时空数据模型研究进展及其发展方向

时态GIS作为GIS理论和技术研究前沿领域的一个难点问题,越来越被重视,其时空数据模型的设计和实现一直是研究重点.在分析Gail Langran的4种典型时空数据模型基础上,重点讨论了时空数据模型的一些最新研究成果.针对现有研究存在的诸多问题,建议时空数据模型研究应主要从语义、通用以及实用3个角度出发.     

地理信息的时态性分析及时空数据模型的研究

地理信息系统中 ,时间、空间和属性是信息的三种基本成分 ,理想的地理信息系统应支持信息的时态性 ,对时空数据进行统一的模拟和管理。由于当前的地理信息系统软件难以处理时态现象 ,时空数据模型已成为GIS领域的一个研究热点。本文首先分析了地理信息的时态性 ,之后讨论了当前时空数据模型的研究现状 ,在此基础上 ,提出了一种面向对象时空数据模型 ,并从三个方面描述了该模型的数据结构 ,包括时空对象结构、时空数据组织方式和时空数据存贮方式     

地理信息的时态性分析及时空数据模型的研究

地理信息系统中 ,时间、空间和属性是信息的三种基本成分 ,理想的地理信息系统应支持信息的时态性 ,对时空数据进行统一的模拟和管理。由于当前的地理信息系统软件难以处理时态现象 ,时空数据模型已成为GIS领域的一个研究热点。本文首先分析了地理信息的时态性 ,之后讨论了当前时空数据模型的研究现状 ,在此基础上 ,提出了一种面向对象时空数据模型 ,并从三个方面描述了该模型的数据结构 ,包括时空对象结构、时空数据组织方式和时空数据存贮方式     

一种面向对象的时空数据模型

地理信息系统中，时间、空间和属性是信息的3种基本成分，理想的地理信息系统应支持信息的时态性，对时空数据进行统一的模拟和管理。由于当前的地理信息系统软件难以处理时态现象，时空数据模型已成为GIS领域的一个研究热点。首先对当前时空数据模型研究现状进行了分析，在此基础上，提出了一种面向对象时空数据模型，并从3个方面描述了该模型的数据结构，包括时空对象结构、时空数据组织方式和时空数据存贮方式。     

GIS中的时空数据模型研究

状态与事件是时态地理信息系统(TemporalGIS ,TGIS)的一对基本概念,目前时空数据模型研究侧重于将两个概念相分离,表现为基于状态模型和基于事件模型,无法兼顾两种模型的优点。本文提出了基于状态-事件的时空数据模型,并系统阐述各时空数据模型之间的相互转换条件。     

ArcGIS支持下的土地利用时空数据库设计与功能实现

时空数据模型是时态地理信息系统(TGIS)的核心,它能够有效组织和管理时态地理数据,但由于其复杂性,目前仍然是一个非常具有挑战性的课题。本文介绍了与时空数据模型相关的研究概况,包括时空数据模型的研究进展、时空数据库中的时间和时空拓扑关系,探讨了土地利用时空数据模型的设计和功能实现,阐述了时空数据模型中变化的概念,在此基础上利用基态修正模型的思想,对模型的框架进行了设计,并给出了变化信息的提取方法,利用ArcGIS丰富的空间分析功能对变化土地利用信息进行了提取,最后给出了时空数据库结构的设计。     

地籍管理中时空数据模型研究

地籍信息系统是一种典型的时态地理信息系统,其技术关键就是在于用适当的时空数据模型来组织地籍数据库。本文简要介绍了几种主流的时空数据模型,重点从建模方法、时空数据组织和时空数据操作三个方面阐述了地籍管理领域时空数据模型的研究进展,探讨了存在的问题,提出了未来发展方向的建议。     

时空数据模型探析

描述了时空数据模型的定义及其发展现状,通过介绍时空数据模型分类的情况、时空集成的时空数据模型与地理信息的时态性分析,丰富了时空数据模型理论。最后对时空数据模型的将来发展方向做出了一些展望。     

基于特征-版本的时空数据模型在湿地管理中的应用研究

讨论了传统时空数据模型的特点,设计了Geodatabase支持下的基于特征-版本的时空数据模型,并详细介绍了该模型的时态逻辑关系和存储结构。该模型节约了数据存储空间,有效保持地理现象的完整性,并具有较高的时空查询效率。针对扎龙湿地,构建了湿地时空数据库,并设计扎龙湿地时态地理信息系统,实现历史重构、地理对象发展与回溯、时空复合查询等功能,有效完成湿地时空数据的管理任务。     

版本差量式时空数据模型研究

时空数据模型是时态地理信息系统的关键和核心。本文在分析国内外已有研究成果的基础上,结合国家基础测绘项目,提出了“版本-差量”式时空数据模型,采用“版本管理-动态关联”以及“动态分级索引”技术实现时态地理数据的存储管理和查询检索。该模型能有效降低数据冗余,提高数据访问效率。     

基于任务过程的战场环境对象时空数据组织模型

军事信息系统始终以面向任务为核心,战场环境数据模型也是围绕作战任务来建立的。针对目前基于任务的战场环境信息系统研究尚不完善,现有的GIS时空数据模型还不能完全满足战场环境时空分析的需要。在对目前几种经典的时空数据模型分析的基础上,以基于对象的数据模型为理论基础,以过程驱动方法为建模机制,设计了适合战场环境领域的时空数据组织模型结构,实现了对复杂环境对象的可操作性。通过模型在战场环境分析系统中的应用,证明了其任务过程和地理空间数据的可对象化描述、组织、存储和查询功能。     

一种基于特征-语义的时空数据组织方法

在全面研究时空数据模型理论及构建方法的基础上,本文采用面向特征的数据模型构建方法结合时空语义思想,并引入无缝时空理念,探讨了一种基于特征的无缝时空数据模型构建方法。该模型将地理时空过程特征抽象为特征对象、特征事件、特征过程,不仅能够实现地理实体的空间数据组织及复杂拓扑分析,而且,通过描述特征事件、特征过程及其相互关系实现时空语义表达,进而实现海量信息存储以及高层次时空分析,也为通用性时空数据模型的构建提供了一种新思路。     

Recent Literature

Development of a temporal geographic information system (GIS) and spatio-temporal data modeling are key to incorporating time into geographic information science. This paper describes how to design and develop temporal GIS that will work with spatio-temporal data represented in various data models, and it introduces a prototype temporal GIS with a case study. In temporal GIS, the integration of multiple spatio-temporal representations is based on common spatial and temporal reference systems. In other words, a map window of temporal GIS visualizes spatio-temporal data valid at the same time within one spatial area. To achieve such visualization, separate data editing and query modules are required for each spatio-temporal data model (STDM). In the temporal query interface, after a user specifies a time, the system automatically hires correspondent modules to retrieve spatio-temporal data valid at that time. Besides temporal queries common to all STDMs, each module may provide additional temporal query capabilities specific to that STDM. In the case study, I implement a prototype temporal GIS for three STDMs. The examples of query and visualization, which use three datasets (census data, land use/land cover, and elevation data) demonstrate the prototype temporal GIS can integrate multiple temporal representations.     

时态信息可视化模型研究及实现

时间问题是地理学中一个基本的研究问题。随着空间技术和现代信息基础设施的飞速发展,使得空间信息具备了较强的时态特性,传统静态地图中的可视化表达方式已无法满足时态信息的动态表示需求,如何在空间格局上和基于时间维的动态演化过程中,提供时态信息模拟结果的可视化分析和表达,是不可忽缺的一个环节。针对当前时空数据模型较多,而可视化研究相对较少的现状,在充分研究时态信息特点的基础上,研究了可视化动态过程所涉及的相关模型,包括概念模型、时空耦合模型以及预测模型等。     

基于Kevin-Ian 3D模型的紧致时空数据模型

利用时间标识的方式来建立时空数据模型，无论是全局标识，还是各种程度的局部标识，都存在着许多问题；把时间当做独特的要素对待，不能较好地实现时空一体化。在研究Kevin-Ian 3D模型的基础上，提出了把时间和空间同等对待的紧致时空数据模型。该模型通过对时空中的点、线、面、体的描述，可以较好地解决时空数据库的数据冗余、时间拓扑等问题，同时具有较强的描述实体变化的能力。     

以事件为核心的面向对象时空数据模型

GIS中时态问题的解决不仅要在数学上寻求方法的支持，更应该在现实世界的时空现象中去探求其内在的变化规律。事件是驱动时空数据发生变化的根本原因，但每一次事件对数据对象的影响总是局限于一定的范围，这内在地表现为对象的属性之间的时空内聚性并决定了时态数据管理的对象粒度。时空数据模型的设计必须参照这一规律才能在冗余与效率之间取得平衡。在简要分析现有的几种典型时空数据模型的基础上，根据上述观点设计了一种以事件为核心的面向对象时空数据模型。房产信息系统的设计与实现证明，该模型对于时空数据管理效果较好，为进一步抽取变化的模式和预测决策奠定了基础。     

面向过程的时空数据模型研究

根据近20年来时空数据模型的研究现状、存在问题及其原因剖析,以连续渐变地理实体的表达、组织和存储为研究对象,提出面向过程的时空数据模型。根据连续渐变地理实体的内在特性,将其分级抽象为过程对象系列,进一步探讨过程对象及过程对象间逻辑关系,并设计其UML模型结构及物理存储结构。通过抽象的过程对象隐式地记录地理实体动态变化机制,及自定义的过程对象存储表提供演变机制的函数接口模式,实现连续渐变地理实体的过程化组织、存储与动态分析。最后,以海洋数据的过程化组织与分析为例,构建时空过程模型原型系统(海洋过程对象—关系数据库系统与功能分析平台),验证和评价该模型的实用性。     

面向地理空间信息的轨迹模型及时空模式查询

轨迹数据处理与分析是目前空间信息和数据库等相关领域的研究热点之一。本文从Stop-Move轨迹模型出发,通过集成地理空间上下文信息来建模轨迹数据,并研究轨迹时空模式的查询处理技术。首先分析Stop/Move对象与点/线/面地理空间要素之间的时空关联关系,据此提出显式表达该关联语义的地理关联轨迹模型,在此基础上利用关系-对象数据库技术,为地理关联轨迹模型设计独立于应用的关系模式,接着定义轨迹时空模式查询,并提出基于地理关联轨迹关系模式的SQL处理框架,最后以典型性检索请求为例,讨论分析位置-时间、位置-顺序和位置-关系等三类轨迹时空模式查询的纯SQL处理技术,并以样例轨迹数据验证了本文方法的可行性。     

地理学视角下测绘地理信息再透视

系统回顾了地理信息系统产生以来地理信息内涵发展与拓展的主要历程,指出地理信息的定义一直是在"空间+属性"的地图信息基本框架下逐步扩展,其发展历程经历了地图GIS、语义GIS、时空GIS和大数据GIS 4个不同的阶段,但仍无法满足时空大数据的分析和应用需求。从地理学研究的对象和内容出发,对地理学所需要的"地理信息"的内涵和外延进行了系统的梳理总结,提出了涵盖"空间定位""语义描述""属性特征""几何形态""演化过程""要素相互关系"的地理信息六要素表达模型。在地理定律和地理规律的指导下,面向地理现象空间分布、时空格局、演化过程、相互作用机理的集成表达、系统分析和高效管理,设计了六要素集成表达的几何代数统一GIS数据模型、地理规律与相互作用驱动的新型GIS数据结构、非结构化时空数据组织与存储等关键技术,为测绘地理信息走向地理科学信息提供了另一个理论基础与技术方法支撑,有助于提升GIS对地理格局、演化过程和要素相互作用等地理规律的组织、管理、表达和分析能力。