不是必须具 有移动的特性。有移动的特性。n n移动对象数据库技术是一项新兴技术，在国外已移动对象数据库技术是一项新兴

5、技术，在国外已 有大量的研究，国内目前起步还比较晚。移动对有大量的研究，国内目前起步还比较晚。移动对 象是移动计算环境下的运行主体，象是移动计算环境下的运行主体，因而如何实施因而如何实施 对移动对象的有效管理对移动对象的有效管理，便成为了这一领域的研，便成为了这一领域的研 究热点。目前，移动对象数据库的研究大致分为究热点。目前，移动对象数据库的研究大致分为 四个方向：四个方向：位置建模位置建模、查询语言查询语言、索引结构索引结构、不不 确定性处理确定性处理。2 2 移动对象数据库移动对象数据库n n2.1 2.1 时空数据库的基本概念时空数据库的基本概念n n随着空间数据库技术的不断发展，对空

6、间对象的随着空间数据库技术的不断发展，对空间对象的 时域信息的研究和应用显得日益重要。任何实体时域信息的研究和应用显得日益重要。任何实体 都有其时间（时态）、空间特性。在许多现实应都有其时间（时态）、空间特性。在许多现实应 用中实体本身及实体之间的时态、空间、时空关用中实体本身及实体之间的时态、空间、时空关 系往往成为人们需要对实体进行处理的主要方面系往往成为人们需要对实体进行处理的主要方面 。例如：天文、地理信息管理、城市规划、交通。例如：天文、地理信息管理、城市规划、交通 管理、天气预报、生态管理等等，这些应用的共管理、天气预报、生态管理等等，这些应用的共 同点是：要求能够比较真实的记录并

7、处理实体的同点是：要求能够比较真实的记录并处理实体的 时态信息、空间信息、空间信息随时态的变化而时态信息、空间信息、空间信息随时态的变化而 发展变化的信息等。发展变化的信息等。n n传统空间数据库技术不能处理和反映空间对象历传统空间数据库技术不能处理和反映空间对象历 史信息的变化，所以只有发展新的数据库技术才史信息的变化，所以只有发展新的数据库技术才 能克服这一问题，才能支持对对象空域和时域信能克服这一问题，才能支持对对象空域和时域信 息的同时有效管理，传统空间数据库对对象的空息的同时有效管理，传统空间数据库对对象的空 间信息管理是有效的，但它的处理操作仅限于当间信息管理是有效的，但它的处理操

8、作仅限于当 前时间有效的空间对象，当一个新的对象值被插前时间有效的空间对象，当一个新的对象值被插 入到当前存在的数据库中时，旧的对象值就会被入到当前存在的数据库中时，旧的对象值就会被 删除，因此对随时间变化的空间对象很难实现空删除，因此对随时间变化的空间对象很难实现空 间对象历史信息的有效管理。为解决这一问题，间对象历史信息的有效管理。为解决这一问题， 时空数据库的研究日益成为热点，时空数据库的研究日益成为热点，时空数据库可时空数据库可 同时为对象提供有效的历史和空间管理支持同时为对象提供有效的历史和空间管理支持。n n时态数据库时态数据库和和空间数据库空间数据库。时态数据库是存储与。时态数据

9、库是存储与 管理时态数据的数据库，目前，时态数据库被应管理时态数据的数据库，目前，时态数据库被应 用于医疗系统，证券系统，信用管理系统等应用用于医疗系统，证券系统，信用管理系统等应用 领域中。空间数据库系统是描述、存储和处理空领域中。空间数据库系统是描述、存储和处理空 间数据的数据库管理系统。空间数据库已经在地间数据的数据库管理系统。空间数据库已经在地 理信息系统理信息系统(GIS)(GIS)，计算机辅助设计和制造系统，计算机辅助设计和制造系统 (CAD/CAM)(CAD/CAM)，多媒体数据库等应用领域得到了，多媒体数据库等应用领域得到了 比较广泛的应用。随着数据库技术的发展，用户比较广泛的

10、应用。随着数据库技术的发展，用户 也提出了越来越高的要求，如：当用户需要查询也提出了越来越高的要求，如：当用户需要查询 2010 2010 年千山中路的地理地貌时，单独的时态和年千山中路的地理地貌时，单独的时态和 空间数据库都无法满足。在这种情况下时空数据空间数据库都无法满足。在这种情况下时空数据 库的诞生成为必然。时空数据库是时间和空间要库的诞生成为必然。时空数据库是时间和空间要 素相结合而构成的三维（无高度维）或四维数据素相结合而构成的三维（无高度维）或四维数据 库，时间维的存在大大丰富了数据库的内容。它库，时间维的存在大大丰富了数据库的内容。它 一方面增加了数据库管理的复杂性，另一方面，

11、一方面增加了数据库管理的复杂性，另一方面， 海量的数据为时间和空间分析提供了极为广阔的海量的数据为时间和空间分析提供了极为广阔的 舞台。舞台。n n时空数据库的实现可以使数据库成为真正意义上时空数据库的实现可以使数据库成为真正意义上 的资源清单，它可以为分析提供横向的现势和纵的资源清单，它可以为分析提供横向的现势和纵 向的历史数据，对历史、当前和将来进行对比、向的历史数据，对历史、当前和将来进行对比、 分析、监测和预测预报，从而为预测预报系统、分析、监测和预测预报，从而为预测预报系统、 决策支持系统和其它分析系统服务。时空数据库决策支持系统和其它分析系统服务。时空数据库 是时态地理信息系统是时

12、态地理信息系统 （TGISTGIS）的核心，同时兼）的核心，同时兼 具时态和空间双重属性具时态和空间双重属性, , 时态地理信息系统的关时态地理信息系统的关 键问题是时空数据库的设计和管理，建立合适的键问题是时空数据库的设计和管理，建立合适的 时间与空间联合的数据模型时间与空间联合的数据模型时空数据模型，时空数据模型， 采用科学的管理方法，更有效地组织和完善时态采用科学的管理方法，更有效地组织和完善时态 地理对象的属性、空间和时间语义，以便重现历地理对象的属性、空间和时间语义，以便重现历 史状态，跟踪变化，预测未来。时空数据库和时史状态，跟踪变化，预测未来。时空数据库和时 间地理信息系统对所有

13、与地理信息有关的领域有间地理信息系统对所有与地理信息有关的领域有 广泛的应用前景，特别势对经常性变化的空间信广泛的应用前景，特别势对经常性变化的空间信 息的管理具有重要意义，目前，息的管理具有重要意义，目前，TGIS TGIS 在地籍、在地籍、 土地利用、房地产、交通、能源等方面有着良好土地利用、房地产、交通、能源等方面有着良好 地应用。地应用。2.2 2.2 移动对象数据库的基本概念移动对象数据库的基本概念n n时空数据库作为一种现代的面向对象的高级数据时空数据库作为一种现代的面向对象的高级数据 库技术，它必须而且只能建立在原来的数据库技库技术，它必须而且只能建立在原来的数据库技 术的基础之

14、上。术的基础之上。移动对象数据库是作为时空数据移动对象数据库是作为时空数据 库的分支发展而来的库的分支发展而来的，它基于时空数据库中对象，它基于时空数据库中对象 的运动的特性，具有移动的特性。移动对象数据的运动的特性，具有移动的特性。移动对象数据 库是对移动对象的位置及其相关信息进行表示与库是对移动对象的位置及其相关信息进行表示与 管理的数据库。在移动对象数据库中通常管理着管理的数据库。在移动对象数据库中通常管理着 两类空间对象，一类是静态的空间对象，比如两类空间对象，一类是静态的空间对象，比如“ “查查 询离我最近篮球场询离我最近篮球场” ”所提到的篮球场，这类所提到的篮球场，这类n n信息

15、通常依赖于用户所在的位置；另一类信息通常依赖于用户所在的位置；另一类 则是移动对象，其位置是不断变化的，比则是移动对象，其位置是不断变化的，比 如如“ “查询位于查询位于 A A 街区的出租车街区的出租车” ”中所提到的中所提到的 出租车。出租车。移动对象数据库移动对象数据库是指对移动对象（如车是指对移动对象（如车 辆、飞机、移动用户等）及其位置进行管理的数辆、飞机、移动用户等）及其位置进行管理的数 据库据库。移动对象管理技术在许多领域展现了广阔。移动对象管理技术在许多领域展现了广阔 的应用前景。在军事上，移动对象数据库可以回的应用前景。在军事上，移动对象数据库可以回 答常规数据库所无法回答的

16、查询；在民用领域，答常规数据库所无法回答的查询；在民用领域， 利用移动对象数据库技术可以实现智能运输系统利用移动对象数据库技术可以实现智能运输系统 、出租车、出租车/ /警员自动派遣系统、智能社会保障系统警员自动派遣系统、智能社会保障系统 以及高智能的物流配送系统。此外，移动对象管以及高智能的物流配送系统。此外，移动对象管 理技术还在电子商务领域有着广泛的应用前景。理技术还在电子商务领域有着广泛的应用前景。 目前，移动对象管理主要研究问题包括：目前，移动对象管理主要研究问题包括：n n1.1.位置的表示与建模：为了对移动对象的位置进位置的表示与建模：为了对移动对象的位置进 行行之有效的管理行行之有效的管理, , 移动对象数据库系统必须能移动对象数据库系统必须能 够准确地获取移动对象的当前位置信息（位置信够准确地获取移动对象的当前位置信息（位置信 息的获取）息的获取）, , 并建立有效的位置管理模型（位置并建立有效的位置管理模型（位置 信息的表示）。信息的表示）。n n2.2.移动对象索引技术：在移动对象数据库中，通移动对象索引技术：在移动对象数据库