CN110188254B - 动态最短路径查询及可视化 - Google Patents

动态最短路径查询及可视化 Download PDF

Info

Publication number
CN110188254B
CN110188254B CN201910466168.4A CN201910466168A CN110188254B CN 110188254 B CN110188254 B CN 110188254B CN 201910466168 A CN201910466168 A CN 201910466168A CN 110188254 B CN110188254 B CN 110188254B
Authority
CN
China
Prior art keywords
shortest path
path
query
dynamic
visualization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910466168.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110188254A (zh
Inventor
许建秋
陈思雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201910466168.4A priority Critical patent/CN110188254B/zh
Publication of CN110188254A publication Critical patent/CN110188254A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110188254B publication Critical patent/CN110188254B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/904—Browsing; Visualisation therefor
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/907—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually
    • G06F16/909—Retrieval characterised by using metadata, e.g. metadata not derived from the content or metadata generated manually using geographical or spatial information, e.g. location
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G06Q10/047—Optimisation of routes or paths, e.g. travelling salesman problem
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Library & Information Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Stored Programmes (AREA)

Abstract

本发明应用于移动对象数据库领域，在可扩充移动对象数据库SECONDO中实现路网动态最短路径的查询及可视化。由于对象的移动受到底层网络的约束，为了降低两个对象都是动态情况下的最短路径查询成本，本发明维护一些预计算的路径，以便当查询点位于预计算的路径上时简化计算过程。对于查询结果，本发明设计了一种新的数据类型来表示与时间相关的路径，并在用户界面中扩展Viewer以可视化动态路径，便于用户直观地看到路径如何随时间变化以及判断结果正确性。

Description

动态最短路径查询及可视化
一、技术领域
本发明是移动对象数据库领域，用于在可扩充移动对象数据库SECONDO中实现路网动态最短路径的查询及可视化。
二、背景技术
随着移动终端的迅猛发展，基于位置的服务(LBS)成为了路网中的重要应用。路网移动对象数据的采集频率不断提高，数据量日益庞大。如何高效地实现路网中的移动对象数据的查询，成为时空数据领域的一个重要研究课题。许多基于位置的应用的一个重要问题是连续评估移动对象之间的邻近关系。例如：KNN查询、路径规划等问题中都涉及的最短路径查询。
在基于道路网的最短路径查询方面，当前已有的查询处理技术多是针对静态空间对象，或者查询对象与待查询对象只有一个是动态的情况，一些研究人员考虑通过动态子图或动态网络进行最短路径查询。到目前为止，很少有人致力于研究路网上两个移动对象之间的最短路径查询。本发明的难点在于：最短路径随着两个移动对象的位置变化，是一个需要动态计算的过程，然而这个动态计算的过程随着道路网规模的复杂，代价会非常高。实际上，在现实世界中，动态最短路径查询是十分有意义的，也有很多应用场景。比如，若干辆车同时开向一个地方，实时监测彼此距离，可发现跟踪行为；或者朋友相约一起自驾游，从不同地点出发可以合理实时规划最短追及路线等。
由于移动对象之间的最短路径是随着时间不断变化的，动态最短路径的可视化可以帮助用户更直观地观察到当移动对象的位置改变时路径将如何变化。本发明旨在提供一种高效的动态最短路径查询方法并将其在SECONDO数据库中进行可视化。
三、发明内容
【发明目的】
为了实现路网上两个移动对象之间的动态最短路径查询，提高查询效率，以及对查询得到的动态路径能够在数据库系统中实现可视化。
【技术方案】
本发明实现了一个系统，该系统为道路网移动对象之间提供有效的最短路径查询及可视化。由于对象的移动受到底层网络的约束，为了降低查询成本，本发明维护一些预计算的路径(最短路径树)，以便当查询点位于预计算的路径上时简化计算过程。对于查询结果，本发明设计了一种新的数据类型来表示与时间相关的路径(动态路径)，并在用户界面中扩展动画以可视化动态路径，用户可以直观地看到路径如何随时间变化。
主要步骤如下：
(1)预计算路径；
为了加快最短路径查询效率，我们考虑从道路网的拓扑结构入手。我们的方法是预计算一些路径，维护最短路径树，其要尽可能多地覆盖路网上的点和边。最短路径树有益于查询处理，因为可以确定从树根到树中任何其他顶点的最短路径，因此不需要搜索整个道路网络即可得到最短路径。
(2)最短路径查询；
基于上面维护的预计算路径，我们可以进行最短路径查询。给定两个点若位于预计算过程中维护的最短路径树上时，可以直接遍历该树得到最短路径；若不在树上(或者只有一个在树上)，则对两点分别作迪杰斯特拉，直到连接到最短路径树上。关于两个移动对象间最短路径距离计算，我们这里涉及到了时间单元unit的概念，首先计算在同一unit中，两移动对象之间的最短路径，而移动对象轨迹包含的是一系列的时间单元，我们就需要找到两个移动对象轨迹之间时间重合的部分，并将其相对应时间单元的最短路径算出来，然后将一系列unit的结果存储到数据类型MLine中，即可得到最终结果。
(3)动态路径可视化；
两个移动对象之间的最短路径随时间变化，该发明所提系统的用户界面支持显示动态最短路径，使得用户可以清楚地确定当两个对象的位置改变时路径如何变化。JavaViewer将数据库对象MLine转换为Java对象，并在某一路段不属于最短路径或将新的路段加入到最短路径时更新其位置。最短路径的变化不遵循固定模式，而是取决于道路网和移动对象的位置。
【有益效果】
本发明所述的路网动态最短路径查询及可视化，考虑了在路网约束下，以及查询对象与待查询对象都是动态的情况下的最短路径查询，并提供了动态路径的可视化界面，从视觉上展示和检验查询结果的正确性和有效性，给用户带来了很大便利。
四、附图说明
图1系统整体框架
图2路段间最短路径示意图
图3可视化过程示意图
五、具体实施方式
本发明所述的动态最短路径的查询和可视化是分别实现的，动态最短路径的查询是先通过预先计算一部分路径，查询时判断查询点是否处于预计算路径上来提高查询效率，降低了两个对象都是动态情况下的最短路径查询代价；可视化是将得到的查询结果转化为Java对象从而在GUI界面显示出来，方便用户直观判断结果正确性。
下面结合附图，对本发明提出的路网动态最短路径查询及可视化进行详细说明。
首先如图1所示，说明了整个系统的大体框架，分为四个部分：道路网络的存储，预计算的路径，查询处理和可视化。
(1)道路网的存储；
在道路网环境下，对象在由底层环境(即道路和高速公路)指定的一组路径上移动。我们通过routes和junctions来表示道路网络，并将它们存储在两个关系中。在route关系中，每个元组记录其id，空间线和指示单双向的标志。在junction关系中，每个元组记录两条相交route之间的连接(包括每条route上的交叉位置和邻接矩阵)。交叉点将路径划分为一组sections，每个section是连接两个交叉点的子路线。为了加速查询处理，在系统中构建一些辅助结构，例如2-D R-tree和B-tree。
(2)预计算路径；
为了降低查询成本，本发明需要维护一定数量的预计算路径。我们是通过选择重要点，在它们之间执行最短路径查询并维护最短路径树来实现的。最短路径树有益于查询处理，因为可以确定从树根到树中任何其他顶点的最短路径。因此，不需要搜索整个道路网络即可得到最短路径。我们通过考虑道路网络的拓扑来选择重要点。我们在结点上定义一个评分函数，它主要结合两个因素：(a)邻居节点的数量；(b)距路网中心点的距离。我们将选择具有高连通性且彼此相距很远的顶点。然而具有高连通性的顶点一般都聚集在一起，这样预计算的路径将仅仅只覆盖道路网络的一小部分。我们需要维护尽可能少的预计算路径，但覆盖尽可能多的空间。我们选择评分最高的前k个连接点并维护他们的预计算路径。
(3)最短路径查询；
动态最短路径查询以两个移动对象的历史轨迹为例，分三步执行计算：
步骤1将两条轨迹划分为一对子轨迹的序列，其中每对子轨迹满足以下条件：(a)两个子轨迹具有相同的时间段；(b)每个子轨迹表示一个路段内的运动。
步骤2我们迭代地执行每对子轨迹之间的最短路径查询。即确定两条路段之间的四条最短路径，如图2所示。当两个对象仍沿着某两条section移动时，最短路径会在在某些位置从四条路径中任意切换，这些路径发生变化的位置即图中标识的split points。当两个对象未到达split points或者junctions时，路径不会发生明显变化。我们假设子轨迹中速度不变并且确定距离函数来找到split points。
步骤3收集所有子轨迹对之间的最短路径。我们开发了一种新的数据类型MLine(移动线)用于表示两个移动点之间的最短路径。每个MLine对象由一系列(t1，t2，Path)形式的条目ULine组成。每个条目记录了一个时间间隔之间的最短路径，且在该时间间隔内路径不会切换。MLine类型的存储是由两个数组实现的，分别是Array<PathEntry>和Array<Segment>，PathEntry(t，offset1，offset2)数组存的是时间以及每条路径的segments对应在Segment(routeid，pos1，pos2，up)数组中的起始和终止偏移量。
(4)动态路径可视化；
SECONDO中有基于Java GUI的图形界面系统，用户输入的数据库命令，通过Secondo-Interface与Secondo-Server连接进行通讯，或者Optimizer-Interface与Optimizer-Server连接进行通讯。返回的结果由Object-Manager管理，通过ViewerControl控制数据的显示。JavaViewer将数据库对象MLine转换为Java对象，SECONDO对象的嵌套列表是以格式(<type><value>)传给GUI的，具体过程见图3。我们通过扩展HoeseViewer(一个显示Viewer，用于显示一般数据类型)来显示新的数据类型MLine，实现了DisplayTimeGraph接口，并通过时间片段和Line的映射实现动态最短路径可视化。

Claims (4)

1.一种动态最短路径查询及可视化方法，其总体特征是由于对象的移动受到底层网络的约束，为了降低两个对象都是动态情况下的最短路径查询成本，维护最短路径树，尽可能多地覆盖路网的点和边，以便当查询点位于最短路径树上的预计算路径上时简化计算过程；对于查询结果设计了一种新的数据类型来表示与时间相关的路径，并在用户界面中扩展Viewer以可视化动态路径，便于用户直观地看到路径如何随时间变化以及判断结果正确性，其过程由以下三部分构成：
(1)预计算路径：根据结点评分函数选择重要点，在它们之间执行最短路径查询并维护最短路径树；所述结点评分函数是根据结点的联通度以及距离路网中心点的距离加权得到的一个函数；改进点在于若只考虑单一指标，例如联通度，无法构建一棵覆盖路网路段最多的最短路径树；
(2)最短路径查询：根据(1)中预计算得到的路径，判断查询点是否在预计算路径上，若在预计算过程中维护的最短路径树上，则直接遍历该树得到最短路径；若不在树上，则对两点分别作迪杰斯特拉，直到连接到最短路径树上，将查询结果保存到SECONDO中新定义的数据类型MLine中；
(3)动态路径可视化：由(2)中查询得到的数据库对象MLine首先转化为Java对象，接着基于JavaGUI的图形界面系统通过时间片段和Line的映射实现动态路径可视化。
2.根据权利要求1所述的动态最短路径查询及可视化方法，其特征在于步骤(1)中，结点评分函数考虑的要素分别是邻居结点的数量以及距路网中心的距离；维护尽可能少的预计算路径，但覆盖尽可能多的空间；选择评分最高的top-k个结点并维护它们的最短路径树。
3.根据权利要求1所述的动态最短路径查询及可视化方法，其特征在于步骤(2)中，判断查询点是否在预计算路径上，大大降低了动态最短路径查询的代价；创建了新的类型MLine用于保存查询得到的动态路径，MLine是由两个数组实现的，分别是Array<PathEntry>和Array<Segment>，PathEntry(t，offset1，offset2)数组存的是时间以及每条路径的segments对应在Segment(routeid，pos1，pos2，up)数组中的起始和终止偏移量。
4.根据权利要求1所述的动态最短路径查询及可视化方法，其特征在于步骤(3)中，数据库对象转化为Java对象后，通过扩展HoeseViewer来显示新的数据类型MLine，实现了DisplayTimeGraph接口，并通过时间片段和Line的映射实现动态最短路径可视化，方便用户直观判断。
CN201910466168.4A 2019-05-28 2019-05-28 动态最短路径查询及可视化 Active CN110188254B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910466168.4A CN110188254B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 动态最短路径查询及可视化

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910466168.4A CN110188254B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 动态最短路径查询及可视化

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110188254A CN110188254A (zh) 2019-08-30
CN110188254B true CN110188254B (zh) 2022-02-01

Family

ID=67719184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910466168.4A Active CN110188254B (zh) 2019-05-28 2019-05-28 动态最短路径查询及可视化

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110188254B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113536234B (zh) * 2021-07-14 2023-04-07 广西柳工机械股份有限公司 矿区运输次数检测方法、装置、计算机设备及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6144962A (en) * 1996-10-15 2000-11-07 Mercury Interactive Corporation Visualization of web sites and hierarchical data structures
CN1494688A (zh) * 2001-02-24 2004-05-05 �Ҵ���˾ 新颖的大规模并行超级计算机
CN107291937A (zh) * 2017-07-05 2017-10-24 武汉大学 一种兴趣点poi出行等时线的可视化方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6144962A (en) * 1996-10-15 2000-11-07 Mercury Interactive Corporation Visualization of web sites and hierarchical data structures
CN1494688A (zh) * 2001-02-24 2004-05-05 �Ҵ���˾ 新颖的大规模并行超级计算机
CN107291937A (zh) * 2017-07-05 2017-10-24 武汉大学 一种兴趣点poi出行等时线的可视化方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"GIS中使用改进的Dijkstra算法实现最短路径的计算";唐文武;《中国图象图形学报》;20001231;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110188254A (zh) 2019-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106528589B (zh) 数据管理方法及装置
CN103544291B (zh) 道路网络中基于RRN-Tree的移动对象CKNN查询方法
CN107169591B (zh) 基于线性时序逻辑的移动端快递派送路径规划方法
CN102538806B (zh) 一种路径规划方法以及相关设备
CN111445093B (zh) 一种输电线路应急抢修路径优化系统及方法
CN112182410A (zh) 基于时空轨迹知识图谱的用户出行模式挖掘方法
CN106570062B (zh) 一种路网轨迹不确定移动对象范围查询系统及方法
CN101488158A (zh) 一种基于道路元素的路网建模方法
CN104266656A (zh) 用于道路网的最短路径搜索方法及装置
Xuan et al. Continuous range search query processing in mobile navigation
CN105740964A (zh) 一种城市路网数据组织与最短路径快速计算方法
CN102749084A (zh) 一种面向海量交通信息的路径选择方法
Nutanong et al. Continuous detour queries in spatial networks
CN113779430B (zh) 路网数据生成方法、装置、计算设备和存储介质
Demiryurek et al. TransDec: A spatiotemporal query processing framework for transportation systems
CN102749083A (zh) 一种实现整合多路网数据的地图构建方法及装置
CN110188254B (zh) 动态最短路径查询及可视化
CN113804209A (zh) 一种四角格网高精度长距离越野路径规划方法
Brughmans et al. Spatial networks
CN105490830A (zh) 一种网络拓扑图中查找环状结构的方法及系统
CN114297336A (zh) 图表联动的知识图谱查询系统和方法
CN107588779B (zh) 一种基于任意两节点间行程时间的车辆智能导航方法
CN109166307B (zh) 一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统
CN113901168B (zh) 一种基于互联网地图平台的自有数据扩展融合方法
CN109840620A (zh) 多属性时序交通网络中k个最近邻节点对的查询方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant