CN109165215B - 一种云环境下时空索引的构建方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种云环境下时空索引的构建方法、装置及电子设备，其中，方法包括：获取时空对象的若干时空轨迹点；基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；根据所述时空轨迹片段，构建时空索引。该构建方法将时空轨迹点组成时空轨迹片段，且时空索引构建在时空轨迹片段的基础之上，通过时空轨迹片段在实现时空对象历史轨迹的完整或局部的有效查询的同时，又保证了时空对象的时空相关性，并且提高了索引效率。

Description

一种云环境下时空索引的构建方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及信息检索技术领域，具体涉及一种云环境下时空索引的构建方法、装置及电子设备。

背景技术

随着科学技术的发展，当今世界已进入大数据时代。数据规模的快速增长，使得大数据需要具备全局表达力。目前绝大部分的数据包含时间与空间信息，且蕴含着大量的信息，若能充分的使用，将在智能交通、智慧城市、居民出行等领域发挥重大作用。云计算的出现为大数据的存储与计算提供了一种全新的模式，可方便用户按需订制数据存储及计算资源，节省了数据的存储与计算成本，并能显著提高大数据存储与查询的性能。轨迹点数据就是一种典型的时空大数据，它通过记录移动对象在运动过程的采样点信息，从而描述对象在空间与时间维度下的动态变化情况。

在云计算环境下，现有技术一般采用如下两种方式进行时空数据的索引，（1）基于数据划分的索引，在该索引结构中将时间作为新的维度以形成最大外包盒（MBB）对时空轨迹数据进行处理，即可直接采用空间索引的技术对时空轨迹数据进行索引分析，然而该索引结构中对于时间片段查询性能较低，索引性能随时间的增加而逐渐降低，且MBB重叠问题更加严重，导致子节点索引重叠，降低了时空索引的效率；（2）基于空间划分的索引结构，该索引结构中对空间与时间分别做索引，形成一种由多个索引结构构成的复合索引结构，以支持时空轨迹数据的检索，然而该索引结构的空间开销大，且仅适合点的场合，非点对象落于空间划分边界上将导致重复索引，同时要求预设空间范围，索引结构不均衡易导致效率下降。

综上，对于时空轨迹大数据而言，由于时空轨迹大数据的数据体量大、数据增长快、价值大的特点，现有技术中索引结构对于时空索引的效率较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种云环境下时空索引的构建方法、装置及电子设备，以解决云环境下时空大数据索引的效率较低问题。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种云环境下时空索引的构建方法，包括：

获取时空对象的若干时空轨迹点；

基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；

根据所述时空轨迹片段，构建时空索引。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，将时空轨迹点组成时空轨迹片段，且时空索引构建在时空轨迹片段的基础之上，通过时空轨迹片段在实现时空对象历史轨迹的完整或局部的有效查询的同时，又保证了时空对象的时空相关性，并且提高了索引效率。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述获取时空对象的若干时空轨迹点的步骤之前，还包括，确定空间网格的大小以及时态网格的大小；其中，所述空间网格为空间的最小划分，所述时态网格为时间的最小划分。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，通过在时空索引构建之前，确定出空间网格以及时态网格的大小，以保证时空轨迹片段是基于空间网格以及时态网格确定的。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述时空轨迹点的构造参数包括所述时空对象形成所述时空轨迹点的时间以及所述时空轨迹点的经纬度；

其中，所述基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段，包括：

按照每个所述时空对象的所述时空轨迹点的时间，依次比较在后的所述时空轨迹点的时间与第一个所述时空轨迹点的时间，以确定是否属于同一个时态网格；且依次比较在后的所述时空轨迹点的经纬度与第一个所述时空轨迹点的经纬度，以确定是否属于同一个空间网格；

当在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时态网格且同一个空间网格时，确定所述在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时空轨迹片段。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，通过时空轨迹点的构造参数确定同一个空间网格以及同一个时空网格的时空轨迹片段，能够保证时空索引的构建都建立在同一个时态网格与空间网格的基础上。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述根据所述时空轨迹片段，构建时空索引，包括：

基于所述时空轨迹片段，构造轨迹标识符；其中，所述轨迹标识符包括所述时空轨迹片段对应的所述时空对象的标识、所述时空轨迹片段的编号、以及所述时空轨迹片段的起止时间；

利用所述时空轨迹片段的起止时间，计算所述时空轨迹片段的时间编码；

利用所述时空轨迹片段中所述时空轨迹点的经纬度，计算所述时空轨迹片段的空间编码；

根据所述轨迹标识符、所述时空轨迹片段的时间编码以及所述时空轨迹片段的空间编码，构建所述时空索引。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，利用所述时空轨迹片段的起止时间，计算所述时空轨迹片段的时间编码，包括：

对所述时空轨迹片段的起止时间进行二维化处理；

将二维化的所述起止时间编码成一维的字符串；其中所述字符串为所述时间编码。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，通过将一维时间二维化以计算时间编码，能够提高计算效率，进而提高时空索引构建的效率。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述根据所述轨迹标识符、所述时空轨迹片段的时间编码以及所述时空轨迹片段的空间编码，构建所述时空索引，包括：

利用所述空间编码以及所述轨迹标识符，构建空间索引；

利用所述时间编码以及所述轨迹标识符，构建时态索引；

利用所述空间索引以及所述时态索引，构建所述时空索引。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，分别构建空间索引与时态索引，两个索引之间的关系通过轨迹标识符连接，即，空间索引与时态索引相互之间无影响，可以分别对空间索引以及时态索引进行操作，简化了时空索引的结构，提高了该索引结构的灵活性。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述空间索引存储在空间索引表中，所述时态索引存储在时态索引表中，所述时空轨迹片段存储在轨迹数据表中；其中，所述空间索引表、所述时态索引表以及所述轨迹数据表中的数据以键值对的格式存储。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，在索引底层采用键值对数据库进行存储，具有高伸缩性，高扩展性等优点，该方法构建的时空索引是一种分布式的时空索引结构，适合时空轨迹大数据的存储。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述构建方法还包括：基于所述时空索引进行检索的步骤；其中，所述步骤包括：

获取待检索的空间信息以及时间信息；

基于所述待检索的空间信息，扫描所述空间索引表，以确定与所述待检索的空间对应的第一时空轨迹片段；

基于所述待检索的时间信息，扫描所述时间索引表，以确定与所述待检索的时间对应的第二时空轨迹片段；

对所述第一时空轨迹片段以及所述第二时空轨迹片段进行求交处理，以确定重合的时空轨迹片段；

基于所述重合的时空轨迹片段，查询所述轨迹数据表，以得到索引出的时空数据。

本发明提供的云环境下时空索引的构建方法，采用时空轨迹片段结合时态网格索引构建时空索引，可以很好地同时支持时间段以及时间点的查询，而且网格索引还具有简单、高效、易于维护的特点。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述构建方法还包括删除所述时空轨迹片段的步骤；其中，所述步骤包括：

根据待删除的时空轨迹片段的空间信息，扫描所述空间索引表，以确定待删除的第三时空轨迹片段；

删除所述空间索引表中的所述第三时空轨迹片段；

根据待删除的时空轨迹片段的时间信息，扫描所述时间索引表，以确定待删除的第四时空轨迹片段；

删除所述时间索引表中的所述第四时空轨迹片段。

本发明第二方面提供了一种云环境下时空索引的构建装置，包括：

获取模块，用于获取时空对象的若干时空轨迹点；

确定模块，用于基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；

构建模块，用于根据所述时空轨迹片段，构建时空索引。

本发明提供的云环境下时空索引的构建装置，将时空轨迹点组成时空轨迹片段，且时空索引构建在时空轨迹片段的基础之上，通过时空轨迹片段在实现时空对象历史轨迹的完整或局部的有效查询的同时，又保证了时空对象时空相关性，并且提高了索引效率。

本发明第三方面还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述第一方面或第一方面任一实施方式中所述的云环境下时空索引的构建方法。

本发明第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述第一方面或第一方面任一实施方式中所述的云环境下时空索引的构建方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的云环境下时空索引的构建方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的云环境下时空索引的构建方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的云环境下时空索引的构建方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的时态编码的示意图；

图5是根据本发明实施例的时空混合检索方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的时空轨迹片段的删除方法的流程图；

图7是根据本发明实施例的云环境下时空索引的构建装置的结构框图；

图8是根据本发明实施例的云环境下时空索引的构建装置的结构框图；

图9是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

时空轨迹点，为某一时空对象在某一时刻某一地点所形成的轨迹点。时空索引，为时态与空间索引。

根据本发明实施例，提供了一种云环境下时空索引的构建方法，需要说明的是，在附图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种云环境下时空索引的构建方法，可用于电子设备中，图1是根据本发明实施例的云环境下时空索引的构建方法的流程图，如图1所示，该流程包括以下步骤：

S11，获取时空对象的若干时空轨迹点。

其中，时空对象用于表示某一物体，或某人，例如，某汽车、某人等等。一个具体的时空对象，在某一地点某一时刻的轨迹点为时空轨迹点；即，一个具体的时空对象运动时，在一个时间段内可以形成若干时空轨迹点。

S12，基于每个时空对象的时空轨迹点，确定时空轨迹片段。

电子设备基于每个时空对象所形成时空轨迹点，形成时空轨迹片段；具体地，对应于一个时空对象，每个时空轨迹片段由一个或多个时空轨迹点组成。即，可以依据实际需求，确定时空轨迹片段所包括的时空轨迹点的数量，也可以根据时态以及空间的划分，确定时空轨迹片段，

S13，根据时空轨迹片段，构建时空索引。

电子设备利用所确定出的时空轨迹片段，构建时空索引。具体地，可以根据时空轨迹片段，以及空间信息，构建空间索引；根据时空轨迹片段，以及时间信息，构建时态索引；然后，利用指针建立空间索引与时态索引之间的连续。也可以根据时空轨迹片段，分别建立空间索引以及时态索引，即空间索引与时态索引相互独立，利用空间索引与时态索引中某一个相同的参数，建立相互之间的联系等等。

本实施例提供的云环境下时空索引的构建方法，将若干时空轨迹点组成时空轨迹片段，且时空索引构建在时空轨迹片段的基础之上，通过时空轨迹片段在实现时空对象历史轨迹的完整或局部的有效查询的同时，又保证了时空对象的时空相关性，并且提高了索引效率。

本发明实施例还提供了一种云环境下时空索引的构建方法，如图2所述，该方法包括：

S21，确定空间网格的大小以及时态网格的大小。

其中，空间网格为空间的最小划分，时态网格为时间的最小划分；具体体现为，地理空间尺度的大小g-Lentgh；时间尺度的大小t-Length。该部分的划分主要依据实际需求确定，如在确定时态网格划分大小的时候，若实际需求包括查询某一秒的时空对象，选择一秒作为时态网格的大小，此外也要考虑索引表的数据量的大小，确定时间尺度大小；而空间划分大小可依据Geohash及实际需求确定。例如，在Geohash中，其base32编码长度为8时，精度在19米左右，而当编码长度为9时，精度在2米左右；同理，对于时态网格，若其时态网格边长为1秒，在时态网格边长增加一倍，则其时态网格编码长度将会减少一倍。

S22，获取时空对象的若干时空轨迹点。

时空轨迹点的构造参数包括时空对象形成时空轨迹点的时间以及时空轨迹点的经纬度。具体地，时空轨迹点的构造内容为Point<t，x，y>，其中，t为时空对象形成该时空轨迹点的时间，（x，y）为该时空轨迹点对应的坐标，即经度以及纬度。

S23，基于每个时空对象的时空轨迹点，确定时空轨迹片段。

电子设备在确定出时态网格以及空间网格的大小之后，对获取到的时空轨迹点进行是否属于同一个时空轨迹片段的判断。具体包括以下步骤：

S231，按照每个时空对象的时空轨迹点的时间，依次比较在后的时空轨迹点的时间与第一个时空轨迹点的时间，以确定是否属于同一个时态网格；且依次比较在后的时空轨迹点的经纬度与第一个所述时空轨迹点的经纬度，以确定是否属于同一个空间网格。当判断结果为是时，执行S232；否则，执行S233。

S232，当在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个时态网格且同一个空间网格时，确定在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个时空轨迹片段。

具体地，在确定了时空尺度之后，即可确定轨迹片段划分函数中的具体参数值。该轨迹片段划分函数主要包括三个参数，分别为时空对象的时空轨迹点Point<t，x，y>、时间尺度的大小t-Length、以及空间尺度的大小g-Lentgh。该轨迹片段划分函数的处理逻辑主要是确定在后的时空轨迹点是否与第一个时空轨迹点属于同一个空间网格以及同一个时态网格。当在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个空间网格且同一个时态网格时，则确定在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个时空轨迹片段。然而，此时同一个时空轨迹片段的轨迹点并没有全部确定，需要再次执行S231对下一个时空轨迹点进行判断，直到出现不在同一时态网格或者空间网格的情况，才确定一个时空轨迹片段。

例如，该轨迹片段划分函数的伪代码如下：

Function: CF(point p， long slength， long tlength){

List<point>tral;

if(geohash(p) ！=geohash(tral.get(0)) or

Thash(p) != Thash(tral.get()0)))

return tral；

else

tarl.add(p)

}

其中，该函数的判断逻辑是确定新加的时空轨迹点是否与第一个点在同一个空间网格与时态网格中，若只要有一个不在同一个网格内，则认为形成了一条新的时空轨迹片段，此时则将其作为一个轨迹片段返回存入到数据表中。即，时空轨迹片段的确定主要是通过两个条件进行判断：（1）前后时空轨迹点是否跨越两个Geohash网格；（2）前后时空轨迹点是否跨越两个时态网格；只要两者满足其一，即可认为形成一个新的时空轨迹片段。

S233，确定在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点不属于同一个时空轨迹片段，构建新的时空轨迹片段。

电子设备在确定出在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点不属于同一个时空轨迹片段时，则表示在后的时空轨迹点属于另一个时空轨迹片段，就需要构建新的时空轨迹片段，以包括该在后的时空轨迹点。

S24，根据时空轨迹片段，构建时空索引。详细请参见图1所示实施例的S13，在此不再赘述。

与图1所示实施例相比，本实施例提供的云环境下时空索引的构建方法，通过时空轨迹点的构造参数确定同一个空间网格以及同一个时态网格的时空轨迹片段，能够保证时空索引的构建都建立在同一个时态网格与空间网格的基础上。

本发明实施例还提供了一种云环境下时态索引的构建方法，如图3所示，该方法包括：

S31，确定空间网格的大小以及时态网格的大小。详细请参见图2所示实施例的S21，在此不再赘述。

S32，获取时空对象的若干时空轨迹点。详细请参见图2所示实施例的S22，在此不再赘述。

S33，基于每个时空对象的时空轨迹点，确定时空轨迹片段。详细请参见图2所示实施例的S23，在此不再赘述。

S34，根据时空轨迹片段，构建时空索引。

其中，电子设备在确定出时空轨迹片段之后，根据时空轨迹片段分别构建空间索引，以及时态索引；且，空间索引以及时态索引是通过时空轨迹片段建立相互之间的联系的。即，在轨迹片段函数返回一条时空轨迹片段之后，需要进行三个操作：（1）将该时空轨迹片段的数据存入到轨迹数据表中；（2）计算该时空轨迹片段的空间编码，加上轨迹标识符存入空间索引表中；（3）计算该时空轨迹片段的时间编码，加上轨迹标识符存入时态索引表中。具体包括如下步骤：

S341，基于时空轨迹片段，构造轨迹标识符。

其中，轨迹标识符包括时空轨迹片段对应的时空对象的标识、时空轨迹片段的编号、以及时空轨迹片段的起止时间。

具体地，对于一个时空轨迹片段而言，是由同一个时空对象在某一时间段内所形成的。因此，轨迹标识符包括：时空对象的标识ObjectID、时空轨迹片段的编号traID，t1以及t2分别为时空轨迹片段的开始时刻与结束时刻。需要说明的是，时空轨迹片段的开始时刻为该时空轨迹片段的第一个时空轨迹点对应的时刻点，时空轨迹片段的结束时刻为该时空轨迹片段的最后一个时空轨迹点对应的时刻点。

S342，利用时空轨迹片段的起止时间，计算时空轨迹片段的时间编码。

时间编码TKey为时空对象在对应时间段内的时态网格的编码值。其中，计算时空轨迹片段的时间编码的方法，主要是对一维的时空轨迹片段的起止时间进行二维化处理，然后将二维化的起止时间编码成一维的字符串，该字符串即为时间编码TKey。

具体地，如图4所示，将一维时间二维化，其横坐标为时空轨迹片段的起始时间t1，纵坐标为时空轨迹片段的结束时间t2，然后按照所确定的时态网格的尺度大小t-Length，对二维区间的X轴，Y轴分别进行二分。例如，以X轴为例，每次二分均分为左右区间，确定目标属于左区间还是右区间，如果目标为左区间则记为0，否则记为1。不断重复上述过程，最终确定目标所在的时态网格。其中，二分的次数由时态网格的尺度大小t-Length所确定，当划分结束，采用Base32编码对生成的01序列进行编码，最终形成一个固定长度的值，该值即为TKey。

S343，利用时空轨迹片段中时空轨迹点的经纬度，计算时空轨迹片段的空间编码。

空间编码GKey表示时空轨迹片段所对应区域的Geohash编码值。GKey是根据Geohash编码生成的空间哈希编码，进行处理，其算法的过程如下：

首先，将空间范围分别按照经纬度进行二分。以纬度划分为例，每次二分均得到一个左右区间，确定目标属于左区间还是右区间，如果目标为左区间则记为0，如果目标为右区间则记为1，不断重复上述过程，最终确定目标所在的网格。其中，二分的次数由地理空间尺度的大小g-Lentgh所确定。当划分结束，采用Base32编码对生成的01序列进行编码，最终形成一个固定长度的geohash值，该值即为GKey。

S344，根据轨迹标识符、时空轨迹片段的时间编码以及时空轨迹片段的空间编码，构建时空索引。

其中，时空索引Geo-TG由空间索引GeoStructure和时态索引TStructure构成。

具体地，（1）利用空间编码以及轨迹标识符，构建空间索引GeoStructure。

空间索引GeoStructure的存储内容表达为<Gkey，G-Fragments>，G-Fragments表示位于该空间范围内的时空对象的时空轨迹片段的集合。G-Fragments存储的就是位于该空间网格下的所有时空轨迹片段标识符，G-Fragments的结构内容为：<ObjectID, traID,t1, t2>，其中ObjectID为时空轨迹片段所属时空对象的ID，traID为时空轨迹的编号，t1与t2分别为时空轨迹片段的开始时刻与结束时刻。

（2）利用时间编码以及轨迹标识符，构建时态索引。

时态索引TStructure的存储内容表达为<TKey，T-Fragments >，T-Fragments表示位于该空间范围内的时空对象的时空轨迹片段的集合。T-Fragments存储的就是位于该时态网格下的所有时空轨迹片段标识符，T-Fragments的结构内容为：<ObjectID, traID,t1, t2>，其中ObjectID为时空轨迹片段所属时空对象的ID，traID为时空轨迹的编号，t1与t2分别为时空轨迹片段的开始时刻与结束时刻。

（3）利用空间索引以及时态索引，构建时空索引。

时空索引Geo-TG，分为空间索引GeoStructure与时态索引TStructure两部分。例如，当前系统中产生4个时空轨迹片段，针对每一个时空轨迹片段分别建立空间索引以及时态索引。通过计算，发现四个轨迹片段位于两个空间网格中，此时构建的空间索引为：<Gkey1，List<G-Framents1>>、<Gkey2，List<G-Framents2,G-Fragment3,G-Fragment4>>；对应地，该四个轨迹片段只位于一个时态网格中，此时时态索引为：<TKey1，List<T-Framents1,T-Framents2,T-Framents3,T-Framents4>>。

其中，空间索引GeoStructure存储在空间索引表中，时态索引TStructure存储在时态索引表中，时空轨迹片段（包括G-Framents 以及T-Fragments）存储在轨迹数据表中；其中，空间索引表、时态索引表以及轨迹数据表中的数据以key/value键值对的格式存储。

与图2所示实施例相比，本实施例提供的云环境下时空索引的构建方法，其中时空索引分为两个部分，分别为空间索引部分与时态索引部分，采用轨迹片段对空间索引与时态索引进行组织，即空间索引与时态索引的索引单元为时空轨迹片段；且在构建时态索引过程中，结合了GeoHash与时态网格索引构建时态索引，使得时态索引更加简单高效；并且在索引存储上采用Key/value键值对数据库进行存储，可充分利用key/value键值对数据库高效的Key值查询能力，提高了时空索引的效率。

本发明实施例还提供了一种云环境下时空索引的构建方法，构建方法还包括基于图3所示实施例中构建的时空索引进行检索的步骤。由于该时空索引结构中，空间索引与时态索引为单独构建的索引结构，相互之间并无影响，因此该时空索引结构不仅支持空间查询，也可以同时支持时间点与时间段的查询，且主要是能够同时支持空间与时间点，以及空间与时间段的查询方法。

其中，时空混合检索的步骤如图5所示，包括：

S41，获取待检索的空间信息以及时间信息。

S42，基于待检索的空间信息，扫描空间索引表，以确定与待检索的空间对应的第一时空轨迹片段。

具体地，基于待检索的空间信息，计算空间编码；在利用空间编码扫面空间索引表，以确定与该空间编码对应的所有第一时空轨迹片段。

S43，基于待检索的时间信息，扫描时间索引表，以确定与待检索的时间对应的第二时空轨迹片段。

具体地，基于待索引的时间信息，计算时间编码；在利用时间编码扫面时间索引表，以确定与该时间编码对应的所有第二时空轨迹片段。

S44，对第一时空轨迹片段以及第二时空轨迹片段进行求交处理，以确定重合的时空轨迹片段。

所有第一时空轨迹片段与所有第二轨迹片段相交，即可得到同时满足待检索的空间信息以及待检索的时间信息的时空对象的时空轨迹片段。

S45，基于重合的时空轨迹片段，查询轨迹数据表，以得到索引出的时空数据。

作为本实施例的一种可选实施方式，该检索方法包括以下几方面的应用：

（1）空间查询

根据输入的空间范围，计算空间范围的起止的Geohash编码值，然后根据起止的Geohash编码值到空间索引表中去查询处于起止范围内的G-Fragments值，根据得到的G-Fragments到轨迹数据表中检索出最终的时空数据。

（2）时间查询

包含时间点与时间段查询，下面分别对该两种情况进行阐述：

（2.1）时间点查询

根据给定的时间点，计算该时间点对应的时间编码值，然后到时态网格索引表中检索出复合条件的T-Fragments值，再到轨迹数据表中去查询符合条件的时空数据。

（2.2）时间段查询

根据输入的时间范围，计算时间范围的起止的时间编码值，然后根据起止的时间编码值到时态索引表中去查询处于起止范围内的T-Fragments值，根据得到的T-Fragments到轨迹数据表中检索出最终的时空数据。

（3）时空复合查询

包含时间与空间的查询，又可分为空间+时间点与空间+时间段两种，下面分别对两种情况进行阐述：

（3.1）空间+时间点查询

根据给定的空间范围计算GeoHash的起止编码值，然后采用扫描函数对空间索引表进行扫描，得到处于该空间范围下的所有G-Fragments；接着根据给定的时间点，计算该时间所对应的时态网格编码值，然后根据查询时态索引表，得到该时态网格编码所对应的T-Fragments，对G-Fragments以及Fragments进行求交，即可得到满足条件的时空对象的时空轨迹片段，最后到轨迹数据表里面查询出满足条件的时空数据。

（3.2）空间+时间段查询

分别根据提供的空间范围以及时间范围得到空间范围所对应的空间编码起止值与时态网格编码的起止值，然后分别到创建的空间索引表与时态索引表中去查询符合空间范围的轨迹片段G-Fragments以及符合时间范围的轨迹片段T-Fragments,然后对G-Fragments与T-Fragments进行求交，找出同时属于两个轨迹集合的轨迹片段子集，然后根据子集合到轨迹数据表中查询出满足条件的时空轨迹数据。

本发明实施例还提供了一种云环境下时空索引的构建方法，构建方法还包括对图3所示实施例构建的时空索引中的时空对象的删除的步骤。其中，对于时空对象的删除包括两部分，一部分是轨迹片段的删除，另一部分是整个时空对象的删除。如果部分轨迹的删除，则直接删除空间索引表中对应的时空轨迹片段信息，以及时态索引表中对应的时空轨迹片段信息；如果是整个时空对象的删除，则要将整个索引结构中与整个时空对象相关的空间索引轨迹信息与时态索引轨迹信息删除。上述两部分的时空对象删除方法类似，均根据待删除的时空对象的轨迹片段的信息（空间信息或时间信息），计算对应所有时空轨迹片段的空间编码以及时间编码，然后根据空间编码以及时间编码删除索引表中对应的Key/Value键值对。

具体地，对于部分时空轨迹片段的删除，如图6所示，包括：

S51，根据待删除的时空轨迹片段的空间信息，扫描空间索引表，以确定待删除的第三时空轨迹片段。

基于待删除的时空轨迹片段的空间信息，计算该时空轨迹片段的空间编码。再利用空间编码扫描空间索引表，确定出待删除的第三时空轨迹片段。

S52，删除空间索引表中的第三时空轨迹片段。

S53，根据待删除的时空轨迹片段的时间信息，扫描时间索引表，以确定待删除的第四时空轨迹片段。

基于待删除的时空轨迹片段的时间信息，计算该时空轨迹片段的时间编码。再利用时间编码扫描时态索引表，确定出待删除的第四时空轨迹片段。

S54，删除时间索引表中的第四时空轨迹片段。

在本实施例中还提供了一种云环境下时空索引的构建装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现。但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本实施例提供一种云环境下时空索引的构建装置，如图7所示，包括：

获取模块61，用于获取时空对象的若干时空轨迹点；

确定模块62，用于基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；

构建模块63，用于根据所述时空轨迹片段，构建时空索引。

本实施例提供的云环境下时空索引的构建装置，将时空轨迹点组成时空轨迹片段，且时空索引构建在时空轨迹片段的基础之上，通过时空轨迹片段在实现时空对象历史轨迹的完整或局部的有效查询的同时，又保证了时空对象时空相关性，并且提高了索引效率。

本实施例中的云环境下时空索引的构建装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种云环境下时空索引的构建装置，如图8所示，该装置还包括：

网格确定模块64，用于确定空间网格的大小以及时态网格的大小。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图8所示，其中，确定模块62包括：

比较单元621，用于按照每个时空对象的时空轨迹点的时间，依次比较在后的时空轨迹点的时间与第一个时空轨迹点的时间，以确定是否属于同一个时态网格；且依次比较在后的时空轨迹点的经纬度与第一个时空轨迹点的经纬度，以确定是否属于同一个空间网格。

确定单元622，用于当在后的时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个时态网格且同一个空间网格时，确定在后的所述时空轨迹点与第一个时空轨迹点属于同一个时空轨迹片段。

在本实施例的一些可选实施方式中，如图8所示，构建模块63包括：

构造单元631，用于基于时空轨迹片段，构造轨迹标识符。其中，轨迹标识符包括时空轨迹片段对应的时空对象的标识、时空轨迹片段的编号、以及时空轨迹片段的起止时间。

第一计算单元632，用于利用时空轨迹片段的起止时间，计算时空轨迹片段的时间编码。

第二计算单元633，用于利用时空轨迹片段中时空轨迹点的经纬度，计算时空轨迹片段的空间编码。

构建单元634，用于根据轨迹标识符、时空轨迹片段的时间编码以及时空轨迹片段的空间编码，构建时空索引。

本发明实施例还提供一种电子设备，具有上述图7或图8所示的云环境下时空索引的构建装置。

请参阅图9，图9是本发明可选实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图9所示，该终端可以包括：至少一个处理器71，例如CPU（Central Processing Unit，中央处理器），至少一个通信接口73，存储器74，至少一个通信总线72。其中，通信总线72用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口73可以包括显示屏（Display）、键盘（Keyboard），可选通信接口73还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器74可以是高速RAM存储器（Random Access Memory，易挥发性随机存取存储器），也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。存储器74可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器71的存储装置。其中处理器71可以结合图7或图8所描述的装置，存储器74中存储应用程序，且处理器71调用存储器74中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。

其中，通信总线72可以是外设部件互连标准（peripheral componentinterconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standardarchitecture，简称EISA）总线等。通信总线72可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器74可以包括易失性存储器（英文：volatile memory），例如随机存取存储器（英文：random-access memory，缩写：RAM）；存储器也可以包括非易失性存储器（英文：non-volatile memory），例如快闪存储器（英文：flash memory），硬盘（英文：hard diskdrive，缩写：HDD）或固态硬盘（英文：solid-state drive，缩写：SSD）；存储器74还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器71可以是中央处理器（英文：central processing unit，缩写：CPU），网络处理器（英文：network processor，缩写：NP）或者CPU和NP的组合。

其中，处理器71还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC），可编程逻辑器件（英文：programmable logic device，缩写：PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD），现场可编程逻辑门阵列（英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA），通用阵列逻辑（英文：generic arraylogic, 缩写：GAL）或其任意组合。

可选地，存储器74还用于存储程序指令。处理器71可以调用程序指令，实现如本申请图1至图3所示实施例中所示的云环境下时空索引的构建方法。

本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的时空索引的构建方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard DiskDrive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种云环境下时空索引的构建方法，其特征在于，包括：

获取时空对象的若干时空轨迹点；

基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；

根据所述时空轨迹片段，构建时空索引；

所述获取时空对象的若干时空轨迹点的步骤之前，还包括，确定空间网格的大小以及时态网格的大小；其中，所述空间网格为空间的最小划分，所述时态网格为时间的最小划分；

所述时空轨迹点的构造参数包括所述时空对象形成所述时空轨迹点的时间以及所述时空轨迹点的经纬度；其中，所述基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段，包括：

按照每个所述时空对象的所述时空轨迹点的时间，依次比较在后的所述时空轨迹点的时间与第一个所述时空轨迹点的时间，以确定是否属于同一个时态网格；且依次比较在后的所述时空轨迹点的经纬度与第一个所述时空轨迹点的经纬度，以确定是否属于同一个空间网格；

当在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时态网格且同一个空间网格时，确定所述在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时空轨迹片段；

其中，所述根据所述时空轨迹片段，构建时空索引，包括：

基于所述时空轨迹片段，构造轨迹标识符；其中，所述轨迹标识符包括所述时空轨迹片段对应的所述时空对象的标识、所述时空轨迹片段的编号、以及所述时空轨迹片段的起止时间；

利用所述时空轨迹片段的起止时间，计算所述时空轨迹片段的时间编码；

利用所述时空轨迹片段中所述时空轨迹点的经纬度，计算所述时空轨迹片段的空间编码；

根据所述轨迹标识符、所述时空轨迹片段的时间编码以及所述时空轨迹片段的空间编码，构建所述时空索引。

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，利用所述时空轨迹片段的起止时间，计算所述时空轨迹片段的时间编码，包括：

对所述时空轨迹片段的起止时间进行二维化处理；

将二维化的所述起止时间编码成一维的字符串；其中所述字符串为所述时间编码。

3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述根据所述轨迹标识符、所述时空轨迹片段的时间编码以及所述时空轨迹片段的空间编码，构建所述时空索引，包括：

利用所述空间编码以及所述轨迹标识符，构建空间索引；

利用所述时间编码以及所述轨迹标识符，构建时态索引；

利用所述空间索引以及所述时态索引，构建所述时空索引。

4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述空间索引存储在空间索引表中，所述时态索引存储在时态索引表中，所述时空轨迹片段存储在轨迹数据表中；其中，所述空间索引表、所述时态索引表以及所述轨迹数据表中的数据以键值对的格式存储。

5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括：基于所述时空索引进行检索的步骤；其中，所述步骤包括：

获取待检索的空间信息以及时间信息；

基于所述待检索的空间信息，扫描所述空间索引表，以确定与所述待检索的空间对应的第一时空轨迹片段；

基于所述待检索的时间信息，扫描所述时间索引表，以确定与所述待检索的时间对应的第二时空轨迹片段；

对所述第一时空轨迹片段以及所述第二时空轨迹片段进行求交，以确定重合的时空轨迹片段；

基于所述重合的时空轨迹片段，查询所述轨迹数据表，以得到索引出的时空数据。

6.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述构建方法还包括删除所述时空轨迹片段的步骤；其中，所述步骤包括：

根据待删除的时空轨迹片段的空间信息，扫描所述空间索引表，以确定待删除的第三时空轨迹片段；

删除所述空间索引表中的所述第三时空轨迹片段；

根据待删除的时空轨迹片段的时间信息，扫描所述时间索引表，以确定待删除的第四时空轨迹片段；

删除所述时间索引表中的所述第四时空轨迹片段。

7.一种云环境下时空索引的构建装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取时空对象的若干时空轨迹点；

确定模块，用于基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段；

构建模块，用于根据所述时空轨迹片段，构建时空索引；

所述获取时空对象的若干时空轨迹点的步骤之前，还包括，确定空间网格的大小以及时态网格的大小；其中，所述空间网格为空间的最小划分，所述时态网格为时间的最小划分；

所述时空轨迹点的构造参数包括所述时空对象形成所述时空轨迹点的时间以及所述时空轨迹点的经纬度；其中，所述基于每个所述时空对象的所述时空轨迹点，确定时空轨迹片段，包括：

按照每个所述时空对象的所述时空轨迹点的时间，依次比较在后的所述时空轨迹点的时间与第一个所述时空轨迹点的时间，以确定是否属于同一个时态网格；且依次比较在后的所述时空轨迹点的经纬度与第一个所述时空轨迹点的经纬度，以确定是否属于同一个空间网格；

当在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时态网格且同一个空间网格时，确定所述在后的所述时空轨迹点与第一个所述时空轨迹点属于同一个所述时空轨迹片段；

其中，所述根据所述时空轨迹片段，构建时空索引，包括：

基于所述时空轨迹片段，构造轨迹标识符；其中，所述轨迹标识符包括所述时空轨迹片段对应的所述时空对象的标识、所述时空轨迹片段的编号、以及所述时空轨迹片段的起止时间；

利用所述时空轨迹片段的起止时间，计算所述时空轨迹片段的时间编码；

利用所述时空轨迹片段中所述时空轨迹点的经纬度，计算所述时空轨迹片段的空间编码；

根据所述轨迹标识符、所述时空轨迹片段的时间编码以及所述时空轨迹片段的空间编码，构建所述时空索引。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-6中任一项所述的云环境下时空索引的构建方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现上述权利要求1-6中任一项所述的云环境下时空索引的构建方法。

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