移动时空数据库的关键技术研究与实验.doc

1、项目类别申报学科代码 1科学部编号A国家自然科学基金申 请 书项 目 名 称：移动时空数据库的关键技术研究与实验申 请 者： 所 在 单 位： 邮 政 编 码： 通 讯 地 址： 电 话： 传 真： 电子信箱 (Email):申 请 日 期：2002 年 3 月国家自然科学基金委员会1997 年制- 1 -填 报 说 明一、填写申请书前，请先查阅国家自然科学基金有关项目申请办法及规定。申请书各项内容，要实事求是，逐条认真填写。表达要明确、严谨，字迹要清晰易辨。外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现的缩写词，须注出全称。二、申请书为十六开本，复印时用 B5 复印纸，于左侧装订成册。第三页起各栏

2、空格不够时，请自行加页。一式六份（至少一份为原件） ，由所在单位审查签署意见后，按申报学科投送国家自然科学基金委员会对口科学部。地区科学基金项目，申请书另报送省（自治区）科委一份原件。三、封面右上角“科学部编号”由对口科学部填写，项目类别和申报学科代码 1 由申请者填写。四、下列人员不得作为申请项目的负责人提出申请，但可作为项目组成员参加研究：在读（含在职）研究生已离退休的科研人员申请单位的兼职科研人员五、申请者和项目组中具有高级专业技术职务的主要成员申请（含参加）的项目数，连同在研的国家自然科学基金项目数（不含重点项目、重大项目） ，不得超过两项。六、同一项目组研究内容相近的项目，只允许报送

3、一个学科。七、申请者可因同类项目竞争等原因，提出不宜评议本项目的专家名单（姓名与单位，3 人以内） ，密封于信封中，钉在申请书原件封面，或另专函相关学科，供科学部选择同行评议人时参考。科学部将对此信息保密。八、国家自然科学基金委员会地址：北京市海淀区双清路83 号，通讯地址：北京 8610 信箱。- 2 -邮政编码：10008- 1 -一、 简表中文 移 动 时 空 数 据 库 的 关 键 技 术 研 究 与 实 验名称 英文 Study and Experiment of Key Technology of Mobile Temporal-spat ion DatabaseA.自由申请 B.

4、高技术探索 C.青年 D.地区类别E.重大 F.重点 H.专项高技术探索项目主题号名称 1 先进传感技术 名称 2申报学科 代码 1 F030205 代码 2A. 基础研究B. 应用基础 申请金额 2 5 . 0 0 万元 起止年月 2003 年 1 月至 2005 年 12 月研究项目所用实验室 A. 国家重点 B. 部门开放 实验室编号中 文 A 男 出生年月 名称 汉姓名 拼 音性别 B. 女 A 身份证号民族 代码名称 教授 国(地区) 名申请者专业技术职务 代码学位A.博士B.硕士C.学士博士学位授予国别或 地 区 代 码A. 院 士B. 博 士 生 导 师C. 博 士 后所在单位名

5、 称 系（所） 控制系 单位代码邮政编码 名称性 质A. 高 等 院 校B. 科 研 机 构C. 其 它 A 申请者电话隶属关系 代码所在地 (自治区、直辖市) ( 县) 洪山 区 (路) 1037 号总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 参加单位数姓名 身份证号 专业技术职 务 所在单位名称及代码 项目中的分工 签字讲师(博士) 体系结构助教( 在职学生)讲师( 在职学生)讲师( 在职学生)助教( 在职学生)博士生主要成员(不含申请者)硕士生项目组硕士生 存储组织- 2 -研 究 时 空 对 象 数 据 模 型 ， 并 在 此 基 础 上 ，探 讨 时 空 对 象 的 存 储 结

6、 构 、 索 引 技 术 、 运 算 理论 、 移 动 查 询 优 化 算 法 ， 建 立 支 持 时 空 对 象 及移 动 处 理 需 求 的 数 据 纵 语 言 ， 提 出 移 动 事 务 准则 与 调 度 策 略 ， 在 实 验 的 基 础 上 ， 初 步 建 立 一个 移 动 时 空 D B M S 原 型 系 统 。摘要主题词 1. 主题词数量不多于三个；2. 主题词之间空一格（英文用 /分隔） 。中文 时 空 对 象 模 型 移 动 事 务研究内容和意义英文 Temporal-spation-object Model/Mobile Transaction简 表 填 写 要 求一、简

7、表内容将输入计算机，必须逐项认真填写，采用国家公布的标准简化汉字。简表中所有代码以最新发布的国家自然科学基金申请项目分类目录及代码为准填写。高技术探索课题主题号按高技术新概念新构思探索课题项目指南中主题号填写，申请其重点项目时项目类别也填写 B，并在申请书封面右上角加注“高技术探索课题重点项目” 。二、凡选择性栏目，将相应提示符 A、B 等之一填入该栏的右下角。三、部分栏目填写要求：项目名称应确切反映研究内容和范围，最多不超过 25 个汉字 (包括标点符号） 。基础研究指以认识自然现象、探索自然规律为目的，不直接考虑应用目标的研究活动。应用基础研究指有广泛应用前景，但以获取新原理、新技术、新方

8、法为主要目的的研究。申报学科申请项目所属的最基础学科。如涉及多学科可填写两个，先填为主学科。申请金额以万元为单位，用阿拉伯数字表示，注意小数点。起止年月起始时间从申请的次年 1 月算起。终止时间为完成年度的 12 月。所用实验室系指研究项目将利用的实验室，仅填写国家计委批准的国家重点实验室或部门批准的开放实验室。所在单位名称及代码按单位公章填写全称。例如“中国科学院西安光学精密机械研究所”不得填“中科院西安光机所”或“西安光机所” 。全称中的数字，一律写中文，例如：中国航天工业总公司第七一所。首次申请国家自然科学基金的单位，尚未编入单位代码，其代码暂不填写。参加单位数 指研究项目组主要成员所在

9、单位数，包括主持单位和合作单位(合作者所在单位) ，以阿拉伯数字表示。项目组主要成员 指在项目组内对学术思想、技术路线的制订与理论分析及对项目的完成起重要作用的人员，本人应在申请书上亲自签名。本栏双线右侧内容不输入计算机。研究内容和意义摘要与主题词均录入软盘。- 3 -二、立论依据（包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，并附主要参考文献及出处） 随着计算机科学与技术的发展及应用的深入，在过程控制、系统仿真、作战指挥、政府办公等众多领域对 DBMS 提出了更高的要求。其主要表现为：1.移动性社会已进入或正在高速进入以网络计算机为中心的时代，人们希望能在任何时刻，任何地点访问所需数据，特别是在作

10、战指挥、飞行控制、移动办公、移动电子商务及公共信息数据与获取等方面的这种应用需求尤为迫切。其应用特征主要表现为移动计算机（包括状入或嵌入其它可移动装备中）在和网络断接的情况下，访问或更新数据库。这需要移动 DB 的支持。2. 空间性同样，在时目标识别与跟踪、作战指挥等应用领域，不仅需要管理和使用非空间数据（属性数据） ，同时需要管理和使用空间数据，否则系统就不能直观充分的描述现实世界对象，用户不能直观地观察对方的位置和形态，也不能对之进行各种应用查询和综合分析，极大地影响系统应用效果。这需要空间DB 的支持。3. 时间性在各类控制及仿真系统中，特别是在战场指挥系统中，各类对象的位置和形态都会动

11、态的发生变化，因而描述这些对象的数据也是动态变化的。如一个空间对象（飞机、汽车、人群）的位置可能发生变化，一个实间对象成形（去彩、污染区、山头）的形态也可能移动、扩大、缩小或改变，一个空间对象的活动区域也可能移动、扩大或缩小。显然，要作出正确的判断、控制和指挥活动，不仅需要管理和使用，当前最新变化的结果信息，同时必须保存变化过程中的历史信息。不考虑时态信息的空间 DB 是静态的，它只作用为查询不能用，但是上述领域的 。同样，在这些应用中主体对象的移动性，不需要引入移动 DB 技术，从而导致移动时空 DB 问题的提出。特别地，有些相关信息的处理还受到截止时间（deadline）的限制。因此，时态

12、与空间 DB 的集成是必须的。- 4 -传统 DB 技术日趋完美，它只支持属性数据；空间 DB 已有较多的商品化- 5 -系统，但它只能支持空间数据，有的还同时支持属性数据；时态 DB 研究十余年来，在数据模型，存储与查询技术方面取及相当进展，但还未见商品软件；移动 DB 研究方 。但是同时支持时空（temporal-spation）数据的移动DB 研究还未见相关报道， （真正意义上的时空 DB 研究国内还未见深入报道） 。综上所述，移动时空 DB 理论与技术的研究是计算机科学与技术的前治课题，具有重要的理论价值和强烈的应用背景。- 6 -三、研究方案1. 研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

13、（a）研究目标 1）实现时空数据的一体化表示、组织、管理和访问；2）时空数据的建立移动事务模型及其调度机制；3）研究时空数据的移动查询的相关理论与技术；4）对上述理论与技术进行相关实验研究。（b）研究内容1）移动时间 DBMS 的体系结构及运行机制；2）时空数据模型（含语言） ；3）时空数据库的存储组织；4）时空数据的计算理论、移动查询及查询优化算法、索引、算法；5）移动事务模型（构成规划、正确性标准、调度策略） 。关键问题：1）时空数据模型；2）时空数据的运算规划与算法；3）时空数据、移动查询及索引机制；4）移动事务模型。2. 拟采取的研究方法、技路线、实验方案及可行性分析1）在关系数据模型

14、（关系数据模型能较好的描述时空对象的属性特征，但不能表示时空对象的时间和空间特征）基础上，融入面向对象概念与技术，引入数据与事务（较广义的意义的时态 DB 至少立支持事务时间有数据、有效时间）的时间特征，探讨并初步建立一个支持时空数据表示和约束的时空对象模型。2）充分研究时态 DB、空间 DB 的代数运算理论（均已有较深入的研究） ，研究并给出时空数据的选择、投影、并、交、乘积及连接运算的计算规划与算法，并进而探讨其移动查询优化方法。- 7 -3）在 SQL 基础上，扩展时空运算操作（涉及拓扑关系的操作，如区域、距离等，以及时间点或时间范围的操作） ，与对象的 、封装技术相结合，初步设计一个基

15、于时空对象数据模型的操纵语言规范。4）鉴于移动时空事务的移动性、长事务（可能的低带宽、执行延迟及频繁断接所致） 、时间性及易性（结点的不固定，可能的无线网络的不稳定性都使及移动事务较之一般事务更易出错） ，应考虑放宽事务 ACID 的要求，拟在申请人已完成国防预研项目实时主动 DBMS 研究的实时主动事务处理方面的研究成果之上，结合上述特征，探讨异提出事务的正确性标准、调度机制及故障恢复策略。5）在空间数据存储（已有较深入研究）结构中引入时间性及对象处理技术来探讨时空对象的存储与组织结构。本课题拟采用理论与实践并重的研究方法。由于时间 DB 的研究与实践的各自取得的成果，加之申请者所在研究室在

16、 DBMS、特别是对实时 DBMS，主动 DBMS 方面的有较深入的研究与实践，最近 2 年亦已先期开展移动 DB 的研究，理论与实践经验丰富，上述技术方案完全可以实现，是可行的。3. 本项目的创新之处1）时空对象数据模型实现时空对象的一体化表示、存储管理；2）时空对象的运算理论（涉及区域位置、距离、时间的选择、投影、并、交、乘积及连接运算）与移动查询算法；4. 年度研究计划及预期进展1）2003.12003.12：建立进空对象数据模型，提出系统体系结构与运行机制。2）2004.12004.12：给出时空对象的存储结构，研究与初步建立时空对象的运算理论、数据操纵语言，查询优化算法及移动事务模型

17、和处理技术。3）2005.12005.12：进一步研究上述理论经与算法，并进行较深入全面的实验研究，实现一个实验（原型）系统。5. 预期研究成果 1）在国内外权威或核心期刊上发表论文 1020 篇，争取到 35 篇进入- 9 -EI，- 10 -尽可能争取 1 篇进入 SCI。2）建立一个实验（原型）系统。- 11 -四、研究基础1、与本项目有关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩1）已发表论文1- 15 -2、 现 已 具 备 完 成 课 题 研 究 的 基 本 实 验 条 件研 究 课 题 组 已 安 装 ：1）DBM 高档服务器 3 台（单价在 18 万-20 万之间，配有 4 个 CP

18、U、阵列磁盘） ；2）PC1586 36 台；3）三层架构的实验平台；4）多种 OS、DBMS、GIS 及开发工具软件。尚缺高分辨率的图形工作站一台，拟近期购进。1 主动实时数据库抽象框架模型研究，国家自然科学基金项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。2 分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。3 实时 DBMS 研究，国防科技预研项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。4 主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。5 支持基于对象- 关系模型的分布式实时 DBMS 核心研究， 中南计算机服务中心，在研项

19、目。6 基于 SQL-Server 的数据复制与转换系统，国际合作，在研项目。3 主持及参加的主要科研项目：1主动实时数据库抽象框架模型研究，国家自然科学基金项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。2分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。3实时 DBMS 研究，国防科技预研项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。4主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目，鉴定评价国际先进，国内领先，独到。5支持基于对象-关系模型的分布式实时 DBMS 核心研究， 中南计算- 16 -机服务中心，在研项目。6企业网络安全监控系统，在研项目。7智能机核心语言

20、，湖北省科技进步二等奖，原电子部项目，鉴定意见为国内填补空白，领先。8函数/逻辑语言研究，原电子部项目。9模具 CAD/CAM 数据库系统，原机电部项目，国家教委科技进步一等奖。10长江流域水文信息管理分布式 DBS，长江水利委员会项目。11基于 SQL-Server 的数据复制与转换系统，国际合作，在研项目。12决策支持系统开发平台，企业合作，在研项目。主要论著：副教授，在职博士生，38 岁， 参加的主要科研项目：1实时数据库管理系统，国防预研，已鉴定。2主动实时 DB 抽象框架模型研究，国家自然科学基金，已完成。3主动实时 DBMS 研究，国防预研，2000 年完成。4湖北省电力经济信息系

21、统，省科技进步二等奖。5武汉市化工进出口公司办公自动化系统，98 年完成。6决策支持系统开发平台，企业合作，在研项目主要论著：1实时数据库系统的实时描述语言，第十一届全国 DB 学术会议论文集，1993.102一种实时数据描述语言的设计与实现，全国程序设计语言会议论文集，1994.10 3.基于 ED 方法的实时调度算法， 华中理工大学学报 ，1998.64实时 DBS 的触发机制， 微电子学与计算机 ，1995.15主动实时 DBMS 研究， 华中理工大学学报 ，1994.10：讲师，30 岁，天津大学本科，华中理工大学硕士。- 17 -参加的主要科研项目：1主动实时数据库抽象框架模型研究，

22、国家自然科学基金项目。2分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目。3实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。4主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。5长江流域水文信息管理分布式 DBS，长江水利委员会项目。6企业网络安全监控系统。主要论著：1一个主动实时数据描述语言实现技术， 计算机工程与应用 ，1998.52一个内存 DB 的存储组织与索引机制， 华中理工大学学报 ，1999.103Visual C+编程实例技巧，华中理工大学出版社， 1999.10：助教，工学硕士，在职博士生，26 岁，毕业于华中理工大学计算机系（原少年班） 。参加的主要科研项目：1主动实时数据库抽象

23、框架模型研究，国家自然科学基金项目。2分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目。3实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。4主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。5长江流域水文信息管理分布式 DBS，长江水利委员会项目。6基于 SQL-Server 的数据复制与转换系统，国际合作，在研项目。主要论著：1The Architecture and Execution Model of an Active Real-time DBMS,IEEE,proc.of ICICS,1998.9，EI 收录2分布式实时 DB 通讯延迟模型及通讯协议， 软件学报 ，1998.33一个主动实

24、时 DBMS 的体系结构与执行模型， 小型微机计算机系统 ，1998.3，EI 收录5Visual Basic 编程实例 技巧，华中理工大学出版社，1999.126数据库系统原理，华中理工大学出版社，2001 年将出版：- 18 -助教，工学硕士，在职博士生，27 岁，毕业于华中理工大学计算机系。参加的主要科研项目：1主动实时数据库抽象框架模型研究，国家自然科学基金项目。2分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目。3实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。4主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。5长江流域水文信息管理分布式 DBS，长江水利委员会项目。6决策支持系统平台研

25、究。主要论著：1The Architecture and Execution Model of an Active Real-time DBMS,IEEE,proc.of ICICS,1998.9，EI 收录2分布式实时 DB 通讯延迟模型及通讯协议， 软件学报 ，1998.33一个内存 DB 的存储组织与索引机制， 华中理工大学学报 ，1999.104一个主动实时 DBMS 的体系结构与执行模型， 小型微型计算机系统 ，1998.3，EI 收录5Visual Basic 编程实例 技巧，华中理工大学出版社，1999.126数据库系统原理，华中理工大学出版社，2001 年将出版：助教，工学硕士

26、，在职博士生，26 岁，毕业于华中理工大学计算机系。参加的主要科研项目：1主动实时数据库抽象框架模型研究，国家自然科学基金项目。2分布式主动实时 DB 事务管理研究，国家自然科学基金项目。3实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。4主动实时 DBMS 研究，国防科技预研项目。5基于对象-关系模型的分布式实时 DBMS 核心研究， 中南计算机服务中心，在研项目。主要论著：1The Architecture and Execution Model of an Active Real-time DBMS,IEEE,proc.of ICICS,1998.9，EI 收录2一个内存 DB 的存储组织与索引

27、机制， 华中理工大学学报 ，1999.10- 19 -3一个主动实时 DBMS 的体系结构与执行模型， 小型微型计算机系统 ，1998.3，EI 收录4Visual Basic 编程实例 技巧，华中理工大学出版社，1999.125数据库系统原理，华中理工大学出版社，2001 年将出版* 论文：作者题目刊名年份卷（期）页码专著：作者书名出版者年份- 20 -五、经费预算支 出 科 目 金 额 计 算 根 据 及 理 由科研业务费 10.0 资料费、差旅费、学术交流费、论文出版费等实验材料费 2.0 纸张文具、备份光驱、光盘等实施测试费 2.0 测试用数据的收集、加工及录入等仪器设备费 10.0

28、图形工作站及相关软件。注: 预算支出科目按下列顺序填写: 1. 科研业务费 2. 实验材料费 3. 仪器设备费 4. 实验室改装费 5. 协作费 6. 项目组织实施费。开支范围详见国家自然科学基金资助项目财务管理办法第二章。- 21 -六、申请者正在承担的其它研究项目（攀登计划、 863 计划、攻关任务和各部委、省市任务等项目的名称及编号、任务来源、起止年月、负责或参加以及与本申请项目的关系等情况）1、基于 C、C+的软件测试系统，国防十五预研项目；2、基于对象关系模型的分布式实时 DBMS，中有计算机服务中心（20002002 ） ；本项目数据模型、事务模型及处理、体系结构及运行申请项目的研

29、究工作之中。3、并发室时分布式应用软件合成方法研究，海军十五预研项目。七、申请者承担（负责或参加）国家自然科学基金资助项目的情况批准号 项目名称 起止年月负责或参加进展或完成情况- 22 -对申请者负责的前一个已结题科学基金资助项目（项目名称及批准号）完成情况，后继研究进展及与本申请项目的关系加以详细说明。另附该已结题项目研究工作总结摘要 （300 字）及已发表主要相关论文首页复印件（限三篇） 。八、申请者承诺我保证上述填报内容的真实性。如果获得资助，我与本项目组成员将严格遵守国家自然科学基金委员会的有关规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料。申请者（签章）200

30、2 年 3 月 10- 23 -日- 24 -九、推荐意见既不具有高级专业技术职务又不具有博士学位的申请者， 须有两名具有高级专业技术职务的同行专家推荐。推荐时，请认真负责地介绍申请者及其项目组成员的业务基础、研究能力、科研态度及研究条件等。项目组成员不能做推荐者。具有高级专业技术职务的在职博士生申请须由导师在此栏目签署意见。推荐者（签章） 专业技术职务 专长所在单位：推荐人意见（请对项目的意义、具体内容、创新点、主要特色和取得预期成果的可能性，申请人的学术水平及研究能力等进行评议）：推荐者（签章） 专业技术职务 专长所在单位：- 1 -十、申请者所在单位及合作单位的审查与保证1. 申请者所在

31、单位学术委员会的审查意见（包括：对项目的意义、特色和创新之处及申请者的研究水平与学风签署具体意见）正如申请书中所述，在近代及未来很多计算机应用领域，如作战指挥、政府办公、市政建设、IS 行或运行控制、地质勘探、目标识别与跟踪、系统仿真等方面，面临临移动时空 DB 的应用需求，具有广泛的军事和应用前景。该项目的突出特点和创新之处是要从理论和实现技术上集成时态 DB 技术、空间 DB 技术及移动 DB 技术、涉及数据模型、语言、运算理论与算法、体系结构、存储组织与查询优化、是计算机科学与技术的前沿理论与技术。申请者及其所带领的研究组长期从事 DBS 研究与应用，对 DBMS 的相关理论及实现技术有

32、很深的研究，申请者是我校 人才计划中的 100 个培养对象之一，队伍结构合理、朝气蓬勃、学风严谨踏实、实力很强，完全有能力完成该项目。主任或副主任（签章） 2002 年 3 月 20 日- 1 -2. 合作单位的审查意见与保证同意参加合作研究，保证对参加合作研究人员时间及工作条件的支持、督促其按计划完成所承担的任务（及需要说明的其它问题）无 无 无合作单位 1（公章） 合作单位 2（公章） 合作单位 3（公章）3. 申请者所在单位领导的审查意见与保证已按填报说明对申请人进行了资格审查，对申请书内容进行了审核，同意学术委员会的审查意见，并保证在项目获得资助后做到以下几点：(1) 保证对研究计划实施所需的人力、物力和工作时间等条件给予支持。(2) 严格遵守科学基金委员会有关资助项目管理、财务等各项规定。(3) 督促项目负责人和本单位项目管理部门按科学基金委员会的规定及时报送有关报表和材料。需要说明的其它问题：无- 1 -单位负责人 （签章）单位（公章） 2002 年 3 月 21 日- 1 -