时空数据库简述

时空数据库简述



地理信息系统(GIS)所描述的现实世界是随时间连续变化的。当前GIS研究的一个热点是要实现动态空间数据的追踪与分析，并在此基础上进行预测预报和辅助决策，即在传统GIS的基础上考虑时间变化，将时间作为一个与空间同等重要的因素引入到GIS中来，这便产生了时态GIS (TGIS)。本节课首先概述了时态GIS的概念，同时对时空数据可模型和时态拓扑关系进行了详细的介绍。

近些年来，GIS中随时间而变化的信息越来越受到人们的关注，这种随时间变化的信息称为时空信息。时空信息是对地理实体、地理系统特征、时间变化、空间分布的描述；是对区域分异和区域发展等地面特征的综合，空间、属性和时间是其三要素。

当前，TGIS的研究重点主要在四个方面：(1)时空数据库模型：如何设计并建立一个有效的数据库结构来存储时空数据。〔2)时空分析和推理：即如何根据数据库中的大量的时间序列数据和空间数据进行包括时间推理和空间推理在内的数据分析。（3)时空数据库查询系统：目前主要研究的是时空数据库查询语言。真正数据库管理系统层次的研究仍很少见。(4)时空数据的可视化研究；着重探讨不同时间数据的显示、制图和符号化等问题。

时态GIS或四维GIS就是要在GIS中考虑时间变化的概念，其关键问题是建立合适的时间与空间联合的数据模型—时空数据模型。

时空数据库是地理信息系统(GIS)的应用基础，而时空数据模型是时空数据库的理论基础。时空数据模型是以概念方式对客观世界的抽象，是一组由相关关系联系在一起的具有动态特性的实体集，它通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成。主要包括以下五种模型，即时间附加型、时间新维型、面向对象型、基于状态和变化的统一模型、以及时空数据模型。

然而，GIS业界在时空数据模型上存在很大的分歧,这主要是因为一方面各人对抽象语义的理解有所不同，不同的现实世界观会导致不同的数据模型。另一方面，到目前为止，我们对空间信息本身的认识还是分散的、经验性的和非形式化的，这就严重影响了数据模型的完备性。特别是针对GIS的需要，各种几何数据模型与语义数据模型往往交织在一起，共同完成对客观世界的描述，于是造成在时空数据模型上的混乱和不完备性。

TGIS所产生的问题很大程度上受到数据模型设计与数据表现方法的影响。由于现有的时空数据模型多是从计算机表达的角度出发。而不是面向地学问题的，所以缺少对地理实体或现象的显式定义和基础关系描述,不能在语义层次上实现数据的共享。传统的基于专题地

理分层的空间数据表达思想和单一图层内以矢量或栅格数据结构基本单元作为地理实体或现象基本建模单元的表达方式，对于复杂地理实体或现象的描述及地理过程分析存在严重不足。

时间的引入增加了数据库答理的复杂性，也对地理信息系统的建设提出了更高要求。基于特征的时空数据模型可以更好地与地学问题相结合，为地理现象及特征实体的几何、语义、时态等数据的一体化表达提供了统一的框架，是新一代地理信息系统的核心所在。对于基于特征地理信息系统的研究，迫切需要在特征分类、逻辑模型、数据结构、空间索引、空间查询、时空分析方法、多重表达等方面进行深化，以促进新一代地理信息系统的顺利发展。这也是在新世纪发展我国GIS事业的重点任务。