时态GIS导言
首先，以《蓝海战略》中的一个真实故事说明基于空间和时间的分析对于人们的生产和生活的重要作用：
“以纽约市警察局（NYPD）为例，20世纪90年代它在公共部门执行了一项蓝海战略。比尔?布雷顿在1994年出任纽约市警察局长，他面临的重重困难是很少有人经历过。在90年代初，纽约市的谋杀案发生率居高不下，骗子、黑手党、持枪抢劫充斥各报刊头条。然而在不到两年时间里，没有增加一分钱预算，布雷顿成功地将纽约转变为美国最安全的城市在1994到1996年间，纽约警察局的“利润”跳跃式增长：重大案件减少了39％、谋杀案减少了50％、盗窃案减少了35％；赢得了“客户”：盖洛普民意调查显示民众对纽约警察局的信心由37％上升到73％；也赢得了雇员：内部调查显示警察局的工作满意度达到新高。
与传统经验相异的是，克服一项巨大的挑战，不需要时间和资源上进行同比例的投入，而应把精力集中于找出具有非凡影响力的关键因素，让他们发挥杠杆作用，节约资源和时间。
布雷顿在纽约运输警署的前任们争辩说，要保障地铁安全，就应该在每一条线路派一名警员乘坐，并在每一个进出口巡逻。然而，布雷顿没有要更多的警员，而是将警力配备到热点地区，使地铁上的犯罪、恐惧和混乱都急剧下降，创下历史上的最低记录。他的分析表明虽然地铁系统由很多线路和进出口组成，但大多数犯罪发生在少数几个站和线路上。他还发现，一些对防治犯罪具有特别影响力的热点却缺少警力，一些几乎从未有犯罪发生的线路和站点却配置了同样多的警员。答案就是要重新配置警力到热点地区以打击犯罪，这样在警力不变时能使犯罪率大幅下降（注：资源的空间优化配置）。同样，在布雷顿来纽约警察局前，其禁毒处是朝九晚五、一周五天执勤，其人手只占整个警察局人数的5％。为了找出热点，在与纽约警察局领导会面时，布雷顿手下负责犯罪战略的副局长杰克?迈普问在座的人，估计有多少比例的犯罪与使用毒品有关？多数回答说有50％，还有的说是70％，最低估计也有30％。如此看来，正如如迈普所指出的，
禁毒处占全局不到5％的警员不能不说是人手不足，而禁毒处通常是周一到周五工作，但毒品交易大部分发生在周末，与毒品相关的犯罪也总是发生在周末。为什么原来的工作方法从来没有受到质疑呢？当找到这些事实，热点也被识别出来（注：资源的时间优化配置）。布雷顿在纽约警察局大规模重新配置警力和资源的方案很快被接受。相应地，布雷顿为热点增加了警力和资源，结果毒品犯罪直线下降。”
1 时态GIS的概念及意义
时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。随着时间的推移，地理现象的特征会发生变化，且这种变化可能很大。如何处理数据随时间变化的动态特性，即GIS中的动态信息，是GIS面临的新课题。现有的GIS大多不具有处理数据的时间动态性，只是描述数据的瞬时状态。如果数据发生变化时，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，这类GIS就是我们说的静态GIS。而在很多应用领域（地籍变更、环境监测、抢险救灾、交通管理等）要求GIS能提供完善的时序分析功能，高效地回答与时间相关的各类问题，因此，必须在静态GIS中增加对空间信息的管理和处理功能，这种能在时间和空间两方面全面处理地理信息的系统，即时态GIS。
时空GIS采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息（或时空信息）。它不仅包含传统地理信息系统的空间特性，而且涵盖时间特性；它不仅反映事物和现象的存在状态，而且表达其发展变化过程及规律。时态GIS的操作对象是时空信息，其特点是在系统中增加对时间维的分析表达能力，提供历史分析与趋势分析的功能。
时态GIS的关键问题是建立合适的时间和空间联合的数据模型-时间数据模型，更有效地组织、管理和完善时态地理数据、属性、空间和时间语义，以便重建历史状态、跟踪变化、预测未来。时态GIS作为GIS研究和应用的一个新领域，正受到普遍的关注。随着存储技术的飞速进步，大容量时态数据的存储和高效处理有了必要的基础条件，使时态GIS的研究和应用成为可能。
2 时态GIS的研究重点以及已有成果
空间、事件和属性是构成地理信息的三种基本成分。时态GIS能够跟踪和分析随时间变化的空间、非空间信息的地理信息系统。怎样有效地运用时间信息，以及如何将时间、空间及属性数据有效地结合起来，是时态GIS研究的重点。
时态GIS的关键是时空数据模型，时空数据库是包括时间和空间要素在内的数据库系统，其建立依赖于时间的表示方法。1992 年Gail Langran发表博士论文《地理信息系统中的时间》,标志着GIS时空数据建模的正式开始。时空数据模型的研究是时态GIS发展的关键所在,是实现不同尺度、不同时序空间数据互动与融合的基础。当前主要的时空数据模型包括:
（1）空间时间立方体模型( Space - time Cube)
Hagerstrand最早于1970年提出了空间- 时间立方体模型,这个3维立方体是由空间两个维度和一个时间维组成的,它描述了2 维空间沿着第三个时间维演变的过程。任何一个空间实体的演变历史都是空间—时间立方体中的一个实体。该模型形象直观地运用了时间维的几何特性,表现了空间实体是一个时空体的概念,对地理变化的描述简单明了、易于接受,该模型具体实现的困难在于3维立方体的表达。
（2）序列快照模型 ( Sequent Snap shots)
快照模型有矢量快照模型和栅格快照模型。它是将一系列时间片段的快照保存起来, 各个切片分别对应不同时刻的状态图层,以此来反映地理现象的时空演化过程,根据需要对指定时间片段进行播放,有些GIS用该方法来逼近时空特性。这种模型的优点:一是可以直接在当前的地理信息系统软件中实现;二是当前的数据库总是处于有效状态。但是,由于快照将未发生变化的所有特征进行存储,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,较难处理时空对象间的时空关系。
（3）基态修正模型 (Base State with Amendments)
为避免快照模型将每次未发生变化部分特征重复进行记录,基态修正模型按事先设定的时间间隔进行采样,它只存储某个时间数据状态(基态)和相对于基态的变化量。该模型也有矢量和栅格两种模型。基态修正模型中每个对象只需存储一次,每变化一次,只有很小的数据量需要记录,只将那些发生变化的部分存入系
统中。这种模型可以在现有的GIS软件上很好地实现,以地理特征作为基本对象,更新式的操作可以基于单个地理特征而实现。因为要通过叠加来表示状态的变化,这对于矢量数据来讲效率较低,而对栅格数据比较合适。但也没有考虑到由一种状态转变到另一种状态的过程,而实际中可能存在一种“伪变化”,因此有人提出需要设计“过程库”来记录表达变化过程,即基态修正模型的扩展。
（4）空间时间组合体模型 ( Space - time Composite)
该模型是Chrisman于1983年针对矢量数据提出的,Langran和Chrisman于1988年对它进行了详细描述。模型将空间分隔成具有相同时空过程的最大的公共时空单元,每个时空对象的变化都将在整个空间内产生一个新的对象。对象把在整个空间内的变化部分作为它的空间属性,变化部分的历史作为它的时态属性,时空单元的时空过程可用关系表来表达。若时空单元分裂时,用新增的元组来反映新增的空间单元。这种设计保留了沿时间的空间拓扑关系,所有更新的特征都被加入到当前的数据集中,新的特征之间的交互和新的拓扑关系也随之生成。该模型将空间变化和属性变化都映射为空间的变化,是序列快照模型和基态修正模型的折衷模型。其最大的缺点在于多边形碎化和对关系数据库的过分依赖。
（5）面向对象的时空数据模型(Object - oriented)
面向对象的时空数据模型是基于上述几种模型提出来的并取得了很好的效果。该模型的核心,是以面向对象的基本思想组织地理时空。其中对象是独立封装的具有惟一标识的概念实体。每个地理时空对象中封装了对象的时态性、空间特性、属性特性和相关的行为操作及与其他对象的关系。时间、空间及属性在每个时空对象中具有同等重要的地位,不同的应用中可根据具体重点关心的方面,分别采用基于时间(基于事件) 、基于对象(基于矢量)或基于位置(基于栅格)的系统构建方式。
以上的模型都存在一定的优缺点,规范化的时空数据模型的研究正处在探索阶段。学者们对于其他的模型也在做积极的探索,例如陈军研究的非一范式关系时空模型; Ed Nash的一种时空网络规划模型;徐志红的基于事件的语义时空数据模型等。
3 时态GIS具备的功能
从功能上讲，时态GIS除了具备静态GIS的所有功能外，还应该提供：（1）档案功能：记载GIS数据随时间的演变，回溯历史是时态GIS最基本的功能要求；（2）分析功能：以原始为基准，考察变化，预测未来，提供辅助决策功能；（3）更新功能：保证GIS数据的现势性，失去了“实时”更新的时态GIS就成立了普通的静态GIS；（4）查询功能：以动态方式，回答用户的关于“何时”，“何地”，“怎样”的询问；（5）其它功能：包括逻辑容错，即保证GIS数据库的逻辑一致性；时态安全，就是时态变迁中的安全保密随时态变化而变化。
4 时态GIS的主要应用领域
由于具有动态地反映地理现象变化的特点，时态GIS可以用于诸多科学和工程领域，有一些学者逐渐将其应用于地籍变迁管理、地貌变动、气候变化及智能交通系统等领域，取得了一定的成果。
以下主要介绍时态GIS在治安、地籍管理、人口历史变迁、河道管理的应用：（1）在治安方面，不同的案件的发生都具备时间特征，例如：毒品交易按多发生在晚上10：00至凌晨1：00，抢劫案多发生在晚上下班高峰期的6：00至8：00。由于目前很多公安部门的警员数量吃紧，为了确保制定有效的治安措施，合理部署警力，公安部门在重点治安区域划定、巡逻路线规划和警力部署时，需要充分考虑各类案件发生的时间特征，在不同的案件的聚集发生时段和热点区域重点部署警力。所有这些措施的实现，都需要事先研究整个地区的长时期的案件发生数量和案件类型，分析每类案件的时间变化趋势和时间分布特征，这就是时态GIS在公安行业的有效应用。《蓝海战略》中的纽约警察局长比尔?布雷顿正是因为充分分析了犯罪现象的时间和空间分布特征，找出热点区域，有效利用有限的警力资源，实现了纽约治安环境的彻底转变。
（2）地籍管理的核心是土地权属，即土地的使用权和所有权。使用权和所有权是有时效性的，会随着时间发生变化。随着时间的推移，宗地的空间形状也会发生变化，因而时间是地籍管理信息系统的一个重要要素和组成部分。目前现有的非时态地籍变更管理信息系统仅能反映土地的利用现状，在宗地发生变更后，系统通过增加新信息或利用新信息替换旧信息来保障土地数据信息的现势性，对于土地的历史数据通常的做法是采用每隔一定的时间对系统所生成的所有
数据进行备份，这样存在很大的数据冗余，恢复宗地历史过程复杂，且不能连续查询某一宗地的历史变化过程，无法正确评价某一历史时刻的土地利用状况和预测其发展趋势。一个完善的、能够反映地籍信息随时间动态变化的地籍信息系统必须将时间属性纳入其中，因而就发展成为时态地籍信息系统，它与传统的地籍管理信息系统的区别是，除了存储与宗地有关的空间数据和属性数据外，还需要保留宗地的历史信息。为了充分发挥地籍信息系统为政府各部门以及公众服务的作用，还须实现系统对空间数据的查询，即具备时空查询功能。
（3）在人口信息系统中，由于人口的变迁，每次人口普查以后都需要对人口空间数据库进行更新。不同时期的人口空间数据库反映了是当时的人口分布状况，人口空间数据库的变化反映了时间系列上的人口变迁，对于研究社会现象有非常重要的意义。因此，每次更新人口数据时，都需要保留人口历史数据，通过动画或者历史数据回放的方式展现人口的变迁规律，并且还可以将历史数据与自然资源、社会资源等多要素叠加分析，得到人口变迁的社会原因和自然原因。
（4）河流对于人流、物流和信息流的正常运行，以及沿河地区的经济发展具有重要意义，因此必须保证通航安全，提高通航条件。由于自然和人为的因素，航道水底暗礁、水深等信息均会不断发生变化，为保证航道信息的现势性，保证通航安全，需要定期更新航道数据库。事实上，航道测量数据库的历史数据反映了航道的淤积情况，通过分析历史数据，可以制定有效的疏浚方案，采取措施减缓航道淤积的状况。此外，航道空间数据库中还保存航道周围地区的人文和自然信息，通过记录这些要素的历史数据，可以分析得出航道对周围地区的自然条件的影响和对社会经济的拉动作用。因此，必须在更新航道数据库时保存历史数据，通过设定时间段或者时间点，可以回溯到相应历史时期的航道情况，通过历史数据统计图表、历史数据回放等功能，通过动画或者动画图表的方式反映航道的历史变迁、以及河流给周围地区带来的影响。
4 时态GIS在ArcGIS 9.2中的实现
时态GIS是GIS的一个热门话题，能够展现和分析整个地理过程，可以重演历史，预测未来。时态GIS是将时间属性添加到空间数据库中，因此时间数据存储方式是时态GIS的基础，在此基础上需要实现的功能包括数据归档功能、查
询功能、可视化和变化分析、以及实时数据的获取。
ArcGIS 9.2针对时态GIS的数据组织需求以及功能需求，提供的相应的解决方案，包括：时间数据的存储格式NetCDF、时空数据建模、历史数据归档功能、多维数据图表分析、时间动画、追踪分析功能、实时数据获取等功能，此外本次讲座还将介绍在3D环境如何实现时态GIS功能。
参考资料：
[1]ArcGIS Desktop Help
[2]邹逸江. 多维空间分析的关键技术-空间数据立方体. 地理与地理信息科学.
[3]潘宝玉,许传新等. 多维时态城镇地籍管理信息系统设计构想. 山东国土资源.
[4]张树兵,庞勇等. 基于时态GIS的飞机地面作业系统数据管理. 计算机工程.
[5]王春波,张军等. 基于事件的时空数据模型应用研究.测绘科学.
[6]宋玮,王家耀等. 面向对象时空数据模型的研究. 测绘科学技术学报.
[7]任家东,高伟等. 时空数据库中时空查询语言的设计与实现. 计算机工程.
[8]王贺封. 时空数据模型及TGIS研究. 测绘与空间地理信息.
[9]曹伟,花向红等. 时态GIS及其应用. 地理空间信息.
[10]袁国斌,李三玉等. 时态GIS模型研究. 计算机工程与科学.
时态GIS
近年来，时态GIS逐渐成为GIS的一个热门话题。传统的GIS侧重于展示和分析某一时刻事物和现象的空间分布，而时态GIS通过将时间属性信息添加到空间数据库中，能够展现和分析整个地理过程，可以重演历史，预测未来。
传统GIS是管理空间数据库，而时态GIS是管理随时间发生变化的空间数据库。因此时态GIS数据格式是基础，在此基础上必须实现的功能包括：（1）归档：记录GIS数据随时间的演变，便于回溯历史；（2）查询，通过构建查询表达式，了解过去某一时刻或者某一时间段的事物和现象的状态；（3）可视化与变化分析：通过制作统计图、分类图或者动画等方式直观了解动态变化过程；（4）实时更新：通过与实时数据获取设备连接，获取实时数据，以保证时态GIS数据库的时效性。本次讲座针对时态GIS的这些特性，介绍了ArcGIS 9.2提供的相应的解决方案。包括：
第一讲时间数据的存储格式NetCDF
第二讲历史数据归档
第三讲多维数据图表
第四讲时间动画
第五讲历史追踪分析
第六讲实时数据获取
第七讲时空数据建模
第八讲3D环境下的时态GIS应用介绍
“ 时空数据建模部分”这一部分内容本应该放在第一讲中，但由于偶了解不
是很深，打算最近多搜集这方面的资料，先自己深刻体会一下再给大家讲，所以把这一部分内容放在第七讲。请大家见谅。
第一讲时间数据的存储格式NetCDF
在ArcGIS中可以通过多种方式给空间数据库添加时间属性信息。例如对点、线、面等矢量数据结构的属性表，通过添加属性字段或者关联到时间表来存储时间属性；对于栅格数据来说，可以利用一个Table 存储不同时间获取的栅格图像，记录栅格图符号以及相应的获取时间；还有一种方式就是采用多维数组，将时间作为一维存储，包括NetCDF、HDF格式，主要用于地球、大气和海洋科学。把时间属性添加到空间数据库以后，就可以实现动画图表、时间动画以及追踪分析功能。
在ArcGIS 9.2中，添加了NetCDF这种多维数组来存储时间属性信息。NetCDF可以是N维数组: X维（例如：经度）、Y维（例如：纬度）、Z维（例如：海拔）、时间维、其它维等。NetCDF可以表现的地理现象有多种，包括：温度、湿度、气压、盐度等。NetCDF所表现的地理单元可以是规则格网、不规则格网、或者是点数据。
假设有2005年1月1日、2006年1月1日、2007年1月1日的三幅NDVI 影像图。可以采用三维数组的方式存储到空间数据库中，包括X维、Y维和时间维。可以表达的地理现象是：不同的地理位置上，不同时间的NDVI值。
如果在三维数组的基础上添加了第四维，例如添加了海拔维，则可以表示的地理现象是：在不同的地理位置和不同的时间点，气压随海拔高度变化而产生的变化。
由于NetCDF是一种灵活的、自描述的、并能表达大量数组数据的格式，因此NetCDF在地球、海洋、大气科学中得到了广泛的应用。数据文件包含元数据信息，不用预读全部数据，可以直接读取某一数据子集，一个写用户和多个读用户可以同时使用一个数据文件
NetCDF文件是二进制文件。在文件头是元数据信息，用来描述NetCDF的维数、变量和属性，方便用户获取NetCDF数据的含义。NetCDF文件的结构是
通过CDL符号来描述，它是ASCII格式。
NetCDF不能直接通过添加数据按钮添加到ArcGIS中，需要利用Toolbox 中的工具转化为Raster、Feature图层或者表格才能在ArcGIS中使用。还可以利用工具将GIS数据导出成NetCDF。
转化以后的NetCDF数据与普通GIS数据一样，可以实现很多GIS功能，
包括：
显示：NetCDF显示工具同普通栅格和矢量图层相同
图表：同其它图表一样以表单为驱动
动画：多维数据可以通过其中一维制作动画（例如时间、压力、高程等）分析：NetCDF图层和图表同普通图层一样工作(例如对NetCDF点要素创建缓冲区，投影栅格数据、查询表单等等)
历史数据归档
数据的现势性对于一个信息系统来说是非常关键的，因此需要定期或者不定期对数据进行更新，以保证信息系统对业务活动做出贴合实际情况的决策分析。事实证明，很多信息系统的功能非常强大，但由于数据的陈旧而不能发挥应有的作用，最终导致系统的瘫痪。
除了数据的现势性非常重要以外，数据更新过程中产生的历史数据也非常重要，因为它蕴含丰富的信息，可以提炼出很多有价值的信息。以人口信息系统为例，假设数据依托单元为行政区划，行政区划的空间信息保持不变，但是由于人口的变迁，每次人口普查以后都需要对人口空间数据库进行更新。不同时期的人口空间数据库反映了是当时的人口分布状况，人口空间数据库的变化反映了时间系列上的人口变迁，对于研究社会现象有非常重要的意义。因此，每次更新人口数据时，都需要保留人口历史数据，通过动画或者历史数据回放的方式展现人口的变迁，并且还可以将历史数据与自然资源、社会资源等多要素叠加分析，得到人口变迁与自然和社会环境的相关关系。
再以某河流为例：河流对于人流、物流和信息流的正常运行非常重要，对沿河地区的经济发展具有重要意义，因此必须保证通航安全，提高通航条件。由于自然和人为的因素，航道周围的人文和社会信息、水底暗礁、水深等信息均会不断发生变化，为保证航道信息的现势性，保证通航安全，需要定期更新航道数据库。事实上，航道空间数据库在不同时期的数据内容反映了相应时期的航道周围的社会经济和自然状况，反映了航道的淤积过程，航道历史数据对于分析和了解
航道情况、制定航道发展和治理计划、以及提高通航水平、分析航道对周围地区的经济带动作用非常关键。因此，必须在更新航道数据库时保存历史数据，通过设定时间段或者时间点，可以回溯到相应历史时期的航道情况，通过历史数据统计图表、历史数据回放等功能，通过动画或者动画图表的方式反映航道的历史变迁、以及河流给周围地区带来的经济拉动作用。
在ArcGIS 9.2版本之前，用户要更新ArcSDE Geodatabase中的空间数据，必须先注册一个Version（版本），每个用户都是在自己的版本中对数据进行编辑，不会产生“悲观锁定”的现象，因此实现了长事务处理和多用户编辑。用户每更新一次数据库，都要新建一个版本，更新完以后，可以保留该版本，因此用户可以通过版本记录数据库的更新信息，并且通过选择相应的版本，浏览当时的数据库状态，从某种意义上说，版本也提供了历史数据回放的功能。但是用户创建版本以后，每个版本保存的只是更新的结果，数据保存在Delta表中，并不具备时间属性信息，因此只能实现数据库历史状态的浏览，而不能实现历史数据的分析功能，例如：时间动画、历史数据回放等功能。因此版本只能提供部分时态GIS 功能。
在ArcGIS 9.2中，通过Geodatabase的Archiving功能实现历史数据归档功能。
历史数据归档实际上是将空间数据库的所有变化都保存下来，记录其变化的时间和变化后的状态，并且提供工具访问某一时刻或者某一时间段的数据库状态。历史数据归档功能所创建的历史数据档案库，因为具备时间属性，因此可以利用时间动画、动画图表以及历史数据回放功能，实现历史数据档案库的动态显示，反映事物和现象的动态变迁过程，更加直观。
时间数据归档功能是在ArcInfo和ArcEditor中提供的，针对的是完全版本化的数据。用户在进行版本编辑时，创建的是Transactional Version。在已有的Transactional Version的基础上，Geodatabase Archiving增加了新的Historical Version。在连接一个数据库的时候，可以选择是连接Historical Version还是Transactional Version，并且还可以通过Change Version工具来进行修改。用户必须在Transactional Version中实现数据的编辑，而Historical Version中展示数据在某一时刻或者时间段的状态，并且该状态是只读的。对于Historical
毕业论文 （本科生） 中文题目时态GIS在ARCGIS平台中的实现 英文标题 Temporal Gis Realization in Arcgis Platform. 学生姓名杜旭泽 指导教师年雁云 学院资源环境学院 专业遥感与地理信息系统 级别 2005级
诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在导师（年雁云）的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果，数据，观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其它个人或集体已经发表或在网上发表的论文。 特此声明。 论文作者签名：杜旭泽 日期：
论文目录 毕业论文 (1) 中文摘要 (4) Abstract (4) 第一章时态GIS简介 (4) 1、1时态GIS简介 (4) 1．1．1简介 (5) 1．1．2功能 (7) 1.2国内外应用状况 (8) 第二章ARCGIS中时态GIS的操作工具 (12) 2.1 ARCGIS简介 (12) 2.2 ARCGIS下时态GIS操作所用工具 (13) 2．3时态动画功能所支持的数据模式 (16) 第三章时态GIS在植被覆盖和冰川监测中的应用 (18) 3．1 研究意义 (18) 3.2 技术路线 (19) 3.3在ACGIS中实现冰川消融的动画表示 (20) 3.4 ARCGIS中实现植被覆盖监测的作用 (29) 第四章结论与展望 (31) 4.1 动画制作过程中所用工具的见解与问题 (31) 4.2 植被覆盖 (31) 4.3冰川消融 (32) 参考文献 (32) 致谢 (34)
中文摘要 时态GIS在ARCGIS平台中的实现 杜旭泽 （兰州大学资源环境学院兰州） 数据在具有空间性的同时亦具有时间性,时态地理信息系统是具备处理数据时间性功能的地理信息系统. 简要介绍时态GIS的发展过程，所支持的数据结构,以及时空数据的动态演示.利用ARCMAP软件制作动画的工具和操作过程. 关键词: 地理信息系统，时态GIS，空间，对象，动画操作.
时态GIS导言 首先，以《蓝海战略》中的一个真实故事说明基于空间和时间的分析对于人们的生产和生活的重要作用： “以纽约市警察局（NYPD）为例，20世纪90年代它在公共部门执行了一项蓝海战略。比尔?布雷顿在1994年出任纽约市警察局长，他面临的重重困难是很少有人经历过。在90年代初，纽约市的谋杀案发生率居高不下，骗子、黑手党、持枪抢劫充斥各报刊头条。然而在不到两年时间里，没有增加一分钱预算，布雷顿成功地将纽约转变为美国最安全的城市在1994到1996年间，纽约警察局的“利润”跳跃式增长：重大案件减少了39％、谋杀案减少了50％、盗窃案减少了35％；赢得了“客户”：盖洛普民意调查显示民众对纽约警察局的信心由37％上升到73％；也赢得了雇员：内部调查显示警察局的工作满意度达到新高。 与传统经验相异的是，克服一项巨大的挑战，不需要时间和资源上进行同比例的投入，而应把精力集中于找出具有非凡影响力的关键因素，让他们发挥杠杆作用，节约资源和时间。 布雷顿在纽约运输警署的前任们争辩说，要保障地铁安全，就应该在每一条线路派一名警员乘坐，并在每一个进出口巡逻。然而，布雷顿没有要更多的警员，而是将警力配备到热点地区，使地铁上的犯罪、恐惧和混乱都急剧下降，创下历史上的最低记录。他的分析表明虽然地铁系统由很多线路和进出口组成，但大多数犯罪发生在少数几个站和线路上。他还发现，一些对防治犯罪具有特别影响力的热点却缺少警力，一些几乎从未有犯罪发生的线路和站点却配置了同样多的警员。答案就是要重新配置警力到热点地区以打击犯罪，这样在警力不变时能使犯罪率大幅下降（注：资源的空间优化配置）。同样，在布雷顿来纽约警察局前，其禁毒处是朝九晚五、一周五天执勤，其人手只占整个警察局人数的5％。为了找出热点，在与纽约警察局领导会面时，布雷顿手下负责犯罪战略的副局长杰克?迈普问在座的人，估计有多少比例的犯罪与使用毒品有关？多数回答说有50％，还有的说是70％，最低估计也有30％。如此看来，正如如迈普所指出的，
– 86 – 2012年第11卷第2期 基于时态GIS的空间信息更新技术研究 鲁宁 狄光智 （西南林业大学计算机与信息学院，云南 昆明 650224） 摘 要：随着地理信息系统（GIS）的应用及发展，时态GIS成为地理信息系统的一个重要研究方向和热点问题。本文在分析时空数据库更新问题的基础上针对多基态修正模型空间数据存储和更新难题，设计了时空数据库，实现了空间信息和属性信息的分开存储管理，给出时态GIS空间信息更新流程，探讨了时态GIS空间信息更新技术。关键词：时态GIS；时空数据库；时空数据模型；时空对象 中图分类号：P217 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）02-0086-03 Research on Spatial Information Updating Technology of Temporal GIS Lu Ning Di Guang-zhi (Computer&Information School of Southwest Forestry University, Yunnan Kunming 650224) Abstract:Along with the application and development of geographic information systems (GIS), temporal GIS has become an important research direction and hot issue of geographic information system. This paper analyzed the updating problem of spatio-temporal database and the problem of spatial data storage and updating for more than the base state with amendments model.This paper designed a spatio-temporal database which stored and managed separately spatial information and attribute information , gave the spatial information updating process of temporal GIS and explored the spatial information updating technology of Temporal GIS. Key Words:temporal GIS; spatio-temporal database ; spatio-temporal data model; spatio-temporal object [基金项目] 西南林业大学校级科研专项110934支持 [作者简介] 鲁 宁（1980- ），男，硕士，讲师，主要从事计算机应用软件设计与开发和3S技术应用开发研究。 狄光智，女，硕士，副教授，主要从事计算机软件开发和GIS应用研究。 1 引言 地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是基于地理空间数据，用地学模型对其进行分析，根据需要适时提供多种时空地理信息，并对各类空间地理信息进行收集、存储、分析和可视化表达，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。GIS广泛应用于地籍变更、国土资源、资源环境、农业监测、林业管理、金融保险、矿产资源、抢险救灾等领域。然而，目前这些应用领域中大多数的地理信息系统是静态GIS，仅存储和管理瞬时空间数据和属性信息，未将时间纳入GIS中，如果数据发生变化，新数据将取代旧数据，不具有处理数据的时间动态性，只是描述数据的瞬时状态，不能反映地理现象随时间的动态变化。对于地籍变更、环境监测、城市演化、抢险救灾、交通管理等领域既需要满足现时应用，也需要管理历史变化数据，以便回溯历史、跟踪变化、预测未来。为了跟踪和分析空间信息随时间的变化，动态地反映地理空间的变化过程，时态GIS将时间要素纳入GIS中。 时态GIS是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体 随时间变化信息的计算机系统。时态GIS包括了传统静态GIS 实现的所有功能，并增加了对时间维的分析表达能力，提供重建历史、跟踪变化、趋势分析的功能。空间、属性和时间是现实一切地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。时态GIS 的操作对象是时空信息，研究重点是把时间作为地理实体的基本特征及GIS地理时空的模拟方法，其关键问题是建立合适的时间和空间联合数据模型，即时空数据模型[1]。时空数据模型关注的是空间要素随时间变化的建模，不仅要实现数据存储空间尽量小，数据更新和存取简便快速，而且要能够表现时空范围内的地理实体的空间、属性和时间语义，保证其相互间正确的空间关系、演变关系和时空关系。当前GIS的核 信息技术 Information Technology
ArcGIS 10时态GIS应用实例-点位随时间推移增加 发表于70 天前? GIS, Methods ?评论数2 ?被围观537 次+ 在ArcGIS 9.2中,大家关注了一个叫时态GIS的东东.而9.3是似乎没有响动.xqiushi那时也关注了,今天也关注了ArcGIS10中的时态,网上也有文章介绍ArcGIS 10中的时态. 什么是时态数据 时态数据是表示一种时间数据在状态上的表现，例如，在1990年，香港的土地利用随时间的变化或在檀香山的总降雨量在2009 年7 月1 的数据。时态数据的收集，分析天气模式和其他环境变量，监察交通情况，研究人口趋势等等。此数据来自从手动输入数据，数据使用观察收集到的许多来源。 存储时态数据 用ArcGIS，你可以用一种特定的格式来存储或者管理这种数据，像featureclass，mosaic datasets，raster catalogs等等。选择格式取决于时态数据的本质，并且您怎么想要形象化它。上面都是复制来的.xqiushi今天想做的就是在一个点位Shape(属于featureclass,而且以前无时间属性)添加时态.即:点位随时间增加. 1.对原来Shp创建时间字段: 2.再增加一个时间字段,并且用DateAdd函数让这两时间字段产生时差
3.修改shp的Layer Properties—time.如图:1处勾选,2,选择Each feature has a single time field.相应设置Start Time field与End Time Field.3.一定勾选Display data cumulatively. 4.点应用. 上述3步，也可以如下操作 { 3.修改shp的Layer Properties—time.如图:1处勾选,2,选择Each feature has start and end time field.相应设置Start Time field与End Time Field.3点应用.
时态GIS的重要意义以及研究进展 时态GIS导言 首先，以《蓝海战略》中的一个真实故事说明基于空间和时间的分析对于人们的生产和生活的重要作用： “以纽约市警察局（NYPD）为例，20世纪90年代它在公共部门执行了一项蓝海战略。比尔?布雷顿在1994年出任纽约市警察局长，他面临的重重困难是很少有人经历过。在90年代初，纽约市的谋杀案发生率居高不下，骗子、黑手党、持枪抢劫充斥各报刊头条。然而在不到两年时间里，没有增加一分钱预算，布雷顿成功地将纽约转变为美国最安全的城市在1994到1996年间，纽约警察局的“利润”跳跃式增长：重大案件减少了39％、谋杀案减少了50％、盗窃案减少了35％；赢得了“客户”：盖洛普民意调查显示民众对纽约警察局的信心由37％上升到73％；也赢得了雇员：内部调查显示警察局的工作满意度达到新高。 与传统经验相异的是，克服一项巨大的挑战，不需要时间和资源上进行同比例的投入，而应把精力集中于找出具有非凡影响力的关键因素，让他们发挥杠杆作用，节约资源和时间。 布雷顿在纽约运输警署的前任们争辩说，要保障地铁安全，就应该在每一条线路派一名警员乘坐，并在每一个进出口巡逻。然而，布雷顿没有要更多的警员，而是将警力配备到热点地区，使地铁上的犯罪、恐惧和混乱都急剧下降，创下历史上的最低记录。他的分析表明虽然地铁系统由很多线路和进出口组成，但大多数犯罪发生在少数几个站和线路上。他还发现，一些对防治犯罪具有特别影响力的热点却缺少警力，一些几乎从未有犯罪发生的线路和站点却配置了同样多的警员。答案就是要重新配置警力到热点地区以打击犯罪，这样在警力不变时能使犯罪率大幅下降（注：资源的空间优化配置）。同样，在布雷顿来纽约警察局前，其禁毒处是朝九晚五、一周五天执勤，其人手只占整个警察局人数的5％。为了找出热点，在与纽约警察局领导会面时，布雷顿手下负责犯罪战略的副局长杰克?迈普问在座的人，估计有多少比例的犯罪与使用毒品有关？多数回答说有50％，还有的说是70％，最低估计也有30％。如此看来，正如如迈普所指出的，禁毒处占全局不到5％的警员不能不说是人手不足，而禁毒处通常是周一到周五工作，但毒品交易大部分发生在周末，与毒品相关的犯罪也总是发生在周末。为什么原来的工作方法从来没有受到质疑呢？当找到这些事实，热点也被识别出来（注：资源的时间优化配置）。布雷顿在纽约警察局大规模重新配置警力和资源的方案很快被接受。相应地，布雷顿为热点增加了警力和资源，结果毒品犯罪直线下降。” 1 时态GIS的概念及意义 时间、空间和属性是地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程的重要组成部分。随着时间的推移，地理现象的特征会发生变化，且这种变化可能很大。如何处理数据随时间变化的动态特性，即GIS中的动态信息，是GIS面临的新课题。现有的GIS大多不具有处理数据的时