基于室内空间的移动对象数据模型与实现

摘要

室内移动对象指在室内空间的约束下，对象的空间位置信息随时间而改变。近年来，使用物联网与室内定位技术，能获取海量的室内移动对象数据。与此同时涉及室内场景的时空应用（如：商场人流分析、博物馆导航、特殊人群监控）日益频繁。如何高效的对这些数据进行管理与利用已经成为一个研究热点问题。其中，建立并实现语义完备且支持多种应用场景的室内移动对象模型是该研究领域的基础，模型的完备性与健壮性将直接影响时空查询效率与时空应用的相关功能。
　　 本文对基于室内空间的移动对象数据管理进行了相关研究，主要关注两个方面：室内空间移动对象的数据模型以及室内移动数据管理原型系统的实现。论文首先对室内空间的特征进行分析，提出了一个新的室内移动对象分层模型：LayeredModel。该模型通过不同层之间的关联，表达室内元素、传感器以及移动对象之间复杂的室内语义。在该模型中，提出了室内空间距离的概念并给出了形式化定义。LayeredModel模型能支持多种室内时空查询与应用。在此模型的基础上，本文设计了室内移动对象数据类型系统以及对应支持的操作。通过扩展对象关系数据库实现了InMOC原型系统。
　　 具体而言，本文的主要贡献主要有：
　　 （1）提出了一个分层的室内移动对象数据模型：LayeredModel。本文首先对室内空间进行了定义，分析了传感器的部署情况，详尽阐述了利用LayeredModel模型表达室内环境中，门、房间、传感器以及移动对象之间的关系，给出了LayeredModel模型的更新操作。最后通过用例分析与实验，表明分层模型能有效地支持多种基于室内空间的应用场景，例如：移动对象的跟踪、监控、导航以及室内最近邻查询等。
　　 (2)设计并实现了一个支持室内时空查询的原型系统InMOC。本文提出了室内移动对象数据管理原型系统的实现方案，并在对象关系数据库上进行了实现。首先分析了室内时空类型系统、支持的相关操作。根据室内时空查询的类型，定义了用于评测室内移动对象数据库性能的基准查询集。实验结果表明，基于分层数据模型的室内移动对象原型系统能有效用于室内时空查询。同时室内移动对象基准测试集能较完整地评价室内移动对象数据库管理系统关于属性查询、范围查询、连接查询、聚集查询等方面的相关性能。

目录

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摘要

图目录

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 移动对象数据库

1．3 室内空间数据管理

1．3．1 室内空间特点

1．3．2 室内定位技术

1．3．3 室内应用

1．4 本文的主要工作

1．5 本文的组织结构

第二章 室内数据管理研究现状

2．1 室内空间数据模型

2．2．1 对象特征模型

2．2．2 几何空间模型

2．2．3 符号空间模型

2．2 室内数据查询处理

2．3 室内数据管理系统

2．4 室内数据生成

2．5 本章小结

第三章 室内移动对象的分层数据模型

3．1 引言

3．2 室内空间形式化定义

3．2．1 室内空间定义

3．2．2 传感器部署

3．3 分层的室内移动对象数据模型

3．3．1 LayeredModel模型

3．3．2 LayeredModel模型的操作

3．3．3 室内空间距离

3．4 基于分层模型的应用

3．4．1 室内对象跟踪

3．4．2 iKNN查询

3．4．3 室内导航与室内空间分析

3．5 本章小结

第四章 室内移动数据管理原型系统

4．1 引言

4．2 InMOC原型系统框架

4．2．1 InMOC原型系统体系结构

4．2．2 InMOC数据类型系统

4．3 InMOC原型系统实现

4．3．1 InMOC中的扩展数据类型

4．3．2 InMOC中的时空操作

4．4 室内移动对象基准查询

4．4．1 基准查询表模式

4．4．2 基准查询类型

4．4．3 基准查询集

4．5 实验与分析

4．5．1 数据集生成

4．5．2 室内移动对象数据的导入

4．5．3 实验结果与分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果