空間數(shù)據(jù)的定位特征與三維建模課件

時態(tài)地理信息系統(tǒng)(TGIS)初探時態(tài)地理信息系統(tǒng)(TGIS)初探1主要討論以下幾個方面:(一)引言和定義(二)分類(三)時空數(shù)據(jù)庫(四)時空分析(五)時空GIS的功能模塊(六)應用和前瞻主要討論以下幾個方面:(一)引言和定義2(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入a.提出:

我們從事生活和生產(chǎn)活動的主要對象是現(xiàn)實世界,現(xiàn)實世界是空間環(huán)境和時間環(huán)境組成的,空間對象隨時間變化.而由于硬件和技術(shù)上的限制,我們傳統(tǒng)的GIS只能考慮地物的空間特性,幾乎不考慮時間特性.這顯然有著致命的缺陷.在許多動態(tài)變化規(guī)律作用明顯的應用領域中，如環(huán)境監(jiān)測、地震救援、天氣預報、重力場模擬等，傳統(tǒng)GIS在求解過程中的局限性突顯.(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入a.提出:3(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入近些年來,由于計算機硬件和軟件技術(shù)的不斷進步,對GIS中時態(tài)特性的研究變得十分活躍.1989年,Langran在他的博士論文<<地理信息系統(tǒng)中的時間問題>>中,首先研究了空間分析中的空間隨時間變化問題.

(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入4(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入b.時間維:

從信息系統(tǒng)，尤其是GIS的實用角度出發(fā)，時間可以看成是一條沒有端點，向過去和將來無限延伸的線軸，它是現(xiàn)實世界的第四維。時間和空間不可分割地聯(lián)系在一起，跟蹤和分析空間信息隨時間的變化，應當是GIS的一個合理目標。由此,我們引入了時間維的概念.(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入b.時間維:5(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入通常時間在時態(tài)GIS中是作為屬性或維度存在的。雖然一般認為時間是連續(xù)變化的,但在GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中時間還是離散的序列,可以用整數(shù)或字符等數(shù)據(jù)類型來描述。而在時態(tài)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,我們引入三維空間和時間維正交并產(chǎn)生一個多向坐標系統(tǒng)的概念,這就需要建立一種動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述連續(xù)的時間,其基本的時態(tài)數(shù)據(jù)類型有:時間子(chronon)、時間間隔(interval)、持續(xù)時間(duration)、次序(sequence)、時期(period)等等。通過對象和事件相互作用的構(gòu)造和擴充,將面向?qū)ο蠹夹g(shù)引入到多維GIS中,使三維空間與時間維集成在一起。

(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入通常時間在時態(tài)G6(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入c.概念GIS

所描述的現(xiàn)實世界是隨時間連續(xù)變化的。傳統(tǒng)的無時間概念的GIS

中的數(shù)據(jù),只能是現(xiàn)實世界在某個時刻的“快照”。當被描述的對象隨時間變化比較緩慢且變化的歷史過程無關(guān)緊要時,可以用“數(shù)據(jù)更新”的方式來處理時間變化的影響。然而,在某些應用中,被描述的對象隨時間變化很快(例如云量變化、日照變化等)

或者歷史數(shù)據(jù)也必須予以保存(例如,地籍變更、海岸線變化、環(huán)境變化等)

。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入c.概念7(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入又比如,地球科學家想對某一時刻的所有地質(zhì)條件或某一時間段內(nèi)的平均地質(zhì)條件進行評價,他們是否能容易地獲得在“A

時刻的值”或“從時間B

到時間C

這段時間內(nèi)的值”就變的非常重要。為充分滿足地球科學家的需要,這種時間數(shù)據(jù)獲取能力應該與3D

模型相結(jié)合。許多人認為地質(zhì)特征是不變的,但實際上大部分地質(zhì)特征是動態(tài)的、變化的,不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的,水災、地震、暴風雨以及滑坡都會使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速而巨大的變化。地質(zhì)學家對4D(立體3D

加上時間第4D)

的空間-時間模型尤感興趣。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入8(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入在這些情況下,把時間作為一個與空間同等重要的因素引入到GIS

中來,在空間分析中考慮空間信息的變化,得到了時態(tài)GIS(

TGIS

-

Temporal

GIS)

或四維GIS

的概念。

時態(tài)GIS

或四維GIS

就是要在GIS

中考慮時間變化的概念,是指在原有的三維GIS

基礎上加入時間變量而構(gòu)成的GIS

。其關(guān)鍵問題是建立合適的時間與空間聯(lián)合的數(shù)據(jù)模型-

時空數(shù)據(jù)模型。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入9(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較相對于傳統(tǒng)GIS

,時空GIS

具有以下特點:語義更豐富;對現(xiàn)實世界的描述更準確;其技術(shù)的本質(zhì)特點是“時空效率”;實現(xiàn)的最大困難在于海量數(shù)據(jù)的組織和存取.(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較相對于傳10(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較系統(tǒng)維數(shù)特征目標空間關(guān)系

世界系統(tǒng)

多維

變化發(fā)展物體普遍聯(lián)系

GIS2,3空間變化

地理實體

空間拓撲TGIS4時空變化

時空目標

時空關(guān)系

(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較系統(tǒng)維11(二)分類

前面講到了時間維的概念,地物除了具有三維空間中的空間性質(zhì)外，如何刻畫時間維的變化也十分重要.通常把GIS的時間維分成處理時間維(transactiontimedimension)和有效時間維(validtimedimension).處理時間又稱數(shù)據(jù)庫時間或系統(tǒng)時間，它指在GIS中處理發(fā)生的時間.有效時間亦稱事件時間或?qū)嶋H時間，它指在實際應用領域事件出現(xiàn)的時間.根據(jù)處理時間和有效時間的劃分，可以把時空系統(tǒng)分為4類：靜態(tài)時空系統(tǒng)(staticSTsystem)、歷史時態(tài)系統(tǒng)(historicalSTsystem)、回溯時態(tài)系統(tǒng)(rollbackSTsystem)和雙時態(tài)系統(tǒng)(bitemporalSTsystem).

(二)分類

前面講到了時間維的概念,地物除了具有三維空間中12(二)分類(1)靜態(tài)時空系統(tǒng).它既不支持處理時間，也不支持有效時間，系統(tǒng)只保留應用領域的一種狀態(tài)，比如當前狀態(tài).(2)歷史時態(tài)系統(tǒng).它只支持有效時間，這種系統(tǒng)適用于事件實際發(fā)生的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(3)回溯時態(tài)系統(tǒng).它只支持處理時間，這種系統(tǒng)適用于信息系統(tǒng)的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(4)雙時態(tài)系統(tǒng).它同時支持處理時間和有效時間.處理時間記錄了信息系統(tǒng)的歷史，有效時間記錄了事件發(fā)生的歷史.(二)分類(1)靜態(tài)時空系統(tǒng).它既不支持處理時間，也不支持有13(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫是包括時間和空間要素在內(nèi)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),其建立依賴于時間的表示方法,目前的研究結(jié)果主要有全局狀態(tài)標記法(也叫快照法,Langran)

、元組時間標記法和同步數(shù)據(jù)項時間標記法等幾種方法,以及Raper設計的時空數(shù)據(jù)庫查詢語言。元組時間標記法是在關(guān)系模型的元組中加入時間，在對象模型中引入時間屬性的表示方法.在這種擴充的基礎上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進一步研究.(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫是包括時間14(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念

時空數(shù)據(jù)庫是在空間數(shù)據(jù)庫的基礎上增加時間要素而構(gòu)成的三維(無高度維)

或四維數(shù)據(jù)庫。時間維的加入大大豐富了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,一方面增加了數(shù)據(jù)庫管理的復雜性,另一方面,海量的數(shù)據(jù)為空間和時間分析提供了極其廣闊的舞臺。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念

時空數(shù)據(jù)庫是15(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫有若干種分類,根據(jù)數(shù)據(jù)庫處理時間的能力可分為,歷史數(shù)據(jù)庫、卷繞數(shù)據(jù)庫和雙時空數(shù)據(jù)庫,其中歷史數(shù)據(jù)庫只能處理實際時間,卷繞數(shù)據(jù)庫只能處理數(shù)據(jù)庫時間,雙時空數(shù)據(jù)庫可同時處理這兩種時間。根據(jù)數(shù)據(jù)庫存放的內(nèi)容可分為,歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和預測數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)可分為,線性數(shù)據(jù)庫、分支數(shù)據(jù)庫和周期數(shù)據(jù)庫。根據(jù)對象可分為,基于狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫和基于事件的數(shù)據(jù)庫。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫有若干種分16(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫的研究已取得了眾多的成果,其重要性在于使數(shù)據(jù)庫成為真正意義上的資源清單并且為動態(tài)監(jiān)測和分析提供了豐富的數(shù)據(jù)。一般的數(shù)據(jù)庫基本上不存儲舊的、過時的數(shù)據(jù),而時空數(shù)據(jù)庫則包括任何歷史數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)庫可以成為任何一個系統(tǒng)和部門的完整的電子信息檔案庫。它可以為分析提供橫向的現(xiàn)勢和縱向的歷史數(shù)據(jù),對歷史、當前和將來進行對比、分析、監(jiān)測和預測預報,從而為預測預報系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和其他分析系統(tǒng)服務。時空數(shù)據(jù)庫由于其動態(tài)性(過時的數(shù)據(jù)不再從數(shù)據(jù)庫中刪除,對歷史數(shù)據(jù)也可以進行更新,使系統(tǒng)和現(xiàn)實世界一直保持著全方位的動態(tài)交換)

和全面性(可以提供任何時刻和時間段的數(shù)據(jù))使之成為真正意義上的數(shù)據(jù)庫。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫的研究已取17(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型

空間,屬性和時間是地理實體的三個最基本特征，描述這三個基本特征的數(shù)據(jù)模型就是時空數(shù)據(jù)模型。時間概念涉及事件時間和系統(tǒng)時間。

事件時間：地理實體在現(xiàn)實時間中發(fā)生變化的時間；

系統(tǒng)時間：數(shù)據(jù)庫中用來跟蹤記錄變化的時間；(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型空間,屬性和時間是18(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型時態(tài)GIS

的關(guān)鍵是建立時空數(shù)據(jù)模型,以及時空數(shù)據(jù)的表示、存儲、操作、查詢和時空分析.時空數(shù)據(jù)庫模型有兩種,基于矢量的時空數(shù)據(jù)庫模型和基于柵格的時空數(shù)據(jù)庫模型,它們是在傳統(tǒng)的矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型基礎上派生的。這兩種模型均可處理6

種時間和空間的變化類型并對其建模,

這6

種變化是:屬性變化(

attributechanges)

,靜態(tài)空間分布(static

spatial

distribution)

,靜態(tài)時間變化(static

temporal

changes)

,動態(tài)的空間變化(dynamic

spatial

changes)

,過程的轉(zhuǎn)換(mutation

of

aprocess)

,實體的運動(movement

of

an

entity)

。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型時態(tài)GIS

的關(guān)鍵是建立19(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型矢量型時空數(shù)據(jù)庫模型建立在矢量數(shù)據(jù)模型的基礎上。代表性的模型有STC和STO。STC-

Space

-

Time

Composite

模型認為在空間上和時間上相同的內(nèi)容為一個STC

,所有屬性的變化都用離散時間記錄,它以對象在空間(及屬性)

的最大相同部分表示時間性,但不能表示物體的空間變化,如運動等。STO

-

Spatio

-

temporal

Object

模型認為世界是由一個時空原子(Spatio

-

temporal

Atom)

組成,時空原子為時間、空間和屬性相同的均質(zhì)實體,該模型中時間維是與空間維(在此模型中為二維)

垂直的,它可表示實體在空間和屬性上的變化,但沒有涉及對漸變實體(如連續(xù)的天氣觀測等)

的表示。STC

模型在每一次變化時均須重新建立拓撲關(guān)系,當變化很多時,將使拓撲關(guān)系的建立十分復雜,最終的多邊形和弧段太多。STO

模型則需建立當時的拓撲結(jié)構(gòu),弧段和多邊形的變化則采用連接表的形式表示。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型矢量型時空數(shù)據(jù)庫模型建立20(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型柵格型時空數(shù)據(jù)庫模型建立在柵格數(shù)據(jù)模型的基礎上。典型模型有基于事件的時空模型Event

-based

Spatiotemporal

Data

Model

(

ESTDM)

和Oogeomorph等。ESTDM

對柵格數(shù)據(jù)加上時間標尺來表示,該模型用一個頭文件來存儲柵格數(shù)據(jù)的專題信息,指向基礎柵格數(shù)據(jù)的指針以及指向起始時間和結(jié)束事件列表的指針,用一個事件系列表示某一區(qū)域的空間動態(tài)信息,每一個事件都有一個時間以及該事件的內(nèi)容并且該事件對應一個指定的區(qū)域,Oogeomorph

則采用面向?qū)ο蟮乃枷虢！?/p>

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型柵格型時空數(shù)據(jù)庫模型建立21(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)庫模型時間的表達并不是時態(tài)GIS

的目標,時態(tài)GIS

強調(diào)的是利用時空分析的工具和技術(shù)來模擬動態(tài)過程,探究和挖掘隱含于時空數(shù)據(jù)中的信息和規(guī)律,因此必須建立規(guī)范化的時空數(shù)據(jù)模型,而關(guān)于規(guī)范化時空數(shù)據(jù)模型的建立方法,目前還處在探索階段。張祖勛曾提出使用分級索引方法來對基本修正法進行改進.這種方法就是不存貯研究區(qū)域中每個狀態(tài)的全部信息，而只存貯某個時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)(稱為基態(tài))以及相對于基態(tài)或鄰近狀態(tài)的變化量.在此基礎上，建立分級索引，以便于快速找到所需的時空過程的數(shù)據(jù).

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)庫模型時間的表達并不是時態(tài)G22(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時空數(shù)據(jù)模型的形式化

模型是對所研究對象的抽象和簡化。時空數(shù)據(jù)模型就是要建立空間屬性隨其驅(qū)動力的時間變化而變化的數(shù)學表達.反映空間現(xiàn)象從一個分布狀態(tài)到另一個分布狀態(tài)的變化,可用公式表示如下:

S

(

t

+

1)

=

f

(

S

(

t)

,

I

(

t)

)

,

其中,

S

表示空間分布,

I

為影響空間變化的輸入函數(shù),

t

表示時間,

f

(

S

(

t

)

,I

(

t)

)

表示空間隨時間變化過程函數(shù)。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時空數(shù)據(jù)模型的形式23(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間空間離散化目前GIS對空間離散化表達的數(shù)據(jù)模型有3

類,即上述的對象(要素)

(Feature)

的模型、場(Field)

模型以及網(wǎng)絡(Network)

模型。關(guān)于使用何種數(shù)據(jù)模型進行空間離散化的表達,一直存在著很多爭論。由于場模型可以作為空間連續(xù)變化的函數(shù),從語義上非常接近于空間模型的概念模型,而且目前GIS

絕大多數(shù)空間分析是基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的,因此可選擇柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達的場模型作為空間離散化的模型。時空數(shù)據(jù)模型的狀態(tài)、過程和關(guān)系(流)

都基于柵格數(shù)據(jù)模型進行表達。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間空間離散化24(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立根據(jù)事物或?qū)ο笞兓念l率和歷時不同,時間的離散化也有很多方法。最簡單的是等時間長度的離散。時空數(shù)據(jù)庫中最短的且不可分割的時間段稱為記時單位(Chronon)

,類似于長度單位中的km、m

和cm

,記時單位可為a

、d、h、min、s

和ms

等。等時間長度離散的優(yōu)點是容易控制動態(tài)模型的時間參數(shù),包括開始時刻、結(jié)束時刻和時間步長,很容易和模型語言的循環(huán)控制語句相結(jié)合。時空離散化后,時空數(shù)據(jù)模型建模的一個重要考慮因素是如何確定模型的時間分辨率和空間分辨率。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立根據(jù)事物或?qū)ο笞兓?5(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間反饋控制

簡單的時間序列模型是對同一個函數(shù)輸入N

個不同的參數(shù)重復N

次計算,返回N

個結(jié)果,這類簡單的時間序列模型可以通過GIS

的批命令按時間序列順序執(zhí)行即可實現(xiàn)。復雜的時空模型往往是具有反饋機制的隨時間變化的現(xiàn)實世界的抽象模型,

T

時刻的輸出T+

1

時刻的輸入,循環(huán)迭代計算。這種循環(huán)反饋機制,要求時空模型語言支持循環(huán),分支條件判斷等機制,大大超出了傳統(tǒng)GIS

的宏語言的范疇。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間反饋控制

簡單26(四)時空分析空間分析是傳統(tǒng)GIS

的核心,而時空分析是時態(tài)GIS的核心。時空分析包括時空數(shù)據(jù)的分類、時間量測、基于時間的平滑和綜合、變化的統(tǒng)計分析、時空疊加分析、時間序列分析以及預測分析等。時空數(shù)據(jù)的分類指對時空數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分類體系進行重組,派生新的數(shù)據(jù)。時間量測指計算并顯示歷史數(shù)據(jù)的時間。基于時間的空間數(shù)據(jù)的平滑和綜合中平滑是根據(jù)對象在不同的時間的不同狀態(tài)推測對象的中間狀態(tài),綜合是根據(jù)一定的時間綜合原則對空間數(shù)據(jù)進行合并。變化的統(tǒng)計分析指根據(jù)時空數(shù)據(jù)對變化的速度、頻率、范圍等進行多種統(tǒng)計分析。(四)時空分析空間分析是傳統(tǒng)GIS

的核心,而時空分析是時態(tài)27(四)時空分析時空疊加分析是將不同時間的空間對象疊加在一起,主要包括,事件與事件的疊加、狀態(tài)與狀態(tài)的疊加、事件和狀態(tài)的疊加。時間序列分析指對一個對象根據(jù)時間序列進行空間上的排列,這種分析主要針對同一個對象不能同時在不同的位置的現(xiàn)象。預測分析是一種基于多種數(shù)據(jù)運用數(shù)學模型根據(jù)某種目的進行推理的一種綜合分析,如礦產(chǎn)資源的預測等。(四)時空分析時空疊加分析是將不同時間的空間對象疊加在一起,28(五)時空GIS的功能模塊設計時態(tài)GIS

的主要功能模塊應包括輸入、存儲、編輯和更新模塊,時空數(shù)據(jù)庫管理模塊,查詢和檢索模塊,時空分析模塊,顯示和輸出模塊等模塊。其中時空數(shù)據(jù)庫管理和時空分析模塊是時態(tài)GIS

所特有的功能,其余模塊雖然在傳統(tǒng)GIS

系統(tǒng)中也是具備的,但是在時態(tài)GIS

中也有其新的要求。

(五)時空GIS的功能模塊設計時態(tài)GIS

的主要功能模塊應包29(五)時空GIS的功能模塊設計時空數(shù)據(jù)庫管理模塊應提供時空數(shù)據(jù)庫的定義、時空數(shù)據(jù)庫的基本操作(包括復制、刪除等一般數(shù)據(jù)庫操作)

及數(shù)據(jù)交換(包括與其他數(shù)據(jù)庫、傳統(tǒng)GIS

數(shù)據(jù)庫及其他時空數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換)

功能。其中時空數(shù)據(jù)庫的定義與時空數(shù)據(jù)模型有關(guān),一個合理的時空數(shù)據(jù)模型必須考慮節(jié)省存貯空間,加快存取、查詢、分析的響應速度以及表現(xiàn)時空語義幾個方面的因素,目前尚處于研究階段。因此在目前條件下,要解決時態(tài)問題,可以在傳統(tǒng)GIS

中引入時間概念,建立層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(即時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))

,基于層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)的存取、訪問、查詢和分析。(五)時空GIS的功能模塊設計時空數(shù)據(jù)庫管理模塊應提供時空數(shù)30(五)時空GIS的功能模塊設計輸入、存儲、編輯和更新模塊是傳統(tǒng)GIS

系統(tǒng)中也具備的模塊,但是在時態(tài)GIS

中,該模塊除能對常規(guī)GIS

數(shù)據(jù)進行輸入、存儲、編輯和更新外,還應能處理時態(tài)數(shù)據(jù),包括歷史數(shù)據(jù)和預測數(shù)據(jù)。在層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎上,一種直觀的數(shù)據(jù)存儲方案是將不同時期的數(shù)據(jù)分別作為一個數(shù)據(jù)層來進行存儲,目前已有部分傳統(tǒng)GIS

采用了這種方法。當數(shù)據(jù)層次較少時,該方法不失為一種有效的選擇,但是如果數(shù)據(jù)層次較多,比如數(shù)據(jù)需要每天更新,則這種方法就不現(xiàn)實了。此時可以考慮采用時間標記法建立時空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),記錄地理要素的創(chuàng)立時間和消失時間,時空數(shù)據(jù)的更新則包括舊數(shù)據(jù)的保存和新數(shù)據(jù)的加入,舊數(shù)據(jù)的保存可以通過給數(shù)據(jù)記錄添加消失時間來實現(xiàn),而新數(shù)據(jù)的加入則可以通過在數(shù)據(jù)文件中添加新的數(shù)據(jù)記錄并記錄創(chuàng)立時間來實現(xiàn)。

(五)時空GIS的功能模塊設計輸入、存儲、編輯和更新模塊是傳31(五)時空GIS的功能模塊設計查詢和檢索模塊應具備屬性查詢、空間查詢、時間查詢以及聯(lián)合查詢功能。其中屬性查詢、空間查詢以及聯(lián)合查詢在傳統(tǒng)GIS

中已相當成熟,時態(tài)GIS

中需增加的是時間查詢及與其它查詢的聯(lián)合查詢,這需要增加時間查詢操作符,應包括時間連接操作、時間拓撲關(guān)系操作、時間距離操作、時空拓撲關(guān)系操作等查詢操作符。可以在傳統(tǒng)GIS基礎上,基于層次模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行與時間有關(guān)的查詢和檢索。顯示和輸出模塊應能實現(xiàn)動畫顯示、不同符號和顏色顯示、立體顯示以及輸出。有效地顯示并輸出時空數(shù)據(jù)是時態(tài)GIS

應用成果的具體表現(xiàn)形式,如礦產(chǎn)預測應用領域的結(jié)果輸出等。

(五)時空GIS的功能模塊設計查詢和檢索模塊應具備屬性查詢32(六)時空GIS的應用和前瞻

1.應用構(gòu)成數(shù)字地球的基礎之一地籍管理防災和預報數(shù)字化戰(zhàn)場公共事業(yè)管理和數(shù)字政府海岸線變更環(huán)境監(jiān)測等(六)時空GIS的應用和前瞻

1.應用構(gòu)成數(shù)字地球的基礎之一33(六)時空GIS的應用和前瞻

1.應用雖然目前還沒有較成熟的能支持時態(tài)GIS產(chǎn)品的時空數(shù)據(jù)模型，一但時空數(shù)據(jù)模型的研究有所突破，不僅能解決時態(tài)GIS的應用問題，還將解決空間數(shù)據(jù)庫中動畫數(shù)據(jù)的管理問題，即可通過使用動畫技術(shù)來實現(xiàn)在屏幕上動態(tài)播放時空過程.如動態(tài)顯示衛(wèi)星云圖的變化情況、地殼變動情況、森林沙化和城市化情況以及海岸或河灘的侵蝕或淤積變化情況等.(六)時空GIS的應用和前瞻

1.應用雖然目前還沒有較成熟的34(六)時空GIS的應用和前瞻

2.研究方向地理空間中空間、時間以及和變化相關(guān)聯(lián)的對象研究

;

不同時間概念的劃分

,如

:離散的、連續(xù)的、單調(diào)的等

;具體應用中

,笛卡兒坐標和歐幾里得坐標的選擇

;將人類對時間和空間的認知過程具體化、形式化

;

空間現(xiàn)象的模擬計算模式.(六)時空GIS的應用和前瞻

2.研究方向地理空間中空間、時35(六)時空GIS的應用和前瞻

2.研究方向1996

年,UCGIS(University

Consortium

forGeographic

Information

Science

)

將TGIS

作為“地理描述擴展”的一部分列入十大優(yōu)先研究領域。TGIS

在國內(nèi)外吸引了越來越多的學者進行深入研究。目前的可視化技術(shù)研究,已進入在動態(tài),時空變化,多維和多時相的可交互的地圖條件下探索視覺感受效果和空間認知特點.(王家耀,陳毓芬,2000)(六)時空GIS的應用和前瞻

2.研究方向1996

年,UC36(六)時空GIS的應用和前瞻

3.前瞻時態(tài)GIS是數(shù)字地球基礎研究方面的一個核心問題,關(guān)系到如何全面、詳盡地描述與表達人們居住的三維星球、區(qū)域、國家,并在其中嵌入動態(tài)的經(jīng)濟、政治、軍事、科技、人文乃至歷史信息,以便于人類更深入、更系統(tǒng)、更全面地了解,并便于科學、有效地保護我們的生存環(huán)境。開展這方面的研究將有助于提高我國多維空間數(shù)據(jù)處理的理論水平,為發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的時態(tài)ＧＩＳ基礎軟件平臺提供理論儲備,并為改進現(xiàn)有的各種ＧＩＳ系統(tǒng)功能提供理論指導。

(六)時空GIS的應用和前瞻

3.前瞻時態(tài)GIS是數(shù)字地球基37OVER,THANKS!OVER,38時態(tài)地理信息系統(tǒng)(TGIS)初探時態(tài)地理信息系統(tǒng)(TGIS)初探39主要討論以下幾個方面:(一)引言和定義(二)分類(三)時空數(shù)據(jù)庫(四)時空分析(五)時空GIS的功能模塊(六)應用和前瞻主要討論以下幾個方面:(一)引言和定義40(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入a.提出:

我們從事生活和生產(chǎn)活動的主要對象是現(xiàn)實世界,現(xiàn)實世界是空間環(huán)境和時間環(huán)境組成的,空間對象隨時間變化.而由于硬件和技術(shù)上的限制,我們傳統(tǒng)的GIS只能考慮地物的空間特性,幾乎不考慮時間特性.這顯然有著致命的缺陷.在許多動態(tài)變化規(guī)律作用明顯的應用領域中，如環(huán)境監(jiān)測、地震救援、天氣預報、重力場模擬等，傳統(tǒng)GIS在求解過程中的局限性突顯.(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入a.提出:41(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入近些年來,由于計算機硬件和軟件技術(shù)的不斷進步,對GIS中時態(tài)特性的研究變得十分活躍.1989年,Langran在他的博士論文<<地理信息系統(tǒng)中的時間問題>>中,首先研究了空間分析中的空間隨時間變化問題.

(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入42(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入b.時間維:

從信息系統(tǒng)，尤其是GIS的實用角度出發(fā)，時間可以看成是一條沒有端點，向過去和將來無限延伸的線軸，它是現(xiàn)實世界的第四維。時間和空間不可分割地聯(lián)系在一起，跟蹤和分析空間信息隨時間的變化，應當是GIS的一個合理目標。由此,我們引入了時間維的概念.(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入b.時間維:43(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入通常時間在時態(tài)GIS中是作為屬性或維度存在的。雖然一般認為時間是連續(xù)變化的,但在GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中時間還是離散的序列,可以用整數(shù)或字符等數(shù)據(jù)類型來描述。而在時態(tài)GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,我們引入三維空間和時間維正交并產(chǎn)生一個多向坐標系統(tǒng)的概念,這就需要建立一種動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述連續(xù)的時間,其基本的時態(tài)數(shù)據(jù)類型有:時間子(chronon)、時間間隔(interval)、持續(xù)時間(duration)、次序(sequence)、時期(period)等等。通過對象和事件相互作用的構(gòu)造和擴充,將面向?qū)ο蠹夹g(shù)引入到多維GIS中,使三維空間與時間維集成在一起。

(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入通常時間在時態(tài)G44(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入c.概念GIS

所描述的現(xiàn)實世界是隨時間連續(xù)變化的。傳統(tǒng)的無時間概念的GIS

中的數(shù)據(jù),只能是現(xiàn)實世界在某個時刻的“快照”。當被描述的對象隨時間變化比較緩慢且變化的歷史過程無關(guān)緊要時,可以用“數(shù)據(jù)更新”的方式來處理時間變化的影響。然而,在某些應用中,被描述的對象隨時間變化很快(例如云量變化、日照變化等)

或者歷史數(shù)據(jù)也必須予以保存(例如,地籍變更、海岸線變化、環(huán)境變化等)

。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入c.概念45(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入又比如,地球科學家想對某一時刻的所有地質(zhì)條件或某一時間段內(nèi)的平均地質(zhì)條件進行評價,他們是否能容易地獲得在“A

時刻的值”或“從時間B

到時間C

這段時間內(nèi)的值”就變的非常重要。為充分滿足地球科學家的需要,這種時間數(shù)據(jù)獲取能力應該與3D

模型相結(jié)合。許多人認為地質(zhì)特征是不變的,但實際上大部分地質(zhì)特征是動態(tài)的、變化的,不是所有地質(zhì)情況都是變化緩慢的,水災、地震、暴風雨以及滑坡都會使局部地質(zhì)條件發(fā)生快速而巨大的變化。地質(zhì)學家對4D(立體3D

加上時間第4D)

的空間-時間模型尤感興趣。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入46(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入在這些情況下,把時間作為一個與空間同等重要的因素引入到GIS

中來,在空間分析中考慮空間信息的變化,得到了時態(tài)GIS(

TGIS

-

Temporal

GIS)

或四維GIS

的概念。

時態(tài)GIS

或四維GIS

就是要在GIS

中考慮時間變化的概念,是指在原有的三維GIS

基礎上加入時間變量而構(gòu)成的GIS

。其關(guān)鍵問題是建立合適的時間與空間聯(lián)合的數(shù)據(jù)模型-

時空數(shù)據(jù)模型。(一)引言和定義

1.TGIS概念的引入47(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較相對于傳統(tǒng)GIS

,時空GIS

具有以下特點:語義更豐富;對現(xiàn)實世界的描述更準確;其技術(shù)的本質(zhì)特點是“時空效率”;實現(xiàn)的最大困難在于海量數(shù)據(jù)的組織和存取.(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較相對于傳48(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較系統(tǒng)維數(shù)特征目標空間關(guān)系

世界系統(tǒng)

多維

變化發(fā)展物體普遍聯(lián)系

GIS2,3空間變化

地理實體

空間拓撲TGIS4時空變化

時空目標

時空關(guān)系

(一)引言和定義

2.TGIS與傳統(tǒng)GIS的比較系統(tǒng)維49(二)分類

前面講到了時間維的概念,地物除了具有三維空間中的空間性質(zhì)外，如何刻畫時間維的變化也十分重要.通常把GIS的時間維分成處理時間維(transactiontimedimension)和有效時間維(validtimedimension).處理時間又稱數(shù)據(jù)庫時間或系統(tǒng)時間，它指在GIS中處理發(fā)生的時間.有效時間亦稱事件時間或?qū)嶋H時間，它指在實際應用領域事件出現(xiàn)的時間.根據(jù)處理時間和有效時間的劃分，可以把時空系統(tǒng)分為4類：靜態(tài)時空系統(tǒng)(staticSTsystem)、歷史時態(tài)系統(tǒng)(historicalSTsystem)、回溯時態(tài)系統(tǒng)(rollbackSTsystem)和雙時態(tài)系統(tǒng)(bitemporalSTsystem).

(二)分類

前面講到了時間維的概念,地物除了具有三維空間中50(二)分類(1)靜態(tài)時空系統(tǒng).它既不支持處理時間，也不支持有效時間，系統(tǒng)只保留應用領域的一種狀態(tài)，比如當前狀態(tài).(2)歷史時態(tài)系統(tǒng).它只支持有效時間，這種系統(tǒng)適用于事件實際發(fā)生的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(3)回溯時態(tài)系統(tǒng).它只支持處理時間，這種系統(tǒng)適用于信息系統(tǒng)的歷史對問題求解十分重要的應用領域.(4)雙時態(tài)系統(tǒng).它同時支持處理時間和有效時間.處理時間記錄了信息系統(tǒng)的歷史，有效時間記錄了事件發(fā)生的歷史.(二)分類(1)靜態(tài)時空系統(tǒng).它既不支持處理時間，也不支持有51(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫是包括時間和空間要素在內(nèi)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),其建立依賴于時間的表示方法,目前的研究結(jié)果主要有全局狀態(tài)標記法(也叫快照法,Langran)

、元組時間標記法和同步數(shù)據(jù)項時間標記法等幾種方法,以及Raper設計的時空數(shù)據(jù)庫查詢語言。元組時間標記法是在關(guān)系模型的元組中加入時間，在對象模型中引入時間屬性的表示方法.在這種擴充的基礎上如何解決從表示到分析的一系列問題仍有待進一步研究.(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫是包括時間52(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念

時空數(shù)據(jù)庫是在空間數(shù)據(jù)庫的基礎上增加時間要素而構(gòu)成的三維(無高度維)

或四維數(shù)據(jù)庫。時間維的加入大大豐富了數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容,一方面增加了數(shù)據(jù)庫管理的復雜性,另一方面,海量的數(shù)據(jù)為空間和時間分析提供了極其廣闊的舞臺。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念

時空數(shù)據(jù)庫是53(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫有若干種分類,根據(jù)數(shù)據(jù)庫處理時間的能力可分為,歷史數(shù)據(jù)庫、卷繞數(shù)據(jù)庫和雙時空數(shù)據(jù)庫,其中歷史數(shù)據(jù)庫只能處理實際時間,卷繞數(shù)據(jù)庫只能處理數(shù)據(jù)庫時間,雙時空數(shù)據(jù)庫可同時處理這兩種時間。根據(jù)數(shù)據(jù)庫存放的內(nèi)容可分為,歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和預測數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)可分為,線性數(shù)據(jù)庫、分支數(shù)據(jù)庫和周期數(shù)據(jù)庫。根據(jù)對象可分為,基于狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫和基于事件的數(shù)據(jù)庫。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫有若干種分54(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫的研究已取得了眾多的成果,其重要性在于使數(shù)據(jù)庫成為真正意義上的資源清單并且為動態(tài)監(jiān)測和分析提供了豐富的數(shù)據(jù)。一般的數(shù)據(jù)庫基本上不存儲舊的、過時的數(shù)據(jù),而時空數(shù)據(jù)庫則包括任何歷史數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)庫可以成為任何一個系統(tǒng)和部門的完整的電子信息檔案庫。它可以為分析提供橫向的現(xiàn)勢和縱向的歷史數(shù)據(jù),對歷史、當前和將來進行對比、分析、監(jiān)測和預測預報,從而為預測預報系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和其他分析系統(tǒng)服務。時空數(shù)據(jù)庫由于其動態(tài)性(過時的數(shù)據(jù)不再從數(shù)據(jù)庫中刪除,對歷史數(shù)據(jù)也可以進行更新,使系統(tǒng)和現(xiàn)實世界一直保持著全方位的動態(tài)交換)

和全面性(可以提供任何時刻和時間段的數(shù)據(jù))使之成為真正意義上的數(shù)據(jù)庫。(三)時空數(shù)據(jù)庫

1.時空數(shù)據(jù)庫的概念時空數(shù)據(jù)庫的研究已取55(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型

空間,屬性和時間是地理實體的三個最基本特征，描述這三個基本特征的數(shù)據(jù)模型就是時空數(shù)據(jù)模型。時間概念涉及事件時間和系統(tǒng)時間。

事件時間：地理實體在現(xiàn)實時間中發(fā)生變化的時間；

系統(tǒng)時間：數(shù)據(jù)庫中用來跟蹤記錄變化的時間；(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型空間,屬性和時間是56(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型時態(tài)GIS

的關(guān)鍵是建立時空數(shù)據(jù)模型,以及時空數(shù)據(jù)的表示、存儲、操作、查詢和時空分析.時空數(shù)據(jù)庫模型有兩種,基于矢量的時空數(shù)據(jù)庫模型和基于柵格的時空數(shù)據(jù)庫模型,它們是在傳統(tǒng)的矢量數(shù)據(jù)模型和柵格數(shù)據(jù)模型基礎上派生的。這兩種模型均可處理6

種時間和空間的變化類型并對其建模,

這6

種變化是:屬性變化(

attributechanges)

,靜態(tài)空間分布(static

spatial

distribution)

,靜態(tài)時間變化(static

temporal

changes)

,動態(tài)的空間變化(dynamic

spatial

changes)

,過程的轉(zhuǎn)換(mutation

of

aprocess)

,實體的運動(movement

of

an

entity)

。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型時態(tài)GIS

的關(guān)鍵是建立57(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型矢量型時空數(shù)據(jù)庫模型建立在矢量數(shù)據(jù)模型的基礎上。代表性的模型有STC和STO。STC-

Space

-

Time

Composite

模型認為在空間上和時間上相同的內(nèi)容為一個STC

,所有屬性的變化都用離散時間記錄,它以對象在空間(及屬性)

的最大相同部分表示時間性,但不能表示物體的空間變化,如運動等。STO

-

Spatio

-

temporal

Object

模型認為世界是由一個時空原子(Spatio

-

temporal

Atom)

組成,時空原子為時間、空間和屬性相同的均質(zhì)實體,該模型中時間維是與空間維(在此模型中為二維)

垂直的,它可表示實體在空間和屬性上的變化,但沒有涉及對漸變實體(如連續(xù)的天氣觀測等)

的表示。STC

模型在每一次變化時均須重新建立拓撲關(guān)系,當變化很多時,將使拓撲關(guān)系的建立十分復雜,最終的多邊形和弧段太多。STO

模型則需建立當時的拓撲結(jié)構(gòu),弧段和多邊形的變化則采用連接表的形式表示。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型矢量型時空數(shù)據(jù)庫模型建立58(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型柵格型時空數(shù)據(jù)庫模型建立在柵格數(shù)據(jù)模型的基礎上。典型模型有基于事件的時空模型Event

-based

Spatiotemporal

Data

Model

(

ESTDM)

和Oogeomorph等。ESTDM

對柵格數(shù)據(jù)加上時間標尺來表示,該模型用一個頭文件來存儲柵格數(shù)據(jù)的專題信息,指向基礎柵格數(shù)據(jù)的指針以及指向起始時間和結(jié)束事件列表的指針,用一個事件系列表示某一區(qū)域的空間動態(tài)信息,每一個事件都有一個時間以及該事件的內(nèi)容并且該事件對應一個指定的區(qū)域,Oogeomorph

則采用面向?qū)ο蟮乃枷虢！?/p>

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)模型柵格型時空數(shù)據(jù)庫模型建立59(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)庫模型時間的表達并不是時態(tài)GIS

的目標,時態(tài)GIS

強調(diào)的是利用時空分析的工具和技術(shù)來模擬動態(tài)過程,探究和挖掘隱含于時空數(shù)據(jù)中的信息和規(guī)律,因此必須建立規(guī)范化的時空數(shù)據(jù)模型,而關(guān)于規(guī)范化時空數(shù)據(jù)模型的建立方法,目前還處在探索階段。張祖勛曾提出使用分級索引方法來對基本修正法進行改進.這種方法就是不存貯研究區(qū)域中每個狀態(tài)的全部信息，而只存貯某個時間的數(shù)據(jù)狀態(tài)(稱為基態(tài))以及相對于基態(tài)或鄰近狀態(tài)的變化量.在此基礎上，建立分級索引，以便于快速找到所需的時空過程的數(shù)據(jù).

(三)時空數(shù)據(jù)庫

2.時空數(shù)據(jù)庫模型時間的表達并不是時態(tài)G60(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時空數(shù)據(jù)模型的形式化

模型是對所研究對象的抽象和簡化。時空數(shù)據(jù)模型就是要建立空間屬性隨其驅(qū)動力的時間變化而變化的數(shù)學表達.反映空間現(xiàn)象從一個分布狀態(tài)到另一個分布狀態(tài)的變化,可用公式表示如下:

S

(

t

+

1)

=

f

(

S

(

t)

,

I

(

t)

)

,

其中,

S

表示空間分布,

I

為影響空間變化的輸入函數(shù),

t

表示時間,

f

(

S

(

t

)

,I

(

t)

)

表示空間隨時間變化過程函數(shù)。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時空數(shù)據(jù)模型的形式61(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間空間離散化目前GIS對空間離散化表達的數(shù)據(jù)模型有3

類,即上述的對象(要素)

(Feature)

的模型、場(Field)

模型以及網(wǎng)絡(Network)

模型。關(guān)于使用何種數(shù)據(jù)模型進行空間離散化的表達,一直存在著很多爭論。由于場模型可以作為空間連續(xù)變化的函數(shù),從語義上非常接近于空間模型的概念模型,而且目前GIS

絕大多數(shù)空間分析是基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的,因此可選擇柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表達的場模型作為空間離散化的模型。時空數(shù)據(jù)模型的狀態(tài)、過程和關(guān)系(流)

都基于柵格數(shù)據(jù)模型進行表達。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間空間離散化62(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立根據(jù)事物或?qū)ο笞兓念l率和歷時不同,時間的離散化也有很多方法。最簡單的是等時間長度的離散。時空數(shù)據(jù)庫中最短的且不可分割的時間段稱為記時單位(Chronon)

,類似于長度單位中的km、m

和cm

,記時單位可為a

、d、h、min、s

和ms

等。等時間長度離散的優(yōu)點是容易控制動態(tài)模型的時間參數(shù),包括開始時刻、結(jié)束時刻和時間步長,很容易和模型語言的循環(huán)控制語句相結(jié)合。時空離散化后,時空數(shù)據(jù)模型建模的一個重要考慮因素是如何確定模型的時間分辨率和空間分辨率。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立根據(jù)事物或?qū)ο笞兓?3(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間反饋控制

簡單的時間序列模型是對同一個函數(shù)輸入N

個不同的參數(shù)重復N

次計算,返回N

個結(jié)果,這類簡單的時間序列模型可以通過GIS

的批命令按時間序列順序執(zhí)行即可實現(xiàn)。復雜的時空模型往往是具有反饋機制的隨時間變化的現(xiàn)實世界的抽象模型,

T

時刻的輸出T+

1

時刻的輸入,循環(huán)迭代計算。這種循環(huán)反饋機制,要求時空模型語言支持循環(huán),分支條件判斷等機制,大大超出了傳統(tǒng)GIS

的宏語言的范疇。

(三)時空數(shù)據(jù)庫

3.時空數(shù)據(jù)模型的建立時間反饋控制

簡單64(四)時空分析空間分析是傳統(tǒng)GIS

的核心,而時空分析是時態(tài)GIS的核心。時空分析包括時空數(shù)據(jù)的分類、時間量測、基于時間的平滑和綜合、變化的統(tǒng)計分析、時空疊加分析、時間序列分析以及預測分析等。時空數(shù)據(jù)的分類指對時空數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分類體系進行重組,派生新的數(shù)據(jù)。時間量測指計算并顯示歷史數(shù)據(jù)的時間。基于時間的空間數(shù)據(jù)的平滑和綜合中平滑是根據(jù)對象在不同的時間的不同狀態(tài)推測對象的中間狀態(tài),綜合是根據(jù)一定的時間綜合原則對空間數(shù)據(jù)進行合并。變化的統(tǒng)計分析指根據(jù)時空數(shù)據(jù)對變化的速度、頻率、范圍等進行多種統(tǒng)計分析。(四)時空分析空間分析是傳統(tǒng)GIS

的核心,而時空分析是時態(tài)65(四)時空分析時空疊加分析是將不同時間的空間對象疊加在一起,主要包括,事件與事件的疊加、狀態(tài)與狀態(tài)的疊加、事件和狀態(tài)的疊加。時間序列分析指對一個對象根據(jù)時間序列進行空間上的排列,這種分析主要針對同一個對象不能同時在不同的位置的現(xiàn)象。預測分析是一種基于多種數(shù)據(jù)運用數(shù)學模型根據(jù)某種目的進行推理的一種綜合分析,如礦產(chǎn)資源的預測等。(四)時空分析時空疊加分析是將不同時間的空間對象疊加在一起,66(五)時空GIS的功能模塊設計時態(tài)GIS

的主要功能模塊應包括輸入、存儲、編輯和更新模塊,時空數(shù)據(jù)庫管理模塊,查詢和檢索模塊,時空分析模塊,顯示和輸出模塊等模塊。其中時空數(shù)據(jù)庫管理和時空分析模塊是時態(tài)GIS

所特有的功能,其余模塊雖然在傳統(tǒng)GIS

系統(tǒng)中也是具備的,但是在時態(tài)GIS

中也有其新的要求。

(五)時空GIS的功能模塊設計時態(tài)GIS

的主要功能模塊應包67(五)時空GIS的功能模塊設計時空數(shù)據(jù)庫管理模塊應提供時空數(shù)據(jù)庫的定義、時空數(shù)據(jù)庫的基本操作(包括復制、刪除等一般數(shù)據(jù)庫操作)

及數(shù)據(jù)交換(包括與其他數(shù)據(jù)庫、傳統(tǒng)GIS

數(shù)據(jù)庫及其他時空數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換)

功能。其中時空數(shù)據(jù)庫的定義與時空數(shù)據(jù)模型有關(guān),一個合理的時空數(shù)據(jù)模型必須考慮節(jié)省存貯空間,加快存取、查詢、分析的響應速度以及表現(xiàn)時空語義幾個方