Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động và Ứng Dụng

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động và ứng dụng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về .

• Tác giả: Lương Văn Nhất
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Như Sơn
• Trường học: Trường THCS Ninh Nhất
• Đề tài: Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động Và Ứng Dụng
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CSDL ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ CÁC CÔNG CỤ PHÁT TRIỂN
• 1.1. Cơ sở dữ liệu. Định nghĩa cơ sở dữ liệu
• 1.2. Ưu điểm của việc sử dụng CSDL
• 1.3. Tổ chức CSDL
• 1.4. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
• 1.5. Cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động
• 1.6. Điểm chuyển động
• 1.7. Vùng chuyển động
• 1.8. Đặc tính của các đối tượng chuyển động
• 1.9. Mô hình dữ liệu khái quát cho đối tượng chuyển động
• 1.10. Công nghệ khai phá dữ liệu
• 1.11. Cơ sở dữ liệu không gian
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LƯU TRỮ CSDL ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG
• 2.1. Tổng quan về hệ thống lưu trữ CSDL đối tượng chuyển động
• 2.2. Hệ thống lưu trữ CSDL đối tượng chuyển động Secondo
• 2.3. Quản lý dữ liệu đối tượng chuyển động
• 2.4. Truy vấn dữ liệu
• 2.5. Thuật toán tối ưu hóa: Tìm đường đi ngắn nhất của một đồ thị thứ tự vị từ (predicate order graph - POG)
• 2.6. THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG LƯU TRỮ DỮ LIỆU CHUYỂN ĐỘNG
• 2.6.1. Giới thiệu bài toán
• 2.6.2. Cấu trúc chương trình
• 2.6.3. Phân tích hệ thống
• 2.6.4. Mô hình hoạt động
• 2.6.5. Cài đặt và cấu hình Secondo
• 2.6.6. Cài đặt Secondo trên Ubuntu 14
• 2.6.7. Cấu hình Secondo lần đầu trong Hệ điều hành Ubuntu 14
• 2.6.8. Giao diện hệ thống Secondo
• 2.6.9. Thao tác trên Secondo
• 2.6.10. Thao tác trên thiết bị được thử nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Nghiên cứu về cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động (MOD) đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin. MOD cho phép lưu trữ và truy vấn dữ liệu liên quan đến các đối tượng chuyển động trong không gian và thời gian. Việc hiểu rõ về cơ sở dữ liệu này không chỉ giúp cải thiện khả năng quản lý dữ liệu mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực như giao thông, môi trường và sinh học.

1.1. Định Nghĩa Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động là một hệ thống lưu trữ cho phép quản lý và truy vấn các đối tượng di chuyển trong không gian. Các đối tượng này có thể là phương tiện giao thông, người sử dụng điện thoại di động, hoặc bất kỳ đối tượng nào có thể thay đổi vị trí theo thời gian.

1.2. Lợi Ích Của Việc Sử Dụng Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Việc sử dụng cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu sự trùng lặp thông tin, cải thiện tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu. Hệ thống này cũng cho phép truy cập và quản lý dữ liệu một cách hiệu quả hơn.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Mặc dù cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động có nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc phát triển và triển khai. Các vấn đề như quản lý dữ liệu lớn, độ chính xác của dữ liệu và khả năng truy vấn thời gian thực là những yếu tố cần được giải quyết.

2.1. Quản Lý Dữ Liệu Lớn Trong Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Quản lý dữ liệu lớn là một thách thức lớn trong cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động. Dữ liệu từ các thiết bị GPS và cảm biến có thể gia tăng nhanh chóng, yêu cầu các giải pháp lưu trữ và xử lý hiệu quả.

2.2. Độ Chính Xác Của Dữ Liệu Trong Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Độ chính xác của dữ liệu là yếu tố quan trọng trong việc phân tích và truy vấn. Các sai sót trong dữ liệu có thể dẫn đến những quyết định sai lầm trong các ứng dụng thực tiễn.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Để nghiên cứu cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các mô hình dữ liệu, thuật toán khai thác dữ liệu và công nghệ điện toán đám mây.

3.1. Mô Hình Dữ Liệu Trong Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Mô hình dữ liệu là một phần quan trọng trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động. Các mô hình này giúp xác định cách thức lưu trữ và truy vấn dữ liệu một cách hiệu quả.

3.2. Thuật Toán Khai Thác Dữ Liệu Trong Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Các thuật toán khai thác dữ liệu giúp phân tích và rút ra thông tin từ cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động. Chúng có thể được sử dụng để dự đoán hành vi của các đối tượng di chuyển.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Các ứng dụng của cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động rất đa dạng, từ quản lý giao thông đến nghiên cứu môi trường. Những ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả mà còn mang lại giá trị thực tiễn cho xã hội.

4.1. Quản Lý Giao Thông Bằng Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Ứng dụng trong quản lý giao thông giúp theo dõi và phân tích lưu lượng giao thông, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện tình hình giao thông tại các khu vực đông đúc.

4.2. Nghiên Cứu Môi Trường Với Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Nghiên cứu môi trường có thể sử dụng cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động để theo dõi sự di chuyển của động vật, phân tích sự thay đổi của hệ sinh thái và dự đoán các hiện tượng tự nhiên.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Tương lai của cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự tiến bộ của công nghệ. Các nghiên cứu và ứng dụng mới sẽ tiếp tục mở rộng khả năng của MOD trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Xu hướng phát triển trong lĩnh vực này sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng xử lý dữ liệu lớn và tối ưu hóa các thuật toán truy vấn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao.

5.2. Tác Động Của Công Nghệ Mới Đến Cơ Sở Dữ Liệu Đối Tượng Chuyển Động

Công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và điện toán đám mây sẽ có tác động lớn đến cách thức mà cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động được phát triển và triển khai trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .iii LỜI CẢM ƠN. iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. TỔNG QUAN VỀ CSDL ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ CÁC CÔNG CỤ PHÁT TRIỂN. Cơ sở dữ liệu.

Định nghĩa cơ sở dữ liệu. Ưu điểm của việc sử dụng CSDL. Tổ chức CSDL. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

Cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động. Điểm chuyển động. Vùng chuyển động. Đặc tính của các đối tượng chuyển động.

Mô hình dữ liệu khái quát cho đối tượng chuyển động. Công nghệ khai phá dữ liệu. Cơ sở dữ liệu không gian. Mô phỏng khái niệm không gian.

Mở rộng mô hình dữ liệu và ngôn ngữ truy vấn. Cơ sở dữ liệu thời gian. Quản lý thời gian trong cơ sở dữ liệu dạng chuẩn. Miền thời gian.

Dịch vụ công nghệ điện toán đám mây Google App Engine (GAE). Tổng quan về điện toán đám mây. Google App Engine (GAE). Hệ thống định vị toàn cầu GPS - Global Positioning System.

Phần không gian:. Phần kiểm soát:. Phần sử dụng:. 29 ii Chương 2.

HỆ THỐNG LƯU TRỮ CSDL ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG. Tổng quan về hệ thống lưu trữ CSDL đối tượng chuyển động. Hệ thống lưu trữ CSDL đối tượng chuyển động Secondo. Quản lý dữ liệu đối tượng chuyển động:.

Truy vấn dữ liệu. Thuật toán tối ưu hóa: Tìm đường đi ngắn nhất của một đồ thị thứ tự vị từ (predicate order graph - POG). THIẾT KẾ VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG LƯU TRỮ DỮ LIỆU CHUYỂN ĐỘNG. Giới thiệu bài toán.

Cấu trúc chương trình. Phân tích hệ thống. Mô hình hoạt động. Cài đặt và cấu hình Secondo.

Cài đặt Secondo trên Ubuntu 14. Cấu hình Secondo lần đầu trong Hệ điều hành Ubuntu 14. Giao diện hệ thống Secondo. Thao tác trên Secondo.

Thao tác trên thiết bị được thử nghiệm. 60 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 64 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung quyển luận văn này là do tôi tự sưu tầm, tra cứu và xây dựng đáp ứng nội dung yêu cầu của đề tài.

Nội dung bản luận văn chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và cũng không được sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Phần mã nguồn của chương trình do tôi thiết kế và xây dựng, trong đó có sử dụng một số thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn phí trên mạng Internet. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 08 năm 2015 Tác giả Lương Văn Nhất iv LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, luận văn “Nghiên cứu cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động và ứng dụng” đã hoàn thành.

Ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự khích lệ từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè. Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo - TS. Nguyễn Như Sơn – Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam là giáo viên hướng dẫn tôi đã tận tình giúp đỡ trong suốt thời gian làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập.

Xin chân thành cảm ơn các anh, các chị và các bạn học viên học cùng lớp Cao học K11I đã luôn động viên, giúp đỡ và chia sẻ với tôi những kinh nghiệm học tập trong suốt khoá học. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường THCS Ninh Nhất, các thầy cô giáo trong trường đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành khoá học này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do điều kiện nghiên cứu và trình độ, luận văn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Em chân thành mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và bạn bè đồng nghiệp gần xa.

Một lần nữa em xin cảm ơn! Người thực hiện luận văn Lương Văn Nhất v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT - API Application Programming Interface - CSDL Cơ sở dữ liệu - DBMS Database Management System - GAE Google App Engine - GPS Global Position System - JVM Java Virtual Machine - KTG Không gian-thời gian (Spatio-temporal) - LBS Location-based service - MOD Moving Objects Databases - GUI Graphic User Interface vi DANH MỤC HÌNH Hình 1. Kiểu dữ liệu không gian (point, line, region).2: Điểm thay đổi rời rạc (trái) - Điểm thay đổi liên tục (phải).3: Trình diễn rời rạc của một điểm chuyển động. Vùng thay đổi rời rạc (trái) - Vùng thay đổi liên tục (phải). Công nghệ khai phá dữ liệu từ MOD.

Điểm, đường và vùng. Kiến trúc hoạt động của GAE.10: Phân bố các vệ tinh GPS. Kiến trúc hệ thống Secondo. Kiến trúc thô của nhân trong hệ thống Secondo.3 Mô hình quản lý dữ liệu chuyển động.

Đồ thị POG với ba vị từ p, q, r. Hình xây dựng đệ quy của đồ thị POG. Hai truy vấn đồ thị. Mô hình bài toán tìm kiếm.

Mô hình hoạt động của ứng dụng. Một số lệnh khởi tạo hệ thống Secondo. Giao diện hệ thống Secondo. Thực thi lệnh ifconfig trên Ubuntu.

Giao diện chính. Giao diện theo dõi hành trình của thiết bị. Giao diện truy vấn thông tin địa điểm. Kết quả truy vấn.

Kết quả tìm đường đi. Lý do chọn đề tài: Gần đây, các nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá lĩnh vực về chuyển động của các đối tượng như nhiều phương tiện giao thông, điện thoại di động, … Một số công việc (ví dụ, Geolife trong dự án Microsoft) sẽ cố gắng để phát hiện phương tiện giao thông ngoài trời, người sử dụng điện thoại di động, … từ dữ liệu GPS để nắm bắt vị trí và đường đi của chúng. Vấn đề này thuộc xu hướng xây dựng các hệ thống CSDL qui mô cực lớn liên quan tới các thông tin thời gian và không gian đang được triển khai mạnh mẽ trên thế giới. Ví dụ cụ thể là các CSDL của đối tượng chuyển động (Moving Object Database - MOD), một dạng của CSDL không gian-thời gian (spatio-temporal - KTG).

Đề tài: “Nghiên cứu cơ sở dữ liệu đối tượng chuyển động và ứng dụng” tập trung tìm hiểu những khái niệm cơ bản về công nghệ CSDL đối tượng chuyển động dựa theo mã nguồn mở Secondo và ứng dụng xây dựng chương trình tìm kiếm địa điểm dựa trên việc xác định vị trí và đường đi của người sử dụng điện thoại di động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài:  CSDL đối tượng chuyển động [6];  Công nghệ CSDL MOD dựa theo mã nguồn mở Secondo [11];  Công nghệ điện toán đám mây của Google [9];  Dữ liệu GPS của thiết bị Smartphone. Hướng nghiên cứu của đề tài:  Nghiên cứu cơ sở khoa học, công nghệ CSDL đối tượng chuyển động dựa theo mã nguồn mở Secondo 2  Lưu trữ dữ liệu GPS của thiết bị Smartphone lên máy chủ CSDL Secondo  Cài đặt ứng dụng demo “Xác định vị trí và đường đi của thiết bị Smartphone” 4. Phương pháp nghiên cứu:  Nghiên cứu cơ sở khoa học, công nghệ về CSDL đối tượng chuyển động dựa theo mã nguồn mở Secondo;  Tìm hiểu nguồn thông tin từ các bài báo, Internet, …  Phương pháp thực nghiệm.

TỔNG QUAN VỀ CSDL ĐỐI TƯỢNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ CÁC CÔNG CỤ PHÁT TRIỂN 1. Cơ sở dữ liệu. Định nghĩa cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu là tập hợp các dữ liệu có liên quan với nhau, được lưu trữ trên máy tính, có nhiều người sử dụng và được tổ chức theo một mô hình. Dữ liệu là những sự kiện có thể ghi lại được và có ý nghĩa.

Ví dụ như: - Họ và tên: Lương Văn Nhất. - Địa chỉ: Xã Quỳnh Lưu, huyện Nho Quan, tỉnh Ninh Bình. - Tên cơ quan: Trường THCS Ninh Nhất. Tất cả các CSDL đều có thể được biểu diễn bởi hệ thống các thực thể, thuộc tính và mối quan hệ giữa các thực thể.

Ưu điểm của việc sử dụng CSDL Từ khái niệm trên, ta thấy rõ ưu điểm nổi bật của CSDL là:  Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất và do đó đảm bảo được tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu.  Đảm bảo sự độc lập giữa dữ liệu và chương trình ứng dụng: Cho phép thay đổi cấu trúc, dữ liệu trong cơ sở dữ liệu mà không cần thay đổi chương trình ứng dụng.  Trừu tượng hoá dữ liệu (Data Abstraction): Mô hình dữ liệu được sử dụng để làm ẩn lưu trữ vật lý chi tiết của dữ liệu, chỉ biểu diễn cho người sử dụng mức khái niệm của cơ sở dữ liệu.  Nhiều khung nhìn (multi-view) cho các đối tượng người dùng khác nhau: Đảm bảo dữ liệu có thể được truy xuất theo nhiều cách khác 4 nhau.

Vì yêu cầu của mỗi đối tượng sử dụng CSDL là khác nhau nên tạo ra nhiều khung nhìn vào dữ liệu là cần thiết.  Đa người dùng (multi-user): Khả năng chia sẻ thông tin cho nhiều người sử dụng và nhiều ứng dụng khác nhau [2]. Tổ chức CSDL CSDL được tổ chức có cấu trúc: Thành các bản ghi (record), các trường dữ liệu (field). Các dữ liệu lưu trữ có mối quan hệ (relational) với nhau.

CSDL được cấu trúc để dễ dàng truy cập, quản lý và cập nhật dữ liệu.  Table (Bảng): Là một thành phần cơ bản trong chương trình quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ. Bảng được hình thành khi sắp xếp các thông tin có liên quan với nhau theo hàng và cột. Các hàng tương ứng với các bản ghi (record) dữ liệu và các cột tương ứng với trường dữ liệu.

Các bạn hãy xem bảng Người quen. Các hàng là người, mỗi hàng tương ứng với một người. Các cột là trường (hay lĩnh vực) của thông tin.  Record (bản ghi): Trong chương trình quản trị cơ sở dữ liệu, đây là một đơn vị hoàn chỉnh nhỏ nhất của dữ liệu, được lưu trữ trong những trường hợp dữ liệu đã được đặt tên.

Trong một cơ sở dữ liệu dạng bảng, bản ghi dữ liệu đồng nghĩa với hàng (row). Bản ghi chứa tất cả các thông tin có liên quan với mẫu tin mà cơ sở dữ liệu đang theo dõi. Ví dụ, trong cơ sở dữ liệu về Người quen, bản ghi sẽ liệt kê tên người quen, ngày sinh, số điện thoại, địa chỉ và tên cơ quan. Hầu hết các chương trình đều hiển thị các bản ghi dữ liệu theo hai cách: theo các mẫu nhập dữ liệu và theo các bảng dữ liệu.