關于對時態GIS數據結構的研究

蔣瑞祥

（安徽省合肥市新華學院國際教育學院，安徽 合肥 230088）

在GIS、時態數據庫、人工智能等技術前提下形成和發展的綜合性應用技術就是時態GIS，主要針對時空世界下按照自然規律發展的現象、事物的時空信息進行分析。綜合當前狀況來看，無論在實踐還是理論層面，時空GIS均處于初步的研究階段，然而具有非誒長廣闊的發展及應用空間。

一、時態GIS主要研究內容

GIS系統在具備對地理現象時間行為進行表達功能的時候，就可以稱之為時態GIS。若G15可以對地理現象的時間、空間信息進行表達、管理的情況下，能夠借助GIS對現實世界進行動態化的分析，并完成存儲操作，實現再現。由現實世界、人概念世界、數字世界至借助使用者改造活動在現實世界進行反饋，以上三大過程均涉及到地理信息科學知識，也就是應研究及分析地理認知模型，還應考慮社會、地理信息科學二者間的聯系。

由于動態地理環境過程相對比較復雜，若把時間當成空間進行分析，視作可度量維數，不符合當下的實際狀況，這同其不存在空間單位、本質有直接的關系，所以能夠把時間、對象的改變進行綜合性的分析，即使不能通過感官感受到，然而能夠明確其效果。所以，空間對象相伴隨改變為時間方式的最佳解釋，改變涵蓋了相對位置、變形。Hornsby等學者就構建了變化下的對象時空語義描述方式，認為變化描述語言就是定義語言，描述對象主要包括歷史和現在均不存在、現在存在、歷史存在而現在不存在三大狀態[1]。結合這些狀態能夠對九類變化操作進行進一步的界定，依次為：持續存在、喚醒、創建、歷史存在、無歷史持續存在、破壞、現在不存在、遺忘、再生及刪除。上述狀態存在于變化研究時空內，適用語義均能夠進行表達。此外，Worboys學者也對GIS和數據庫領域的相關研究成果和經驗，進行了進一步的歸納及總結[2]。匯總結果具體介紹如下：

以往GIS系統將地理實體空間成分的表示放在了重要位置，語義聯系及內部聯系所占比重矯情，該問題對GIS空間分析能力造成了較大的影響。如果沒有對語義關系提高重視，會僅結合當下認識水平，針對整體性的地理世界開展硬性切割，無法主動對GIS在復雜的深層次空間進行深入的研究及分析。

所以公眾均意識到，在處理GIS中時態問題的過程中，一方面要找到有效的數學方式，另一方面更要基于現實世界時空現象對表面之下的深層變化規律進行研究。因為實踐過程中，改變時空數據的關鍵因素就是事件、事件發生，隨著研究的不斷深化，人們對事件和事件語義下的時態GIS模型進行了構建。

針對基礎定義進行分析，地理實體空間拓撲關系的拓撲事件間的時態關系就是時空拓撲關系，其反映的是空間和時間下地理實體的相關性，要想對時空拓撲關系進行充分的展示，應對空間拓撲關系時變序列進行保存。

結合空間拓撲關系進行分析，若存在兩個對象，二者會從開始的相離狀態相向運動，經過相離、相接、重疊、相等、重疊和相接、相離多個過程，時空位置處在不斷變化的過程中。因為模型對基于差異化時間下兩個對象的空間關系的不同，所以能夠進行對改變進行推測；再加上對象改變位置的情況下，能夠對具體改變時間進行推測。

要想基于時態GIS，對已知、可能時態拓撲關系進行保存，當下在顯示表達時空拓撲關系的過程中，開始逐步運用圖論。針對一組具體事物間彼此關系的抽象代數進行研究即為圖論的主要功能，能夠對時空實體、時態關系進行有效的顯式表達。尹章才等學者對一類建立在圖論基礎上的時空數據模型進行了研究和分析，針對時空實體借助圖頂點進行表達，并對實體時態關系通過圖變進行表達。時態GIS模型可以對保存的時空拓撲關系、時空實體進行顯式表達，解決了已有圖方式針對數據表達、保存借助快照序列來實現的問題。

結構統計和簡便是時態GIS模型最顯著的特征，能夠高效化的管理、查詢時空數據，使訪問數據庫的次數大大降低，并使數據獲取效率得到了顯著的提升，能夠更加簡便地對顯示數據、歷史數據進行分離。

二、數據結構類型的選擇

GIS因為生命周期存在差異，而在時間分辨率要求方面也有所不同，然而并不影響選取數據模型。在模擬時空過程（關鍵是屬性改變）的情況下，相對簡便，可以基于靜態GIS來實現，但是如果空間變化頻率較大的情況下，具備相對嚴格的數據結構選取標準[3]。

柵格、矢量是兩類主要的GIS數據結構，同時存在一體化數據結構圈、矢量一柵格混合型數據結構。結合時空過程種類進行分析，可以借助柵格結構表達適宜的連續變化，如果離散改變就需要運用矢量結構。矢量結構適用于網絡結構、多邊形結構等的表示；柵格結構適用于連續分布的空間目標。

三、時空目標的標識和同一性

實體指的是基于現實世界下不同現象的抽象化概括，能夠通過數字形式在計算機中進行表達，也叫作對象或目標。點、線和面等均屬于空間目標，如果多邊形出現改變，對于形成多邊形或者一致多邊形出現狀態改變這一問題就是目標標識。目標狀態的所有、隨意部分均能夠在時間變化的同時出現改變，系統結合特定規則，明確基本元素即選取子集，也就是系統ID。系統下目標屬性數據、空間數據二者的融合過程也應用到ID，其基于關系數據模型下就是碼及關鍵字。

所以對用戶標識（U-ID）理念進行構建，GIS面向使用者提供服務，使用者影響目標是新生成還是改變。由于相同現象的抽象結果可能存在差異，所以用戶標識、系統ID可等也可不等。