Succint and self-indexed data structures for the exploitation and representation of moving objects

• Autores: Adrián Gómez-Brandón
• Directores de la Tesis: Gonzalo Navarro Badino (codir. tes.) , Nieves R. Brisaboa (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidade da Coruña ( España ) en 2020
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 167
• Tribunal Calificador de la Tesis: M. Andrea Rodríguez (presid.) , Antonio Fariña (secret.) , Nicola Prezza (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUC
• Resumen
  • español

    Esta tesis aborda la representación y explotación eficiente de trayectorias de objetos que se mueven en el espacio sin ningún tipo de restricción (aviones, pájaros, barcos, etc.). En la actualidad, este es un problema muy relevante debido a la proliferación de dispositivos GPS, lo que permite coleccionar una gran cantidad de trayectorias. Sin embargo, hasta ahora no existe un modo eficiente para almacenarlas y explotarlas adecuadamente. Esta tesis propone ocho estructuras que cumplen con dos objetivos fundamentales. En primer lugar, son capaces de almacenar en espacio reducido los datos espaciotemporales, que describen las trayectorias, de modo que su explotación saque partido a la jerarquía de memoria. En segundo lugar, las estructuras permiten explotar la información realizando consultas sobre objetos, dado el objeto se calcula su posición o trayectoria durante un intervalo de tiempo; o consultas de rango espacio-temporal, dada una región del espacio y un intervalo de tiempo se obtienen los objetos que estaban dentro de la región en ese tiempo. Hay que destacar que las soluciones del estado del arte solo son capaces de responder eficientemente uno de los dos tipos de consultas. Todas estas estructuras de datos tienen un nexo común, todas ellas usan dos elementos: snapshots y logs. Cada snapshot funciona como un índice espacial que periódicamente indexa la posición absoluta de cada objeto o el Minimum Bounding Rectangle (MBR) de su trayectoria. Sirven para agilizar las consultas de rango espacio-temporal. Hemos implementado dos tipos de snapshot: basadas en k2-trees o en R-trees. Con respecto al log, éste representa la trayectoria (secuencia de movimientos) de cada objeto. Es el principal elemento de nuestras estructuras, y facilita la resolución de consultas de objeto y de rango espacio-temporal. Se han implementado cuatro estrategias para representar el log de forma comprimida: ScdcCT, GraCT, ContaCT y RCT. Con la combinación de estos dos elementos construimos ocho estructuras diferentes para la representación de trayectorias. Todas ellas han sido implementadas y evaluadas experimentalmente, donde reducen hasta dos órdenes de magnitud el espacio que requieren los métodos tradicionales. Además, todas ellas son competitivas resolviendo tanto consultas de objeto como de rango espacio-temporal.

  • English

    This thesis deals with the efficient representation and exploitation of trajectories of objects that move in space without any type of restriction (airplanes, birds, boats, etc.). Currently, this is a very relevant problem due to the proliferation of GPS devices, which makes it possible to collect a large number of trajectories. However, until now there is no efficient way to properly store and exploit them. In this thesis, we propose eight structures that meet two fundamental objectives. First, they are capable of storing space-time data, describing the trajectories, in a reduced space, so that their exploitation takes advantage of the memory hierarchy. Second, those structures allow exploiting the information by object queries, given an object, they retrieve the position or trajectory of that object along that time; or space-time range queries, given a region of space and a time interval, the objects that are within the region at that time are obtained. It should be noted that state-of-the-art solutions are only capable of efficiently answering one of the two types of queries. All of these data structures have a common nexus, they all use two elements: snapshots and logs. Each snapshot works as a spatial index that periodically indexes the absolute position of each object or the Minimum Bounding Rectangle (MBR) of its trajectory. They serve to speed up the spatio-temporal range queries. We have implemented two types of snapshots: based on k2-trees or R-trees. With respect to the log, it represents the trajectory (sequence of movements) of each object. It is the main element of the structures, and facilitates the resolution of object and spatio-temporal range queries. Four strategies have been implemented to represent the log in a compressed form: ScdcCT, GraCT, ContaCT and RCT. With the combination of these two elements we build eight different structures for the representation of trajectories. All of them have been implemented and evaluated experimentally, showing that they reduce the space required by traditional methods by up to two orders of magnitude. Furthermore, they are all competitive in solving object queries as well as spatial-temporal ones.

  • galego

    Esta tese trata sobre a representación e explotación eficiente de traxectorias de obxectos que se moven no espazo sen ningún tipo de restrición (avións, paxaros, buques, etc.). Na actualidade, este é un problema moi relevante debido á proliferación de dispositivos GPS, o que fai posible a recollida dun gran número de traxectorias. Non obstante, ata o de agora non existe un xeito eficiente de almacenalos e explotalos. Esta tese propón oito estruturas que cumpren dous obxectivos fundamentais. En primeiro lugar, son capaces de almacenar datos espazo-temporais, que describen as traxectorias, nun espazo reducido, de xeito que a súa explotación aproveita a xerarquía da memoria. En segundo lugar, as estruturas permiten explotar a información realizando consultas de obxectos, dado o obxecto calcúlase a súa posición ou traxectoria nun período de tempo; ou consultas de rango espazo-temporal, dada unha rexión de espazo e un intervalo de tempo, obtéñense os obxectos que estaban dentro da rexión nese momento. Cómpre salientar que as solucións do estado do arte só son capaces de responder eficientemente a un dos dous tipos de consultas. Todas estas estruturas de datos teñen unha ligazón común, empregan dous elementos: snapshots e logs. Cada snapshot funciona como un índice espacial que indexa periodicamente a posición absoluta de cada obxecto ou o Minimum Bounding Rectangle (MBR) da súa traxectoria. Serven para acelerar as consultas de rango espazo-temporal. Implementamos dous tipos de snapshot: baseadas en k2-trees ou en R-trees. Con respecto ao log, este representa a traxectoria (secuencia de movementos) de cada obxecto. É o principal elemento das nosas estruturas, e facilita a resolución de consultas sobre obxectos e de rango espacio-temporal. Implementáronse catro estratexias para representar o log nunha forma comprimida: ScdcCT, GraCT, ContaCT e RCT. Coa combinación destes dous elementos construímos oito estruturas diferentes para a representación de traxectorias. Todas elas foron implementadas e avaliadas experimentalmente, onde reducen ata dúas ordes de magnitude o espazo requirido polos métodos tradicionais. Ademais, todas elas son competitivas para resolver tanto consultas de obxectos como espazo-temporais.