Khối không gian thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ liệu di chuyển áp dụng quản lí xe chở mủ cao su

UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

NGUYỄN THỊ ÁNH NGUYỆT

KHỐI KHÔNG GIAN – THỜI GIAN NHIỀU CHIỀU
BIỂU DIỄN TRỰC QUAN DỮ LIỆU DI CHUYỂN –
ÁP DỤNG QUẢN LÍ XE CHỞ MỦ CAO SU

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 8480104

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ XUÂN TRƯỜNG

BÌNH DƯƠNG, 2019

i


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nghiên cứu nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Bình Dương, ngày 20 tháng 2 năm 2019
Học viên

Nguyễn Thị Ánh Nguyệt

ii


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giảng viên và chuyên viên tại
trường Đại học Thủ Dầu Một đã truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như hỗ
trợ cho tơi trong q trình học tập và nghiên cứu.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cám ơn đến Thầy TS Lê Xuân Trường, Thầy đã
hết lòng tận tình hướng dẫn và hỗ trợ tơi trong suốt q trình nghiên cứu và thực
hiện luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Cao su Phước
Hồ đã hỗ trợ tơi về mặt dữ liệu của các chuyến xe tải chở mủ cao su trong luận
văn.
Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình, cha, mẹ, chồng và con của tơi
đã ln bên cạnh hỗ trợ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành
luận văn.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn các bạn cùng lớp CH16HT01 đã luôn chia sẻ,
trao đổi, thảo luận trong quá trình học tập và nghiên cứu.

iii


TÓM TẮT
Đường đi của các xe chở mủ cao su từ các vườn đến các kho chứa tương
đối xa và có thể xảy ra những bất thường mà người quản lý cần kiểm soát. Hiện
nay, các xe chở mủ cao su được theo dõi vị trí bằng GPS lắp trên xe và truyền về
trung tâm xử lý bằng đường truyền SMS. Trong khi đó, các thuộc tính quan trọng
đối với người quản lý như trọng lượng mủ cao su, nhiên liệu không được giám

sát.
Ý tưởng của đề tài là xây dựng mơ hình hệ thống giám sát xe chở mủ cao
su sử dụng khối không gian - thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ liệu
thuộc tính. Trong đó, trọng lượng mủ cao su và nhiên liệu được biểu diễn theo
không gian và thời gian thực. Khối không gian – thời gian nhiều chiều dùng để
biểu diễn đối tượng di chuyển được áp dụng để biểu diễn sự biến thiên của trọng
lượng mủ cao su và nhiên liệu trong thời gian xe di chuyển trên suốt tuyến
đường.
Đề tài “Khối không gian - thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ
liệu di chuyển – Áp dụng quản lí xe chở mủ cao su” tiếp cận các kỹ thuật trực
quan hóa thơng tin (information visualization) để hiển thị các giá trị của dữ liệu
thu thập được bằng những hình ảnh đồ họa theo thời gian thực. Bằng cách quan
sát, xem xét những hình ảnh đồ họa hiển thị trên màn hình máy tính, người dùng
có thể thực hiện cơng việc phân tích, xử lý thơng tin, đưa ra các nhận định và tiên
đoán được những hoạt động của đối tượng di chuyển xảy ra trên suốt tuyến
đường.

iv


MỤC LỤC

Lời cam đoan...........................................................................................................ii
Lời cảm ơn .............................................................................................................iii
Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Mục lục ................................................................................................................... v
Danh mục hình, đồ thị .......................................................................................... viii
Danh mục chữ viết tắt .............................................................................................. x
Chương 1 GIỚI THIỆU ...................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1

1.2 Mục tiêu đề tài .................................................................................................. 1
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 2
1.5 Cấu trúc luận văn ............................................................................................... 2
Chương 2 BIỂU DIỄN TRỰC QUAN DỮ LIỆU DI CHUYỂN ........................ 4
2.1 Khối không gian - thời gian ............................................................................... 4
2.1.1 Tổng quan ................................................................................................ 4
2.1.2 Đối tượng không gian - thời gian.............................................................. 5
2.2 Đối tượng di chuyển .......................................................................................... 6
2.2.1 Thành phần dữ liệu của đối tượng di chuyển ............................................ 6
2.2.2 Dữ liệu không gian - thời gian (Spatio – Temporal Data) ........................ 7
2.2.3 Đặc tính dữ liệu của đối tượng di chuyển ................................................. 9
2.3 Khối không gian - thời gian biểu diễn đối tượng di chuyển ............................. 10
2.3.1 Khối không gian - thời gian (Space-Time Cube (STC)) .......................... 10
2.3.2 Biểu diễn vị trí của đối tượng trên khối khơng gian - thời gian ............... 11
2.3.3 Biểu diễn đặc tính của đối tượng di chuyển trên khối khơng gian - đặc
tính ................................................................................................................. 11
2.3.4 Khối nhiều chiều .................................................................................... 12
2.4 Biểu diễn trực quan dữ liệu nhiều biến trên khối không gian - thời gian nhiều
chiều ............................................................................................................... 13
2.4.1. Giới thiệu .............................................................................................. 13
2.4.2. Dữ liệu nhiều biến (Multivariable Data) ................................................ 13

v


2.4.3. Phương pháp biểu diễn .......................................................................... 14
2.5 Biểu diễn đối tượng di chuyển trên khối không gian - thời gian ...................... 16
Kết luận chương ............................................................................................. 16
Chương 3 HỆ THỐNG GIÁM SÁT ................................................................. 17

3.1 Tổng quan........................................................................................................ 17
3.2 Mơ hình hệ thống trực quan hóa đối tượng di chuyển ...................................... 18
3.3 Tích hợp khối không gian - thời gian trong hệ thống giám sát .......................... 19
3.4 Ước lượng mối tương quan trực quan giữa các dữ liệu trên khối khơng gian tích hợp ........................................................................................................... 20
Kết luận chương .............................................................................................. 22
Chương 4 HỆ THỐNG GIÁM SÁT XE CHỞ MỦ CAO SU .......................... 23
4.1 Mô hình hệ thống giám sát xe chở mủ cao su ................................................... 23
4.2 Biểu diễn dữ liệu di chuyển của xe chở mủ cao su trên khối không gian - thời
gian nhiều chiều .............................................................................................. 25
4.2.1 Dữ liệu xe chở mủ cao su ....................................................................... 25
4.2.2 Trực quan hoá sự di chuyển chuyến 1 của xe chở mủ cao su trên khối
không gian - thời gian nhiều chiều .................................................................. 27
4.2.3 Trực quan hoá sự di chuyển chuyến 2 của xe chở mủ cao su trên khối
không gian - thời gian nhiều chiều .................................................................. 30
4.2.4 Trực quan hoá sự di chuyển chuyến 3 của xe chở mủ cao su trên khối
không gian - thời gian nhiều chiều .................................................................. 34
Kết luận chương .............................................................................................. 38
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 39
Kết quả đạt được.............................................................................................. 39
Hướng phát triển .............................................................................................. 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 41

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Bảng vị trí và các đặc tính của đối tượng di chuyển theo thời gian ................ 14
Bảng 4.1 Bảng dữ liệu của xe chở mủ cao su chuyến 1 ................................................... 25
Bảng 4.2 Bảng dữ liệu của xe chở mủ cao su chuyến 2 .................................................. 26
Bảng 4.3 Bảng dữ liệu của xe chở mủ cao su chuyến 3 ................................................. 27

vii


DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ
Hình 2.1 STC được hình thành với tọa độ Đề - các 3 chiều ............................................ 5
Hình 2.2 Quỹ đạo không gian – thời gian của đối tượng di chuyển ................................ 7
Hình 2.3 Mối quan hệ giữa các thành phần dữ liệu của một đối tượng di chuyển ........... 8
Hình 2.4 Mối quan hệ khơng gian – thời gian - đối tượng ............................................ 9
Hình 2.5 Thuộc tính của đối tượng di chuyển ............................................................... 10
Hình 2.6 Mơ hình khối khơng gian – thời gian (STC) ................................................... 11
Hình 2.7

Khối khơng gian – thời gian cho vị trí của đối tượng di chuyển ..................... 12

Hình 2.8 Khối khơng gian – đặc tính của đối tượng di chuyển ...................................... 12
Hình 2.9 Khối không gian - thời gian nhiều chiều dùng để trực quan hố đối tượng di
chuyển ........................................................................................................... 15
Hình 2.10 Khối khơng gian - thời gian của vị trí .......................................................... 16
Hình 3.1 Mơ hình hệ thống trực quan hóa đối tượng di chuyển .................................... 19
Hình 3.2 Khối khơng gian - thời gian tích hợp được phân rã thành các khối khơng gian
các đặc tính ................................................................................................... 20
Hình 3.3 Trực quan sự tương quan giữa các đặc tính của đối tượng di chuyển .............. 22
Hình 4. 1 Mơ hình trực quan hố đối tượng di chuyển bằng khối không gian - thời gian
nhiều chiều ..................................................................................................... 24
Hình 4.2 Trực quan hố dữ liệu chuyến xe 1 trên khối không gian - thời gian nhiều
chiều .............................................................................................................. 28
Hình 4.3 Phân rã khối khơng gian - thời gian nhiều chiều chuyến xe 1 .......................... 29
Hình 4.4 Khối không gian - trọng lượng của chuyến xe 1 ............................................ 30
Hình 4.5 Trực quan sự tương quan giữa các đặc tính của chuyến xe 1 .......................... 30

Hình 4.6

Trực quan hố dữ liệu chuyến xe 2 trên khối không gian - thời gian nhiều
chiều ............................................................................................................. 31

Hình 4.7 Phân rã khối khơng gian - thời gian nhiều chiều chuyến xe 2.......................... 32
Hình 4.8 Khối không gian - trọng lượng của chuyến xe 2 ............................................ 33
Hình 4.9 Trực quan sự tương quan giữa các đặc tính của chuyến xe 2 .......................... 33
Hình 4.10 Trực quan hoá dữ liệu chuyến xe 3 trên khối không gian - thời gian nhiều
chiều ........................................................................................................... 35

viii


Hình 4. 11 Phân rã khối khơng gian - thời gian nhiều chiều chuyến xe 3 ....................... 36
Hình 4.12 Khối không gian - trọng lượng của chuyến xe 3 ........................................... 37
Hình 4.13 Trực quan sự tương quan giữa các đặc tính của chuyến xe 3 ........................ 37

ix


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị tồn cầu

STC

Space-Time Cube

Khối khơng gian – thời gia

x


Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề
Đường đi của các xe chở mủ cao su từ các vườn đến Công ty cao su tương
đối xa, có những đoạn đường xấu, khó di chuyển, đường trong lô cao su dễ làm
cho xe bị lúng lầy vào những ngày trời mưa và có thể xảy ra những bất thường
mà người quản lý cần kiểm soát.
Hiện nay, các xe chở mủ cao su được theo dõi vị trí bằng GPS (Global
Positioning System – gọi tắt là GPS) lắp đặt trên xe và truyền về trung tâm xử lý
bằng đường truyền SMS cho biết vị trí của xe chở mủ cao su ở các thời điểm.
Trong khi đó, các thuộc tính quan trọng đối với người quản lý như trọng lượng
mủ cao su, nhiên liệu khơng được giám sát. Có các trường hợp trọng lượng của
xe chở mủ cao su bị hao hụt trên tuyến đường di chuyển từ các vườn cao su đến
công ty mà người chủ không biết được nguyên nhân.
Đề tài “Khối không gian - thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ

liệu di chuyển – Áp dụng quản lí xe chở mủ cao su” tiếp cận các kỹ thuật trực
quan hóa thơng tin (information visualization) để hiển thị các giá trị của dữ liệu
thu thập được bằng những hình ảnh đồ họa theo thời gian thực. Bằng cách quan
sát, xem xét những hình ảnh đồ họa hiển thị trên màn hình máy tính, người dùng
(các chun gia với kiến thức và kinh nghiệm của mình) có thể thực hiện cơng
việc phân tích, xử lý thơng tin, đưa ra các nhận định và tiên đoán được những
hoạt động của đối tượng di chuyển xảy ra trên suốt tuyến đường.
1.2 Mục tiêu đề tài
Luận văn “Khối không gian – thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ
liệu di chuyển – Áp dụng quản lí xe chở mủ cao su” sử dụng khối không gian thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan dữ liệu di chuyển của xe chở mủ cao
su.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1


Xe tải chở mủ cao su trong huyện Phú Giáo; thuộc tính biểu diễn gồm trọng
lượng mủ cao su, nhiên liệu.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp phân tích: được dùng để trả lời các câu hỏi về các thuộc
tính như trọng lượng mủ cao su và nhiên liệu có trên xe.

-

Phương pháp trực quan: được dùng để giúp người dùng biết được tình
trạng các thuộc tính bằng phương pháp nhìn - hiểu.

-

Phương pháp hình học: được dùng để biểu diễn các thuộc tính trên khối
khơng gian – thời gian nhiều chiều.

-

Phương pháp tra cứu tài liệu: được dùng để nghiên cứu khối không gian
– thời gian nhiều chiều và cách biểu diễn các thuộc tính của đối tượng di
chuyển là xe tải chở mủ cao su.

1.5 Cấu trúc luận văn
Luận văn được cấu trúc thành 4 chương và kết luận, có nội dung như sau:
Chương 1:

Chương giới thiệu trình bày mục tiêu, động lực để nghiên cứu
biểu diễn dữ liệu của đối tượng di chuyển trên khối không gian
- thời gian nhiều chiều, cũng như đối tượng, phạm vi, và
phương pháp nghiên cứu.

Chương 2:

Biểu diễn trực quan dữ liệu di chuyển. Giới thiệu tổng quan về
đối tượng không gian - thời gian, đối tượng di chuyển, khối
không gian - thời gian, khối khơng gian - đặc tính, cách biểu
diễn dữ liệu đa biến trên khối không gian - thời gian nhiều
chiều.

Chương 3:

Chương hệ thống giám sát đề xuất sơ đồ khối hệ thống giám sát

di chuyển của xe gồm 3 phần: Thiết bị định vị toàn cầu GPS và
các cảm biến đặc tính; đường truyền, và máy tính hiển thị trực
quan.

2


Chương 4:

Chương hệ thống giám sát xe chở mủ cao su. Giới thiệu hệ
thống giám sát đối tượng di chuyển là xe tải chở mủ cao su từ
xã An Linh huyện Phú Giáo đến Công ty cổ phần Cao su Phước
Hồ, Phú Giáo, Bình Dương. Các dữ liệu về vị trí, trọng lượng,
tốc độ, nhiên liệu của các chuyến xe chở mủ cao su được trực
quan hố trên khối khơng gian - thời gian nhiều chiều theo thời
gian thực, để người dùng quan sát và biết được tình trạng của
đối tượng di chuyển trên suốt tuyến đường.

Kết luận:

Trình bày các kết quả đạt được và hướng phát triển của luận văn

3


Chương 2

BIỂU DIỄN TRỰC QUAN DỮ LIỆU DI CHUYỂN

2.1 Khối không gian - thời gian

2.1.1 Tổng quan
Năm 1970, Hagerstrand sử dụng một bản đồ 2 chiều truyền thống để tạo
ra một khối không gian - thời gian (STC), dựa trên một hệ tọa độ Đề-các 3 chiều
để biểu diễn các đối tượng [1]. Trong đó, khối khơng gian - thời gian sử dụng hệ
tọa độ Đề - các 3 chiều để chỉ các vị trí trong khơng gian theo thời gian của các
thực thể, hiện tượng và sự kiện được gọi chung là các đối tượng.

Hình 2.1 STC được hình thành với tọa độ Đề-các 3 chiều [2]

Với hệ trục Đề-các 3 chiều, mỗi khối không gian - thời gian biểu diễn 3
biến dữ liệu, hai chiều biểu diễn các vị trí khơng gian (x,y), một chiều biểu diễn
các điểm thời gian t.
 Ưu điểm và hạn chế của khối không gian - thời gian:
- Khối không gian - thời gian rất hiệu quả trong việc biểu diễn dữ liệu không
gian - thời gian:

4


+ Các yếu tố không gian và thời gian trong tự nhiên là sự kết hợp chặt
chẽ không thể tách rời nhau. Khối không gian - thời gian biểu diễn
quan hệ giữa không gian và thời gian trong mọi thời điểm. Khối không
gian - thời gian giúp trả lời những câu hỏi cơ bản về dữ liệu liên quan
đến không gian và thời gian.
+ Đối với một đối tượng di chuyển thì khối khơng gian - thời gian giúp
nghiên cứu sự di chuyển hoặc sự thay đổi theo thời gian của đối tượng
di chuyển. Đặc biệt nó giúp cho người dùng nhìn thấy một cách trực
quan về sự thay đổi các đặc tính của đối tượng di chuyển theo thời gian
thực trên suốt tuyến đường.
- Bên cạnh những ưu điểm, khối khơng gian - thời gian cịn có những hạn chế

trong việc biểu diễn trực quan dữ liệu không gian - thời gian nhiều biến:
+ Khối không gian - thời gian khó biểu diễn dữ liệu nhiều biến thay
đổi liên tục hoặc rời rạc của một đối tượng di chuyển trong không gian
và thời gian.
+ Khối không gian - thời gian không biểu diễn dữ liệu không gian thời gian với số lượng biến lớn.
2.1.2 Đối tượng không gian - thời gian
Không gian là một vùng liên tục gồm vô số các vị trí trên mặt đất. Dữ liệu
khơng gian là dữ liệu về vị trí của đối tượng được xác định trên bề mặt Trái Đất
[3, 4]. Dữ liệu không gian thường trả lời cho câu hỏi về vị trí, dữ liệu này được
chỉ thị trên bản đồ và hệ thống thơng tin địa lí dưới dạng điểm, đường, hoặc
vùng.
Thời gian là một khái niệm thiên về trực giác, mọi người chúng ta đều
nhận biết được thời gian đã, đang và sẽ trôi qua nhưng không thể thấy được. Thời

5


gian vừa có tính tuần hồn, vừa có tính liên tục [3-6]. Dữ liệu thời gian được thu
thập trên cơ sở thực tế.
Một đối tượng không gian – thời gian (spatio – temporal object) là một đối
tượng tồn tại ở một vị trí xác định trong khơng gian tại một thời điểm xác định.
Mối quan hệ giữa không gian và thời gian của một đối tượng di chuyển liên kết
với nhau tạo thành quỹ đạo không gian - thời gian của đối tượng liên tục trong
miền không gian thời gian [7].

Hình 2.2 Quỹ đạo khơng gian – thời gian của đối tượng di chuyển [8]

Các quỹ đạo không gian - thời gian của đối tượng di chuyển là kết quả của
quá trình lấy mẫu từ các dữ liệu rời rạc của các điểm không gian - thời gian
tương ứng của mối quan hệ giữa vị trí (Locations) và thời gian (Times) trong tam

giác What-When-Where tạo thành quỹ đạo không gian - thời gian liên tục [7].
2.2 Đối tượng di chuyển
2.2.1 Thành phần dữ liệu của đối tượng di chuyển

6


Thành phần dữ liệu của đối tượng di chuyển theo định nghĩa của Peuquet
(1994) gồm: thứ nhất là không gian (where), thứ hai là đối tượng (what), thứ ba
là thời gian (when) [9], 3 thành phần này có mối quan hệ mật thiết với nhau vì
một đối tượng chỉ xuất hiện ở một vị trí xác định trong khơng gian tại một thời
điểm.

What

Where

When

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa các thành phần dữ liệu của một đối tượng di chuyển [6, 9]

Từ tam giác “what, where, when” của Peuquet năm 1994, Andrienko đã
tiếp tục nghiên cứu cho ra đời tam giác ba gồm: thứ nhất là đối tượng (Objects),
thứ hai là vị trí (Locations), thứ ba là thời gian (Times) và đưa ra mối quan hệ
giữa các thành phần của tam giác “Objects, Locations, Times” [6, 8, 9]. Các mối
quan hệ của tam giác này được hình thành từ các khái niệm về đối tượng không
gian (spatial objects), đối tượng thời gian (temporal objects), đối tượng không
gian - thời gian (spatial –temporal objects), và đối tượng di chuyển (moving
objects) [8].
2.2.2 Dữ liệu không gian - thời gian (Spatio – Temporal Data)

Thời gian là một khái niệm thiên về trực giác chúng ta khơng thể thấy,
khơng thể sờ được nó mà chỉ cảm nhận được nó. Một điểm nổi bậc của thời gian

7


là nó vừa có tính tuần hồn, vừa có tính liên tục. Dữ liệu thời gian được thu thập
trên cơ sở thực tế.
Đối tượng không gian là một đối tượng có vị trí xác định trong khơng gian
tại thời điểm xuất hiện bất kì của đối tượng đó. Nói cách khác, đối tượng khơng
gian là một đối tượng có vị trí xác định tại một thời điểm hoặc một khoảng thời
gian. Đối tượng di chuyển là đối tượng mà vị trí của nó thay đổi liên tục trong
khơng gian theo thời gian [8].
Dữ liệu không gian - thời gian (Spatio – Temporal Data) tồn tại ở khắp nơi
trong thế giới xung quanh ta. Dữ liệu không gian - thời gian gồm 3 thành phần
riêng biệt: thứ nhất là không gian (where), thứ hai là đối tượng (what), thứ ba là
thời gian (when). Ba thành phần này là cơ sở để nghiên cứu dữ liệu khơng gian thời gian vì trong thế giới tự nhiên mọi sự vật, hiện tượng đều có thể được mơ tả
dựa trên 3 thành phần: “what, where, when”.

Đối tượng

Đối tượng khơng
gian

Vị trí

Đối tượng thời gian

Đối tượng khơng
gian- thời gian

Thời gian
Đối tượng di
chuyển

Hình 2.4 Mối quan hệ không gian - thời gian - đối tượng [2, 10]

Xét mối quan hệ giữa các thành phần từ tam giác “đối tượng, vị trí, thời
gian” của Andrienko về mối quan hệ không gian - thời gian của một đối tượng di

8


chuyển trong lĩnh vực thơng tin địa lí tạo thành các bộ dữ liệu quan hệ. Bộ dữ
liệu quan hệ <đối tượng, vị trí> cho biết đối tượng khơng gian có vị trí xác định
trong q trình xuất hiện của đối tượng. Bộ dữ liệu quan hệ <đối tượng, thời
gian> cho biết đối tượng thời gian có thời gian xác định trong quá trình xuất hiện
của đối tượng. Bộ dữ liệu quan hệ <đối tượng, vị trí, thời gian> xác định đối
tượng khơng gian - thời gian có vị trí xác định trong không gian theo thời gian.
Bộ dữ liệu quan hệ <đối tượng, vị trí, thời gian, quỹ đạo> định nghĩa đối tượng di
chuyển.
2.2.3 Đặc tính dữ liệu của đối tượng di chuyển

Mỗi đối tượng di chuyển trong thực tế đều có một số thuộc tính riêng biệt
và các thuộc tính đó có mối liên hệ mật thiết với vị trí và thời gian. Dữ liệu về vị
trí và các thuộc tính của đối tượng di chuyển được ghi lại trong bảng theo thời
gian. Trong đó thời gian, các thuộc tính và vị trí của đối tượng di chuyển là biến
phụ thuộc thời gian thực tại mỗi thời điểm xác định của đối tượng di chuyển.

Hình 2.5 Thuộc tính của đối tượng di chuyển [8]

9


2.3 Khối không gian - thời gian biểu diễn đối tượng di chuyển
2.3.1 Khối không gian - thời gian (Space-Time Cube (STC))
Khối không gian - thời gian (STC) được sử dụng để biểu diễn một đối
tượng di chuyển trong không gian theo thời gian. Một đối tượng di chuyển được
biểu thị như là một điểm không gian – thời gian trên STC. Một khối không gian thời gian (STC) được tạo thành từ hệ toạ độ Đề-các 3 chiều bao gồm: (x, y) là
mặt phẳng nằm ngang biểu diễn vùng khơng gian địa lí được vẽ trên khơng gian
2 chiều với tỷ lệ bằng tỷ lệ bản đồ, trục z biểu diễn thời gian tồn tại của đối
tượng.

Hình 2.6 Mơ hình khối khơng gian – thời gian (STC)[1, 7]

Trong STC hình chiếu của một đối tượng được biểu diễn bằng một điểm
trên bản đồ mặt phẳng (x, y) xác định vị trí của đối tượng trong thế giới thực,
hình chiếu của đối tượng trên trục dọc chỉ thời gian tương ứng với vị trí của đối
tượng. Đường cong kết nối các điểm của các phép chiếu trên bản đồ biểu thị

10


giống như là quỹ đạo của đối tượng. Như vậy, STC đại diện cho vị trí và thời
gian tương ứng của một đối tượng di chuyển và quỹ đạo của nó.
2.3.2 Biểu diễn vị trí của đối tượng trên khối không gian - thời gian
Trên khối không gian - thời gian, một đối tượng di chuyển được biểu diễn
như một điểm của phép chiếu trên mặt phẳng xy, cho thấy vị trí của nó trong thế
giới thực và chiếu trên trục thời gian chỉ ra thời điểm tương ứng với vị trí này. Hệ
thống giám sát ghi lại các vị trí của một đối tượng di chuyển ở những khoảng

thời gian khác nhau được gọi là giai đoạn lấy mẫu [7].

Hình 2.7 Khối khơng gian – thời gian biểu diễn vị trí khơng gian- thời gian của đối
tượng di chuyển [2]

2.3.3 Biểu diễn đặc tính của đối tượng di chuyển trên khối khơng gian - đặc
tính
Khối khơng gian - đặc tính được hình thành bởi mặt phẳng nằm ngang của
bản đồ khu vực nghiên cứu và trục thẳng đứng biểu diễn một đặc tính của đối
tượng di chuyển. Trong khối khơng gian - đặc tính, một giá trị đặc tính của đối
tượng di chuyển được biểu diễn là một điểm của phép chiếu trên mặt phẳng bản
đồ, cho biết vị trí của đối tượng di chuyển trong thế giới thực và trên trục thẳng
đứng cho biết giá trị của đặc tính tương ứng với vị trí của đối tượng di chuyển.

11


Hình 2.8

Khối khơng gian – đặc tính của đối tượng di chuyển [2]

Hình 2.8 cho thấy trên đường từ Po đến P1, đối tượng di chuyển có tải
trọng là Wo,W1 với tải trọng Wo = W1. Từ vị trí P1 đến P2 tải trọng giảm từ W1
xuống W2 (W1 > W2). Sau đó, đối tượng di chuyển đến vị trí P3 với tải trọng W2
= W3. Từ vị trí P3 đến P4 tải trọng giảm từ W3 xuống W4 (W3 > W4). Từ vị trí P4
đến vị trí P5 tải trọng tăng lên từ W4 đến W5 (W4 < W5).
2.3.4 Khối nhiều chiều
Khối nhiều chiều là khối khơng gian có số chiều nhiều hơn 3, số lượng các
toạ độ ta có thể biểu diễn trên đó nhiều hơn 3. Do đó khối nhiều chiều là một giải
pháp hiệu quả để hiển thị các dữ liệu về các đặc tính của một đối tượng di

chuyển.
Trong thực tế màn hình máy tính của chúng ta nhỏ, độ phân giải có giới
hạn. Mắt thường của chúng ta có thể cảm nhận được các dữ liệu biểu diễn trên hệ
trục toạ độ Đề-các 3 chiều trình bày trên màn hình phẳng 2 chiều. Khối không
gian - thời gian là một giải pháp hiệu quả trong lĩnh vực trực quan hố dữ liệu
khơng gian - thời gian. Tuy nhiên khối không gian - thời gian gặp khó khăn trong
việc biểu diễn dữ liệu nhiều biến. Với khối nhiều chiều ta có thể biểu diễn dữ liệu
nhiều biến và ta có thể biểu diễn được mối quan hệ giữa các biến của đối tượng
di chuyển.

12


Trong khối nhiều chiều mỗi đặc tính của một đối tượng được biểu diễn
bằng một đường cong kết nối các điểm của phép chiếu. Mỗi đường cong hiển thị
cho các dữ liệu khác nhau được biểu diễn trên khối nhiều chiều tạo thành khối
không gian - thời gian nhiều chiều.
2.4 Biểu diễn trực quan dữ liệu nhiều biến trên khối không gian - thời gian
nhiều chiều
2.4.1 Giới thiệu
Dữ liệu không gian - thời gian nhiều biến hoặc dữ liệu nhiều biến là dữ
liệu bao gồm một số phần tử hoặc dữ liệu của một bảng có nhiều trường dữ liệu.
Những dữ liệu này là các giá trị của các biến phụ thuộc hoặc biến độc lập. Trong
một bảng dữ liệu có sự hiển thị của thời gian thì thời gian là một biến độc lập,
khơng gian (vị trí) và các thuộc tính khác là các biến phụ thuộc vào thời gian.
Quá trình biểu diễn một bảng dữ liệu nhiều biến trên một khối không gian
- thời gian nhiều chiều bao gồm việc chuyển đổi các trường của bảng dữ liệu với
đồ hoạ trên các mặt phẳng dữ liệu và sắp xếp các mặt phẳng dữ liệu dọc theo trục
thời gian. Mỗi mặt phẳng dữ liệu biểu diễn một bộ dữ liệu bao gồm (thời gian, vị
trí, thuộc tính) của một trường dữ liệu tương ứng với thời điểm của bộ này.

2.4.2 Dữ liệu nhiều biến (Multivariable Data)
Tất cả các đối tượng trong tự nhiên đều có những thuộc tính đặc trưng chỉ
thị những đặc điểm riêng biệt của đối tượng. Những đặc điểm của các đối tượng
được mô tả bởi những thuộc tính đặc trưng của nó. Các tập dữ liệu nhiều biến có
thể là tập dữ liệu bất kỳ với hai hoặc nhiều biến. Trong cùng một khoảng thời
gian, không chỉ biến không gian thay đổi theo thời gian mà cả dữ liệu thuộc tính
cũng thay đổi theo thời gian. Trong đó, có một số đặc tính thay đổi, một số đặc
tính ít thay đổi hoặc có thể khơng thay đổi theo thời gian, một vài đặc tính thay
đổi theo không gian và thời gian.
Đối với dữ liệu nhiều biến, ở một thời điểm xác định thì tất cả các thuộc
tính của đối tượng có những giá trị xác định. Ta có thể biểu diễn một đối tượng
bằng ký hiệu tốn học như sau: A(t) (x,y,z) (a1,a2,a3,…,an). Trong đó:

13


+ A là đối tượng;
+ (t) là biến thời gian;
+ (x,y,z) là các biến không gian;
+ (a1,a2,a3,…,an) là những biến chỉ thuộc tính của đối tượng.
Từ ký hiệu này ta có thể biểu diễn một trạng thái của một đối tượng tại
một thời điểm xác định và tại một không gian xác định.
2.4.3 Phương pháp biểu diễn
Bảng 2.1 Bảng vị trí và các đặc tính của đối tượng di chuyển theo thời gian

Vị trí

Đặc tính

Thời

gian

X

Y

Trọng lượng

Tốc độ

Nhiên liệu

To

Xo

Yo

Wo

So

Fo

T1

X1

Y1

W1

S1

F1

T2

X2

Y2

W2

S2

F2

T3

X3

Y3

W3

S3

F3

T4

X4

Y4

W4

S4

F4

Bảng dữ liệu chỉ thị vị trí và các đặc tính của đối tượng di chuyển theo
từng thời điểm gồm 6 trường và 5 bộ dữ liệu (giả sử để minh họa). Dữ liệu về vị
trí và các đặc tính của một đối tượng được ghi nhận trong bảng như chuỗi thời
gian. Trong bảng, các cột chỉ thời gian, vị trí, và đặc tính của đối tượng và mỗi
hàng lưu trữ dữ liệu vị trí và các đặc tính của đối tượng tại các điểm thời gian
tương ứng. Một khối không gian - thời gian nhiều chiều dùng để trực quan hoá
đối tượng di chuyển trong không gian và thời gian cùng với các đặc tính dữ liệu
của nó.

14


Hình 2.9 Khối khơng gian - thời gian nhiều chiều biểu diễn trực quan đối tượng di
chuyển [2]

Các dữ liệu về vị trí, trọng lượng, tốc độ, thời gian, nhiên liệu của đối
tượng di chuyển trong bảng được biểu diễn trên khối khơng gian - thời gian. Các
thuộc tính được biểu diễn bằng các màu sắc khác nhau trên khối không gian thời gian nhiều chiều, cụ thể như sau:

- Đường biểu diễn vị trí của xe sẽ được biểu diển bằng màu xanh lá cây.
- Đường biểu diễn thời gian được biểu diễn bằng màu xanh da trời.
- Đường biểu diễn trọng lượng được biểu diễn bằng màu tím.
- Đường biểu diễn nhiên liệu được biểu diễn bằng màu xám.
- Đường biểu diễn tốc độ được biểu diễn bằng màu tím nhạt.
Nhìn vào các đường cong biểu diễn các đặc tính về trọng lượng, nhiên
liệu, tốc độ và vị trí theo thời gian, người dùng có thể biết được tình trạng của đối
tượng di chuyển trên suốt tuyến đường.

15