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时空数据库 地信1402第6小组主讲人 黄瑞 1 目录 2 静态GIS 现有的GIS大多不具备有处理数据的时间动态性 只是描述时间的瞬时状态 数据发生变化时 新数据将代替旧数据 即成了另一个瞬时状态 旧数据将会消失 无法对数据的更新变化进行分析 更不能预测未来的趋势 时态GIS 通过建立合适的时间与空间联合的数据模型 将空间要素随时间的变化建模 将地理事物和现象的时间 空间和属性特征有机结合 丰富了地理事物和现象的表达内容 3 时空数据库的基本概念 快照数据库 是指使用删除 替换对数据库状态进行数据更新的一系列系统活动 它导致数据库的过去状态丢失并忘记 仅反映现实中的一个片断 回滚数据库 事务时间内在系统中保存对象的所有过去历史 及库中数据的更新操作 历史数据库 有效时间内在系统中保存对象的所有过去历史 及库中数据的更新操作 时态数据库 根据有效时间和事务时间在系统中分别保存对象历史和数据库状态 4 时空数据库的特点 一 动态性在时空数据库中 过往的数据不再从数据库中删除 对历史数据也可以进行更新 它能将线路走向变更的整个过程都保存下来 使系统和现实世界一直保持着全方位的动态交换 二 全面性时空数据库是所有数据的集合体 可以提供任何时刻和时间段的数据 5 时空数据库模型 6 时空立方体模型 时空立方体模型用二维图形沿时间第三维发展变化的过程表达现实世界平面位置随时间的演变 给定一个时间位置值 就可以从三维立方体中获得相应界面 立方体的状态 也可以扩展表达三维空间沿着时间变化的过程 7 连续快照模型 连续快照模型是将一系列事件片段快照保存起来 反映整个空间特征的状态 根据需要对指定时间片断的现实片断进行播放 但是由于快照将为发生变化的所有特征重复进行存贮 会产生大量的数据冗余 当应用模型变化频繁且数据量较大时 系统效率急剧下降 8 基态修正模型 基态修正模型按事先设定的时间间隔采样 只存贮某个时间的数据状态 基态 和相对于基态的变化量 每个对象只存贮一次 每变化一次 只有很小的数据量需要记录 但是基维修正模型较难处理给定时刻的时空对象间的空间关系 管理索引变化很困难 9 时空数据库模型设计 一 时空数据的组成 时空数据库的存储管理必须能对时空数据模型提供有效支持 时空数据库主要存储两类型的数据 时间序列数据 实体数据 时间序列数据 实体数据 实体属性数据 实体空间数据 10 时空数据库模型设计 二 时空数据存储结构时空数据库的实现 需要数据存储管理功能的参与 数据的存储 转移和备份 用过建立必要的空间索引 时间序列索引 属性索引加快时空数据的运算 建立时空数据视图 能根据时间序列变换或者实体数据的指定 查询出需要的时空数据 时空数据库视图 时间事件数据 时间序列数据 空间与属性关系 空间索引 空间数据 属性数据 属性索引 现时数据 过程数据 历史数据 11 时空数据库模型设计 三 时空数据库建模中存在的问题1 现有的模型大多是独立地模拟地学现象的空间和时间特征 二者没有紧密结合 空间模型强调对象的几何特征 而时态模型侧重于对象特征的改变 然而在很多情况下 对象的空间属性和时态属性是密切相关的 如资源管理 环境监测等系统 缺少时空过程模型集成表达机制是当前GIS发展的一个主要缺点 12 时空数据库模型设计 2 无法表达地学现象的连续变化 如风暴 降雨 现有模型一般对离散变化处理的比较好 有的模型采用微小时间间隔的方法来模拟连续的变化 另外计算机系统本身也是用离散的方式来表达数据的 3 在地学对象认识和表达过程中存在着概念差异 领域专家 数据收集者和GIS技术人员对对象抽象方式 模型定义 数据结构和组织方式上存在着争议 13 时空数据库模型设计 4 时空数据库通用性低 目前的时态GIS主要有以下三种实现方式 基于商业GIS系统的时态扩展 用于科学研究的原型系统 针对特殊应用的时空查询工具 然而这些系统大多是针对特殊的应用而设计的只能使用特定的数据结构 通用性非常低 5 没有充分考虑数据移植问题 如何让在科学研究或是生产实践中积累的时空数据适应新的模型并将其移植到新的时态GIS系统中是一个难题 一种可能的方法是建立数据接口 将原有的数据进行格式转换 然而这种数据移植风险是值得关注的 14 时空数据库模型设计 1 理想的时空数据库模型应该能够集成空间 专题 时间三方面特征 综合离散 连续的表达方式 符合人类认知的逻辑思维 2 集中精力研究现有模型的整合与归并 并重点研究模型的逻辑设计与系统实现 不再生造没有实质性创新特点的模型 为时空GIS系统的研制提供支持 3 时空数据库模型的研究应该优先考虑地学现象的行为和基于过程