一种面向交通信息应用的多叉树数据存储系统及方法

本发明属于数据存储领域，涉及一种面向交通信息应用的多叉树数据存储系统及方法。

背景技术：

面对当今世界全球化、信息化发展趋势，传统的交通技术和手段已不适应经济社会发展的要求。智能交通系统是交通事业发展的必然选择，是交通事业的一场革命。通过先进的信息技术、通信技术、控制技术、传感技术、计算器技术和系统综合技术有效的集成和应用，使人、车、路之间的相互作用关系以新的方式呈现，从而实现实时、准确、高效、安全、节能的目标。

交通安全、交通堵塞及环境污染是困扰当今国际交通领域的三大难题，尤其以交通安全问题最为严重。采用智能交通技术提高道路管理水平后，每年仅交通事故死亡人数就可减少30％以上，并能提高交通工具的使用效率50％以上。为此，世界各发达国家竞相投入大量资金和人力，进行大规模的智能交通技术研究试验。很多发达国家已从对该系统的研究与测试转入全面部署阶段。智能交通系统将是21世纪交通发展的主流，这一系统可使现有公路使用率提高15％到30％。

美、欧、日是世界上智能交通系统开发应用的最好国家，从它们发展情况看，智能交通系统的发展，已不限于解决交通拥堵、交通事故、交通污染等问题。经30余年发展，its的开发应用已取得巨大成就。美、欧、日等发达国家基本上完成了its体系框架，在重点发展领域大规模应用。可以说，科学技术的进步极大推动了交通的发展，而its的提出并实施，又为高新技术发展提供了广阔的发展空间。

随着传感器技术、通信技术、gis技术(地理信息系统)、3s技术(遥感技术、地理信息系统、全球定位系统三种技术)和计算机技术的不断发展，交通信息的采集经历了从人工采集到单一的磁性检测器交通信息采集到多源的多种采集方式组合的交通信息采集的历史发展过程，同时国内外对交通信息处理研究的逐步深入，统计分析技术、人工智能技术、数据融合技术、并行计算技术等逐步被应用于交通信息的处理中，使得交通信息的处理得到不断的发展和革新，更加满足its各子系统管理者、用户的需求。

现阶段智能交通系统出现了巨量、异构、高维等基本特征的非线性数据，树是一对多非线性数据结构，在计算机数据分析与系统处理中得以广泛应用。由于树的结构十分复杂，一般采用二叉树进行简化操作与存储这些非线性数据。这些数据往往具有时间、空间、事件等应用属性，这就迫切需要在海量数据向时空大数据发展过程中，寻求一种线性化、结构化、继承性的数据特征有限约束方法，用于对上述非线性数据进行约束、变换和重构。

技术实现要素：

本发明采用多叉树数据结构和有限子集继承相融合的方法，可以将非线性数据结构为本质特征的时空应用大数据无限集合进行约束、变换与重构，进而有助于数值计算、数据分析与识别应用。

本发明提供一种面向交通信息应用的多叉树数据存储系统，包括：

根数据帧节点模块和若干层数据帧节点模块，其中，每层数据帧节点模块包括子数据帧节点单元，子数据帧节点单元由子数据帧节点和重构数据帧节点组成，每层数据帧节点模块通过重构数据帧节点相互连接；

若干层数据帧节点模块包括，第一层数据帧节点模块、第二层数据帧节点模块……第n层数据帧节点模块；

根数据帧节点模块与第一层数据帧节点模块连接；

根数据帧节点模块用于存储智能交通系统的智能交通应用场景数据；

数据帧节点模块用于根据智能交通应用场景数据的根数据节点，通过在根数据节点前添加特征数值，构建深度十叉树型有限子集模型，数据存储系统，通过深度十叉树型有限子集模型，对智能交通应用场景数据进行可读存储格式表达，用于描述智能交通应用场景数据的实体动态行为。

优选地，子数据帧节点单元由九个子数据帧节点和一个重构数据帧节点组成。

优选地，重构数据帧节点在子数据帧节点的前端。

优选地，第n层数据帧节点模块，包括10ⁿ-1个子数据帧节点单元。

优选地，特征数值包括子数据帧节点数值和重构数据帧节点数值；

子数据帧节点数值为一位非负整数的九个数字；

重构数据帧节点数值为非子数据帧节点数值的数字。

优选地，根数据帧节点模块通过对智能交通应用场景数据进行数据分类，获得数据节点，数据节点为智能交通系统的实体信息采集点。

一种面向交通信息应用的多叉树数据存储方法，包括以下步骤:

s1.通过智能交通系统采集智能交通应用场景数据，基于数据存储系统，通过根数据帧节点模块，对智能交通应用场景数据进行数据分类，获得根数据节点，构建根数据帧节点模型；

s2.基于根数据节点，通过添加子数据帧节点数值，构建第一层子数据帧节点模型；通过在第一层子数据帧节点模型的前端添加重构数据帧节点数值，构建第一层数据帧节点模型；

s3.基于第一层数据帧节点模型，通过添加子数据帧节点数值，构建第二层子数据帧节点模型，通过在第二层子数据帧节点模型的前端添加重构数据帧节点数值，构建第二层数据帧节点模型，以此类推，构建第n层数据帧节点模型；

s4.基于根数据帧节点模型、第一层数据帧节点模型、……、第n层数据帧节点模型构建深度十叉树型有限子集模型，通过深度十叉树型有限子集模型，对智能交通应用场景数据进行可读存储格式表达，用于描述所述实体动态行为。

优选地，智能交通系统通过重构数据帧节点数值进行数据溯源。

优选地，动态行为通过深度十叉树型有限子集模型的第一层子数据帧节点模型进行描述。

优选地，第一层子数据帧节点模型，包括若干类型数据特征值；

基于数据特征值，通过遍历所述深度十叉树型有限子集模型，对数据特征值进行特征数据组合，实现智能交通应用场景数据的动态组合，通过对动态组合进行动作还原，用于描述实体动态行为。

本发明的积极进步效果在于：本发明公开的一种面向交通信息应用的多叉树数据存储系统及方法，使得智能交通系统收集的数据得到了有效的归集，方便数据的溯源与管理，为智能交通系统的运行节省了存储空间。

附图说明

图1为本发明所述的有限子集树型结构；

图2为本发明所述的深度继承十叉树型数据结构；

图3为本发明所述的智能交通应用场景数据的深度继承；

图4为本发明所述的非线性海量数据有限子集树型表达。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明采用多叉树数据结构和有限子集继承相融合的方法，可以将非线性数据结构为本质特征的时空应用大数据无限集合进行约束、变换与重构，进而有助于数值计算、数据分析与识别应用。

非线性数据结构在技术方法上可以约束成树结构。其中，二叉树是每个数据(信息)节点最多拥有两个子数据(信息)节点的树结构，若移除根数据(信息)节点则其余数据(信息)节点会被分成两个互不相交的子树，分别称为左子树和右子树。二叉树是有序树，左右子树有严格的次序，若颠倒则成为一棵不一样的二叉树。该基本处理方法通过本发明方法来完成时空应用大数据无限集合在计算机系统内的线性化与结构化，实现有限子集的数据特征继承性应用。

在计算机系统内，把一个由符号、字符、图像、视频等构成的非线性数据结构信息视为一个数据帧节点。先向树结构进行变换，则这个数据帧节点在非空信息的情况下，有且仅有一个特定的称为根的数据帧节点，分解后的其余数据帧节点可分为互不相交的有限子集，每个子集本身又是一棵树，是具有根数据帧节点的子树。这样，就形成了一颗巨量数据规模的时空应用大数据无限集合，而每一棵子数就是有限子集的数据特征继承性应用。

如图1-4所示，本发明提供一种面向交通信息应用的多叉树数据存储系统，包括：

根数据帧节点模块和若干层数据帧节点模块，其中，每层数据帧节点模块包括子数据帧节点单元，子数据帧节点单元由子数据帧节点和重构数据帧节点组成，每层数据帧节点模块通过重构数据帧节点相互连接；

若干层数据帧节点模块包括，第一层数据帧节点模块、第二层数据帧节点模块……第n层数据帧节点模块；

根数据帧节点模块与第一层数据帧节点模块连接；

根数据帧节点模块用于存储智能交通系统的智能交通应用场景数据；

数据帧节点模块用于根据智能交通应用场景数据的根数据节点，通过在根数据节点前添加特征数值，构建深度十叉树型有限子集模型，数据存储系统，通过深度十叉树型有限子集模型，对智能交通应用场景数据进行可读存储格式表达，用于描述智能交通应用场景数据的实体动态行为。

子数据帧节点单元由九个子数据帧节点和一个重构数据帧节点组成。

重构数据帧节点在子数据帧节点的前端。

第n层数据帧节点模块，包括10ⁿ-1个子数据帧节点单元。

特征数值包括子数据帧节点数值和重构数据帧节点数值；

子数据帧节点数值为一位非负整数的九个数字；

重构数据帧节点数值为非子数据帧节点数值的数字。

根数据帧节点模块通过对智能交通应用场景数据进行数据分类，获得数据节点，数据节点为智能交通系统的实体信息采集点。

一种面向交通信息应用的多叉树数据存储方法，包括以下步骤:

s1.通过智能交通系统采集智能交通应用场景数据，基于数据存储系统，通过根数据帧节点模块，对智能交通应用场景数据进行数据分类，获得根数据节点，构建根数据帧节点模型；

s2.基于根数据节点，通过添加子数据帧节点数值，构建第一层子数据帧节点模型；通过在第一层子数据帧节点模型的前端添加重构数据帧节点数值，构建第一层数据帧节点模型；

s3.基于第一层数据帧节点模型，通过添加子数据帧节点数值，构建第二层子数据帧节点模型，通过在第二层子数据帧节点模型的前端添加重构数据帧节点数值，构建第二层数据帧节点模型，以此类推，构建第n层数据帧节点模型；

s4.基于根数据帧节点模型、第一层数据帧节点模型、……、第n层数据帧节点模型构建深度十叉树型有限子集模型，通过深度十叉树型有限子集模型，对智能交通应用场景数据进行可读存储格式表达，用于描述所述实体动态行为。

智能交通系统通过重构数据帧节点数值进行数据溯源。

动态行为通过深度十叉树型有限子集模型的第一层子数据帧节点模型进行描述。

第一层子数据帧节点模型，包括若干类型数据特征值；

基于数据特征值，通过遍历所述深度十叉树型有限子集模型，对数据特征值进行特征数据组合，实现智能交通应用场景数据的动态组合，通过对动态组合进行动作还原，用于描述实体动态行为。

以下通过具体实施例详细解读本发明的具体技术思路和技术过程：

实施例1：有限子集树型数据结构：该树型数据结构包括以下部分：(1)子数据帧节点、后裔子数据帧节点：数据帧节点的下一层直接数据帧节点为该数据帧节点的子数据帧节点；子数据帧节点及子数据帧节点的所有子数据帧节点都是该数据帧节点的后裔子数据帧节点。在图1中，数据帧节点a为根数据帧节点，b、c、d为a的子数据帧节点，e、f、k、l都是b的后裔子数据帧节点。(2)父数据帧节点、祖先数据帧节点：父数据帧节点是该数据帧节点上一层的直接数据帧节点；祖先数据帧节点是该数据帧节点到根数据帧节点路径上的所有数据帧节点。(3)数据帧节点的度：一个数据帧节点的子数据帧节点的个数为该数据帧节点的度。(4)叶子数据帧节点：叶子数据帧节点也被称为终端数据帧节点，指没有子数据帧节点或度为0的数据帧节点。在图1中，数据帧节点k、l、f、g、m、i、j都是叶子数据帧节点。树可以采用递归或非递归进行遍历，遍历有先序、中序和后序等处理方式。

深度继承十叉树型数据结构：

每个数据帧节点对应一个非负整数，数据帧节点的层数等于对应的非负整数的十进制位数。每个数据帧节点有10个子数据帧节点，这10个子数据帧节点包含父数据帧节点的所有数字，并且在父数据帧节点的前面添加一位数字0、1、2、3、4、5、6、7、8或9组成10个子数据帧节点；子数据帧节点及子数据帧节点的所有子数据帧节点都是该数据帧节点的后裔子数据帧节点。图2是典型的非负整数继承十叉树。

基于上述两种属性结构，本发明构建了深度十叉树型有限子集模型，继承形成的特征：

(1)根数据帧节点不包含数字，根数据帧节点为0层；

(2)每个数据帧节点对应一个非负整数，数据帧节点的层数等于对应的非负整数的十进制位数；

(3)每个数据帧节点有10个子数据帧节点，这10个子数据帧节点包含父数据帧节点的所有数字，并且在父数据帧节点的前面添加一位数字0、1、2、3、4、5、6、7、8或9组成10个子数据帧节点；子数据帧节点及子数据帧节点的所有子数据帧节点都是该数据帧节点的后裔子数据帧节点；后裔子数据帧节点相对应的正整数(即数据帧组成数据包容量)为后裔正整数(即数据帧组成数据包容量)。

(4)父数据帧节点、祖先数据帧节点：父数据帧节点是该数据帧节点上一层的直接数据帧节点；祖先数据帧节点是该数据帧节点到根数据帧节点路径上的所有数据帧节点。

(5)第一个数字为0的数据帧节点定义为重构数据帧节点，重构数据帧节点是其父数据帧节点的直接继承。

(6)第一层10个数据帧节点，对应10个1位非负整数(0至9)；其中数据帧节点0是重构数据帧节点。

(7)第二层100个数据帧节点，对应100个2位非负整数(0至99)；其中包含10个重构数据帧节点(00、01、02…09)。

(8)第n层有10ⁿ个数据帧节点，对应10ⁿ个n位非负整数(0至10ⁿ-1)；其中包含10^(n-1)个第一个数字为0的重构数据帧节点。

将以上发明方法在智能交通应用场景中进行技术实施，首先将感知获取的非线性海量数据进行深度继承十叉树型的定义与计算机语法表达，形成图3和图4所示的有限子集树型数据结构。非线性数据结构结合智能交通应用场景知识抽象出有限子集树型数据结构，并对智能交通应用场景数据结构做清洗、精化、统一操作之后，形成深度继承十叉树型的存储格式，最后将智能交通应用场景数据在真实交通的非线性时空轨迹数据转换成有有限子集树型结构的可读存储格式表达。

再在深度继承十叉树型m层任取一个大于1的数据帧节点，其对应的m位正整数(即数据帧组成数据包容量)为nmx，如果正整数(即数据帧组成数据包容量)nmx的树结构有限子集变换次数小于等于其层数m，该数据帧节点定义为非线性时空元数据，对应的m位正整数(即数据帧组成数据包容量)nmx定义为树结构时空数据元整数。在图2中，在第一层上的数据帧节点2、4、6、8，其树结构有限子集变换次数都为1，等于其层数，所以他们都为非线性时空元数据。实际上，所有正偶数的树结构有限子集变换次数都是1，所以所有正偶数都是树结构时空数据元整数。

结合图3和图4，描述智能交通应用场景数据中实体的动态行为需要使用多个时间自动机来描述，其中可能包括描述每个实体行为的时间自动机、描述整个系统监听器的时间自动机、对系统进行全局调度的时间自动机等。非线性时空元数据的后裔子数据帧节点都是非线性时空元数据，这是描述该应用数据的计算机语法表达。树结构时空数据元整数的后裔整数都是树结构时空数据元整数，并且树结构时空数据元整数的后裔整数的树结构有限子集变换次数不大于该树结构时空数据元整数的树结构有限子集变换次数。在图2中，1位数2、4、6、8是树结构时空数据元整数，根据非线性时空元数据继承性定理：个位数字为2、4、6、8的所有正偶数都是他们的后裔正整数(即数据帧组成数据包容量)，必定也是树结构时空数据元整数。

综上分析，本发明的技术实施可以得出以下结论：

在有限子集继承模型成立的前提下，对于任意大于1的正整数(即数据帧组成数据包容量)n，其最小树结构有限子集变换次数：

mcmin＝log2n(1)

在有限子集继承模型成立的前提下，对于任意大于1的正整数(即数据帧组成数据包容量)n，其最大树结构有限子集变换次数：

mcmax＝mscmax^*(n-1)(2)

其中mscmax为最大树结构有限子集变换次数，是有限正整数(即数据帧组成数据包容量)。

通过构建非负整数继承十叉树并引入重构数据帧节点，十叉树上第n层有10ⁿ个数据帧节点，对应于10ⁿ个从0至10ⁿ-1非负整数。在非负整数继承十叉树上定义了非线性时空元数据：非线性时空元数据的树结构有限子集变换次数msc小于等于该数据帧节点的层数。

由于非线性时空元数据具有继承性，可知：在非负整数继承十叉树上，随着数据帧节点层数的增加，非线性时空元数据在该层总数据帧节点中所占的比例也越来越大，可能在有限的层数所有数据帧节点都是非线性时空元数据；此时该层及该层以下的所有数据帧节点都是非线性时空元数据，其对应正整数(即数据帧组成数据包容量)的树结构有限子集变换次数都小于等于其层数；由于该层的重构数据帧节点包含该层以上所有的父数据帧节点及祖先数据帧节点，这就表了所有大于1的正整数(即数据帧组成数据包容量)，其树结构有限子集变换次数都小于等于该层层数，满足有限子集继承模型。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。