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/773603582.html,
一、单选题 1、对于离散空间最佳的内插方法 是： A．整体内插法 B．局部内插法 C．移动拟合法 D．邻近元法 2、下列能进行地图数字化的设备 是： A.打印机 B.手扶跟踪数字化仪 C.主 机 D.硬盘 3、有关数据处理的叙述错误的 是： A.数据处理是实现空间数据有序化的必要过程 B.数据处理是检验数据质量的关键环节 C.数据处理是实现数据共享的关键步骤 D.数据处理是对地图数字化前的预处理 4、邻近元法 是： A.离散空间数据内插的方法 B.连续空间内插的方法 C.生成DEM的一种方法 D.生成DTM的一种方法 5、一般用于模拟大范围内变化的内插技术是： A.邻近元法 B.整体拟合技术 C.局部拟合技术 D.移动拟合法 6、在地理数据采集中，手工方式主要是用于录入： A.属性数据 B.地图数据 C.影象数 据 D.DTM数据
7、要保证GIS中数据的现势性必须实时进行： A.数据编辑 B.数据变换 C.数据更 新 D.数据匹配 8、下列属于地图投影变换方法的 是： A.正解变换 B.平移变换 C.空间变 换 D.旋转变换 9、以信息损失为代价换取空间数据容量的压缩方法是： A.压缩软件 B.消冗处理 C.特征点筛选 法 D.压缩编码技术 10、表达现实世界空间变化的三个基本要素是。 A. 空间位置、专题特征、时间 B. 空间位置、专题特征、属性 C. 空间特点、变化趋势、属性 D. 空间特点、变化趋势、时间 11、以下哪种不属于数据采集的方式： A. 手工方式 B.扫描方式 C.投影方 式 D.数据通讯方式 12、以下不属于地图投影变换方法的是： A. 正解变换 B.平移变换 C.数值变 换 D.反解变换 13、以下不属于按照空间数据元数据描述对象分类的是： A. 实体元数据 B.属性元数据 C.数据层元数据 D. 应用层元数据 14、以下按照空间数据元数据的作用分类的是： A. 实体元数据 B.属性元数据 C. 说明元数据 D. 分类元数据 15、以下不属于遥感数据误差的是： A. 数字化误差 B.数据预处理误差 C. 数据转换误差 D. 人工判读误差
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，
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
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
第!"卷第#期!$$%年#月!! 微计算机应用 &’()*(*&+,’-).++/’(.0’*12 3456!"146# !!7896!$$% 本文于!$$\;##;#$收到!时空数据模型及其应用技术研究!!!以公路交通网为例 #钟!亮!!马志民 "#华南师范大学计算机科学学院!广州!:#$%<##!东南大学计算机科学与工程系!南京!!#$$a%$ 摘!要!以公路交通网为例!提出了一种适合于公路交通信息系统的时空数据模型!该模型考虑了空间"时间的拓扑关系!并对因时间要素的加入而产生海量数据的存储问题提出一种新的解决方法!同时利用面向对象技术将其与当前关系数据库相结合!并给出了基于此模型的一个空间数据库的初步解决方案# 关键词!空间数据!时空模型!时空数据库 #$%$&’()*.H J&0/*;I$K J*’&65*4$6&.40)$I$().*6*-=*+/0%:J J6/(&0/*. %%%M4?E H J?48A9J E Q4?W L #c]*1>/@89D&!&.c H@U@9 "#C J R E64M G4U R I E J?L G@J9G J&24I E H(H@9814?U85,9@P J?L@E N&>I89D X H4I&:#$%<#&(H@98# !C J R8?E U J9E4M(4U R I E J?2G@J9G Jg-9D@9J J?@9D&24I E H J8L E,9@P J?L@E N&189K@9D&!#$$a%&(H@98$ :;%0’&(0’C8E8U4A J5@L49J4M E H J G J9E?858G E@P@E@J L@9E H J?J L J8?G H4M L R8E@4;E J U R4?85A8E8O8L J&U4P@9D4O K J G E L8?J O J T G4U@9D U4?J@U R4?E89E A I J E4E H J@9G?J8L@9D9I U O J?4M8R R5@G8E@49A4U8@9L E H8E A J85Q@E HU4P@9D J9E@E@J L6.E J U R4?85 ;L R8E@85U4A J5@L R?4R4L J A M4?E H J?48A9J E Q4?W L N L E J U6E H JU4A J5E8W J L@9E48G G4I9E E H J L R8E@8589A E J U R4?85E4R454T D@G85?J58E@49L H@R L89A R?J L J9E L89J QL45I E@49M4?E H J L E4?8D J4MU8L L A8E8L68A?8M E L G H J U8O8L J A49E H JU4A J5@L D@P J9 M4?E H J@9E J D?8E@494M?J58E@4985&4O K J G E;4?@J9E J A E J G H9@V I J L6 <$=>*’4%’L R8E@85A8E8L&2R8E@4;0J U R4?85U4A J5L&2R8E@4;0J U R4?85A8E8O8L J ?!引言 空间信息系统是以空间数据为对象&实现空间数据收集(分析(管理和空间信息表达的信息系统!空间信息可从三个方面描述’空间数据(属性数据和时态数据!目前的空间信息应用主要集中在以二维和二维半模型为基础的数据库技术上!由于一些特殊领域的需要&使得以三维模型为基础来处理和表达复杂地物及实体的研究和讨论有了相当大发展!随着计算机硬件技术和存储技术的快速提高&满足动态事件处理要求的技术成为可能!作为空间物体描述的要素之一&时间反映了空间物体的时序变化及发展规律&对于重构历史状态或未来预测都有着重要的作用! 现今已存在的一些支持空间数据存储的商业数据库系统&如-2)’的2C-&*?8G5J的28R E@85等)#&!*&虽能支持空间数据存储&但仍无法良好地表达实体的时空特性!如何对实体进行时空特性建模&使得它既能满足传统空间数据处理又能将时间特性集成在一起&并应用到当前的商业数据库中是近年来关注的热点!本文以公路交通网为例&提出一种适合于 公路交通信息系统的时空数据模型&同时利用面向对象技术将其与关系数据库结合起来&给出了基于该模型的一个空间数据库的实现方案! @!时空数据模型的基本概念 时空数据库是包括时间和空间要素在内的数据库系统&它往往是在空间数据库的基础上&增加时间要素而构成的三维或四维数据库系统!目前很多要求处理时间要素的信息系统&基本上都是将时间作为实体的一个属性来进行描述的&无法很好地表达实体的动态变化&也无法实现其在时间方面的拓扑关系描述!自/89D?89和(H?@L U89于#a==年提出时间地理信息系统"E D L$)<*以来&时空数据库获得了广泛的研究!然后&F4?O4N L和)8R J?等人提出了时间数据库模型)\*&)8T R J?和5@P@9D L E49J等设计了时空数据库查询语言):&%*!目前虽又提出了一些新的时空处理方法)"*&却难于得到广泛的实际应用!存在的主要问题有两个’一是模型缺乏有效的时空变化表达能力&如F4?O4N L):*的模型是近年提出的较典型的时空数据模型&该模型基于关系模型&结合!;2R8D H J E E@空间 万方数据
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/773603582.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”
空间数据采集的任务包括对地图数据、野外实测数据、空间定位数据、摄影测量与遥感图像、多媒体数据等进行采集。将现有的地图、外业观测成果、航空像片、遥感图片数据、文本资料等转换成GIS可以接受的数字形式 文字数据数据库入库之前进行验证、修改、编辑等处理，保证数据在内容和逻辑上的一致性 配置不同的设备和仪器：不同的数据来源要用到不同的设备和方法数据处理：几何纠正、图幅拼接、拓扑生成 2.简述GIS数据的内容。 1.地图数据：最常见的数据来源; 2.野外实测数据：指各种野外实验，实地测量所得数据，他们通过转换可直接进入空间数据库; 3.数遥感图像:遥感数据也是也是一个极其重要的信息源； 4.统计数据：许多部门和机构拥有不同领域的数据如人口、自然资源、国民经济等方面诸多统计数据； 5.共享数据：随着各种GIS专题图件的建立和各种GIS系统的建立直接获取的数字图像数据和属性数据； 6.多媒体数据、文本资料数据在GIS数据中也占有很重要的地位。3.简述常用的图形数据采集设备。 全站仪、遥感卫星、GPS、平板仪、手扶跟踪数字化仪、扫描仪、移动测绘系统。
平板测量：获取的是非数字化数据；全野外数字测图、空间GPS 定位系统；地图数字化是指根据现有纸质地图，通过手扶跟踪或扫描数字化的方法可在计算机上进行存储、处理和分析的数字化数据。摄影测量：利用摄影测量仪器对空间地理信息进行拍摄，从而得到有益的的空间数据；遥感图像：利用遥感卫星及遥感航空获取空间地理信息，经过处理分析得到空间数据。 5.简述地图数字化的目的及常见的地图数字化方法。 地图数字化的目的是为了让图形数据更好的在计算机中进行存贮、分析和输出。常见的地图数字化方法有手工数字化，数字化仪数字化，扫描跟踪数字化等。 6.简述地图数字化的流程。 首先用扫描仪对地图进行扫描处理获得栅格数据；然后利用GIS 软件对栅格数据进行转换使之成为矢量数据；最后对矢量数据进行编辑和处理。 7简述三种数字化方法及其操作过程。 1) 手工数字化 对地理实体进行编码；量取地理实体的坐标；录入坐标数据。手工栅格数据化：将图面划分为栅格单元矩阵，按地理实体的类别对栅格单元进行编码，然后依次读取代码值得数字化方法。 地图 栅格数据 扫描仪 GIS 软件 矢量数据 编辑处理 数据库