案事件时空数据仓库在线分析方法研究

案事件时空数据仓库在线分析方法研究AnalyticalProcessingofCaseSpace-timeDataWarehouse

理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论选题依据犯罪事件频发，犯罪率急剧上升。公安机关预防和打击犯罪管理的业务需求。GIS（空间分析功能）与OLAP（决策支持）相结合，为公安部门提供全面的空间决策支持。

需要解决的问题空间维度的合理表达快速、灵活的多维查询分析复杂信息的综合分析在线分析与GIS技术集成，将丰富的时空信息引入在线分析的结果。理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论研究内容

案事件时空数据仓库在线分析相关理论与技术分析（1）时空数据仓库（2）空间在线分析

对基于时空数据仓库的在线分析关键技术进行研究（1）空间数据分布存储模式的设计（2）GIS和OLAP的集成方式研究（3）时空数据立方体模型具体设计与构建（4）基于双向贪心算法进行空间立方体的物化

案事件在线分析（1）OLAP分析（2）OLAP组合分析以及可视化展现（3）运用z分数法进行犯罪趋势分析理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论时空数据仓库在时态地理信息系统（TemporalGIS,TGIS）的基础上融合了数据仓库技术，在传统数据仓库的基础上，导入空间维和时间维的相关信息。时空数据仓库为时间和空间上的相关数据的管理提供了一个集成的数据环境，从而完美地解决时空数据之间的冲突和表达方式上的不一致等问题。特征（1）海量数据；（2）具有统一的坐标系与比例尺；（3）可进行时空分析，反应空间随时间的变化趋势。理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识空间在线分析对时空数据仓库中的多维数据进行分析处理，转化成可以为用户提供决策支持的信息的过程。空间在线分析的核心是对空间维的分析。通过对数据的分析和处理，使用户对空间数据得到全方位的了解，从而获取空间数据中包含的信息。操作（1）概括分析：空间上卷、下钻（2）局部分析：空间切片、切块（3）空间旋转理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识案事件时空数据仓库在线分析

关键技术研究空间数据的分布存储模式OLAP与GIS的集成时空数据立方体模型设计与构建时空数据立方体的物化理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究空间数据分布式存储保持数据集中管理能力降低网络通讯成本缩短联机分析响应时间抽取与业务相关的空间数据（部分选取）理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究GIS与OLAP集成空间数据和属性数据数据一体化存储OLAP服务、GIS服务的后端集成简单集成完全集成完全OLAP能力、OLAP图形用户接口通过数据绑定技术相连但仅利用了GIS的制图显示能力理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究时空数据立方体维非空间维空间-非空间维空间维度量数值度量空间度量AJBHFASJAJLBDMAJLBMCXYFACSPCSBMFJBMSJBMFJMCYJAQ案件编号案发时间案件类别代码案件类别名称X坐标Y坐标发案场所派出所编码分局编码市局编码分局名称简要案情理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究实际应用时空数据立方体模型设计案发地点、案发时间、案件类别、犯罪主体、犯罪客体维度概念层次理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究理论知识关键技术实际应用结论展望绪论时空数据立方体建立理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究在AnalysisServices创建的数据立方体关系图组理论知识关键技术实际应用结论展望绪论时空数据立方体的物化提高OLAP查询效率物化视图（事先从数据源中抽取一些查询处理中间结果存放在数据仓库）不直接访问数据源三种物化视图实施策略实物化所有视图。（查询响应时间最快，系统开销过大）不实物化任何视图。（系统开销减小，查询响应速度会很慢）实物化部分视图。（提高查询性能，系统开销适中）选择合适的视图集物化响应时间存储空间理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究双向Greedy算法理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于双向Greedy的空间度量物化视图选择（1）根据数据立方体的格(cube

latice)，运行贪心算法选择出待物化的方体(cuboid)；（2）所选中方体的每个单元（cell）中的空间指针集合；（3）表明空间对象邻接关系的邻接信息表；（4）由（1）、（2）、（3）找出相邻的空间对象集合；（5）方体的访问频度，每个可合并的空间对象集合的频度f（g），是指包含的该空间度量集合所有cuboid的访问频度之和；（6）拟物化的视图个数k。Input

得出待物化的空间对象集合M，作为空间物化视图选择的解。Output

找到访问频率f(g)高，合并空间对象的个数N(g)多的一组可合并空间对象目的g的预计算带来的总利益

=直接利益+间接利益理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于双向Greedy的空间度量物化视图选择空间Greedy算法与反向空间Greedy算法相结合当k小于某设定值时，用空间Greedy算法当k大于该设定值时，用反向空间Greedy算法反向空间Greedy算法空间Greedy算法物化空间对象集合Ci带来的总利益去除空间对象集合Ci带来的总损失=理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于双向Greedy的空间度量物化视图选择双向空间Greedy算法的求解时间|M|/2为空间Greedy与反向空间Greedy的转折点（见图中的右图），当k<|M|/2时执行空间Greedy，反之执行反向空间Greedy。从算法的最小复杂度的角度看，双向空间Greedy无疑具有更快的求解速度。抽取20个空间视图进行物化视图选择的实验。理论知识在线分析结论展望绪论关键技术研究理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论案事件的时空在线分析以及可视化OLAP操作基于各维度的在线分析及其可视化犯罪趋势分析理论知识关键技术实际应用结论展望绪论OLAP基本操作切片切块左图在案件类型维上切片案件类型=“入室盗窃”右图在时间和案件类型维上切块

案件类型=“入室盗窃”

时间=“2010”理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论OLAP基本操作上卷、下钻左图中只显示每年各办案地区的各类案事件数量，通过在时间维度上进行下钻操作，在右图中具体显示了每个月各办案地区的各类案事件详细信息。理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论OLAP基本操作空间维度上的上卷和下钻在全省案事件分布图中点击福州市，可以查询到福州市案事件具体分布情况，查看更加详细的信息。理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论OLAP基本操作将案事件的行政区划维度和时间维度在垂直方向上进行旋转理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于案发地犯罪时间维度的分析选取案件类型维度值为“入室盗窃”，并在不同时间维上进行上卷、下钻，选取“周”和“时刻”维度做成矩阵形式，然后用连续色阶表示出来。或者做成等值线图，可以更直观的找到时间热点。2010年入室盗窃案二维颜色矩阵图2010年入室盗窃案二维等值区域图理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于案发地犯罪时间维度的分析2010年入室盗窃案雷达图2010年入室盗窃案圆环图理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于案发地犯罪时间维度的分析时间维度的下钻操作理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于时空多个维度的分析

用二维颜色矩阵图表示各县（市、区）不同时刻的犯罪数量理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论基于时空多个维度的分析空间维度和度量组合分析理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论犯罪趋势分析福州市某区2010年五类案件的各月份统计值如果通过常规的方法进行展示，对于发案数值较小的如强奸案趋势很难直观出来。很难通过同一张图表来展示同一地区不同类型案件的变化趋势，也就无法直观的展现同一个地区各种类型案件的总体变化趋势。

1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月盗窃18522610120454831051121073210196斗殴27220122219722110216010316199173289赌博891641671291315413298967713463诈骗786451666237574155356760强奸369433971231理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论犯罪趋势分析

Z分数法（Z-Score）——同一地区不同类型案件的同时展现。

，其中μ为平均数，σ表示标准差。案件算术平均数（μ）标准方差（σ）总和472131.3盗窃11758.5斗殴18363.1赌博11137.2诈骗5613.1强奸42.8

1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月盗窃1.161.86-0.271.49-1.08-0.58-0.21-0.09-0.17-1.45-0.27-0.36斗殴1.410.29-0.160.220.6-1.28-0.36-1.27-0.35-1.330.621.68赌博-0.591.420.620.480.54-1.530.56-0.35-0.4-0.911.51-1.29诈骗1.680.610.840.760.46-1.450.08-1.15-0.08-1.6-0.380.31强奸-0.361.79-0.3601.07-0.360.71-0.36-1.07-0.711.79-1.07总和1.181.460.050.970.02-1.47-0.09-0.88-0.4-1.730.590.28标准化后的各类案事件每月Z值理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论犯罪趋势分析发案数量很小的强奸案变化趋势变得明显。数量级相差较大的两个案件，可以放在一起观察变化趋势。理论知识关键技术研究在线分析结论展望绪论理论知识关键技术实际应用结论展望绪论论文工作总结

结论本文在分析公安机关业务需求的基础上，围绕案事件时空数据仓库在线分析方法展开研究：设计了一种适合案事件空间数据的分布存储模式；研究了适合于案事件在线分析的GIS和OLAP的集成方式；设计和构建了案事件时空数据立方体模型；基于双向贪心算法进行空间立方体的物化，在保证系统存储空间的前提下提高在线分析的响应速度；最后，以福建省案事件时空数据仓库为例，对其进行在线分析及可视化展示。创新性（1）在关系数据库的基础上，加上时间维和空间维的数据；