بخشی از مقاله
چکیده
امروزه حرکت یکی از واژههای کلیدی و مهم برای تعیین میزان توسعه جوامع شهری است. وجود ابزارهای نوین و رشد سریع تکنولوژیهای ارتباطات بیسیم در جهت ثبت دادههای مکانی-زمانی، فضای مناسبی را برای استفادههای مختلف از این نوع دادهها محیا کرده است. همچنین پژوهشگران حوزه مدیریت شهری را با حجم زیادی از دادههای مکانی-زمانی مواجه ساخته است که دریافت، ذخیرهسازی و پردازش این حجم داده از جمله چالشهای پیشروی آنها است. خطسیر یک شیء متحرک، از انواع دادههای پیچیده و جدید است.
که دارای هردو پارامتر مکان و زمان میباشد. سیستمهای پردازش خطسیرها، از جمله پایگاهدادههای اشیاء متحرک، نتوانستهاند متناسب با مسائل طرح شده در این حوزه، پیشرفت چشمگیری داشته باشند. لذا مدیریت خطسیر اشیاء متحرک با مفهوم ردگیری مکانی-زمانی آنها در سیستمهای هوشمند شهری ضرروی است. این فرآیند مدیریت شامل عملیات مختلفی همچون دریافت دادهها، پیشپردازش، ذخیرهسازی، شاخصگذاری و جستجو در میان دادهها است که همه از اهداف سیستمهای ذخیرهسازی و پردازش خطسیر اشیاء متحرک میباشند. در این مقاله راهکارهای موجود در هریک از این حوزهها و نقاط ضعف و قوت آنها بررسی شده است.
واژههای کلیدی: خطسیر، پایگاهداده اشیاء متحرک، شاخصگذاری، پرسوجو
مقدمه
امروزه در همه شهرهای بزرگ مفهوم حرکت1 را نمیتوان نادیده گرفت . مردم، وسایل حمل و نقل، کالاها و ایدهها هریک نسبت به دیگری، حرکتی سریعتر و پرتکرارتر دارند. سامانههای هوشمند مدیریت شهری، ابزارهای محاسباتی همهجا موجود و سرویسهای مبتنی بر مکان نیز پشتیبانی خوبی از حرکت دارند. در سالهای اخیر به دلیل رشد سریع تکنولوژیهای ارتباطات بیسیم و محاسبات موبایل چشمانداز وسیعی در این حوزه به وجود آمده است.
دستگاههای موبایل مانند تلفنهای هوشمند، PDAها، سیستمهای ناوبری موجود در وسایل حمل و نقل نظیر GPSها، تگهای RFID موجود در محمولههای مختلف و دیگر دستگاههای موقعیتیاب نقش مهمی در رشد برنامههای کاربردی در زندگی روزمره انسانها دارند.
در این محیطها هر لحظه حجم زیادی از تقاضاها برای ردگیری موقعیت اشیاء متحرک در سیستمهای مبتنی بر مکان مطرح میشود. این دستگاهها در هر لحظه اطلاعات مرتبط با موقعیت اشیاء متحرک را در فضاهای جغرافیایی جمعآوری میکنند. تولید حجم انبوهی از دادهها در این فضا باعث شده تا قابلیتهای کاربردهای جذاب که در نتیجه این دانش حرکت4 به وجود آمدهاند، افزایش یابد. سیستم های مدیریت ناوگان حمل و نقل شهری، سرویسهای اطلاعاتی ترافیک شهری و جادهای، بازیهای مبتنی بر مکان و شبکههای اجتماعی مبتنی بر مکان همه نمونههایی از این کاربردها میباشند.
برای پشتیبانی از برنامههای کاربردی مرتبط با سرویسهای مبتنی بر مکان و استفاده مناسب در سامانههای هوشمند شهری، پژوهشگران حوزه پایگاههای داده تلاشهای زیادی برای توسعه پایگاه دادههای اشیاء متحرک در یک دهه گذشته انجام دادهاند. یکی از موضوعات مهم در این پایگاههای داده، مدیریت خط سیر اشیاء متحرک - با مفهوم ردگیری مکانی زمانی آنها - و انجام عملیاتهای مختلف همچون دریافت دادهها، پیشپردازش، شاخصگذاریدادهها، ذخیرهسازی و جستجو میباشد. از اینرو در بسیاری از کاربردها، سرویسهای مبتنی بر مکان نیاز به یافتن و تحلیل پدیدهها الگوهای متحرک از اشیاء پایش شده دارند.
یک خط سیرفضایی توسط ردگیری حرکت یک شیء متحرک در یک فضای جغرافیایی بدست میآید. یک خطسیر معمولا توسط توالی از نقاط نمونهبرداری شده که برمبنای بعد زمان مرتب شدهاند8، نمایش داده میشود. در این نمایش هر نقطه شامل مختصاتفضایی دو بعدی ویک مُهر زمانی است که میتوان به صورت با پیشرفت تکنولوژیهای که اشاره شد، سیستمهای مبتنی بر مکان از وجود هزاران خط سیر گوناگونی که توسط اشیاء متحرک مانند افراد، وسایل نقلیه، حیوانات و پدیدههای طبیعی در حوزه های مختلف شهری و به صورت آگاهانه و یا غیر آگاهانه تولید میشود، استفاده مینمایند.
خطسیرهای فضایی اطلاعات ارزشمندی را در ارتباط با اشیاء متحرک و موقعیت آنها میدهند که میتوانند برای پژوهشهای منظم و توسعه تکنولوژیهای جدید محاسباتی برای پردازش، بازیابی و کاوش دادههای خطسیر اشیاء متحرک استفاده نمود. بطورکلی محاسبات خطسیرهای فضایی اهمیت ویژهای در انواع پژوهشها داشته و در زمینههای مختلف مانند برنامهریزی و مدیریت شهری، زیستشناسی، جامعه شناسی، جغرافیا،هواشناسی و علوم کامپیوتری نظیر پایگاهداده، GIS، دادهکاوی توجه دانشمندان را به خود جذب نموده است و نمیتوان نقش این نوع از فناوریهای جدید را در پیشرفت حوزه های مختلف نادیده گرفت.
در ادامه و در بخش بعد، مرحله پیشپردازش مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش سوم پایگاه دادهها و مدلهای دادهای موردنیاز برای ذخیرهسازی دادهها تعریف شده است. در بخش چهارم روشهای شاخصگذاری دادههای مورد بررسی قرارگرفتهاند. انواع روشهای پرسوجو نیز در بخش پنجم بحث شده است. در بخش ششم خط سیرهای معنایی به عنوان یک مفهوم جدید آمده است.
پیشپردازش دادهها
از آنجایی که در شهرها مکانیزمهای موجود برای جمعآوری دادهها و ذخیرهسازی آنها، محدودیتهای زیادی دارد، ثبت دقیق و کامل خطسیر یک شی متحرک بسیار سخت و پرهزینه است. از طرفی نیاز به ردگیری اشیاء متحرک و استفاده از تکنولوژیهای دریافت اطلاعات بیسیم، باعث شده تا حجم زیادی از دادهها در این زمینه تولید شود .لذا ابتدا یک عملیات پیشپردازشی برای کاهش حجم دادههای دریافتی و خطاهای احتمالی انجام میشود و سپس دادهها در پایگاه داده مربوطه ذخیره میگردند. افزایش نمایی حجم دادههای خطسیر باعث ایجاد سه مشکل عمده شده است: اول اینکه ارسال حجم زیادی از اطلاعات از طریق شبکه های موبایلی و ماهوارهای بسیار پرهزینه و زمانبر است. برای مثال برای ردگیری ناوگانی متشکل از 4000 وسیله نقلیه در یک روز، هزینهای بین 5 تا 7 هزار دلار صرف انتقال اطلاعات میشود.
