Path prediction and predictive range querying in road network databases

In automotive applications, movement-path prediction enables the delivery of predictive and relevant services to drivers, e.g., reporting traffic conditions and gas stations along the route ahead. Path prediction also enables better results of predictive range queries and reduces the location update frequency in vehicle tracking while preserving accuracy. Existing moving-object location prediction techniques in spatial-network settings largely target short-term prediction that does not extend beyond the next road junction. To go beyond short-term prediction, we formulate a network mobility model that offers a concise representation of mobility statistics extracted from massive collections of historical object trajectories. The model aims to capture the turning patterns at junctions and the travel speeds on road segments at the level of individual objects. Based on the mobility model, we present a maximum likelihood and a greedy algorithm for predicting the travel path of an object (for a time duration h into the future). We also present a novel and efficient server-side indexing scheme that supports predictive range queries on the mobility statistics of the objects. Empirical studies with real data suggest that our proposals are effective and efficien

Enabling near-term prediction of status for intelligent transportation systems: Management techniques for data on mobile objects

Location Dependent Queries (LDQs) benefit from the rapid advances in communication and Global Positioning System (GPS) technologies to track moving objects\u27 locations, and improve the quality-of-life by providing location relevant services and information to end users. The enormity of the underlying data maintained by LDQ applications - a large quantity of mobile objects and their frequent mobility - is, however, a major obstacle in providing effective and efficient services. Motivated by this obstacle, this thesis sets out in the quest to find improved methods to efficiently index, access, retrieve, and update volatile LDQ related mobile object data and information. Challenges and research issues are discussed in detail, and solutions are presented and examined. --Abstract, page iii

THREE TEMPORAL PERSPECTIVES ON DECENTRALIZED LOCATION-AWARE COMPUTING: PAST, PRESENT, FUTURE

Durant les quatre dernières décennies, la miniaturisation a permis la diffusion à large échelle des ordinateurs, les rendant omniprésents. Aujourd’hui, le nombre d’objets connectés à Internet ne cesse de croitre et cette tendance n’a pas l’air de ralentir. Ces objets, qui peuvent être des téléphones mobiles, des véhicules ou des senseurs, génèrent de très grands volumes de données qui sont presque toujours associés à un contexte spatiotemporel. Le volume de ces données est souvent si grand que leur traitement requiert la création de système distribués qui impliquent la coopération de plusieurs ordinateurs. La capacité de traiter ces données revêt une importance sociétale. Par exemple: les données collectées lors de trajets en voiture permettent aujourd’hui d’éviter les em-bouteillages ou de partager son véhicule. Un autre exemple: dans un avenir proche, les données collectées à l’aide de gyroscopes capables de détecter les trous dans la chaussée permettront de mieux planifier les interventions de maintenance à effectuer sur le réseau routier. Les domaines d’applications sont par conséquent nombreux, de même que les problèmes qui y sont associés. Les articles qui composent cette thèse traitent de systèmes qui partagent deux caractéristiques clés: un contexte spatiotemporel et une architecture décentralisée. De plus, les systèmes décrits dans ces articles s’articulent autours de trois axes temporels: le présent, le passé, et le futur. Les systèmes axés sur le présent permettent à un très grand nombre d’objets connectés de communiquer en fonction d’un contexte spatial avec des temps de réponses proche du temps réel. Nos contributions dans ce domaine permettent à ce type de système décentralisé de s’adapter au volume de donnée à traiter en s’étendant sur du matériel bon marché. Les systèmes axés sur le passé ont pour but de faciliter l’accès a de très grands volumes données spatiotemporelles collectées par des objets connectés. En d’autres termes, il s’agit d’indexer des trajectoires et d’exploiter ces indexes. Nos contributions dans ce domaine permettent de traiter des jeux de trajectoires particulièrement denses, ce qui n’avait pas été fait auparavant. Enfin, les systèmes axés sur le futur utilisent les trajectoires passées pour prédire les trajectoires que des objets connectés suivront dans l’avenir. Nos contributions permettent de prédire les trajectoires suivies par des objets connectés avec une granularité jusque là inégalée. Bien qu’impliquant des domaines différents, ces contributions s’articulent autour de dénominateurs communs des systèmes sous-jacents, ouvrant la possibilité de pouvoir traiter ces problèmes avec plus de généricité dans un avenir proche. -- During the past four decades, due to miniaturization computing devices have become ubiquitous and pervasive. Today, the number of objects connected to the Internet is in- creasing at a rapid pace and this trend does not seem to be slowing down. These objects, which can be smartphones, vehicles, or any kind of sensors, generate large amounts of data that are almost always associated with a spatio-temporal context. The amount of this data is often so large that their processing requires the creation of a distributed system, which involves the cooperation of several computers. The ability to process these data is important for society. For example: the data collected during car journeys already makes it possible to avoid traffic jams or to know about the need to organize a carpool. Another example: in the near future, the maintenance interventions to be carried out on the road network will be planned with data collected using gyroscopes that detect potholes. The application domains are therefore numerous, as are the prob- lems associated with them. The articles that make up this thesis deal with systems that share two key characteristics: a spatio-temporal context and a decentralized architec- ture. In addition, the systems described in these articles revolve around three temporal perspectives: the present, the past, and the future. Systems associated with the present perspective enable a very large number of connected objects to communicate in near real-time, according to a spatial context. Our contributions in this area enable this type of decentralized system to be scaled-out on commodity hardware, i.e., to adapt as the volume of data that arrives in the system increases. Systems associated with the past perspective, often referred to as trajectory indexes, are intended for the access to the large volume of spatio-temporal data collected by connected objects. Our contributions in this area makes it possible to handle particularly dense trajectory datasets, a problem that has not been addressed previously. Finally, systems associated with the future per- spective rely on past trajectories to predict the trajectories that the connected objects will follow. Our contributions predict the trajectories followed by connected objects with a previously unmet granularity. Although involving different domains, these con- tributions are structured around the common denominators of the underlying systems, which opens the possibility of being able to deal with these problems more generically in the near future