移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)

前言

颶風(fēng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中該如何表示？海浪和海流該如何表示？在海上作業(yè)的輪船又該如何表示？如果我們已經(jīng)有了某種表示方法，那么它能回答一些我們感興趣的復(fù)雜問題嗎？比如，根據(jù)航海經(jīng)驗(yàn)，海上的平均海流速度和風(fēng)速是多少？……這些都是空間數(shù)據(jù)庫(kù)中具有挑戰(zhàn)性的問題。但是，空間數(shù)據(jù)庫(kù)是靜態(tài)的?，F(xiàn)在我們考慮一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的問題，就是颶風(fēng)、海流以及輪船都是移動(dòng)的對(duì)象。在這種情況下，我們應(yīng)該怎樣組織和索引數(shù)據(jù)庫(kù)？應(yīng)該提供什么樣的查詢語(yǔ)言來回答諸如“救援船只和直升機(jī)需要多久才能到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)”這樣的問題？隨著無(wú)線移動(dòng)計(jì)算、RFID以及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，似乎我們所遇到的每一個(gè)問題都要求我們?nèi)ヌ幚硭木S時(shí)空中的移動(dòng)對(duì)象。產(chǎn)品制造、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通與分配、應(yīng)急服務(wù)、電信等應(yīng)用都面臨著同樣的挑戰(zhàn)性問題，即如何表示和查詢描述了移動(dòng)對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)。在15年前①，這些數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)查詢的問題還很難處理——我們不得不用人工或者近似的方式來解決每一個(gè)問題。但是，在過去10年里，空間數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)索引、數(shù)據(jù)查詢等領(lǐng)域取得了極大的進(jìn)展。我們已經(jīng)知道了應(yīng)該如何去使用緊湊的結(jié)構(gòu)表示一個(gè)三維對(duì)象，并且也知道了應(yīng)該如何對(duì)時(shí)間和動(dòng)態(tài)性方面的問題進(jìn)行表達(dá)和推理。在最近5年里，空間數(shù)據(jù)庫(kù)和時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)研究的集成促使了時(shí)空數(shù)據(jù)類型和處理方法的產(chǎn)生。本書代表了時(shí)態(tài)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念和技術(shù)集成的一個(gè)里程碑。它將現(xiàn)有的研究成果統(tǒng)一組織成了一個(gè)有機(jī)的整體，同時(shí)也給出了多個(gè)研究領(lǐng)域中的一些新成果和新技術(shù)。針對(duì)每種情況，作者都從已有知識(shí)開始，然后借助抽象和一般化的模型介紹新的概念，最后將新的想法轉(zhuǎn)換為實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示或者類SQL查詢語(yǔ)言的擴(kuò)展。同樣通過這種方式，本書不僅給出了非常好的內(nèi)容，也提供了很好的參考文獻(xiàn)。它可以將你帶領(lǐng)到研究的前沿。

內(nèi)容概要

Moving Objects Databases(移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù))是近年誕生的—個(gè)較新的研究領(lǐng)域，其主要目標(biāo)是允許用戶在數(shù)據(jù)庫(kù)中表示移動(dòng)對(duì)象，并可以支持與時(shí)空變化(“移動(dòng)”)相關(guān)的用戶查詢。隨著移動(dòng)計(jì)算、位置相關(guān)服務(wù)、GIS等應(yīng)用的不斷發(fā)展，移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)受到了國(guó)內(nèi)外越來越多的關(guān)注。本書包括了目前國(guó)際上的最新研究成果，覆蓋了支持移動(dòng)對(duì)象應(yīng)用的幾乎所有的底層數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，如數(shù)據(jù)模型、查詢代數(shù)、查詢語(yǔ)言、索引、查詢優(yōu)化等，同時(shí)也對(duì)移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)基本概念以及移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展歷史和未來趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)、比較和展望。    本書可作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)、GIS、遙感等相關(guān)專業(yè)研究生或高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書，也可供數(shù)據(jù)庫(kù)研究人員和GIS、空間數(shù)據(jù)分析等專業(yè)人員參考使用。

作者簡(jiǎn)介

作者：(德國(guó))古廷(Ralf Hartmut Guting) (德國(guó))施奈得(Markus Schneider) 譯者：金培權(quán) 岳麗華古廷（Ralf Harmut Guting），德國(guó)哈根大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)教授。分別于1980年和1983年獲多特蒙德大學(xué)學(xué)士學(xué)位和博士學(xué)位，自1987年為多特蒙德大學(xué)教授。目前他的主要研究興趣集中在時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)和移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)方面，是移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域最著名的研究者之一。他是ACM Transactlon on Database Systems 副主編，VLDB Journal、Geoinfformatica等的編委。出版教科書3本，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文50多篇。施奈得（Markus Schleidef），佛羅里達(dá)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)工程系副教授，同時(shí)也是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研發(fā)中心成員。于1990年在多特蒙德大學(xué)獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士學(xué)位，于1995年在德國(guó)哈根大學(xué)獲計(jì)算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位。他目前是Geoinformatica的編委。研究興趣包括空間和時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)、模糊數(shù)據(jù)庫(kù)以及生物數(shù)據(jù)庫(kù)。譯者簡(jiǎn)介：金培權(quán)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系副教授，碩土生導(dǎo)師。現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究室主任，ACM、ACM SIGMOD、IEEE、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)和SCIP會(huì)員。近年來一直從事時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)、移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)和信息檢索研究，先后主持了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863項(xiàng)目、中科院專項(xiàng)基金等項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)外期刊和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文40多篇，其中SCI、EI檢索30多篇，并多次應(yīng)邀擔(dān)任國(guó)際會(huì)議程序委員會(huì)委員。2003年獲中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)，2007年獲中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)張宗植青年教師獎(jiǎng)。岳麗華，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系教授，博導(dǎo)。目前主要研究方向?yàn)殚W存數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、遙感圖像處理等。其他研究興趣包括Web信息抽取、信息集成等。目前擔(dān)任中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)數(shù)據(jù)庫(kù)專業(yè)委員會(huì)委員，教育部高等教育計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員，多次擔(dān)任WAIM、APWEB等國(guó)際會(huì)議的程序委員會(huì)成員。近5年來負(fù)責(zé)多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863項(xiàng)目、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目等課題的研究工作，以及多項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)信息系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目。曾獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)。近年來在DEXA、ER、MDM、WebDB等國(guó)際會(huì)議和國(guó)內(nèi)外刊物上發(fā)表論文50多篇。

書籍目錄

前言第1章  概述  1.1  數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)  1.2  空間數(shù)據(jù)庫(kù)    1.2.1  空間概念建模    1.2.2  數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言擴(kuò)展    1.2.3  實(shí)現(xiàn)策略  1.3  時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)    1.3.1  傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的時(shí)態(tài)信息管理    1.3.2  時(shí)間域    1.3.3  時(shí)間維    1.3.4  數(shù)據(jù)模型擴(kuò)展    1.3.5  查詢語(yǔ)言擴(kuò)展：TSQL2  1.4  移動(dòng)對(duì)象    1.4.1  位置管理視角    1.4.2  時(shí)空數(shù)據(jù)視角    1.4.3  移動(dòng)對(duì)象以及相關(guān)的查詢問題    1.4.4  時(shí)空數(shù)據(jù)分類    1.4.5  支持空間數(shù)據(jù)類型的時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)    1.4.6  時(shí)空數(shù)據(jù)類型  1.5  進(jìn)一步練習(xí)  1.6  參考文獻(xiàn)注釋第2章  早期的時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)  2.1  空間雙時(shí)態(tài)對(duì)象    2.1.1  一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景    2.1.2，雙時(shí)態(tài)元素    2.1.3  空間對(duì)象的單純復(fù)形建模    2.1.4  空間雙時(shí)態(tài)對(duì)象    2.1.5  空間雙時(shí)態(tài)操作    2.1.6  時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)查詢  2.2  基于事件的方法    2.2.1  模型    2.2.2  查詢處理算法  2.3  進(jìn)一步練習(xí)  2.4  參考文獻(xiàn)注釋第3章  當(dāng)前移動(dòng)的建模與查詢  3.1  位置管理  3.2  MOST——針對(duì)當(dāng)前和未來的移動(dòng)的數(shù)據(jù)模型    3.2.1  基本假設(shè)    3.2.2  動(dòng)態(tài)屬性    3.2.3  對(duì)象位置表示    3.2.4  數(shù)據(jù)庫(kù)歷史    3.2.5  3種查詢類型  3.3  FTL——基于未來時(shí)態(tài)邏輯的查詢語(yǔ)言    3.3.1  查詢例子    3.3.2  語(yǔ)法    3.3.3  語(yǔ)義    3.3.4  FTL查詢求解  3.4  位置更新——平衡更新代價(jià)和不精確性    3.4.1  背景    3.4.2  運(yùn)動(dòng)過程的信息代價(jià)    3.4.3  基于代價(jià)優(yōu)化的推測(cè)定位策略    3.4.4  推測(cè)定位位置更新策略  3.5  移動(dòng)對(duì)象軌跡的不確定性    3.5.1  軌跡模型    3.5.2  軌跡的不確定性概念    3.5.3  移動(dòng)對(duì)象的不確定性查詢    3.5.4  時(shí)空操作算法與時(shí)空謂詞算法  3.6  進(jìn)一步練習(xí)  3.7  參考文獻(xiàn)注釋第4章  移動(dòng)歷史的建模與查詢  4.1  基于抽象數(shù)據(jù)類型的方法    4.1.1  類型和操作    4.1.2  抽象模型與離散模型    4.1.3  抽象數(shù)據(jù)類型的語(yǔ)言嵌入  4.2  抽象模型    4.2.1  數(shù)據(jù)類型    4.2.2  數(shù)據(jù)類型的形式化定義    4.2.3  操作概述    4.2.4  非時(shí)態(tài)類型上的操作    4.2.5  時(shí)態(tài)類型上的操作    4.2.6  對(duì)象集合上的操作  4.3  離散模型    4.3.1  概述    4.3.2  非時(shí)態(tài)類型    4.3.3  時(shí)態(tài)類型  4.4  時(shí)空謂詞及其演變    4.4.1  動(dòng)機(jī)    4.4.2  空間對(duì)象的拓?fù)渲^詞    4.4.3  拓?fù)渲^詞的時(shí)態(tài)提升問題    4.4.4  時(shí)態(tài)聚集    4.4.5  基本時(shí)空謂詞    4.4.6  演變：時(shí)態(tài)謂詞序列    4.4.1  演變的簡(jiǎn)明語(yǔ)法    4.4.8  時(shí)空謂詞代數(shù)    4.4.9  例子    4.4.10  時(shí)空謂詞的標(biāo)準(zhǔn)集合    4.4.11  STQL中的演變查詢  4.5  進(jìn)一步練習(xí)  4.6  參考文獻(xiàn)注釋第5章  移動(dòng)對(duì)象類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法  5.1  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)    5.1.1  一般性要求和策略    5.1.2  非時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)類型    5.1.3  時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)類型  5.2  時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)類型上的操作算法    5.2.1  一般性考慮    5.2.2  投影到域/范圍    5.2.3  與域/范圍的交互    5.2.4  變化率  5.3  提升操作算法    5.3.1  謂詞    5.3.2  集合操作    5.3.3  聚集    5.3.4  數(shù)值特性    5.3.5  距離和方向    5.3.6  布爾操作  5.4  進(jìn)一步練習(xí)  5.5  參考文獻(xiàn)注釋第6章  約束數(shù)據(jù)庫(kù)方法  6.1  抽象模型：無(wú)限關(guān)系    6.1.1  平面關(guān)系    6.1.2  嵌套關(guān)系    6.1.3  結(jié)論  6.2  離散模型：約束關(guān)系    6.2.1  基于約束的空問模型    6.2.2  線性約束數(shù)據(jù)模型    6.2.3  約束關(guān)系上的關(guān)系代數(shù)  6.3  約束模型的實(shí)現(xiàn)    6.3.1  約束關(guān)系的表示    6.3.2  符號(hào)關(guān)系(約束公式)的表示    6.3.3  數(shù)據(jù)裝載和轉(zhuǎn)換    6.3.4  符號(hào)元組的規(guī)范化    6.3.5  代數(shù)操作的實(shí)現(xiàn)  6.4  進(jìn)一步練習(xí)  6.5  參考文獻(xiàn)注釋第7章  時(shí)空索引  7.1  幾何學(xué)前提    7.1.1  基于R樹家族的多維空間索引    7.1.2  對(duì)偶性    7.1.3  外部劃分樹    7.1.4  目錄結(jié)構(gòu)    7.1.5  外部?jī)?yōu)先搜索樹    7.1.6  外部范圍樹  7.2  移動(dòng)對(duì)象索引要求    7.2.1  時(shí)間索引結(jié)構(gòu)的特殊性    7.2.2  時(shí)空索引結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則    7.2.3  已有時(shí)空存取方法綜述  7.3  索引當(dāng)前以及近期未來移動(dòng)    7.3.1  一般性策略    7.3.2  TPR樹    7.3.3  對(duì)偶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法    7.3.4  基于多層劃分樹的時(shí)間無(wú)關(guān)索引    7.3.5  動(dòng)態(tài)B樹    7.3.6  動(dòng)態(tài)外部范圍樹    7.3.7  基于多版本動(dòng)態(tài)B樹的時(shí)間敏感索引    7.3.8  基于多版本外部動(dòng)態(tài)范圍樹的時(shí)間無(wú)關(guān)索引  7.4  軌跡索引(索引移動(dòng)歷史)    7.4.1  STR樹    7.4.2  TB樹    7.4.3  查詢處理  7.5  進(jìn)一步練習(xí)  7.6  參考文獻(xiàn)注釋第8章  展望  8.1  數(shù)據(jù)獲取  8.2  測(cè)試數(shù)據(jù)生成  8.3  網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)  8.4  連續(xù)查詢和基于位置的查詢的處理  8.5  聚集操作與選擇性估計(jì)部分練習(xí)答案參考文獻(xiàn)引文列表索引關(guān)于作者

章節(jié)摘錄

插圖：空間數(shù)據(jù)庫(kù)的目標(biāo)是擴(kuò)展DBMS的數(shù)據(jù)模型和查詢語(yǔ)言，使其能夠以某種自然的方式表示和查詢幾何對(duì)象。這樣一個(gè)DBMS的實(shí)現(xiàn)需要擴(kuò)展相應(yīng)的幾何形狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、執(zhí)行幾何計(jì)算的算法、多維空間索引技術(shù)以及查詢優(yōu)化器（轉(zhuǎn)換規(guī)則，代價(jià)函數(shù)），以便能夠?qū)⒉樵冋Z(yǔ)言映射到新的幾何相關(guān)的部件上?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)的主要研究動(dòng)機(jī)是支持地理信息系統(tǒng)（GIS）。早期的GIS對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的使用很有限，例如，它們會(huì)將非空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DBMS中，而將幾何數(shù)據(jù)放在文件中單獨(dú)管理。但是，隨著空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的成熟，目前所有主流的DBMS產(chǎn)品（如Oracle、IBM：DB2和Informix等）都提供了空間擴(kuò)展。因此，現(xiàn)在我們很容易將GIS整個(gè)構(gòu)建在DBMS之上，即將所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在DBMS中。雖然GIS是空間數(shù)據(jù)庫(kù)的主要驅(qū)動(dòng)力，但空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用范圍更廣闊。除了地理空間之外，我們也可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中表示其他一些我們感興趣的空間，例如：VLSI設(shè)計(jì)布局（通常涉及大量的矩形）；人體的三維模型；分子生物學(xué)中所研究的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。空間數(shù)據(jù)庫(kù)與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)之間存在著重要區(qū)別。雖然地理空間也可以通過圖像來表示，例如通過航拍或衛(wèi)星圖片，但空間DBMS的目的是表示空間中具有清晰的位置和范圍定義的實(shí)體，而圖像數(shù)據(jù)庫(kù)只是以圖像的形式來管理實(shí)體。當(dāng)然，兩者之間存在一定的聯(lián)系。例如，可以使用特征提取技術(shù)來提取圖像中的空間實(shí)體并將它們存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。

媒體關(guān)注與評(píng)論

“本書代表了時(shí)態(tài)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)概念和技術(shù)集成的一個(gè)里程碑?！瓕?duì)于任何一個(gè)想在這個(gè)領(lǐng)域里取得進(jìn)展的新的眼睛者來說，這本書是一個(gè)重要的起點(diǎn)?！薄　　狝CM圖靈獎(jiǎng)獲得者 Jim Gray

編輯推薦

《移動(dòng)對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)》由高等教育出版社出版。

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