● 摘要
“查询当前宾馆A附近2公里有多少空载的出租车，”或“是否有两架飞机正驶向对方（将要碰撞）？”或“哪一颗卫星将在未来4小时内接近这艘太空飞船的飞行路线？”等。快速发展的定位技术和无线通讯技术等为解决上述问题提供了可能，同时也给地理信息系统、计算机信息处理提出了挑战。移动对象指位置随着时间连续变化的空间对象。现实世界中的移动对象多种多样，总体上可以分为两大类，一类是移动点对象，如各种行驶的汽车、手机、飞机、轮船、也指各种鸟类、大熊猫、北极熊等；另一类是移动区域对象，如移动的云层、迁徙的种群、风暴、沙漠、植被和流行疾病传播的区域等等。移动对象管理主要要解决移动对象时间属性在计算机中的表达、存储和处理等问题，是一个多学科交叉的新兴研究方向，是智能交通、位置服务、航空航天、军事作战等的一项核心技术。鉴于移动点对象的重要性和普遍性，本文主要讨论基于全球定位系统（GPS）采集位置数据的移动点对象。论文以国内外相关研究工作及其最新进展的调研分析为基础，以具体的移动对象管理应用为背景，重点讨论有关移动点对象管理的基本问题、基本规律、时空数据模型、移动对象间的拓扑关系、基于路网的移动对象轨迹数据库及移动对象管理系统的体系结构、热点研究方向等问题。论文主要分成三个部分：（1）移动对象的表达和管理规律研究，讨论分析了移动对象的三种场景、主要性质，引入了时空立方体的概念，以时空立方体中的点和轨迹作为移动点对象的直观表达，并讨论了其相互关系，又从本体论的角度，讨论了移动对象的本体及其相互关系；在此基础上，提出了移动对象管理中的三个基本规律：位置不确定性、时空不可分和局部性、时间周期性，为后面的研究工作提供了支撑和理论基础。（2）移动对象的时空模型和时空拓扑关系研究在分析比较各种时空模型的基础上，给出一个面向对象的移动对象时空模型，讨论了移动对象类及其实例的关系。论文在[Guting 2000]所提出的时空数据类型的基础上，针对网络上时空运动进行扩展，以网络点类型来表达移动对象在网络上的位置描述，并以类型构造器moving 作用于网络点类型上，创建描述移动对象在网络上的时空轨迹的移动网络点类型。从而为描述移动对象在网络上的时空运动提供了类型支持，提出一个移动对象的类型系统描述。根据设计的时空数据类型，给出在该类型上的时空数据操作集。讨论了移动对象间的时空拓扑关系，以Max J. Egenhofer 等提出的空间拓扑关系点集理论描述框架为依据，定性讨论了移动对象空间拓扑可计算时段内的时空拓扑关系的55种情况。（3）基于路网的移动对象轨迹数据库和移动对象管理体系结构在两种路段模型和道路模型的基础上，讨论了移动对象的位置表示和位置更新模式，提出了一种基于路网的移动对象轨迹存储、管理的新方法，将时间、空间、属性信息很好的结合在一起，可以满足移动对象查询、应用服务决策支持的需要。针对大量且位置随时间变化频繁的移动对象管理面临的问题，在体系结构的设计上，给出一个分布式数据采集、数据存储、实时集中处理的方案，并讨论了基于Web的数据并发查询和查询结果的“推送”服务机制等；讨论了地理信息系统环境下的移动对象管理系统的建立。论文的主要创新点：（1）在移动对象的时间属性表示方面，系统地讨论了移动对象的特性、分类，引入了时空立方体的概念来描述时间和空间连续变化的移动对象，分析了移动对象点、轨迹、时空立方体及其相互关系；首次提出并阐述了移动对象管理中的三个基本规律：位置不确定性、时空不可分和局部性、时间周期性。（2）在时空信息的集成方面，在Guting等人提出的广义时空类型系统基础上，经过扩充，提出了一个基于网络的面向移动对象的类型系统，讨论了其形式化的表达，给出了基于该类型的主要操作。以Max J. Egenhofer 等提出的空间拓扑关系点集理论描述框架为依据，定性地讨论了移动对象空间拓扑可计算时段内的时空拓扑关系。（3）提出了一种基于路网的移动对象轨迹存储、管理新方法，将路网中的路段作为移动对象轨迹的基本组成单位，根据时空不可分和局部性规律，将时间、空间、属性信息结合在一起，实践证明，轨迹数据库可以比较好地满足城市车辆的监视、调度和导航等服务。从系统实现角度，给出了一种可扩展的移动对象管理系统的体系结构，该结构具有分布式数据采集、数据存储、实时集中处理的特点，可以满足大量位置随时间变化频繁的移动对象管理的需要，如上万量出租车的实时监视和调度服务等。论文最后，对论文工作进行了简单回顾和总结，讨论了移动对象管理研究中若干热点研究方向，讨论了课题组下一步的研究工作。