[發明專利]一種面向船舶定位數據的時空網格與樹融合的存儲方法

在審

• 申請號: 202210048823.6
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114398459A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 徐傳奇;張紀林;任永堅;曾艷;袁俊峰;薛梅婷;歐東陽
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06F16/22;G06F16/2455
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種面向船舶定位數據的時空網格與樹融合的存儲方法。本發明采用時間、經度和緯度三個維度構建時空網格，對時空網格內單個船舶定位數據的元數據建模；并將元數據按照時間范圍分片形成元數據塊，采用B+樹對元數據塊進行管理；在元數據塊內，構建時空網格編碼，并按照時空網格編碼升序將元數據依次存入元數據數組中；在數據存儲過程中，隨著時間推移，自動按照時間范圍分片建立元數據塊及其元數據，同時將船舶定位數據存儲至存儲節點。本發明以時空網格編碼作為元數據索引，實現按時空條件快速查找元數據；將元數據按照時間范圍分片形成元數據塊，采用B+樹對元數據塊進行管理，實現快速縮小目標數據的查找范圍。

技術領域

本發明涉及海洋船舶定位數據存儲領域，尤其涉及一種面向船舶定位數據的時空網格與樹融合的存儲方法。

背景技術

隨著定位終端在海洋船舶中普及，海量的船舶定位數據被持續記錄下來。面對船舶碰撞事件、沉船事件、事故救援的實際場景，LBS(圍繞地理位置數據展開的服務)需要對任意時間和空間范圍內船舶歷史軌跡查詢。合理的存儲模型與索引能夠從根本上提高船舶點位數據的查詢性能，然而，傳統的關系型數據庫難以支撐海量船舶定位數據的存儲。同時，NoSQL數據庫雖然能夠滿足海量通用數據的存儲，但沒有針對時空序列數據的存儲和查詢做特定的優化。因此，面向船舶定位數據高效查詢的存儲方案已經成為亟需改進的關鍵問題。

傳統數據庫主要依賴于以樹形結構為索引結構建立索引。PostGIS為PostgreSQL提供了存儲空間地理數據的支持，利用R樹與GiST實現了空間索引，加快了正交查詢的速度。Oracle spatial提供基于線性四叉樹和參照樹的兩種空間索引方案。上述這些樹形結構是基于數據的數據組織和編碼方式，整個樹形結構的構造過程都受其所收到的數據輸入驅動。隨著后續數據的插入，整個樹的結構也會需要進行相應的動態調整。頻繁的更改整個樹的結構會降低數據寫入的性能。

基于網格結構的索引具備簡單的構造特點和高效的構建性能，因此常被用來索引空間數據。GeoMesa是建立在Bigtable等數據庫之上的地理空間索引，使用Geohash算法實現。MongoDB的空間索引類型為2dsphere，其首先以多個不同層級的網格劃分地球表面，然后用B+樹對生成的網格進行索引。Google開發的S2程序庫通過將空間數據表示在三維球體上，使得能夠建立一個沒有奇異點的全球地理數據庫，然后構造空間網格索引。然而，在時序序列場景下，上述的索引均并未考慮定位數據的時間序列特點。

發明內容

本發明根據現有技術的不足，針對海量船舶定位數據的時序性特征，提出一種面向船舶定位數據的時空網格與B+樹融合的分布式存儲方法，為海量船舶定位數據提供高效的存儲與查詢方案。

本發明通過對船舶定位數據采用時空網格的方式對元數據建模，以時空網格編碼作為索引，從而實現按時空范圍查找的目的；通過將元數據按照時間區域分片形成元數據塊，以B+樹管理元數據塊的方式，實現快速縮小目標數據的查找范圍，同時，解決了在現有空間數據庫中，空間索引隨著數據量增長而不斷膨脹的問題。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

步驟(1)：船舶定位數據的屬性包括經度、緯度、時間、設備編號、速度、方向、溫度等。針對船舶定位數據的多鍵值特征，采用時間、經度和緯度三個維度構建時空網格，實現對時空網格內單個船舶定位數據的元數據建模，其中，元數據屬性包括：該船舶定位數據的經緯度、時間和磁盤地址等。

上述的時空網格是按照固定間隔的時間、經度和緯度劃分而成。

步驟(2)：針對海量船舶定位數據的時序性特征，將元數據按照時間區域分片，形成元數據塊，采用B+樹對元數據塊進行管理，其中一個元數據塊為一個B+樹節點。

元數據塊的劃分過程為：取出元數據的時間屬性T，以間隔固定時長切分T的方式聚合元數據為元數據塊。