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时空数据模型的研究与进展



  摘要:时态地理信息系统(TGIS)以表达、管理和分析动态变化的地理现象为目的,其核心是时空数据库,因此对时空数据库的理论基础——时空数据模型的研究十分必要。目前的时空数据模型主要有简单模型、时空联合模型、时空属三域模型、基于对象/特征的模型和基于事件/过程的模型等。首先对这些模型进行了回顾,对其优缺点和侧重点进行了分析对比,然后在此基础上对时空数据模型的进一步研究方向进行了剖析。
  关键词:时空数据模型; 时态地理信息系统; 时空数据库
  中图分类号:TP311.12文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1281-04
  
  GIS以表达、管理和分析客观世界动态变化的地理现象为目的。传统GIS管理的只是静态数据,它们只能保留现实世界的一个状态,或因现状信息的更新而不能保存动态地理现象的历史信息,或能保留某一时刻的历史信息但不能保留现状的最新信息。因此,静态GIS无法对动态变化的时空现象进行处理,无法对环境变化检测、交通运输、社会经济、土地变更、天气预报等应用的动态变化过程进行分析、评价或预测。变化与时间息息相关,为了跟踪变化,需要在GIS中引入时间信息,这就是时态地理信息系统(TGIS)所面临的任务。时空数据库是TGIS的核心,而时空数据库的概念基础是时空数据模型,因此建立有效的数据模型是TGIS的关键。自Thrift在1977年提出TGIS的概念以来,国内外众多学者对时空数据模型进行了广泛关注并展开了研究,提出了一些模型。
  
  1时空数据模型的研究现状
  
  为了对客观世界的动态地理现象进行描述、表达和管理,需要把时间信息引入传统的静态GIS中,形成空间、时间和属性三位一体的TGIS。与时态数据库一样,在空间数据库中引入时间也有三种方式,即时间版本图层、时间版本对象和时间版本属性等,它们的实现主要是在传统的关系数据库进行扩展。随着面向对象技术的应用,也有一部分学者在面向对象的数据库上进行模型的具体实现,但目前较多的则是采用对象—关系模型,因为他们充分利用了面向对象的建模技术和关系数据库技术两者的优点。虽然TGIS的概念产生时间不长,但计算机领域和GIS领域对时空数据模型的研究还是相当投入,自从Berry在1964年提出管理时空数据的地理空间—时间矩阵模型以来,出现了一些新的成果模型,如序列快照模型[1]、基态修正模型[2]、时空复合模型[1]、时空对象模型[3]等。这些模型根据不同的侧重点可以分为不同的类型。笔者根据模型的特点,把它们分为简单、时空联合、时空属三域、基于对象/特征的模型和基于事件/过程的模型等几类。
  1.1简单模型
  简单模型主要包括序列快照模型(sequential snapshot mo-del)及其扩展的基态修正模型(base state with amendments mo-del),它们是模拟时间的简单模型。 ......
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