林业位置服务平台中基于道路网络的KNN查询研究

【摘要】林业信息化建设是推进由“数字林业”向“智慧林业”转变的重要保障,迫切需要将成熟的、先进的技术和创新的理念相结合以更好地服务于林业。基于位置服务是指采用无线定位、GIS、Internet、无线通讯、数据库等相关技术交叉融合的一种基于空间位置的移动信息服务,是通过获取移动用户的位置信息为用户提供包括路径引导、位置查询、应急指挥、紧急呼叫等众多服务的技术基础,在紧急救援、个人定位、车辆导航、人员调度等方面得到广泛的应用,具有良好的发展前景。将基于位置服务技术引入到林业中,对推动林业信息化建设,加快“智慧林业”发展进程具有重要的支撑作用。本文针对林业部门在人员管理、应急指挥方面智能化管理的迫切需要,分析了构建林业位置服务平台的关键技术,对位置服务中基于道路网络的移动对象K最近邻查询关键问题展开深入研究,并构建了林业位置服务监测平台,为人员管理和应急指挥提供人员定位、路径规划、指挥调度等提供支撑。论文主要研究工作和创新点有以下几个方面：(1)阐述了基于位置服务的关键技术,分析各关键技术环节需要解决的问题,针对林区环境特点,确定本文采用的研究方法和研究手段；(2)道路网模型是实现基于道路网络K最近邻查询的基础,在分析已有道路网模型优缺点的基础上,基于林区道路网特点,提出基于路径建模的道路网络模型,能够表示单、双行路以及十字路口的转向规则；(3)在基于道路网络的移动对象索引中,道路网和移动对象并不是孤立存在的,因此,在索引结构中需要对道路网和移动对象同时索引,从索引结构查询性能和更新性能两方面综合考虑,应将静态的道路网和动态的移动对象分别存储,基于这一思想,本文提出具有三层结构的索引结构,利用R树对静态的道路网络进行索引,使用hash表和邻接列表对移动对象及道路边连接关系进行索引；(4)基于已经建立的道路网模型和移动对象索引结构,研究基于道路网络的K最近邻查询问题,为了满足位置服务平台中对查询请求的快速响应的要求,一方面利用预计算技术计算各道路边节点之间的最短路径；另一方面,考虑到查询时通常将方向关系作为查询约束条件,将方向关系约束条件引入到最近邻查询问题中,提出基于方向关系约束的K最近邻查询算法,进一步提高算法的查询速度；通过实验对比分析,提出的基于预计算技术的PC_KNN算法和基于方向约束的CDR_CKNN算法都表现出良好的查询性能。(5)以“基于物联网的监测技术及在林业上的应用研究项目”为依托,基于林业部门现有的GPS对讲设备、项目搭建的无线传感器设备、无线电台等通信设备,基于位置服务技术研究思路,运用WebGIS技术、GPS定位技术、无线通信技术和空间数据库技术,构建林业位置服务平台,实现林区基础地理信息的显示、查询、浏览等基本操作以及人员位置数据采集、位置监控、轨迹回放、调度指挥等基于位置服务的应用。通过研究位置服务平台在林业建设中的关键技术,能够解决护林员、消防车辆、森林火点的定位、监测与跟踪、数据的获取和传输、数据的存储与管理、信息查询、地图显示等问题,能够为日常的管理工作提供科学、准确、高效的解决方案；通过研究基于道路网络的K最近邻查询问题,能够完善基于位置服务的查询请求,为实现人员管理、制定防火指挥决策提供科学有效的指导。因此,本文的研究对丰富林业信息化建设内容,加快林业信息化建设进程起到推动和促进作用。
【作者】孙海龙；
【导师】王霓虹；
【作者基本信息】东北林业大学，森林工程，2014，博士
【关键词】林业位置服务平台；道路网模型；移动对象索引；K最近邻查询；连续K最近邻查询；

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