基于旅游管理的时空数据模型研究
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基于旅游管理的时空数据模型研究-旅游管理
基于旅游管理的时空数据模型研究
周晋
在人工智能、建模技术和信息处理技术、建模以及智能信息等技术上来处理旅游信息是十分重要的。并且在这些理论基础和技术上，对旅游数据进行收集、分析和挖掘是具有重要的价值，可以有效帮助假日旅游实践和空间的分析模式，针对假日旅游信息实行分类，并在这一基础上建立假日旅游的时空数据模型。本文对当前所提出的时空数据情况以及旅游业所特有的特征，阐述了当前几种疆场会用到的时空建模方法，采取面对对象的方式，建立了旅游行业的时空数据模型。我国面积广阔，因此存在很多的自然和历史旅游资源，改革开放之后，我国居民的生活水平得到了极大的提升，人们开始在假期到不同的旅游地享受生活。为此我国旅游局已经相关部分对旅游业给予了高度重视，每年会采取多多种手段在社会上收集大量的旅游数据和信息。但是这些信息通常只会被用在简单的统计和查询上，这些信息的内部所蕴含的知识并未得到充分的利用和发现，导致资源浪费，要想对这一现状进行改变，就必须强化对旅游信息的管理，提升管理技术。时空数据的模型主要是在概念方法的基础上对客观世界进行抽象化，在一组现骨干联系动态特点以及实体集基础上，包含了几何数据和语义数据模型。集合数据模型的作用主要是描述空间实体，包含了现象、时态等集合与空间的关系。语义模型描述的是空间实体、现象等。时空数据中所表现的世界和计算机数据库逻辑单元是不一样的，时空数据在建模内要采用抽象、概括和逼近等方法。
一、时空数据
（一）时空数据抽象和不稳定特性
时空数据抽象表达了现实世界时空和过程。其具有现实世界的复杂性和模糊性，但人类表达能力有限，造成了空间数据显示世界空间、属性以及时间和三个相互统一程度上的表达存在相对的正确性、一致性和完整性。时空数据中有着比较多的缺值，这是由于某种不可抗外力下，数据无法获得或是出现了丢失。（二）时空数据的尺度性
时空数据尺度特点是在不同观察层次对相应的规律进行遵循，同时对各个规律的不同也正进行体现。利用这一性质能够研究时空信息概化和细化的特征变化规律。时空数据基于多尺度特点对地球空间现象和实体不同尺度形态、范围、细节等进行了表达和反映。
尺度越小，表达的现实目标就更精细；尺度越大，表达会更宏观和概阔。尺度操作内，主要经历的过程是对时空数据从精细到粗略的计算、变换、概括、综合。（三）时空数据时间特点
时空数据不但存在空间拓扑关系，同时还存在一定的时态关系。时空数据存在周期性，时空对象会对产生、发展和消亡等阶段实现经历，生命周期中的时空数据有效。时空数据内时间是存在一定的周期性和规律性，并且在时间变化内遵循着一定的规律。
二、游客流量数据的时空规律
在我国旅游行业的不断发展中，时空分布模式是旅游市场的关键特征，能够反映出市场需求特点，并且可以针对旅游地开发、产品结构和旅游经济效益的改善实现反映。随着旅游业发展，时空分布模式成为了旅游市场上最重要的特征，可以对市场进行充分的反映。要想扩展旅游市场就需要对旅游市场的时空分布模式进行详细的研究。
（一）时间分布规律
研究旅游流量时间分布规律，其中包含着旅游地游客数量、接待人数、等流量数据变化、年、季、日旅游经营变化等多种特点，这些都是是更好的规划旅游地、管理景区的前提条件。大量流量信息时间分布会受到不同季节的影响，季节变化规律表示客流量的年变化。就时间上来看属于短期变化，充分反映出季节旅游资源开发特点，并且可以反映旅游业的经济效益在一年当中的波动。年季节的变化规律指的是客流量以年为单位的年度变化情况，在时间段上来看，是长期的变化。可以对旅游业的整体水平进行反映。
（二）空间分布规律
客流量、等流量数据、客流量数据空间分布可以被旅游地旅游价值、可进入性、客源同旅游地的距离、居民的出游能力和医院、旅游地存在的不同障碍等多种因素的影响，并且还存在一定的衰减规律。旅游地流量的时空和经济中存在着固定特点，这一特点同样存在于历史悠久、发展成熟的旅游地上。新兴旅游初期发展中，该种规律以及变化是十分明显的。可以有效促进旅游业流量时空规律和变化，是发展旅游地的前提。
三、时空数据模型
支持时空特点的数据和模型多种多样，经过对大量的研究结果和文献实行综合
分析之后，得出了下面几种模型：
（一）立方体模型
在集合立体图像基础上对二维图形的时间维发展整合进行标示，对世界的各个平面位置在时间中的变化进行表达，标记时间为空间坐标点位置。在数据量不断变多的进程下，立方体操作会更加复杂。在建立文件基础上，时间标记自身是多余的。
（二）连续快照模型
大量数据状态集合可以对全部的空间状态实现反映。这一模型可以标记有效时间在全部空间状态上，并且可以保存全部发生以及未发生变化的特征。该模型将会出现十分多的额外数据。且不能对单一时空对象进行表示，同样会难以表示时间和空间对象的关系。
（三）基态修正模型
存储在某时间点数据状态，以及相对的基态的变化量。只可能存在时间发生和对象出现变化中，才能够将变化数据保存于系统中，时态分辨率刻度、事件、对象出现多种变化时刻都全部对应着很不容易处理给定时刻的时空对象空间关系，检索很久之前的状态，基本上能够实现全部历史状态阅读操作，只是效率比较低。（四）时空复合模型
将每一次的独立叠加操作转化为每一次的合成叠加，在累计后出现了最小变化单元，基于这一单元构建图形文件，对历史文件实行记录，数据间的相互联系能够对时空特征进行表达，最小变化单元为空间范围中最大同质单元。结合时间内的各种不同空间以及时间状态，实现地理实体的碎分。在多次变化后形成了大量碎片。
（五）时空对象模型
合并时间维实，并且正交二维空间后，将现实世界作为一系列包含时空具体的对象。时空原子是时空内存在一定性质的最大同质单元。时空对象是变化着的，因此只能够表示独立具体和线性时间结构的突然变化。时间空间渐进变化内不能在时空对象模型基础上显示出没有进行描绘的，变迁和过程概念。
四、旅游客流量的面对对象时空数据模型
（一）面向对象法
面向对象法采用运用对象、类、继承、多态性概念等模型实行构建。它的基本思想是在显示的世界内基于客观事物，并且在模型的构造中采用人类的自然思维方式，其描述是在面对对象内以及类型对象下进行的，在类的引用和创建对象中，以数据模型为基本单位，这些对象和现实内的各种事物是相互对应的，其属性和操作对事物静态和动态特点实现了操作。
（二）对象模型
面对对象模型内，其中的基本元素有类、类与类的关系、对象等。其中对象和现实世界的独立以及分离实体相互对应，类所描述的是对象的抽象，对象是指类的实例。类与类之间一般是有着一定的关联、概括、依赖、聚集关系。每个类都是一个属性集合，每个属性代表着类对象的具体特征。属性代表着需要处理数据，
操作对数据描述了具体处理方法。面向对象数据模型中，其最重要的是抽象对象和操作。它需要具备表达复杂对象和相互关系的能力。数据模型内主要存在着四种对象：泛化、特化、聚合、联合。面对对象来讲，泛化和特化抽象都会形成对象间的一般特殊关系，聚集和联合抽象形成对象间的整体以及部分之间的联系。面向对象数据模中的四种抽象操作对空间实体和联系实现了模型化。
（三）面向对象的时空数据模型
该数据模型主要存在与时空立方体、基态修正、时空复合、时间快照等模型中。各种模型时态实现的过程中会表现出两种形式，一种是将时间纳入时间维归入模型内，另一种是将时间作为其内部属性。本文中使用的是后者，时空数据模型通常会表示成在其中，ID 代表的是对象标识，是唯一可以实行标识的时空对象；表示在时间变化的非空间属性内；Spatial(t)表示对象时间属性，在对象产生中会出现一定的反应，出现状态和生命历程消亡的改变，有效时间Tv以及事物时间Td为正交的；Actions 代表的是对对象实施的相应操作，其中有定义对象时间、空间、属性的运算和操作，同类对象与不同类对象间会存在一定联系，这样会造成对象数据和操作数据更紧密。
五、小结
本文在当前时空数据模型状况和旅游行业特点的基础上，研究了现有的集中建立时空数
据模型经常使用方法，对比运用面向对象时空对象模型和传统方法，符号系统更清楚、简洁，在可以被理解的基础上，减少了细节层次，有效降低了生成数据模式的复杂性，模型可以为时空信息的获得提供便利，同时也是建立的模型更加
容易被理解和维护。
（作者单位：信阳师范学院城市与环境科学学院）
学年论文：海洋时空数据模型研究现状 学院：海洋学院 专业：海洋技术 姓名：钱为 学号：10053212
海洋时空数据模型研究现状 钱为 <天津科技大学海洋学院海洋技术专业天津 300457 ） 【摘要】21世纪是海洋的世纪，海洋的开发与利用促进了海洋科学研究的蓬勃 发展并对海洋时空信息服务提出了更高的要求.本文主要对已有的时空数据模型、进行了评述，指出了各种模型的优点以及存在的问题。在此基础上，说明了海洋时空数据模型研究进展与现状。说明了海洋时空数据模型在实际中的应用， 以及其在海洋领域的不可或缺的地位。 关键词:海洋，时空数据模型，海洋时空数据模型 【 abstract 】 21 century is the century of sea, Marine development and use of promoting the vigorous development of the Marine scientific research and information service on ocean space and time put forward higher request. This paper focuses on the existing space time data model, are reviewed in this paper, and points out the various advantages of the model and the existing problems。 Based on this, that the Marine space time data model research progress and status. That the Marine space time data model in real application, and the important of it. Keywords: Marine, space time data model, Marine space time data model 1：引言 时态地理信息系统( TGIS> 是一种采集、存储、管理、分析与显示地学对象随时间变化信息的计算机系统。建立合理、完善、高效的时空数据模型是实现时态GIS 的基础和关键，以便有效地组织、管理和完善时态地理数据、属性、空间和时间语义，实现重建历史状态，跟踪变化，预测未来。目前，关于时空数据模型的研究大多都是基于陆地应用的，海洋数据由于其测量方式以及自身因素等方面的原因，使其具有不同于陆地上数据的独特之处。因此，现有的各种时空数据模型都不能很好地符合海洋领域的需要，必须根据海洋数据独有的特点建立起合适海洋时空数据模型。海洋时空数据模型建模理论为海洋地理信息系统发展提供理论基础，同时也为“数字海洋”的建设提供的科学依据。本文评析了现有各种基于陆地应用的时空模型不足之处，并对海洋时空数据模型的研究进展进行了综述，着重对ArcGIS 海洋数据模型进行介绍，在此基础上，对其时空数据组织方法进行了改进，并通过在“数字海洋”原型系统工程中进行应用对其进行验证，解决了一定的实际问题。 2：时空数据模型与海洋时空数据模型
基于过程的面向对象时空数据模型数据组织方法 李景文1a,1b, 邹文娟1a,1b, 田丽亚 2 ,农佳捷3，苏浩3 (1a.桂林理工大学土木与建筑工程学院，桂林541004；1b.广西空间信息与测绘重点实验室，桂林541004；2.湛江市规划勘测设计院，湛江524000；3.广西科技信息网络中心，南宁530012)摘要：在分析现有时空数据模型和面向对象方法的基础上，提出了基于过程的面向对象时空数据模型，该模型能反映时空对象的演变过程，以及在这个过程中产生的事件因果联系，并且通过过程语义和面向对象思想两者的结合较好地解决了时空动态数据的组织、存储和查询问题。 关键词：时空数据模型；过程；面向对象；数据组织 中图分类号:文献标识码：文章编号： 0 引言 随着时态GIS应用的不断推广，时空数据模型已成为国内外众多学者的研究热点。Peuquet和Duan提出了基于事件的时空数据模型[1]，该模型能较好地反映地理现象状态改变的因果关系，有利于时空分析，但难以表达事件的历史回溯和动态反演；舒红等提出了基于对象的时空数据模型[2]，该模型能隐式地表达对象的几何与拓扑关系的动态变化，但是也难以解决诸如引起对象变化的原因、发展程度、变化趋势等问题；张丰等提出了基于过程的时空数据模型[3]，该模型重点表达了参与变化的时空对象和时空过程以及变化的因果联系、演变和约束关系，但在表达与分析突发事件或离散过程的地理实体或现象时具有一定的应用局限性。本文从时空语义建模的角度出发，以过程语义和面向对象为基础，构建了基于过程的面向对象时空数据模型，研究和探讨了基于该模型的时空数据组织和时空查询，表达了时空语义并实现了在语义层面上的数据共享[4]，同时实现了时空对象在时间特征、空间特征和属性特征上的统一表达和管理以及在时间轴上的无缝描述。 1空间对象变化的过程语义描述 基于过程语义的时空数据模型[5]，将过程对象作为完整的表达载体，该类模型采用分级的思想对“过程→状态”进行提取，然后回溯复原“状态→过程”，从而提供给对象变化更丰富的时空语义和更完整的动态表达。 1.1状态、事件、过程的相互关系 状态是在特定的时间里，空间实体客观存在的形式，表达对象相对恒定的过程。空间对象的存在是指在其生命周期内从出生时态到死亡时态之间的相对稳定的一个过程，空间对象的产生和死亡是一个瞬间状态，空间对象的存在是一个相对稳定的状态[6]。 事件是空间对象在时间维上从一个状态到另一个状态的质变过程，每个事件代表一个状态变化。一个事件的发生一定有唯一的开始时间和结束时间，而一个时间段或时间点可对应多个事件。因此事件在时间维上的顺序表达了空间对象变化的时空过程。 过程是基于分类或抽象所得到的逻辑上相连的事件序列。过程实质上是时间轴上相邻两个状态间的时空对象细化而成的多个具有特殊意义的操作，这些操作导致对象从量的变化到质的变化。 状态（S-State）、事件（E-Event）及过程（P-Process）之间的关系如图1和图2所示： 收稿日期：2010-9- 基金项目：广西自然科学基金重点项目(桂科自2011GXNSFD018003)；广西科学研究与技术开发计划项目(桂科能0992030-1、10100018-2)；. 作者简介：李景文(1971-)，男，博士，教授，从事GIS理论和应用方面的研究。E-mail:lijw2008@https://www.doczj.com/doc/7713978877.html,
藿乐威尔田园的真正迷人之处，在我看是：它的遁隐之深，离开村子有两英里， 离开最近的邻居有半英里，并且有一大片地把它和公路隔开了；它傍着河流，据 它的主人说，由于这条河，而升起了雾，春天就不会下霜了。 梭罗在地球表面的任何地方都存在着垂直的和水平的两种关系：垂直关系把同一个地 方的不同要素联结起来，而水平关系则把不同地方的各种因素联结起来。这两种 关系的相对重要性随时代的变化而有所不同…正是这双重的关注，甚而至于这 两种关系的结合，才为地理学提供了独特性和完整性。 R.J.约翰斯顿 第三章空间数据模型 导读：本章描述的是整个GIS理论中最为核心的容。为了能够利用信息系统工具来 描述现实世界，并解决其中的问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统 而言，其结果就是空间数据模型。空间数据模型可以分为三种： 场模型：用于描述空间中连续分布的现象； 要素模型：用于描述各种空间地物； 网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络； 在各种模型中，又介绍了相关的概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系的形 式化描述——9交模型等。 最后讲述了普通的二维数据模型在空间上和时间上的扩展，时间数据模型和三维数 据模型。 值得注意的是，本章谈到的场模型和要素模型类同于后面提及的栅格数据和矢量数 据，但是前者是概念模型；后者是指其在信息系统中的实现。 1．空间数据模型的基本问题 人类生活和生产所在的现实世界是由事物或实体组成的，有着错综复杂的组成结构。从系统的角度来看，空间事物或实体的运动状态（在特定时空中的性状和态势）和运动方式（运动状态随时空变化而改变的式样和规律）不断发生变化，系统的诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约的依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值的流动和作用，反映出不同的空间现象和问题。为了控制和调节空间系统的物质流、能量流和人流等，使之转移到期望的状态和方式，实现动态平衡和持续发展，人们开始考虑对其中诸组成要素的空间状态、相互依存关系、变化过程、相互作用规律、反馈原理、调制机理等进行数字模拟和动态分析，这在客观上为地理信息系统提供了良好的应用环境和重要发展动力。 1．1概念 地理数据也可以称为空间数据（Spatial Data）。地理空间是指物质、能量、信息的存在形式在形态、结构过程、功能关系上的分布方式和格局及其在时间上的延续。地理信息系统中的地理空间分为绝对空间和相对空间两种形式。绝对空间是具有属性描述的空间位置的集合，它由一系列不同位置的空间坐标值组成；相对空间是具有空间属性特征的实体的集合，
例：超市进销存系统的需求描述如下： （1）销售 ①售货员接收顾客订购，输入顾客购买的商品，计算总价； ②顾客付款并接收清单； ③售货员保存顾客购买商品的记录清单。 （2）库存 ①库存管理员每天进行盘点一次； ②库存管理员当发现库存商品有损坏时，及时到相关部门报损； ③在供应商的商品到货时，库存管理员首先检查商品是否合格，并将合格的商品入库处理；当商品进入卖场时，进行商品出库处理； ④经理、订货员根据需要进行库存商品的模糊查询或详细查询。 （3）订货 ①订货员用新商品供应商信息更新供应商数据库的信息； ②订货员统计库存商品是否低于库存下限，然后制作订货单。 （4）统计 ①经理能够使用系统的统计功能，了解商品销售情况、库存情况、供应商情况，以便进行合理的营销策略。 ②经理按市场情况适时变动商品价格。 试建立超市进销存系统的用例模型。 顾客 图1 销售子系统
商品出入库 图2 库存子系统 制作订货单图3 订货子系统用例模型
特殊商品查询 图4 统计子系统用例模型 思考？？在用例图中的用例通常只是简单地给出了系统应提供什么服务，并没有展示出如何提供服务，如服务的具体功能、处理流程、场景、出错情况以及异常情况等信息，如何能知道前述信息？ ！！！用例的描述常采用文字列表形式，也可采用UML图形描述，如交互图、活动图等。 3.试为以下各类建立UML类图及描述它们间的关系。 家用电器、电视机、液晶电视机、电视遥控器、DVD播放机、组合音响、音响功放、音箱、喇叭、低音泡、高音泡、厨具、电厨具、微波炉、电磁炉、电饭煲
销售管理子系统的部分用例描述：
藿乐威尔田园得真正迷人之处，在我瞧就是：它得遁隐之深，离开村子有两英里， 离开最近得邻居有半英里，并且有一大片地把它与公路隔开了；它傍着河流，据 它得主人说，由于这条河，而升起了雾，春天就不会下霜了。 梭罗在地球表面得任何地方都存在着垂直得与水平得两种关系：垂直关系把同一个地 方得不同要素联结起来，而水平关系则把不同地方得各种因素联结起来。这两种 关系得相对重要性随时代得变化而有所不同…正就是这双重得关注，甚而至于这 两种关系得结合，才为地理学提供了独特性与完整性。 R、J、约翰斯顿 第三章空间数据模型 导读：本章描述得就是整个GIS理论中最为核心得内容。为了能够利用信息系统工具来描述现实世界，并解决其中得问题，必须对现实世界进行建模。对于地理信息系统而言，其结果就就是空间数据模型。空间数据模型可以分为三种： 场模型：用于描述空间中连续分布得现象； 要素模型：用于描述各种空间地物； 网络模型：可以模拟现实世界中得各种网络； 在各种模型中，又介绍了相关得概念，如空间划分，空间关系，以及拓扑关系得形式化描述——9交模型等。 最后讲述了普通得二维数据模型在空间上与时间上得扩展，时间数据模型与三维数据模型。 值得注意得就是，本章谈到得场模型与要素模型类同于后面提及得栅格数据与矢量数据，但就是前者就是概念模型；后者就是指其在信息系统中得实现。 1．空间数据模型得基本问题 人类生活与生产所在得现实世界就是由事物或实体组成得，有着错综复杂得组成结构。从系统得角度来瞧，空间事物或实体得运动状态（在特定时空中得性状与态势）与运动方式（运动状态随时空变化而改变得式样与规律）不断发生变化，系统得诸多组成要素（实体）之间又存在着相互作用、相互制约得依存关系，表现为人口、物质、能量、信息、价值得流
时空数据分析算法及其应用研究
时空数据分析算法及其应用研究 空间和时间是现实世界最基本、最重要的属性，许多空间应用系统都需要表达地学对象的时空属性，例如在地理位置变更、环境监测、城市演化等领域都需要管理历史变化数据，以便重建历史、跟踪变化、预测未来。面向对象的技术是用在软件设计中的一种方法，它用在时空数据[1]表达中主要是为了克服给定实体的空间或非空间属性在不同时间不同频率变化而出现的复杂问题[2]。下面从KNN 、RNN 、SkyLine 三种时空数据分析算法出发，论述时空数据分析算法的应用。 1、KNN 分析算法的基本概述及应用分析 KNN 算法是非参数回归模型的基本算法之一，通过在状态空间中搜索与待测点X 相近的k 个样本(X i ，Y i )估计g n (x)，因此又称为k 最近邻非参数回归，其预测 函数[3]可表示为 Y=g(X)=∑=k 1i W i （X ；X k 1，…，X k k ）Y i =∑=k 1i k i Y i （1） 其中X k 1．表示与x 距离最近的点，并赋予权值k 1；X k 2则被赋予权值k 2；以此 类推，得到k 个权函数k 1，k 2，?，k k ，满足 k 1≥k 2≥…≥k k ≥0，∑=k 1i i k =1 （2） KNN 算法通过计算样本个体之间的距离或者相似度来寻找与每个样本个体最相近的K 个个体，在这个过程中需要完成一次样本个体的两两比较，所以算法的时间复杂度，跟样本的个数直接相关。 K 最近邻算法通常情况下是用于分类的，这只是对K 近邻算法用途的本质说明[4]。从实际来看，K 近邻算法可以应用的地方还有很多，比如系统推荐等等。简单的讲，就是挖掘出客户喜欢的相同商品，来进行相似物品的推荐。另外区分客户群体，从而使我们更好的为客户服务。 下面是KNN 分类器构建实例。KNN 的实现分训练和识别两步。训练时，把每类样本降维后的结果作为KNN 的输入。如图1所示，圆圈表示待识别数据所处的位置，选择K 值为3时，选中实线圆中的3个数据，识别结果为三角形代表的类；选择K 值为5时，选中虚线圆中的5个数据，识别结果为正方形代表的类。
基于旅游管理的时空数据模型研究
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基于旅游管理的时空数据模型研究-旅游管理 基于旅游管理的时空数据模型研究 周晋 在人工智能、建模技术和信息处理技术、建模以及智能信息等技术上来处理旅游信息是十分重要的。并且在这些理论基础和技术上，对旅游数据进行收集、分析和挖掘是具有重要的价值，可以有效帮助假日旅游实践和空间的分析模式，针对假日旅游信息实行分类，并在这一基础上建立假日旅游的时空数据模型。本文对当前所提出的时空数据情况以及旅游业所特有的特征，阐述了当前几种疆场会用到的时空建模方法，采取面对对象的方式，建立了旅游行业的时空数据模型。我国面积广阔，因此存在很多的自然和历史旅游资源，改革开放之后，我国居民的生活水平得到了极大的提升，人们开始在假期到不同的旅游地享受生活。为此我国旅游局已经相关部分对旅游业给予了高度重视，每年会采取多多种手段在社会上收集大量的旅游数据和信息。但是这些信息通常只会被用在简单的统计和查询上，这些信息的内部所蕴含的知识并未得到充分的利用和发现，导致资源浪费，要想对这一现状进行改变，就必须强化对旅游信息的管理，提升管理技术。时空数据的模型主要是在概念方法的基础上对客观世界进行抽象化，在一组现骨干联系动态特点以及实体集基础上，包含了几何数据和语义数据模型。集合数据模型的作用主要是描述空间实体，包含了现象、时态等集合与空间的关系。语义模型描述的是空间实体、现象等。时空数据中所表现的世界和计算机数据库逻辑单元是不一样的，时空数据在建模内要采用抽象、概括和逼近等方法。 一、时空数据 （一）时空数据抽象和不稳定特性
时空数据模型概述及研究 摘要时空数据模型是时空数据库的基础，而时空数据库又是研究时态GIS(TGIS)的核心。本文分析了TGIS中的当前几种主要时空数据模型特征及存在的问题，探讨了当前时空数据模型研究存在的问题，最后对GIS和时空数据模型的将来发展方向给出了一些建议和展望。 关键词时空数据模型；时空语义；时空数据库；时空对象 0 引言 随着GIS应用的推广与深入，用户对空间数据的现势性和准确性提出了更高的要求。目前，我国基础测绘工作重点已转向持续更新和灵性服务。如何建立高效的空间数据库更新机制，如何提高空间数据库更新的自动化程度，已成为亟待解决的问题，有效地空间数据更新机制有助于提升空间数据库的现势性，增强空间数据的利用率，使GIS更好的服务民生、辅助政府决策，而增量更新的重要研究内容是建立时空数据库，规范化的时空数据建模作为其核心技术尚处在探索阶段。 1 时空对象与时空语义 从建立数据模型的角度可将时空对象看作是空间对象，时态对象和属性对象的抽象，而空间数据对象的扩展是从空间数据类型开始的。 对于时态数据类型同样可定义具有时间点、时间区间和时间集合特征的时态数据类型。 整个时态数据类型的扩展层次如图1所示： 2 几种主要的时空数据模型 合理的时空数据模型包含如下几方面的因素：如何节省存储空间，加快存取速度，确立时空语义诠释和模型体系结构的层次[1]。TGIS模型主要包括序列快照模型、空间时间立方体模型、基态修正模型、时空数据模型的面向对象等。 2.1 空间时间立方体模型 空间时间立方体模型诠释的是一个3维立方体，由一个时间维和空间两个维度组成的，形象的诠释了二维空间向着第三个时间维演变的过程（如图2所示）[2]。空间一时间立方体作为任意一个空间实体的改变过程中的一个实体。模型形象地采用了时间维的几何特征，诠释了空间实体是一个时空体的理念，易于读者理解，模型实现的难度在于三维立方体的诠释。 2.2 序列快照模型 快照模型有栅格快照模型和矢量快照模型，是通过将一系列时间片段的快照存储起来，为反映地理现象的时空演变过程，要使每个切片都分别对应着不同时刻的状态图层，按照需要对所选择的时间片段进行播放，有一些GIS就是用该方式来慢慢逼近时空特征.该模型的优越之处在于：一是目前的数据库一直处于合理有效的状态；二是能够直接在目前的地理信息系统软件中实现。然而，快照将没有发生变化的全部特征进行储存，会出现许多数据冗余，如若模型变化较为频繁，而且数据量较大时，系统效率就会迅速降低，结果必然难以处理时空对象间的时空关系。 2.3 基态修正模型 通过设置基态修正模型时间间隔进行采样，避开快照模型使每一次没有发生改变部分特性反复进行记录。该模型也具有栅格和矢量两种模型。基态修正模型
第26卷 第1期2010年1月地理与地理信息科学 G eography and G eo -Information Science Vol.26 No.1January 2010 收稿日期:2009-10-23; 修订日期:2009-12-22 基金项目:国家自然科学基金项目(40901194、40801162);国家重点基础研究发展计划项目(2009CB723903) 作者简介:薛存金(1979-),男,博士,助研,从事时空数据模型与海洋GIS 研究,已发表论文10余篇。E -mail :cjxue @https://www.doczj.com/doc/7713978877.html, 时空数据模型的研究现状与展望 薛存金1,谢 炯2 (1.中国科学院对地观测与数字地球科学中心数字地球科学重点实验室,北京100191;2.中国科学院地理科学与资源研究所资源环境信息国家重点实验室,北京100101) 摘要:分析了时空表达与建模理论的5个发展阶段:基于静态数据模型扩展、面向对象表达、基于对象变化(事件序列)、时空集成和以过程为核心的时空数据模型;阐述了时空数据模型在时空动态语义、地理时空认知表达和地球信息科学解决的基本问题方面的研究现状,并指出由于现有时空数据模型主要以地理实体存在状态的“对象视图” 或“事件视图”(而不是演变特性的“过程视图” )作为表达载体,割裂了其内在联系,无法实现复杂地理实体的时空语义描述和动态过程分析。最后,提出以地理实体演变为核心的时空语义描述方法和融入地理对象、变化机制、对象变化的时空动态表达将是时空表达与建模理论的发展趋势。关键词:时空数据模型;动态语义;表达框架;变化机制 中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-0504(2010)01-0001-06 地理实体的动态表达与建模是地球信息科学的核心内容,也是时空分析、地理深层知识获取和挖掘的基础[1,2],对进一步的时空信息模拟、预测及决策分析具有重要意义及应用价值[2-5]。因而,时空数据模型和时态GIS 已成为国内外研究热点。近20多年从不同的认知角度发展了大量时空表达与建模理论,经历了基于传统的静态数据模型扩展[6,7]、面向对象表达[8-11]、基于对象变化(事件序列)[12-15]、时空集成[5,16,17]和以过程为核心[3,18-21]5个发展阶段。 由于地理实体的复杂性和多样性,现有的时空表达与建模理论多基于特定的应用领域、针对特定的科学问题设计,致使时空动态语义出现重叠或空白,表达框架体系不完整。因而,有必要对时空数据模型的时空动态语义和表达框架体系进行梳理,力求为开展时空表达与建模理论提供新的研究思路。 地理实体是时空数据模型的表达载体,解决地球信息科学的基本问题是开展时空表达与建模理论研究的最终目的。本文从时空动态语义、地理实体类型和地球信息科学的基本问题3个角度,阐述现有时空数据模型的研究成果、存在的问题及其根源,并给出时空表达与建模理论发展趋势及其进一步的研究内容。 1 研究现状 1.1 时空动态语义 完整的时空动态语义应包括地理实体、实体变化和引起变化的原因(变化机制)。如此,才能实现 地理实体和实体变化的表达和地理时空信息的深层知识挖掘。因而,定义时空动态语义描述框架为: S =f (E,EC,CM ) (1) 其中:S 为时空语义,f 为描述框架体系,E 为地理实体,EC 为地理实体变化,CM 为地理实体的变化机制。1.2 地理实体的基本类型 地理实体类型的划分是进行时空表达与建模的前提,从不同的角度研究,其基本类型存在差异[17,22],本文从地理时空认知理论和人的行为习惯出发,根据地理实体的属性、功能、关系在时空域上的变化特性,将地理实体归纳为7种基本类型(图1),语义如表1。其中,X O Y 代表二维地理空间,T 代表时间轴,椭圆的形状和尺寸代表地理实体的空间信息,灰度代表属性信息。 表1 地理实体基本类型的语义描述 T able 1 Sem antics description of the geographical entities 类型 描述语义 I 空间位置相对不变,属性信息也相对不变 Ⅱ 空间位置相对不变,属性信息在某一时刻发生变化Ⅲ空间位置相对不变,属性信息在某时段内连续发生变化Ⅳ属性信息相对不变,空间位置信息在某一时刻发生变化Ⅴ空间位置信息在某时刻发生变化,属性信息也发生相应变化Ⅵ属性信息相对不变,空间位置信息在某时段内连续发生变化Ⅶ 空间位置信息在某时段内连续发生变化,属性信息也连续发生变化 1.3 地球信息科学解决的基本问题 能否解决地球信息科学的基本问题及解决的程度如何,是检验时空数据模型科学性的标准。吴立新等把地球信息科学需要解决的基本问题概括为 “4W 2HR ”[22] ,而Paul 等则将其概括为“全球状态”
第3章空间数据模型 为了能够利用地理信息系统工具解决现实世界中的问题，首先必需将复杂的地理事物和现象简化和抽象到计算机中进行表示、处理和分析。本章从空间认知的角度讲述了对现实世界进行抽象建模的过程，其结果就是空间数据模型；空间数据模型可以归纳为空间概念模型、逻辑数据模型和物理数据模型三个层次。空间概念数据模型包括：场模型：用于描述空间中连续分布的现象；对象模型：用于描述各种空间地物；网络模型：可以模拟现实世界中的各种网络。常用的空间逻辑数据模型有矢量数据模型、栅格数据模型和面向对象模型等。在讲述空间数据模型的同时，又介绍了空间实体和空间关系等相关概念。 3.1地理空间与空间抽象 3.1.1地理空间与空间实体 在地理学上，地理空间（Geographic Space）是指地球表面及近地表空间，是地球上大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和土壤圈交互作用的区域，地球上最复杂的物理过程、化学过程、生物过程和生物地球化学过程就发生在该区域。在地理空间中存在着复杂的空间事物或地理现象，它们可能是物质的，也可能是非物质的，如山脉、水系、土地类型、城市分布、资源分布、道路网系、环境变迁等。地理空间中的这些空间事物或地理现象就代表了现实世界；而地理信息系统即是人们通过对各种各样的地理现象的观察抽象、综合取舍，编码和简化，以数据形式存入计算机内进行操作处理，从而达到对现实世界规律进行再认识和分析决策的目的。地理空间实体就是对复杂地理事物和现象进行简化抽象得到的结果，简称空间实体，它们的一个典型特征是与一定的地理空间位置有关，都具有一定的几何形态，分布状况以及彼此之间的相互关系。空间实体具有4个基本特征：空间位置特征、属性特征、时间特征和空间关系。 1．空间位置特征 表示空间实体在一定的坐标系中的空间位置或几何定位，通常采用地理坐标的经纬度、空间直角坐标、平面直角坐标和极坐标等来表示。空间位置特征也称为几何特征，包括空间实体的位置、大小、形状和分布状况等。 2．属性特征 属性特征也称为非空间特征或专题特征，是与空间实体相联系的、表征空间实体本身性质的数据或数量，如实体的类型语义定义、量值等。属性通常分为定性和定量两种，定性属性包括名称、类型、特性等；定量属性包括数量、等级等。 3．时间特征 时间特征是指空间实体随着时间变化而变化的特性。空间实体的空间位置和属性相对于时间来说，可能会存在空间位置和属性同时变化的情况，如旧城区改造中，房屋密集区拆迁新建商业中心；也存在空间位置和属性独立变化的情况，即实体的空间位置不变，但属性发生变化，如土地使用权转让，或者属性不变而空间位置发生变化，如河流的改道。 4．空间关系特征 在地理空间中，空间实体一般都不是独立存在的，而是相互之间存在着密切的联系。这种相互联系的特性就是空间关系。空间关系包括拓扑关系（topological spatial relation）、顺
摘要：对GIS中几种常见的空间数据模型进行了简单总结，分别介绍了二维空间数据模型和三维空间数据模型，并对空间数据模型的分类和组成以及各自的优缺点进行了分析和比较；对空间数据模型算法进行了简单介绍。并展望了空间数据模型的发展方向。 关键词：GIS；空间数据模型；空间数据模型算法 1、研究现状 1.1二维空间数据模型 目前，在GIS研究领域中，已提出的空间数据模型有栅格模型、矢量模型、栅格-矢量一体化模型和面向对象的模型等。 (1)栅格数据模型 栅格数据模型是最简单、最直观的一种空间数据模型，它将地面划分为均匀的网格，每个网格单元由行列号确定它的位置，且具有表示实体属性的类型或值的编码值。在地理信息系统中，扫描数字化数据、遥感数据和数字地面高程数据（DTM）等都属于栅格数据。由于栅格结构中的行列阵的形式很容易为计算机存储、操作和显示，给地理空间数据处理带来了极大的方便，受到普遍欢迎。在栅格结构中，每一地块与一个栅格像元对应。不难看出，栅格数据是二维表面上地理数据的离散量化值，而每一个像元大小与它所代表的实地地块大小之比就是栅格数据的比例尺。 (2)矢量数据模型 矢量模型是用构成现实世界空间目标的边界来表达空间实体，其边界可以划分为点、线、面等几种类型，空间位置用采样点的空间坐标表达，空间实体的集合属性，如线的长度、区域间的距离等，均通过点的空间坐标来计算。根据空间坐标数据的组织与存储方式的不同，可以划分为拓扑数据模型和非拓扑数据模型。 (3)矢量-栅格一体化数据模型 从几何意义上说，空间目标通常有三种表达方式：（1）基本参数表达。一个集合目标可由一组固定参数表示，如长方形由长和宽两参数描述；（2）元件空间填充表达。一个几何目标可以认为是由各种不同形状和大小的简单元件组合而成，例如一栋房子可以由一个长方形的方体和四面体的房顶组成。（3）边界表达.一个目标由几种基本的边界元素即点、线、面组成。矢量数据结构和栅格数据结构各有优缺点，矢量-栅格一体化数据模型具有矢量和栅格两种结构的优点。 在基于矢量的GIS系统中，使用的是边界表达方法。这种矢量结构用一组取样点坐标表达一条弧线段或一个多边形，这是人们使用地图引申出来的习惯概念，用这种数据结构，人们可以方便的得到长度、面积等。在基于栅格的GIS 系统中，人们已经用元件空间充填表达面状地物。对于线状地物，以往人们仅使用矢量方法表示。事实上，如果采用元件空间充填表达方法表示线性目标，就可以将矢量和栅格的概念统一起来，进而形成成矢量-栅格一体化的数据结构。 设在对一个线性目标数字化采样时，恰好在所经过的栅格内部获得了取样点，这样的取样数据，具有矢量栅格双重性质。一方面，它保留了矢量数据的全部特性，一个目标跟随了所有的位置信息并能建立拓扑关系；另一方面，它建立了路径栅格与地物的关系，即路径上的任意一点都与目标直接建立了联系。这样，每个线性目标除记录原始取样点外，还记录所通过的栅格，每个面状地物除记录
空间数据库原理复习题（2018） 同济大学-测绘工程-地理信息系统方向必修课 整理者：Quan 一、★ 第一章 1.地图数据的获取手段有哪些？ 地图的数字化、传感器技术、航空和航天平台技术、现代遥感技术、全球定位系统和惯性导航系统。 2.地图数据使用的坐标系有哪几种？ 地理坐标系、投影坐标系。 3.根据地理实体数字描述方式，空间数据可分为哪两种形式？ 矢量数据、栅格数据。 （另：从概念上分，空间对象数据、场对象数据） 4.什么是空间数据非结构化特征？ 空间数据不像一般事务数据一样每一个记录都有相同的结构与长度，因为空间数据包含了拓扑信息，在方便空间数据分析与查询的同时增大了信息管理的难度。 5.空间数据管理演变有哪些过程？说明各过程的特点。 （1）人工管理阶段（20世纪50年代中期）：数据不保存；没有数据管理软件；数据冗余；（2）文件系统阶段（20世纪60年代中期）：数据文件是大量数据集合形式；面向用户； 数据文件与对应程序有一定独立性；数据文件由顺序文件发展为索引文件、链接文件、直接文件等； （3）文件与数据库系统混合管理阶段（20世纪70年代中期）：对用户观点的数据进行更严格描述；允许用户以记录或数据项作单位进行访问；数据的物理存储可以很复杂。（4）全关系型空间数据库管理系统（20世纪70年代后期）：不仅可以读写定长的属性数据，而且可以读写非结构化的图形数据，但由于二进制文件的读写效率低，速度慢，效率低。 （5）对象关系数据库管理系统：能直接管理和存储非结构化的空间数据，效率有所提升，但仍有很大限制。可能成为空间数据管理的主流。 （6）面向对象的数据库系统：支持变长记录及对象的嵌套、信息的继承和聚集；但价格昂贵且不太成熟，不太通用。 6.什么是空间数据库的内容？ 矢量地形图数据库、数字高程模型数据库、影像数据库、数字栅格地形图、专题数据、数字地图、元数据。