关于对时态GIS数据结构的研究

蒋瑞祥

（安徽省合肥市新华学院国际教育学院，安徽 合肥 230088）

在GIS、时态数据库、人工智能等技术前提下形成和发展的综合性应用技术就是时态GIS，主要针对时空世界下按照自然规律发展的现象、事物的时空信息进行分析。综合当前状况来看，无论在实践还是理论层面，时空GIS均处于初步的研究阶段，然而具有非诶长广阔的发展及应用空间。

一、时态GIS主要研究内容

GIS系统在具备对地理现象时间行为进行表达功能的时候，就可以称之为时态GIS。若G15可以对地理现象的时间、空间信息进行表达、管理的情况下，能够借助GIS对现实世界进行动态化的分析，并完成存储操作，实现再现。由现实世界、人概念世界、数字世界至借助使用者改造活动在现实世界进行反馈，以上三大过程均涉及到地理信息科学知识，也就是应研究及分析地理认知模型，还应考虑社会、地理信息科学二者间的联系。

由于动态地理环境过程相对比较复杂，若把时间当成空间进行分析，视作可度量维数，不符合当下的实际状况，这同其不存在空间单位、本质有直接的关系，所以能够把时间、对象的改变进行综合性的分析，即使不能通过感官感受到，然而能够明确其效果。所以，空间对象相伴随改变为时间方式的最佳解释，改变涵盖了相对位置、变形。Hornsby等学者就构建了变化下的对象时空语义描述方式，认为变化描述语言就是定义语言，描述对象主要包括历史和现在均不存在、现在存在、历史存在而现在不存在三大状态[1]。结合这些状态能够对九类变化操作进行进一步的界定，依次为：持续存在、唤醒、创建、历史存在、无历史持续存在、破坏、现在不存在、遗忘、再生及删除。上述状态存在于变化研究时空内，适用语义均能够进行表达。此外，Worboys学者也对GIS和数据库领域的相关研究成果和经验，进行了进一步的归纳及总结[2]。汇总结果具体介绍如下：

以往GIS系统将地理实体空间成分的表示放在了重要位置，语义联系及内部联系所占比重矫情，该问题对GIS空间分析能力造成了较大的影响。如果没有对语义关系提高重视，会仅结合当下认识水平，针对整体性的地理世界开展硬性切割，无法主动对GIS在复杂的深层次空间进行深入的研究及分析。

所以公众均意识到，在处理GIS中时态问题的过程中，一方面要找到有效的数学方式，另一方面更要基于现实世界时空现象对表面之下的深层变化规律进行研究。因为实践过程中，改变时空数据的关键因素就是事件、事件发生，随着研究的不断深化，人们对事件和事件语义下的时态GIS模型进行了构建。

针对基础定义进行分析，地理实体空间拓扑关系的拓扑事件间的时态关系就是时空拓扑关系，其反映的是空间和时间下地理实体的相关性，要想对时空拓扑关系进行充分的展示，应对空间拓扑关系时变序列进行保存。

结合空间拓扑关系进行分析，若存在两个对象，二者会从开始的相离状态相向运动，经过相离、相接、重叠、相等、重叠和相接、相离多个过程，时空位置处在不断变化的过程中。因为模型对基于差异化时间下两个对象的空间关系的不同，所以能够进行对改变进行推测；再加上对象改变位置的情况下，能够对具体改变时间进行推测。

要想基于时态GIS，对已知、可能时态拓扑关系进行保存，当下在显示表达时空拓扑关系的过程中，开始逐步运用图论。针对一组具体事物间彼此关系的抽象代数进行研究即为图论的主要功能，能够对时空实体、时态关系进行有效的显式表达。尹章才等学者对一类建立在图论基础上的时空数据模型进行了研究和分析，针对时空实体借助图顶点进行表达，并对实体时态关系通过图变进行表达。时态GIS模型可以对保存的时空拓扑关系、时空实体进行显式表达，解决了已有图方式针对数据表达、保存借助快照序列来实现的问题。

结构统计和简便是时态GIS模型最显著的特征，能够高效化的管理、查询时空数据，使访问数据库的次数大大降低，并使数据获取效率得到了显著的提升，能够更加简便地对显示数据、历史数据进行分离。

二、数据结构类型的选择

GIS因为生命周期存在差异，而在时间分辨率要求方面也有所不同，然而并不影响选取数据模型。在模拟时空过程（关键是属性改变）的情况下，相对简便，可以基于静态GIS来实现，但是如果空间变化频率较大的情况下，具备相对严格的数据结构选取标准[3]。

栅格、矢量是两类主要的GIS数据结构，同时存在一体化数据结构圈、矢量一栅格混合型数据结构。结合时空过程种类进行分析，可以借助栅格结构表达适宜的连续变化，如果离散改变就需要运用矢量结构。矢量结构适用于网络结构、多边形结构等的表示；栅格结构适用于连续分布的空间目标。

三、时空目标的标识和同一性

实体指的是基于现实世界下不同现象的抽象化概括，能够通过数字形式在计算机中进行表达，也叫作对象或目标。点、线和面等均属于空间目标，如果多边形出现改变，对于形成多边形或者一致多边形出现状态改变这一问题就是目标标识。目标状态的所有、随意部分均能够在时间变化的同时出现改变，系统结合特定规则，明确基本元素即选取子集，也就是系统ID。系统下目标属性数据、空间数据二者的融合过程也应用到ID，其基于关系数据模型下就是码及关键字。

所以对用户标识（U-ID）理念进行构建，GIS面向使用者提供服务，使用者影响目标是新生成还是改变。由于相同现象的抽象结果可能存在差异，所以用户标识、系统ID可等也可不等。