盧有勛 甘肅省地圖院 甘肅 蘭州 730000

1 前言

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的單位和企業(yè)依賴于信息系統(tǒng)的良好運(yùn)作。在信息系統(tǒng)中，信息的存儲(chǔ)和備份是至關(guān)重要的。但伴隨著信息系統(tǒng)的不斷使用，系統(tǒng)中信息的存儲(chǔ)容量越來越大，系統(tǒng)的性能將越來越低。如何能夠方便快速地實(shí)現(xiàn)歷史存儲(chǔ)信息的轉(zhuǎn)移和恢復(fù)，使歷史信息在需要時(shí)能方便地被訪問，已成為信息系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的主要問題。

時(shí)間、空間和屬性是地理實(shí)體和地理現(xiàn)象本身固有的三個(gè)基本特征，是反映地理實(shí)體的狀態(tài)和演變過程的重要組成部分。隨著時(shí)間的推移，地理現(xiàn)象的特征會(huì)發(fā)生變化，且這種變化可能很大?，F(xiàn)有的GIS大多不具有處理數(shù)據(jù)的時(shí)間動(dòng)態(tài)性，無法對(duì)數(shù)據(jù)的更新變化進(jìn)行分析，更不能預(yù)測(cè)未來的趨勢(shì)，而在很多應(yīng)用領(lǐng)域卻要求GIS能提供完善的時(shí)序分析功能，高效地回答與時(shí)間相關(guān)的各類問題，因此，必須在靜態(tài)GIS中增加對(duì)空間信息的管理和處理功能，使之能在時(shí)間和空間兩方面全面處理地理信息。

2 管理功能需求

時(shí)態(tài)GIS采集、存儲(chǔ)、管理、分析與顯示地理實(shí)體隨時(shí)間變化信息（或時(shí)空信息）。它不僅包含傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的空間特性，而且涵蓋時(shí)間特性；它不僅反映事物和現(xiàn)象的存在狀態(tài)，而且表達(dá)其發(fā)展變化過程及規(guī)律。

具體來說，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)管理就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的歸檔，能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，并且能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段的查詢，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)的時(shí)間屬性將其分級(jí)顯示，并且根據(jù)時(shí)間屬性來進(jìn)行一些數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析，最終以表格或者圖形的方式顯示出來，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的管理，使歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間屬性能夠非常一目了然的呈現(xiàn)出來。具體來說，需要具有以下功能：

1）檔案功能：記載GIS數(shù)據(jù)隨時(shí)間的演變；

2）分析功能：以原始為基準(zhǔn)，考察變化，預(yù)測(cè)未來，提供輔助決策功能；

3）更新功能：保證GIS數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性；

4）查詢功能：以動(dòng)態(tài)方式，回答用戶的關(guān)于何時(shí)，何地，怎樣的詢問；

5）其它功能：包括邏輯容錯(cuò)、時(shí)態(tài)安全等。

3 ArcGIS歷史數(shù)據(jù)管理

3.1 時(shí)間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式

在ArcGIS 9．2中，添加了NetCDF這種多維數(shù)組來存儲(chǔ)時(shí)間屬性信息。由于NetCDF是一種靈活的、自描述的、并能表達(dá)大量數(shù)組數(shù)據(jù)的格式，因此NetCDF在地球、海洋、大氣科學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)文件包含元數(shù)據(jù)信息，不用預(yù)讀全部數(shù)據(jù)，可以直接讀取某一數(shù)據(jù)子集，一個(gè)寫用戶和多個(gè)讀用戶可以同時(shí)使用一個(gè)數(shù)據(jù)文件。NetCDF文件是二進(jìn)制文件。在文件頭是元數(shù)據(jù)信息，用來描述NetCDF的維數(shù)、變量和屬性，方便用戶獲取NetCDF數(shù)據(jù)的含義。NetCDF文件的結(jié)構(gòu)是通過CDL符號(hào)來描述，它是ASCII格式。NetCDF不能直接通過添加數(shù)據(jù)按鈕添加到ArcGIS中，需要利用Toolbox中的工具轉(zhuǎn)化為Raster、Feature圖層或者表格才能在ArcGIS中使用。還可以利用工具將GIS數(shù)據(jù)導(dǎo)出成NetCDF。

3.2 歷史數(shù)據(jù)歸檔功能

在ArcGIS 9．2中，通過Geodatabase的Archiving功能實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)歸檔功能。該功能所創(chuàng)建的歷史數(shù)據(jù)檔案庫，可以利用時(shí)間動(dòng)畫、動(dòng)畫圖表以及歷史數(shù)據(jù)回放功能，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)檔案庫的動(dòng)態(tài)顯示，反映事物和現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變遷過程，更加直觀。

時(shí)間數(shù)據(jù)歸檔功能是在ArcInfo和ArcEditor中提供的，針對(duì)的是完全版本化的數(shù)據(jù)，將所有針對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的Default版本的變化都保存下來，在Archive Class中存儲(chǔ)和管理。當(dāng)開始創(chuàng)建歸檔時(shí)，首先在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建Archive Class，它是對(duì)Default版本的完全拷貝，具備相同的Schema，但是增加了3個(gè)屬性，其中g(shù)db_from_date表示數(shù)據(jù)庫某個(gè)狀態(tài)的開始時(shí)間，gdb_to_date表示數(shù)據(jù)庫某個(gè)狀態(tài)的結(jié)束時(shí)間，gdb_archive_oid用來唯一標(biāo)識(shí)檔案類的某行記錄。當(dāng)Default版本變化以后，在Archive Class中增加一條記錄，保存Default版本變化后的狀態(tài)，以及該狀態(tài)的存在時(shí)間段。

3.3 多維數(shù)據(jù)圖表的應(yīng)用

ArcGIS不僅能夠根據(jù)空間數(shù)據(jù)制作多種類型的地圖，而且還可以發(fā)掘地圖要素的內(nèi)在信息，以圖表的方式展現(xiàn)地理要素之間的關(guān)系。對(duì)于時(shí)態(tài)GIS而言，圖表使得用戶可以探索地理要素隨著時(shí)間發(fā)生的變化。

ArcGIS提供多種圖表類型，不同的圖表類型能夠反映地圖要素的不同信息，用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇適合的圖表類型。圖表只能夠從數(shù)值型字段中生成，而文本字段主要是用于標(biāo)注。一旦數(shù)據(jù)添加到ArcMap中，就可以實(shí)現(xiàn)圖表制作。用戶通過圖表表現(xiàn)屬性的可以是存儲(chǔ)在要素?cái)?shù)據(jù)中的屬性值，或者是一個(gè)整型柵格，同樣也可以來自于非空間的數(shù)據(jù)表格。

3.4 基于歷史數(shù)據(jù)的時(shí)間動(dòng)畫

在ArcGIS 9．2中提供了多種動(dòng)畫方式，包括地圖視圖動(dòng)畫、地圖圖層動(dòng)畫和時(shí)間圖層動(dòng)畫。時(shí)間動(dòng)畫是在地圖上按照一定的時(shí)間間隔和順序動(dòng)態(tài)顯示事物的變化，其支持的數(shù)據(jù)類型很多。在生成時(shí)間動(dòng)畫時(shí)，數(shù)據(jù)一定要包含時(shí)間屬性。對(duì)于要素圖層來說，每記錄一次要素的變化信息，都應(yīng)該將要素記錄重復(fù)一次，同時(shí)記錄其狀態(tài)變化后的屬性值以及時(shí)間戳。這種方式與Archive Class保存數(shù)據(jù)庫變化信息的方式很相似。對(duì)于柵格目錄來說，必須要包括Data/Time字段，用來記錄某一柵格圖像的獲取時(shí)間，并且還要具備索引字段以連接到相應(yīng)時(shí)刻的柵格圖像。對(duì)于NetCDF來說，先要通過ArcToolbox中的工具創(chuàng)建要素圖層、柵格圖層或者表單，在創(chuàng)建時(shí)要從多維數(shù)組中選擇需要?jiǎng)?chuàng)建動(dòng)畫的屬性維導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

3.5 歷史追蹤分析

Tracking Analyst是ArcMap的擴(kuò)展模塊，是基于時(shí)間序列的可視化和分析工具，可以實(shí)現(xiàn)帶有時(shí)間屬性的事物和現(xiàn)象變化的歷史回放，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。在Tracking Analyst中，首先要將時(shí)間數(shù)據(jù)添加為Tracking圖層，這是Tracking Analyst所獨(dú)有的。可以添加為Tracking圖層實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)回放的數(shù)據(jù)源包括：Shapefile、Personal Geodatabase、File Geodatabase、ArcSDE、以及由建立Tracking Server Connection和GPS Connection所獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)源都必須包含Data/Time字段，如果回放的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，具備軌跡，則數(shù)據(jù)源必須包含EventID字段以將時(shí)間數(shù)據(jù)組織成軌跡。Tracking Analyst提供多種時(shí)間數(shù)據(jù)可視化的方法和工具，包括設(shè)置回放符號(hào)、回放速度、移動(dòng)步幅、屬性行為、數(shù)據(jù)時(shí)鐘等等。

4 小結(jié)

時(shí)態(tài)GIS能夠跟蹤和分析隨時(shí)間變化的空間、非空間信息的地理信息系統(tǒng)。由于具有動(dòng)態(tài)地反映地理現(xiàn)象變化的特點(diǎn)，歷史數(shù)據(jù)管理可以用于諸多科學(xué)和工程領(lǐng)域。ArcGIS作為一個(gè)功能強(qiáng)大、全面的GIS平臺(tái)，必將在地籍變遷管理、地貌變動(dòng)、氣候變化、智能交通系統(tǒng)、人口歷史變遷等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

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