A framework for the management of deformable moving objects

Abstract

There is an emergence of a growing number of applications and services based on spatiotemporal data in the most diverse areas of knowledge and human activity. The Internet of Things (IoT), the emergence of technologies that make it possible to collect information about the evolution of real world phenomena and the widespread use of devices that can use the Global Positioning System (GPS), such as smartphones and navigation systems, suggest that the volume and value of these data will increase significantly in the future. It is necessary to develop tools capable of extracting knowledge from these data and for this it is necessary to manage them: represent, manipulate, analyze and store, in an efficient way. But this data can be complex, its management is not trivial and there is not yet a complete system capable of performing this task. Works on moving points, that represent the position of objects over time, are frequent in the literature. On the contrary there are much less solutions for the representation of moving regions, that represent the continuous changes in position, shape and extent of objects over time, e.g., storms, fires and icebergs. The representation of the evolution of moving regions is complex and requires the use of more elaborate techniques, e.g., morphing and interpolation techniques, capable of producing realistic and geometrically valid representations. In this dissertation we present and propose a data model for moving objects (moving points and moving regions), in particular for moving regions, based on the concept of mesh and compatible triangulation and rigid interpolation methods. This model was implemented in a framework that is not client or application dependent and we also implemented a spatiotemporal extension for PostgreSQL that uses this framework to manipulate and analyze moving objects, as a proof of concept that our framework works with real applications. The tests’ results using real data, obtained from satellite images of the evolution of 2 icebergs over time, show that our data model works. Besides the results obtained one important contribution of this work is the development of a basic framework for moving objects that can be used as a basis for further investigation in this area. A few problems still remain that must be further studied and analyzed, in particular, the ones that were found when using the compatible triangulation and rigid interpolation methods with real data.

Assistimos ao aparecimento de um número crescente de aplicações e serviços baseados em dados espácio-temporais nas mais diversas áreas do conhecimento e da atividade humana. A internet das coisas (IoT), o aparecimento de novas tecnologias que permitem obter dados sobre a evolução de fenómenos do mundo real e o uso generalizado de dispositivos que usam o sistema de posicionamento global (GPS), por exemplo, smartphones e sistemas de navegação, sugerem que o volume e o valor destes dados aumente significativamente no futuro. Torna-se necessário desenvolver ferramentas capazes de extrair conhecimento destes dados e para isso é necessário geri-los: representar, manipular, analisar e armazenar, de uma forma eficiente. Mas estes dados podem ser complexos, a sua gestão não é trivial e ainda não existe um sistema completo capaz de executar essa tarefa. Existe muito trabalho na literatura sobre pontos móveis, que representam as alterações da posição de objectos ao longo do tempo, mas existe muito menos trabalho realizado sobre regiões móveis, que representam as alterações da posição e da forma de regiões ao longo do tempo, por exemplo, uma tempestade, um incêndio ou um derramamento de petroleo. A representação da evolução de regiões móveis ao longo do tempo é complexa e exige o uso de técnicas mais elaboradas, por exemplo, técnicas de morphing e interpolação, capazes de produzir representações realistas e geometricamente válidas. Nesta dissertação apresentamos e propomos um modelo de dados para trabalhar com objetos móveis (pontos móveis e regiões móveis), em particular regiões móveis, baseado no conceito de malha e em métodos de triangulação compatível e interpolação rígida. Este modelo foi implementado num framework que é independente do cliente e da aplicação. Também implementámos uma extensão espácio-temporal para o sistema de gestão de base de dados PostgreSQL, que usa este framework para manipular e analisar objectos móveis, como uma prova de conceito que o nosso framework funciona com aplicações reais. Os resultados dos testes com dados reais, obtidos a partir de imagens de satélite da evolução de 2 icebergs ao longo do tempo, demonstram que o nosso modelo funciona. Para além dos resultados obtidos, um contributo importante desta dissertação é o desenvolvimento de um framework que pode ser usado como a base para trabalho futuro e investigação nesta área. Existem alguns problemas ainda por resolver e que devem ser analisados e estudados com mais cuidado, em particular, os que foram encontrados quando usámos os métodos de triangulação compatível e interpolação rigída em dados reais.