时空数据模型概述及研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 时空数据模型概述及研究 摘要 时空数据模型是时空数据 库的基础，而时空数据库又是研究时态 GIS(TGIS)的核心。本文分析了 TGIS 中 的当前几种主要时空数据模型特征及存 在的问题，探讨了当前时空数据模型研 究存在的问题，最后对 GIS 和时空数据 模型的将来发展方向给出了一些建议和 展望。 中国论文网 /8/view-12875906.htm 关键词 时空数据模型；时空语 义；时空数据库；时空对象 中图分类号 P208 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2012 ）69-0054- 02 0 引言 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 随着 GIS 应用的推广与深入，用 户对空间数据的现势性和准确性提出了 更高的要求。目前，我国基础测绘工作 重点已转向持续更新和灵性服务。如何 建立高效的空间数据库更新机制，如何 提高空间数据库更新的自动化程度，已 成为亟待解决的问题，有效地空间数据 更新机制有助于提升空间数据库的现势 性，增强空间数据的利用率，使 GIS 更 好的服务民生、辅助政府决策，而增量 更新的重要研究内容是建立时空数据库， 规范化的时空数据建模作为其核心技术 尚处在探索阶段。 1 时空对象与时空语义 从建立数据模型的角度可将时空 对象看作是空间对象，时态对象和属性 对象的抽象，而空间数据对象的扩展是 从空间数据类型开始的。 对于时态数据类型同样可定义具 有时间点、时间区间和时间集合特征的 时态数据类型。 整个时态数据类型的扩展层次如 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 图 1 所示： 2 几种主要的时空数据模型 合理的时空数据模型包含如下几 方面的因素：如何节省存储空间，加快 存取速度，确立时空语义诠释和模型体 系结构的层次1。TGIS 模型主要包括 序列快照模型、空间时间立方体模型、 基态修正模型、时空数据模型的面向对 象等。 2.1 空间时间立方体模型 空间时间立方体模型诠释的是一 个 3 维立方体，由一个时间维和空间两 个维度组成的，形象的诠释了二维空间 向着第三个时间维演变的过程（如图 2 所示）2。空间一时间立方体作为任意 一个空间实体的改变过程中的一个实体。 模型形象地采用了时间维的几何特征， 诠释了空间实体是一个时空体的理念， 易于读者理解，模型实现的难度在于三 维立方体的诠释。 2.2 序列快照模型 快照模型有栅格快照模型和矢量 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 快照模型，是通过将一系列时间片段的 快照存储起来，为反映地理现象的时空 演变过程，要使每个切片都分别对应着 不同时刻的状态图层，按照需要对所选 择的时间片段进行播放，有一些 GIS 就 是用该方式来慢慢逼近时空特征.该模型 的优越之处在于：一是目前的数据库一 直处于合理有效的状态；二是能够直接 在目前的地理信息系统软件中实现。然 而，快照将没有发生变化的全部特征进 行储存，会出现许多数据冗余，如若模 型变化较为频繁，而且数据量较大时， 系统效率就会迅速降低，结果必然难以 处理时空对象间的时空关系。 2.3 基态修正模型 通过设置基态修正模型时间间隔 进行采样，避开快照模型使每一次没有 发生改变部分特性反复进行记录。该模 型也具有栅格和矢量两种模型。基态修 正模型中任何一个对象只需储存一次， 每改变一次，仅有很小的数据量需要记 录，只是将发生改变的对象存人系统中。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 该模型可以在当前的 GIS 软件上达到比 较好的实现，以地理特征作为基本对象。 更新式的操作可以依靠单个地理特征而 达到。对于矢量数据来讲通过叠加来表 达状态效率太低，而比较适应于栅格数 据。但是也未体现出这种状态过渡的过 程，因此有人提出了通过设计“过程库” 来记录变化过程，即基态修正模型的扩 展3。 2.4 空间时间组合体模型 空间时间组合体模型针对矢量数 据的出现，及后来的学者对它进行了精 确详细阐述。为了使任何一个时空对象 的改变都能使整个空间内产生一个新的 对象。模型将空间分离成有同样时空过 程的最大公共时空单元，归纳了其属性. 此模型使空间变化过程和属性改变都反 映为空间的变化过程，是基态修正模型 和序列快照模型的折衷模型（如图 3） 。 最大的短板在于对关系数据库的较大依 靠和多边形的碎化。 图 3 时空复合模型2 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 2.5 面向对象的时空数据模型 基于上述几种模型提出来取得了 很好的效果4。地理时空作为面向对象 的基本思想理念组织的核心部分。其定 义实体是当中对象是独立封闭的且具有 惟一标注。根据空间、时间及属性在不 同应用中重点关心的部分，分别应用于 时间（事件） 、位置（栅格）或对象 （矢量）的系统构造方式。然而面向对 象的时空数据模型存在两个方面的短板： 缺少时空变化的语义，不能很好表达空 间拓扑关系的改变；构造数据时，未按 照语义进行结构化的数据组织，对象的 时空属性与其他属性未区分开来。 上述的模型都存在一定的优点和 缺点，相对规范化的时空数据模型的探 讨及研究正处在探索阶段。 3 当前时空数据模型存在的问题 目前时空数据模型存在的问题有： 研究理论多，研究应用少；模型提出的 多，原型实现的少；矢量数据格式的模 型面向的较多，栅格数据格式的模型面 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 向的较少，想要很好的使用到实际中还 有一段距离，而且多集中在地籍变理管 理、土地划拨等领域，在环境管理领域 和森林资源几乎未曾涉足。 目前的时空数据模型大多不是面 向地学问题的，而是从计算机阐述的角 度出发，缺乏对地理现象或实体的显式 含义和基础关系阐述。对复杂繁琐的地 理现象或实体的阐述及地理过程分析存 在严重不足。不同类型层次主要因素之 间可能存在的语义关系很难表达清楚。 不同层次主要樱色之间可能存在的空间 关系难于表达明了，还需通过复杂的空 间叠加操作才能得到最终查询结果。 4 时空数据模型的发展方向 1）增强对时空语义的诠释和探 索。世界研究对象的多种类特征导致了 时空信息的多语义性。时空数据建模根 本任务在于空间和时间的语义建模，所 以在时空数据建模前，应该避免原始的 由静态空间角度的思维方法，转而从动 态的时空角度去思考问题，在了解 GIS -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 时空特性的基础上，依据具体应用领域 解析所探索的对象及其特定时空语义， 为时空数据模型的建立夯实基础； 2）巩固时空数据库模型的建设 和设计探究。时空数据库是不同尺度、 不同历史及不同维度的大量时空数据和 非时空数据的集中组合，是时空 GIS 的 核心的重要组成部分，需要长期基础性 的工作去细化； 3）探索多维空间数据模型与建 模方法、时空分析与可视化的基本理论 和关键技术、动态处理与集成管理，从 而加深对三维空间实体和时空变化的 4 维数据建模的了解。 5 结论 时空数据建模是研究领域的一个 重要方向。近年来，对时空数据的查询 统计、历史分析、动态分析、及趋势预 测方面提出了更为迫切的要求。本文通 过对时空语义及时空对象的阐述，介绍 了几种主要的时空数据模型，并且指出 了其中的问题，还介绍了时空数据模型 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 的发展方向。