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Lavorare con i dati delle serie temporali

Questo documento descrive come utilizzare le funzioni SQL per supportare l'analisi delle serie temporali.

Introduzione

Una serie temporale è una sequenza di punti dati, ciascuno costituito da un'ora e da un valore associato a quell'ora. Di solito, una serie temporale ha anche un identificatore, che ne indica il nome in modo univoco.

Nei database relazionali, una serie temporale è modellata come una tabella con i seguenti gruppi di colonne:

Colonna Data/Ora
Potrebbe avere colonne di partizione, ad esempio il codice postale
Una o più colonne di valori o un tipo STRUCT che combina più valori, ad esempio temperatura e IQA

Di seguito è riportato un esempio di dati delle serie temporali modellati come tabella:

Esempio di tabella delle serie temporali.

Aggregare una serie temporale

Nell'analisi delle serie temporali, l'aggregazione temporale è un'aggregazione eseguita lungo l'asse del tempo.

Puoi eseguire l'aggregazione temporale in BigQuery con l'aiuto delle funzioni di aggregazione in bucket per il tempo (TIMESTAMP_BUCKET, DATE_BUCKET e DATETIME_BUCKET). Le funzioni di aggregazione in bucket per il tempo mappano i valori di tempo di input al bucket a cui appartengono.

In genere, l'aggregazione temporale viene eseguita per combinare più punti dati in una finestra temporale in un singolo punto dati, utilizzando una funzione di aggregazione, ad esempio AVG, MIN, MAX, COUNT o SUM. Ad esempio, la latenza media delle richieste di 15 minuti, le temperature minime e massime giornaliere e il numero giornaliero di corse in taxi.

Per le query in questa sezione, crea una tabella denominata mydataset.environmental_data_hourly:

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.environmental_data_hourly AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<zip_code INT64, time TIMESTAMP, aqi INT64, temperature INT64>>[
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 00:30:51', 22, 66),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 01:32:10', 23, 63),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 02:30:35', 22, 60),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 03:29:39', 21, 58),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 04:33:05', 21, 59),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 05:32:01', 21, 57),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 06:31:14', 22, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 07:31:06', 28, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 08:29:59', 30, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 09:29:34', 31, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 10:31:24', 38, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 11:31:24', 38, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 12:32:38', 38, 57),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 13:29:59', 38, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 14:31:22', 43, 59),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 15:31:38', 42, 63),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 16:34:22', 43, 65),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 17:33:23', 42, 68),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 18:28:47', 36, 69),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 19:30:28', 34, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 20:30:53', 29, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 21:32:28', 27, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 22:31:45', 25, 65),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 23:31:02', 22, 63),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 00:07:11', 60, 74),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 01:07:24', 61, 73),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 02:08:07', 60, 71),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 03:11:05', 69, 69),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 04:07:26', 72, 67),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 05:08:11', 70, 66),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 06:07:30', 68, 65),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 07:07:10', 77, 64),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 08:06:35', 81, 64),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 09:10:18', 82, 63),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 10:08:10', 107, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 11:08:01', 115, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 12:07:39', 120, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 13:06:03', 125, 61),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 14:08:37', 129, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 15:09:19', 150, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 16:06:39', 151, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 17:08:01', 155, 63),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 18:09:23', 154, 64),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 19:08:43', 151, 67),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 20:07:19', 150, 69),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 21:07:37', 148, 72),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 22:08:01', 143, 76),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 23:08:41', 137, 75)
]);

Un'osservazione interessante sui dati precedenti è che le misurazioni vengono acquisite in periodi di tempo arbitrari, noti come serie temporali non allineate. L'aggregazione è uno dei modi in cui è possibile allineare una serie temporale.

Ottenere una media di 3 ore

La seguente query calcola un indice di qualità dell'aria (IQA) e la temperatura medi di 3 ore per ogni codice postale. La funzione TIMESTAMP_BUCKET esegue l'aggregazione del tempo assegnando ciascun valore di tempo a un determinato giorno.

SELECT
  TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR) AS time,
  zip_code,
  CAST(AVG(aqi) AS INT64) AS aqi,
  CAST(AVG(temperature) AS INT64) AS temperature
FROM mydataset.environmental_data_hourly
GROUP BY zip_code, time
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+-----+-------------+
 |        time         | zip_code | aqi | temperature |
 +---------------------+----------+-----+-------------+
 | 2020-09-08 00:00:00 |    60606 |  22 |          63 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    60606 |  21 |          58 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    60606 |  27 |          55 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    60606 |  36 |          56 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    60606 |  40 |          57 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    60606 |  42 |          65 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    60606 |  33 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    60606 |  25 |          65 |
 | 2020-09-08 00:00:00 |    94105 |  60 |          73 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    94105 |  70 |          67 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    94105 |  75 |          64 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    94105 | 101 |          62 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    94105 | 125 |          62 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    94105 | 152 |          62 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    94105 | 152 |          67 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    94105 | 143 |          74 |
 +---------------------+----------+-----+-------------*/

Ottenere un valore minimo e massimo di 3 ore

Nella seguente query, calcoli le temperature minime e massime di 3 ore per ogni codice postale:

SELECT
  TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR) AS time,
  zip_code,
  MIN(temperature) AS temperature_min,
  MAX(temperature) AS temperature_max,
FROM mydataset.environmental_data_hourly
GROUP BY zip_code, time
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+-----------------+-----------------+
 |        time         | zip_code | temperature_min | temperature_max |
 +---------------------+----------+-----------------+-----------------+
 | 2020-09-08 00:00:00 |    60606 |              60 |              66 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    60606 |              57 |              59 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    60606 |              55 |              56 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    60606 |              55 |              56 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    60606 |              56 |              59 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    60606 |              63 |              68 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    60606 |              67 |              69 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    60606 |              63 |              67 |
 | 2020-09-08 00:00:00 |    94105 |              71 |              74 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    94105 |              66 |              69 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    94105 |              64 |              65 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    94105 |              62 |              63 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    94105 |              61 |              62 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    94105 |              62 |              63 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    94105 |              64 |              69 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    94105 |              72 |              76 |
 +---------------------+----------+-----------------+-----------------*/

Ottenere una media di 3 ore con allineamento personalizzato

Quando esegui l'aggregazione delle serie temporali, utilizzi un allineamento specifico per le finestre delle serie temporali, in modo implicito o esplicito. Le query precedenti utilizzavano un allineamento implicito, che produceva bucket che iniziavano in momenti come 00:00:00, 03:00:00 e 06:00:00. Per impostare esplicitamente questo allineamento nella funzione TIMESTAMP_BUCKET, passa un argomento facoltativo che specifica l'origine.

Nella seguente query, l'origine è impostata su 2020-01-01 02:00:00. In questo modo, viene modificato l'allineamento e vengono generati bucket che iniziano in momenti come 02:00:00, 05:00:00 e 08:00:00:

SELECT
  TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR, TIMESTAMP '2020-01-01 02:00:00') AS time,
  zip_code,
  CAST(AVG(aqi) AS INT64) AS aqi,
  CAST(AVG(temperature) AS INT64) AS temperature
FROM mydataset.environmental_data_hourly
GROUP BY zip_code, time
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+-----+-------------+
 |        time         | zip_code | aqi | temperature |
 +---------------------+----------+-----+-------------+
 | 2020-09-07 23:00:00 |    60606 |  23 |          65 |
 | 2020-09-08 02:00:00 |    60606 |  21 |          59 |
 | 2020-09-08 05:00:00 |    60606 |  24 |          56 |
 | 2020-09-08 08:00:00 |    60606 |  33 |          55 |
 | 2020-09-08 11:00:00 |    60606 |  38 |          56 |
 | 2020-09-08 14:00:00 |    60606 |  43 |          62 |
 | 2020-09-08 17:00:00 |    60606 |  37 |          68 |
 | 2020-09-08 20:00:00 |    60606 |  27 |          66 |
 | 2020-09-08 23:00:00 |    60606 |  22 |          63 |
 | 2020-09-07 23:00:00 |    94105 |  61 |          74 |
 | 2020-09-08 02:00:00 |    94105 |  67 |          69 |
 | 2020-09-08 05:00:00 |    94105 |  72 |          65 |
 | 2020-09-08 08:00:00 |    94105 |  90 |          63 |
 | 2020-09-08 11:00:00 |    94105 | 120 |          62 |
 | 2020-09-08 14:00:00 |    94105 | 143 |          62 |
 | 2020-09-08 17:00:00 |    94105 | 153 |          65 |
 | 2020-09-08 20:00:00 |    94105 | 147 |          72 |
 | 2020-09-08 23:00:00 |    94105 | 137 |          75 |
 +---------------------+----------+-----+-------------*/

Aggregare una serie temporale con la compilazione delle lacune

A volte, dopo aver aggregato una serie temporale, i dati potrebbero presentare lacune che devono essere colmate con alcuni valori per ulteriori analisi o presentazione dei dati. La tecnica utilizzata per colmare queste lacune è chiamata colmamento delle lacune. In BigQuery, puoi utilizzare la funzione tabella GAP_FILL per colmare le lacune nei dati delle serie temporali utilizzando uno dei metodi di completamento delle lacune forniti:

NULL, nota anche come costante
LOCF, ultima osservazione riportata
Lineare, interpolazione lineare tra i due punti dati adiacenti

Per le query in questa sezione, crea una tabella denominata mydataset.environmental_data_hourly_with_gaps, basata sui dati utilizzati nella sezione precedente, ma con lacune. Negli scenari reali, i dati potrebbero avere punti mancanti a causa di un malfunzionamento temporaneo della stazione meteorologica.

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.environmental_data_hourly_with_gaps AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<zip_code INT64, time TIMESTAMP, aqi INT64, temperature INT64>>[
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 00:30:51', 22, 66),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 01:32:10', 23, 63),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 02:30:35', 22, 60),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 03:29:39', 21, 58),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 04:33:05', 21, 59),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 05:32:01', 21, 57),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 06:31:14', 22, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 07:31:06', 28, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 08:29:59', 30, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 09:29:34', 31, 55),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 10:31:24', 38, 56),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 11:31:24', 38, 56),
    -- No data points between hours 12 and 15.
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 16:34:22', 43, 65),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 17:33:23', 42, 68),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 18:28:47', 36, 69),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 19:30:28', 34, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 20:30:53', 29, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 21:32:28', 27, 67),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 22:31:45', 25, 65),
    STRUCT(60606, TIMESTAMP '2020-09-08 23:31:02', 22, 63),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 00:07:11', 60, 74),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 01:07:24', 61, 73),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 02:08:07', 60, 71),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 03:11:05', 69, 69),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 04:07:26', 72, 67),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 05:08:11', 70, 66),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 06:07:30', 68, 65),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 07:07:10', 77, 64),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 08:06:35', 81, 64),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 09:10:18', 82, 63),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 10:08:10', 107, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 11:08:01', 115, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 12:07:39', 120, 62),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 13:06:03', 125, 61),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 14:08:37', 129, 62),
    -- No data points between hours 15 and 18.
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 19:08:43', 151, 67),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 20:07:19', 150, 69),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 21:07:37', 148, 72),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 22:08:01', 143, 76),
    STRUCT(94105, TIMESTAMP '2020-09-08 23:08:41', 137, 75)
]);

Ottieni una media di 3 ore (include le interruzioni)

La seguente query calcola l'IQA e la temperatura medi su 3 ore per ogni codice postale:

SELECT
  TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR) AS time,
  zip_code,
  CAST(AVG(aqi) AS INT64) AS aqi,
  CAST(AVG(temperature) AS INT64) AS temperature
FROM mydataset.environmental_data_hourly_with_gaps
GROUP BY zip_code, time
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+-----+-------------+
 |        time         | zip_code | aqi | temperature |
 +---------------------+----------+-----+-------------+
 | 2020-09-08 00:00:00 |    60606 |  22 |          63 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    60606 |  21 |          58 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    60606 |  27 |          55 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    60606 |  36 |          56 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    60606 |  43 |          67 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    60606 |  33 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    60606 |  25 |          65 |
 | 2020-09-08 00:00:00 |    94105 |  60 |          73 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    94105 |  70 |          67 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    94105 |  75 |          64 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    94105 | 101 |          62 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    94105 | 125 |          62 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    94105 | 151 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    94105 | 143 |          74 |
 +---------------------+----------+-----+-------------*/

Nota come l'output presenti delle lacune in determinati intervalli di tempo. Ad esempio, la serie temporale per il codice postale 60606 non ha un punto dati in 2020-09-08 12:00:00 e la serie temporale per il codice postale 94105 non ha un punto dati in 2020-09-08 15:00:00.

Ottenere una media di 3 ore (per colmare le lacune)

Utilizza la query della sezione precedente e aggiungi la funzione GAP_FILL per colmare le lacune:

WITH aggregated_3_hr AS (
  SELECT
    TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR) AS time,
    zip_code,
    CAST(AVG(aqi) AS INT64) AS aqi,
    CAST(AVG(temperature) AS INT64) AS temperature
   FROM mydataset.environmental_data_hourly_with_gaps
   GROUP BY zip_code, time)

SELECT *
FROM GAP_FILL(
  TABLE aggregated_3_hr,
  ts_column => 'time',
  bucket_width => INTERVAL 3 HOUR,
  partitioning_columns => ['zip_code']
)
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+------+-------------+
 |        time         | zip_code | aqi  | temperature |
 +---------------------+----------+------+-------------+
 | 2020-09-08 00:00:00 |    60606 |   22 |          63 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    60606 |   21 |          58 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    60606 |   27 |          55 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    60606 |   36 |          56 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    60606 | NULL |        NULL |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    60606 |   43 |          67 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    60606 |   33 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    60606 |   25 |          65 |
 | 2020-09-08 00:00:00 |    94105 |   60 |          73 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    94105 |   70 |          67 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    94105 |   75 |          64 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    94105 |  101 |          62 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    94105 |  125 |          62 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    94105 | NULL |        NULL |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    94105 |  151 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    94105 |  143 |          74 |
 +---------------------+----------+------+-------------*/

La tabella di output ora contiene una riga mancante in 2020-09-08 12:00:00 per il codice postale 60606 e in 2020-09-08 15:00:00 per il codice postale 94105, con valori NULL nelle colonne delle metriche corrispondenti. Poiché non hai specificato alcun metodo di completamento delle lacune, GAP_FILL ha utilizzato il metodo predefinito, NULL.

Riempi le lacune con la sostituzione delle lacune lineari e con la sostituzione delle lacune con la media locale

Nella seguente query, la funzione GAP_FILL viene utilizzata con il metodo di riempimento delle lacune LOCF per la colonna aqi e l'interpolazione lineare per la colonna temperature:

WITH aggregated_3_hr AS (
  SELECT
    TIMESTAMP_BUCKET(time, INTERVAL 3 HOUR) AS time,
    zip_code,
    CAST(AVG(aqi) AS INT64) AS aqi,
    CAST(AVG(temperature) AS INT64) AS temperature
   FROM mydataset.environmental_data_hourly_with_gaps
   GROUP BY zip_code, time)

SELECT *
FROM GAP_FILL(
  TABLE aggregated_3_hr,
  ts_column => 'time',
  bucket_width => INTERVAL 3 HOUR,
  partitioning_columns => ['zip_code'],
  value_columns => [
    ('aqi', 'locf'),
    ('temperature', 'linear')
  ]
)
ORDER BY zip_code, time;

/*---------------------+----------+-----+-------------+
 |        time         | zip_code | aqi | temperature |
 +---------------------+----------+-----+-------------+
 | 2020-09-08 00:00:00 |    60606 |  22 |          63 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    60606 |  21 |          58 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    60606 |  27 |          55 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    60606 |  36 |          56 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    60606 |  36 |          62 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    60606 |  43 |          67 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    60606 |  33 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    60606 |  25 |          65 |
 | 2020-09-08 00:00:00 |    94105 |  60 |          73 |
 | 2020-09-08 03:00:00 |    94105 |  70 |          67 |
 | 2020-09-08 06:00:00 |    94105 |  75 |          64 |
 | 2020-09-08 09:00:00 |    94105 | 101 |          62 |
 | 2020-09-08 12:00:00 |    94105 | 125 |          62 |
 | 2020-09-08 15:00:00 |    94105 | 125 |          65 |
 | 2020-09-08 18:00:00 |    94105 | 151 |          68 |
 | 2020-09-08 21:00:00 |    94105 | 143 |          74 |
 +---------------------+----------+-----+-------------*/

In questa query, la prima riga con spazi riempiti ha il valore aqi 36, che viene preso dal punto dati precedente di questa serie temporale (codice postale 60606) a 2020-09-08 09:00:00. Il valore temperature 62 è il risultato dell'interpolazione lineare tra i punti dati 2020-09-08 09:00:00 e 2020-09-08 15:00:00. L'altra riga mancante è stata creata in modo simile: il valore aqi125 è stato riportato dal punto dati precedente di questa serie temporale (codice postale 94105) e il valore della temperatura 65 è il risultato di un'interpolazione lineare tra il punto dati precedente e quello successivo disponibile.

Allineare una serie temporale con la compilazione delle lacune

Le serie temporali possono essere allineate o non allineate. Una serie temporale è allineata quando i punti dati si verificano solo a intervalli regolari.

Nella realtà, al momento della raccolta, le serie temporali sono raramente allineate e di solito richiedono un'ulteriore elaborazione per l'allineamento.

Ad esempio, prendi in considerazione i dispositivi IoT che inviano le proprie metriche a un raccoltore centralizzato ogni minuto. Non sarebbe ragionevole aspettarsi che i dispositivi inviino le proprie metriche esattamente negli stessi istanti di tempo. In genere, ogni dispositivo invia le proprie metriche con la stessa frequenza (periodo), ma con un offset di tempo (allineamento) diverso. Il seguente diagramma illustra questo esempio. Puoi vedere ogni dispositivo che invia i suoi dati con un intervallo di un minuto con alcune istanze di dati mancanti (dispositivo 3 alle ore 9:36:39 ) e dati in ritardo (dispositivo 1 alle ore 9:37:28).

Esempio di allineamento delle serie temporali

Puoi eseguire l'allineamento delle serie temporali su dati non allineati utilizzando l'aggregazione temporale. Questa opzione è utile se vuoi modificare il periodo di campionamento della serie temporale, ad esempio passare dal periodo di campionamento originale di 1 minuto a un periodo di 15 minuti. Puoi allineare i dati per un'ulteriore elaborazione delle serie temporali, ad esempio l'unione dei dati delle serie temporali, o per la visualizzazione (ad esempio i grafici).

Puoi utilizzare la funzione tabella GAP_FILL con i metodi LOCF o di completamento delle lacune lineari per eseguire l'allineamento delle serie temporali. L'idea è utilizzare GAP_FILL con il periodo di output e l'allineamento selezionati (controllati dall'argomento facoltativo origin). Il risultato dell'operazione è una tabella con serie temporali allineate, in cui i valori per ogni punto dati sono ricavati dalla serie temporale di input con il metodo di riempimento delle lacune utilizzato per la colonna del valore in questione (LOCF di lineare).

Crea una tabella mydataset.device_data simile a quella nell'illustrazione precedente:

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.device_data AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<device_id INT64, time TIMESTAMP, signal INT64, state STRING>>[
    STRUCT(2, TIMESTAMP '2023-11-01 09:35:07', 87, 'ACTIVE'),
    STRUCT(1, TIMESTAMP '2023-11-01 09:35:26', 82, 'ACTIVE'),
    STRUCT(3, TIMESTAMP '2023-11-01 09:35:39', 74, 'INACTIVE'),
    STRUCT(2, TIMESTAMP '2023-11-01 09:36:07', 88, 'ACTIVE'),
    STRUCT(1, TIMESTAMP '2023-11-01 09:36:26', 82, 'ACTIVE'),
    STRUCT(2, TIMESTAMP '2023-11-01 09:37:07', 88, 'ACTIVE'),
    STRUCT(1, TIMESTAMP '2023-11-01 09:37:28', 80, 'ACTIVE'),
    STRUCT(3, TIMESTAMP '2023-11-01 09:37:39', 77, 'ACTIVE'),
    STRUCT(2, TIMESTAMP '2023-11-01 09:38:07', 86, 'ACTIVE'),
    STRUCT(1, TIMESTAMP '2023-11-01 09:38:26', 81, 'ACTIVE'),
    STRUCT(3, TIMESTAMP '2023-11-01 09:38:39', 77, 'ACTIVE')
]);

Di seguito sono riportati i dati effettivi ordinati per colonne time e device_id:

SELECT * FROM mydataset.device_data ORDER BY time, device_id;

/*-----------+---------------------+--------+----------+
 | device_id |        time         | signal |  state   |
 +-----------+---------------------+--------+----------+
 |         2 | 2023-11-01 09:35:07 |     87 | ACTIVE   |
 |         1 | 2023-11-01 09:35:26 |     82 | ACTIVE   |
 |         3 | 2023-11-01 09:35:39 |     74 | INACTIVE |
 |         2 | 2023-11-01 09:36:07 |     88 | ACTIVE   |
 |         1 | 2023-11-01 09:36:26 |     82 | ACTIVE   |
 |         2 | 2023-11-01 09:37:07 |     88 | ACTIVE   |
 |         1 | 2023-11-01 09:37:28 |     80 | ACTIVE   |
 |         3 | 2023-11-01 09:37:39 |     77 | ACTIVE   |
 |         2 | 2023-11-01 09:38:07 |     86 | ACTIVE   |
 |         1 | 2023-11-01 09:38:26 |     81 | ACTIVE   |
 |         3 | 2023-11-01 09:38:39 |     77 | ACTIVE   |
 +-----------+---------------------+--------+----------*/

La tabella contiene le serie temporali per ogni dispositivo con due colonne di metriche:

signal: il livello del segnale osservato dal dispositivo al momento del campionamento, rappresentato come un valore intero compreso tra 0 e 100.
state: stato del dispositivo al momento del campionamento, rappresentato come stringa di testo libero.

Nella seguente query, la funzione GAP_FILL viene utilizzata per allineare la serie temporale a intervalli di 1 minuto. Nota come viene utilizzata l'interpolazione lineare per calcolare i valori per la colonna signal e la varianza stimata dei minimi quadrati locali per la colonna state. Per questi dati esempio, l'interpolazione lineare è una scelta adatta per calcolare i valori di output.

SELECT *
FROM GAP_FILL(
  TABLE mydataset.device_data,
  ts_column => 'time',
  bucket_width => INTERVAL 1 MINUTE,
  partitioning_columns => ['device_id'],
  value_columns => [
    ('signal', 'linear'),
    ('state', 'locf')
  ]
)
ORDER BY time, device_id;

 /*---------------------+-----------+--------+----------+
 |        time         | device_id | signal |  state   |
 +---------------------+-----------+--------+----------+
 | 2023-11-01 09:36:00 |         1 |     82 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:36:00 |         2 |     88 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:36:00 |         3 |     75 | INACTIVE |
 | 2023-11-01 09:37:00 |         1 |     81 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:37:00 |         2 |     88 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:37:00 |         3 |     76 | INACTIVE |
 | 2023-11-01 09:38:00 |         1 |     81 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:38:00 |         2 |     86 | ACTIVE   |
 | 2023-11-01 09:38:00 |         3 |     77 | ACTIVE   |
 +---------------------+-----------+--------+----------*/

La tabella di output contiene una serie temporale allineata per ogni colonna del dispositivo e del valore (signal e state), calcolata utilizzando i metodi di riempimento delle lacune specificati nella chiamata della funzione.

Unisci i dati delle serie temporali

Puoi unire i dati delle serie temporali utilizzando un join con finestra o un join AS OF.

Join con finestra

A volte è necessario unire due o più tabelle con dati delle serie temporali. Considera le due tabelle seguenti:

mydataset.sensor_temperatures, contiene i dati sulla temperatura registrati da ogni sensore ogni 15 secondi.
mydataset.sensor_fuel_rates, contiene il tasso di consumo di carburante misurato da ogni sensore ogni 15 secondi.

Per creare queste tabelle, esegui le seguenti query:

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.sensor_temperatures AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, ts TIMESTAMP, temp FLOAT64>>[
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:00.063', 37.1),
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:15.024', 37.2),
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:30.032', 37.3),
  (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:01.001', 38.1),
  (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:15.082', 38.2),
  (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:31.009', 38.3)
]);

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.sensor_fuel_rates AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, ts TIMESTAMP, rate FLOAT64>>[
    (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:11.016', 10.1),
    (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:26.015', 10.2),
    (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:41.014', 10.3),
    (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:08.099', 11.1),
    (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:23.087', 11.2),
    (2, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:38.077', 11.3)
]);

Di seguito sono riportati i dati effettivi delle tabelle:

SELECT * FROM mydataset.sensor_temperatures ORDER BY sensor_id, ts;

 /*-----------+---------------------+------+
 | sensor_id |         ts          | temp |
 +-----------+---------------------+------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:00 | 37.1 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:15 | 37.2 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:30 | 37.3 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:01 | 38.1 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:15 | 38.2 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:31 | 38.3 |
 +-----------+---------------------+------*/

SELECT * FROM mydataset.sensor_fuel_rates ORDER BY sensor_id, ts;

 /*-----------+---------------------+------+
 | sensor_id |         ts          | rate |
 +-----------+---------------------+------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:11 | 10.1 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:26 | 10.2 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:41 | 10.3 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:08 | 11.1 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:23 | 11.2 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:38 | 11.3 |
 +-----------+---------------------+------*/

Per controllare il tasso di consumo di carburante alla temperatura registrata da ciascun sensore, puoi unire le due serie temporali.

Sebbene i dati delle due serie temporali non siano allineati, vengono campionati allo stesso intervallo (15 secondi), pertanto sono un buon candidato per l'unione con finestra. Utilizza le funzioni di raggruppamento in base al tempo per allineare i timestamp utilizzati come chiavi di join.

Le seguenti query illustrano come ogni timestamp può essere assegnato a finestre di 15 secondi utilizzando la funzione TIMESTAMP_BUCKET:

SELECT *, TIMESTAMP_BUCKET(ts, INTERVAL 15 SECOND) ts_window
FROM mydataset.sensor_temperatures
ORDER BY sensor_id, ts;

/*-----------+---------------------+------+---------------------+
 | sensor_id |         ts          | temp |      ts_window      |
 +-----------+---------------------+------+---------------------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:00 | 37.1 | 2020-01-01 12:00:00 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:15 | 37.2 | 2020-01-01 12:00:15 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:30 | 37.3 | 2020-01-01 12:00:30 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:01 | 38.1 | 2020-01-01 12:00:00 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:15 | 38.2 | 2020-01-01 12:00:15 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:31 | 38.3 | 2020-01-01 12:00:30 |
 +-----------+---------------------+------+---------------------*/

SELECT *, TIMESTAMP_BUCKET(ts, INTERVAL 15 SECOND) ts_window
FROM mydataset.sensor_fuel_rates
ORDER BY sensor_id, ts;

/*-----------+---------------------+------+---------------------+
 | sensor_id |         ts          | rate |      ts_window      |
 +-----------+---------------------+------+---------------------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:11 | 10.1 | 2020-01-01 12:00:00 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:26 | 10.2 | 2020-01-01 12:00:15 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:41 | 10.3 | 2020-01-01 12:00:30 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:08 | 11.1 | 2020-01-01 12:00:00 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:23 | 11.2 | 2020-01-01 12:00:15 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:38 | 11.3 | 2020-01-01 12:00:30 |
 +-----------+---------------------+------+---------------------*/

Puoi utilizzare questo concetto per unire i dati sul tasso di consumo di carburante con la temperatura registrata da ciascun sensore:

SELECT
  t1.sensor_id AS sensor_id,
  t1.ts AS temp_ts,
  t1.temp AS temp,
  t2.ts AS rate_ts,
  t2.rate AS rate
FROM mydataset.sensor_temperatures t1
LEFT JOIN mydataset.sensor_fuel_rates t2
ON TIMESTAMP_BUCKET(t1.ts, INTERVAL 15 SECOND) =
     TIMESTAMP_BUCKET(t2.ts, INTERVAL 15 SECOND)
   AND t1.sensor_id = t2.sensor_id
ORDER BY sensor_id, temp_ts;

/*-----------+---------------------+------+---------------------+------+
 | sensor_id |       temp_ts       | temp |       rate_ts       | rate |
 +-----------+---------------------+------+---------------------+------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:00 | 37.1 | 2020-01-01 12:00:11 | 10.1 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:15 | 37.2 | 2020-01-01 12:00:26 | 10.2 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:30 | 37.3 | 2020-01-01 12:00:41 | 10.3 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:01 | 38.1 | 2020-01-01 12:00:08 | 11.1 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:15 | 38.2 | 2020-01-01 12:00:23 | 11.2 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:31 | 38.3 | 2020-01-01 12:00:38 | 11.3 |
 +-----------+---------------------+------+---------------------+------*/

`AS OF` join

Per questa sezione, utilizza la tabella mydataset.sensor_temperatures e crea una nuova tabella mydataset.sensor_location.

La tabella mydataset.sensor_temperatures contiene i dati sulla temperatura di diversi sensori, registrati ogni 15 secondi:

SELECT * FROM mydataset.sensor_temperatures ORDER BY sensor_id, ts;

/*-----------+---------------------+------+
 | sensor_id |         ts          | temp |
 +-----------+---------------------+------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:00 | 37.1 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:15 | 37.2 |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:30 | 37.3 |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:45 | 38.1 |
 |         2 | 2020-01-01 12:01:01 | 38.2 |
 |         2 | 2020-01-01 12:01:15 | 38.3 |
 +-----------+---------------------+------*/

Per creare mydataset.sensor_location, esegui la seguente query:

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.sensor_locations AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, ts TIMESTAMP, location GEOGRAPHY>>[
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 11:59:47.063', ST_GEOGPOINT(-122.022, 37.406)),
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:08.185', ST_GEOGPOINT(-122.021, 37.407)),
  (1, TIMESTAMP '2020-01-01 12:00:28.032', ST_GEOGPOINT(-122.020, 37.405)),
  (2, TIMESTAMP '2020-01-01 07:28:41.239', ST_GEOGPOINT(-122.390, 37.790))
]);

/*-----------+---------------------+------------------------+
 | sensor_id |         ts          |        location        |
 +-----------+---------------------+------------------------+
 |         1 | 2020-01-01 11:59:47 | POINT(-122.022 37.406) |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:08 | POINT(-122.021 37.407) |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:28 |  POINT(-122.02 37.405) |
 |         2 | 2020-01-01 07:28:41 |   POINT(-122.39 37.79) |
 +-----------+---------------------+------------------------*/

Ora unisci i dati di mydataset.sensor_temperatures con quelli di mydataset.sensor_location.

In questo scenario, non puoi utilizzare un join con finestra, poiché i dati sulla temperatura e la data della stazione di misurazione non vengono registrati con lo stesso intervallo.

Un modo per farlo in BigQuery è trasformare i dati timestamp in un intervallo utilizzando il tipo di dato RANGE. L'intervallo rappresenta la validità temporale di una riga, fornendo l'ora di inizio e di fine per cui la riga è valida.

Utilizza la funzione finestra LEAD per trovare il punto dati successivo nella serie temporale rispetto al punto dati corrente, che è anche il confine finale della validità temporale della riga corrente. Le seguenti query lo dimostrano, convertendo i dati sulla posizione in intervalli di validità:

WITH locations_ranges AS (
  SELECT
    sensor_id,
    RANGE(ts, LEAD(ts) OVER (PARTITION BY sensor_id ORDER BY ts ASC)) AS ts_range,
    location
  FROM mydataset.sensor_locations
)
SELECT * FROM locations_ranges ORDER BY sensor_id, ts_range;

/*-----------+--------------------------------------------+------------------------+
 | sensor_id |                  ts_range                  |        location        |
 +-----------+--------------------------------------------+------------------------+
 |         1 | [2020-01-01 11:59:47, 2020-01-01 12:00:08) | POINT(-122.022 37.406) |
 |         1 | [2020-01-01 12:00:08, 2020-01-01 12:00:28) | POINT(-122.021 37.407) |
 |         1 |           [2020-01-01 12:00:28, UNBOUNDED) |  POINT(-122.02 37.405) |
 |         2 |           [2020-01-01 07:28:41, UNBOUNDED) |   POINT(-122.39 37.79) |
 +-----------+--------------------------------------------+------------------------*/

Ora puoi unire i dati sulle temperature (a sinistra) con i dati sulla posizione (a destra):

WITH locations_ranges AS (
  SELECT
    sensor_id,
    RANGE(ts, LEAD(ts) OVER (PARTITION BY sensor_id ORDER BY ts ASC)) AS ts_range,
    location
  FROM mydataset.sensor_locations
)
SELECT
  t1.sensor_id AS sensor_id,
  t1.ts AS temp_ts,
  t1.temp AS temp,
  t2.location AS location
FROM mydataset.sensor_temperatures t1
LEFT JOIN locations_ranges t2
ON RANGE_CONTAINS(t2.ts_range, t1.ts)
AND t1.sensor_id = t2.sensor_id
ORDER BY sensor_id, temp_ts;

/*-----------+---------------------+------+------------------------+
 | sensor_id |       temp_ts       | temp |        location        |
 +-----------+---------------------+------+------------------------+
 |         1 | 2020-01-01 12:00:00 | 37.1 | POINT(-122.022 37.406) |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:15 | 37.2 | POINT(-122.021 37.407) |
 |         1 | 2020-01-01 12:00:30 | 37.3 |  POINT(-122.02 37.405) |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:01 | 38.1 |   POINT(-122.39 37.79) |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:15 | 38.2 |   POINT(-122.39 37.79) |
 |         2 | 2020-01-01 12:00:31 | 38.3 |   POINT(-122.39 37.79) |
 +-----------+---------------------+------+------------------------*/

Combinare e suddividere i dati dell'intervallo

In questa sezione, combina i dati degli intervalli con intervalli sovrapposti e suddividili in intervalli più piccoli.

Combinare i dati dell'intervallo

Le tabelle con valori di intervallo potrebbero avere intervalli sovrapposti. Nella seguente query, gli intervalli di tempo acquisiscono lo stato dei sensori a intervalli di circa 5 minuti:

CREATE OR REPLACE TABLE mydataset.sensor_metrics AS
SELECT * FROM UNNEST(
  ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, duration RANGE<DATETIME>, flow INT64, spins INT64>>[
  (1, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:05:23)", 10, 1),
  (1, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:05:12, 2020-01-01 12:10:46)", 10, 20),
  (1, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:10:27, 2020-01-01 12:15:56)", 11, 4),
  (1, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:20:58)", 11, 9),
  (1, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:20:33, 2020-01-01 12:25:08)", 11, 8),
  (2, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:00:19, 2020-01-01 12:05:08)", 21, 31),
  (2, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:10:30)", 21, 2),
  (2, RANGE<DATETIME> "[2020-01-01 12:10:22, 2020-01-01 12:15:42)", 21, 10)
]);

La seguente query sulla tabella mostra diversi intervalli sovrapposti:

SELECT * FROM mydataset.sensor_metrics;

/*-----------+--------------------------------------------+------+-------+
 | sensor_id |                  duration                  | flow | spins |
 +-----------+--------------------------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:05:23) | 10   |     1 |
 |         1 | [2020-01-01 12:05:12, 2020-01-01 12:10:46) | 10   |    20 |
 |         1 | [2020-01-01 12:10:27, 2020-01-01 12:15:56) | 11   |     4 |
 |         1 | [2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:20:58) | 11   |     9 |
 |         1 | [2020-01-01 12:20:33, 2020-01-01 12:25:08) | 11   |     8 |
 |         2 | [2020-01-01 12:00:19, 2020-01-01 12:05:08) | 21   |    31 |
 |         2 | [2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:10:30) | 21   |     2 |
 |         2 | [2020-01-01 12:10:22, 2020-01-01 12:15:42) | 21   |    10 |
 +-----------+--------------------------------------------+------+-------*/

Per alcuni degli intervalli sovrapposti, il valore nella colonna flow è lo stesso. Ad esempio, le righe 1 e 2 si sovrappongono e hanno anche le stesse letture flow. Puoi combinare queste due righe per ridurre il numero di righe nella tabella. Puoi utilizzare la funzione tabella RANGE_SESSIONIZE per trovare gli intervalli che si sovrappongono a ogni riga e fornire una colonna session_range aggiuntiva contenente un intervallo che è l'unione di tutti gli intervalli che si sovrappongono. Per visualizzare gli intervalli delle sessioni per ogni riga, esegui la seguente query:

SELECT sensor_id, session_range, flow
FROM RANGE_SESSIONIZE(
  # Input data.
  (SELECT sensor_id, duration, flow FROM mydataset.sensor_metrics),
  # Range column.
  "duration",
  # Partitioning columns. Ranges are sessionized only within these partitions.
  ["sensor_id", "flow"],
  # Sessionize mode.
  "OVERLAPS")
ORDER BY sensor_id, session_range;

/*-----------+--------------------------------------------+------+
 | sensor_id |                session_range               | flow |
 +-----------+--------------------------------------------+------+
 |         1 | [2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:10:46) | 10   |
 |         1 | [2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:10:46) | 10   |
 |         1 | [2020-01-01 12:10:27, 2020-01-01 12:15:56) | 11   |
 |         1 | [2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:25:08) | 11   |
 |         1 | [2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:25:08) | 11   |
 |         2 | [2020-01-01 12:00:19, 2020-01-01 12:05:08) | 21   |
 |         2 | [2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:15:42) | 21   |
 |         2 | [2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:15:42) | 21   |
 +-----------+--------------------------------------------+------*/

Tieni presente che, se sensor_id ha il valore 2, il confine di fine della prima riga ha lo stesso valore data/ora del confine di inizio della seconda riga. Tuttavia, poiché i confini finali sono esclusivi, non si sovrappongono (si incontrano solo) e quindi non si trovano negli stessi intervalli di sessione. Se vuoi inserire queste due righe negli stessi intervalli di sessione, utilizza la modalità di MEETS sessionizzazione.

Per combinare gli intervalli, raggruppa i risultati per session_range e le colonne di suddivisione (sensor_id e flow):

SELECT sensor_id, session_range, flow
FROM RANGE_SESSIONIZE(
  (SELECT sensor_id, duration, flow FROM mydataset.sensor_metrics),
  "duration",
  ["sensor_id", "flow"],
  "OVERLAPS")
GROUP BY sensor_id, session_range, flow
ORDER BY sensor_id, session_range;

/*-----------+--------------------------------------------+------+
 | sensor_id |                session_range               | flow |
 +-----------+--------------------------------------------+------+
 |         1 | [2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:10:46) | 10   |
 |         1 | [2020-01-01 12:10:27, 2020-01-01 12:15:56) | 11   |
 |         1 | [2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:25:08) | 11   |
 |         2 | [2020-01-01 12:00:19, 2020-01-01 12:05:08) | 21   |
 |         2 | [2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:15:42) | 21   |
 +-----------+--------------------------------------------+------*/

Infine, aggiungi la colonna spins nei dati della sessione aggregandola utilizzando SUM.

SELECT sensor_id, session_range, flow, SUM(spins) as spins
FROM RANGE_SESSIONIZE(
  TABLE mydataset.sensor_metrics,
  "duration",
  ["sensor_id", "flow"],
  "OVERLAPS")
GROUP BY sensor_id, session_range, flow
ORDER BY sensor_id, session_range;

/*-----------+--------------------------------------------+------+-------+
 | sensor_id |                session_range               | flow | spins |
 +-----------+--------------------------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01 12:00:01, 2020-01-01 12:10:46) | 10   |    21 |
 |         1 | [2020-01-01 12:10:27, 2020-01-01 12:15:56) | 11   |     4 |
 |         1 | [2020-01-01 12:16:00, 2020-01-01 12:25:08) | 11   |    17 |
 |         2 | [2020-01-01 12:00:19, 2020-01-01 12:05:08) | 21   |    31 |
 |         2 | [2020-01-01 12:05:08, 2020-01-01 12:15:42) | 21   |    12 |
 +-----------+--------------------------------------------+------+-------*/

Suddividi i dati dell'intervallo

Puoi anche suddividere un intervallo in intervalli più piccoli. Per questo esempio, utilizza la tabella seguente con i dati dell'intervallo:

/*-----------+--------------------------+------+-------+
 | sensor_id |         duration         | flow | spins |
 +-----------+--------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01, 2020-12-31) | 10   |    21 |
 |         1 | [2021-01-01, 2021-12-31) | 11   |     4 |
 |         2 | [2020-04-15, 2021-04-15) | 21   |    31 |
 |         2 | [2021-04-15, 2021-04-15) | 21   |    12 |
 +-----------+--------------------------+------+-------*/

Ora suddividi gli intervalli originali in intervalli di 3 mesi:

WITH sensor_data AS (
  SELECT * FROM UNNEST(
    ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, duration RANGE<DATE>, flow INT64, spins INT64>>[
    (1, RANGE<DATE> "[2020-01-01, 2020-12-31)", 10, 21),
    (1, RANGE<DATE> "[2021-01-01, 2021-12-31)", 11, 4),
    (2, RANGE<DATE> "[2020-04-15, 2021-04-15)", 21, 31),
    (2, RANGE<DATE> "[2021-04-15, 2022-04-15)", 21, 12)
  ])
)
SELECT sensor_id, expanded_range, flow, spins
FROM sensor_data, UNNEST(GENERATE_RANGE_ARRAY(duration, INTERVAL 3 MONTH)) AS expanded_range;

/*-----------+--------------------------+------+-------+
 | sensor_id |      expanded_range      | flow | spins |
 +-----------+--------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01, 2020-04-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-04-01, 2020-07-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-07-01, 2020-10-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-10-01, 2020-12-31) |   10 |    21 |
 |         1 | [2021-01-01, 2021-04-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-07-01, 2021-10-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-10-01, 2021-12-31) |   11 |     4 |
 |         2 | [2020-04-15, 2020-07-15) |   21 |    31 |
 |         2 | [2020-07-15, 2020-10-15) |   21 |    31 |
 |         2 | [2020-10-15, 2021-01-15) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-01-15, 2021-04-15) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-04-15, 2021-07-15) |   21 |    12 |
 |         2 | [2021-07-15, 2021-10-15) |   21 |    12 |
 |         2 | [2021-10-15, 2022-01-15) |   21 |    12 |
 |         2 | [2022-01-15, 2022-04-15) |   21 |    12 |
 +-----------+--------------------------+------+-------*/

Nella query precedente, ogni intervallo originale è stato suddiviso in intervalli più piccoli, con larghezza impostata su INTERVAL 3 MONTH. Tuttavia, gli intervalli di 3 mesi non sono allineati a un'origine comune. Per allineare questi intervalli a un'origine comune 2020-01-01, esegui la seguente query:

WITH sensor_data AS (
  SELECT * FROM UNNEST(
    ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, duration RANGE<DATE>, flow INT64, spins INT64>>[
    (1, RANGE<DATE> "[2020-01-01, 2020-12-31)", 10, 21),
    (1, RANGE<DATE> "[2021-01-01, 2021-12-31)", 11, 4),
    (2, RANGE<DATE> "[2020-04-15, 2021-04-15)", 21, 31),
    (2, RANGE<DATE> "[2021-04-15, 2022-04-15)", 21, 12)
  ])
)
SELECT sensor_id, expanded_range, flow, spins
FROM sensor_data
JOIN UNNEST(GENERATE_RANGE_ARRAY(RANGE<DATE> "[2020-01-01, 2022-12-31)", INTERVAL 3 MONTH)) AS expanded_range
ON RANGE_OVERLAPS(duration, expanded_range);

/*-----------+--------------------------+------+-------+
 | sensor_id |      expanded_range      | flow | spins |
 +-----------+--------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01, 2020-04-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-04-01, 2020-07-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-07-01, 2020-10-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-10-01, 2021-01-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2021-01-01, 2021-04-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-07-01, 2021-10-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-10-01, 2022-01-01) |   11 |     4 |
 |         2 | [2020-04-01, 2020-07-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2020-07-01, 2020-10-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2020-10-01, 2021-01-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-01-01, 2021-04-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2021-07-01, 2021-10-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2021-10-01, 2022-01-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2022-01-01, 2022-04-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2022-04-01, 2022-07-01) |   21 |    12 |
 +-----------+--------------------------+------+-------*/

Nella query precedente, la riga con l'intervallo [2020-04-15, 2021-04-15) è suddivisa in 5 intervalli, a partire dall'intervallo [2020-04-01, 2020-07-01). Tieni presente che il confine iniziale ora si estende oltre il confine iniziale originale, per essere in linea con l'origine comune. Se non vuoi che il confine di inizio non si estenda oltre il confine di inizio originale, puoi limitare la condizione JOIN:

WITH sensor_data AS (
  SELECT * FROM UNNEST(
    ARRAY<STRUCT<sensor_id INT64, duration RANGE<DATE>, flow INT64, spins INT64>>[
    (1, RANGE<DATE> "[2020-01-01, 2020-12-31)", 10, 21),
    (1, RANGE<DATE> "[2021-01-01, 2021-12-31)", 11, 4),
    (2, RANGE<DATE> "[2020-04-15, 2021-04-15)", 21, 31),
    (2, RANGE<DATE> "[2021-04-15, 2022-04-15)", 21, 12)
  ])
)
SELECT sensor_id, expanded_range, flow, spins
FROM sensor_data
JOIN UNNEST(GENERATE_RANGE_ARRAY(RANGE<DATE> "[2020-01-01, 2022-12-31)", INTERVAL 3 MONTH)) AS expanded_range
ON RANGE_CONTAINS(duration, RANGE_START(expanded_range));

/*-----------+--------------------------+------+-------+
 | sensor_id |      expanded_range      | flow | spins |
 +-----------+--------------------------+------+-------+
 |         1 | [2020-01-01, 2020-04-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-04-01, 2020-07-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-07-01, 2020-10-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2020-10-01, 2021-01-01) |   10 |    21 |
 |         1 | [2021-01-01, 2021-04-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-07-01, 2021-10-01) |   11 |     4 |
 |         1 | [2021-10-01, 2022-01-01) |   11 |     4 |
 |         2 | [2020-07-01, 2020-10-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2020-10-01, 2021-01-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-01-01, 2021-04-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-04-01, 2021-07-01) |   21 |    31 |
 |         2 | [2021-07-01, 2021-10-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2021-10-01, 2022-01-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2022-01-01, 2022-04-01) |   21 |    12 |
 |         2 | [2022-04-01, 2022-07-01) |   21 |    12 |
 +-----------+--------------------------+------+-------*/

Ora vedrai che l'intervallo [2020-04-15, 2021-04-15) è stato suddiviso in 4 intervalli, a partire dall'intervallo [2020-07-01, 2020-10-01).

Best practice per l'archiviazione dei dati

Quando memorizzi i dati delle serie temporali, è importante prendere in considerazione i pattern di query che vengono utilizzati per le tabelle in cui sono archiviati i dati. In genere, quando effettui query sui dati delle serie temporali, puoi filtrare i dati per un intervallo di tempo specifico.
Per ottimizzare questi pattern di utilizzo, ti consigliamo di archiviare i dati delle serie temporali in tabelle partizionate, con i dati partizionati in base alla colonna di data o al momento di importazione. In questo modo, è possibile migliorare notevolmente il tempo di query dei dati delle serie temporali, in quanto BigQuery può eliminare le partizioni che non contengono i dati sottoposti a query.
Per ulteriori miglioramenti del rendimento in termini di tempo di query, puoi attivare il clustering in base all'ora, all'intervallo o a una delle colonne di partizione.