【摘 要】TGIS是目前GIS行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一，本文對TGIS的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】時(shí)態(tài)GIS 時(shí)空數(shù)據(jù)模型

一、引言

人類賴以生存的環(huán)境以及自身的變遷和發(fā)展沿著時(shí)間軸，刻畫出復(fù)雜、難解、但是又動人的曲線。人類在解讀這一曲線的過程中，發(fā)揮智慧創(chuàng)造出燦若星河的成果。這其中，GIS（Geographical Information System）科學(xué)發(fā)揮著不可取代的作用，它將我們生活的地球記錄著、展現(xiàn)著、并用智慧重新解讀著。地理實(shí)體固有的三個基本特征是時(shí)間、空間和屬性，是表述地理實(shí)體狀態(tài)和發(fā)展過程的不可或缺的部分。傳統(tǒng)GIS在同時(shí)處理空間和屬性兩個維度方面發(fā)展迅速，但是，由于受計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和GIS行業(yè)發(fā)展方面的限制，空間、時(shí)間和屬性三個維度同時(shí)進(jìn)行處理和研究的腳步緩慢且存在諸多困難。在許多需要研究時(shí)間屬性的領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的GIS面臨著諸多挑戰(zhàn)，如城市發(fā)展演化、地籍管理變更、交通運(yùn)輸管理、環(huán)境變化監(jiān)測、地震預(yù)測救援等領(lǐng)域需要存儲并處理歷史變化數(shù)據(jù)，并要求重建過往狀態(tài)、跟蹤變化、預(yù)測未來等等。基于以上問題研究所需，這種能夠組織、管理和操作地理實(shí)體或現(xiàn)象隨時(shí)間變化信息的地理信息系統(tǒng)—TGIS（Temporal GIS）應(yīng)運(yùn)而生并迅速成為GIS領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

二、時(shí)空數(shù)據(jù)模型

（一）概述

時(shí)空數(shù)據(jù)模型是用來組織、管理具有時(shí)態(tài)性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)，使其空間和時(shí)間、屬性語義更完整的一種概念數(shù)據(jù)模型。高質(zhì)量的時(shí)空數(shù)據(jù)模型能夠完善語義，提高錄入、查詢、索引和更新時(shí)空數(shù)據(jù)的速度，有利于分析時(shí)間序列、量測時(shí)間、疊加時(shí)空數(shù)據(jù)等與時(shí)間有密切相關(guān)的空間分析功能，以便重建歷史狀態(tài)、跟蹤變化、預(yù)測未來。因此，關(guān)于TGIS的研究重點(diǎn)在于如何建立合理的時(shí)空數(shù)據(jù)模型。

（二）國內(nèi)外研究歷史

1977年，Thrift第一次提出了歷史地理信息系統(tǒng)的概念；1978年Basog lu和Morrison設(shè)計(jì)了最早的歷史GIS（historical GIS）；J Clifford（1982）、J Ben Zvi（1982）和S Ginsburg（1983）先后分別對非第一范式時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型歷史數(shù)據(jù)庫和對象歷史模型進(jìn)行了的開創(chuàng)性的研究；唐常杰與Ginsburg（1983）合作提出對象歷史模型并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一種基于關(guān)系型的歷史數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)—HBase。Snodgrass（1985-1986）在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)INGRESS查詢語言的基礎(chǔ)上擴(kuò)展開發(fā)了一種時(shí)態(tài)查詢語言—TQuel；1992年，Gail Langran發(fā)表專著《地理信息系統(tǒng)中的時(shí)間》，點(diǎn)燃了學(xué)者們對TGIS的研究熱情，書中闡述了時(shí)空數(shù)據(jù)模型的基本概念并總結(jié)了當(dāng)時(shí)的幾種時(shí)空數(shù)據(jù)模型；1991、1993年Gadia，et al和張師超先后提出了時(shí)態(tài)元素和時(shí)態(tài)賦值的概念并由此建立了第一范式時(shí)態(tài)模型，等等。

國內(nèi)關(guān)于TGIS的研究相對較晚，開始于90年代中后期。陳軍（1995）和黃明智（1997）先后對非第一范式時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了研究；1997年，龔健雅提出了面向?qū)ο蟮臅r(shí)空數(shù)據(jù)建模方法；同年杜道生等提出了基于同步數(shù)據(jù)項(xiàng)和碎分拓?fù)浠《螘r(shí)間標(biāo)記的時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)模型。1993至1997年間林輝、馬勁松、舒紅、張祖勛、黃杏元、陳尚超、樂艷芬等[2]人許多相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者進(jìn)一步提出了一些模型以及修正了已經(jīng)提出的某些模型，加快了TGIS理論與時(shí)空數(shù)據(jù)模型在中國的發(fā)展腳步。

在實(shí)踐應(yīng)用中，張山山等（2001）提出了基于序列快照模型和時(shí)間參數(shù)模型的過程模擬方法并通過模擬地震過程進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證分析；李小娟等（2002）設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于變化特征狀態(tài)的時(shí)空數(shù)據(jù)模型的時(shí)態(tài)土地利用信息系統(tǒng)；尹章才等（2002）研究了基于土地規(guī)劃應(yīng)用的時(shí)空數(shù)據(jù)模型并闡述了地理時(shí)間在GIS系統(tǒng)中的模擬方法；1993年，郭達(dá)志在建立礦山GIS時(shí)應(yīng)用了時(shí)空四維數(shù)據(jù)模型。

（三）時(shí)空數(shù)據(jù)模型問題評述

目前的時(shí)空數(shù)據(jù)模型主要問題有理論與應(yīng)用結(jié)合不密切、對地理對象變化因果聯(lián)系的抽象表達(dá)較弱、數(shù)據(jù)移植性不高、無法在語義層次上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等。事實(shí)上，現(xiàn)有的各種時(shí)空數(shù)據(jù)模型都各有優(yōu)劣勢、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)并存。時(shí)空數(shù)據(jù)模型的建立現(xiàn)在已成為限制TGIS發(fā)展的一個重要的技術(shù)“瓶頸”。

三、時(shí)態(tài)GIS應(yīng)用領(lǐng)域

時(shí)態(tài)GIS的強(qiáng)大的信息處理能力使它能夠在許多領(lǐng)域得以應(yīng)用。時(shí)態(tài)GIS能夠存儲、組織和處理相關(guān)領(lǐng)域的空間數(shù)據(jù)并為解決問題提供有力的工具。時(shí)態(tài)GIS常被應(yīng)用在如下一些領(lǐng)域當(dāng)中：

（一）環(huán)境變遷研究

環(huán)境變遷研究的主要內(nèi)容有陸地水文和海岸線變化、植物群演化過程、土地沙漠化等環(huán)境變遷等。闡明引起這些地理環(huán)境隨時(shí)間的變化規(guī)律和引起變化的原因，以預(yù)測地理環(huán)境的變化趨勢。研究地理環(huán)境變化的內(nèi)部機(jī)制不僅更好的保護(hù)環(huán)境而且促進(jìn)了人與自然的持續(xù)發(fā)展。

（二）城市規(guī)劃中的應(yīng)用

城市規(guī)劃的目的是為了保障公民社會生活的安全、便利，同時(shí)為經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的和諧發(fā)展提供技術(shù)支持。城市規(guī)劃的過程中不僅要合理分配空間、優(yōu)化資源配置等。時(shí)態(tài)GIS的數(shù)據(jù)管理、分析和趨勢預(yù)測等功能為解決城市規(guī)劃問題了提供了工具還能將規(guī)劃過程及過程用動畫方式表現(xiàn)出來，便于進(jìn)行決策和宣傳等。

（三）地籍變更管理

地籍?dāng)?shù)據(jù)具有很強(qiáng)的時(shí)間特性，對城鎮(zhèn)進(jìn)行規(guī)劃時(shí)對地籍資料的存儲、組織和管理是尤為重要的。利用適當(dāng)?shù)臅r(shí)空模型來建立地籍?dāng)?shù)據(jù)庫是利用時(shí)態(tài)GIS解決這類問題首先要解決的問題。地籍?dāng)?shù)據(jù)另外一個很明顯的特點(diǎn)就是頻繁變更，在建立時(shí)空數(shù)據(jù)庫的時(shí)候要考慮怎樣更好的組織管理變更數(shù)據(jù)，作為輔助工具更好的為土地管理部門提供的決策依據(jù)。

（四）路網(wǎng)變化管理

通過時(shí)態(tài)GIS進(jìn)行存儲、組織和管理道路新建、舊路廢棄、道路改線、路面加寬加長等方面的時(shí)空變化數(shù)據(jù)，沿時(shí)間軸為各級道路的管理、規(guī)劃等提供所需的幫助。

四、結(jié)語

作為當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的新興領(lǐng)域，TGIS彌補(bǔ)了傳統(tǒng)GIS語義表達(dá)不完整、現(xiàn)實(shí)世界表達(dá)不夠準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)也為TGIS的發(fā)展奠定了優(yōu)良的技術(shù)，但是目前對TGIS的研究仍處于研究理論與模型的階段，還沒有實(shí)際意義上的成熟的應(yīng)用系統(tǒng)，面對海量數(shù)據(jù)如何組織、存取和處理，依然是相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要不斷努力去解決的問題。我國作為一個正在高速發(fā)展的國家，TGIS的研究和應(yīng)用是必然趨勢并且它具有廣闊的研究與發(fā)展空間和廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王家耀，魏海平，成毅，熊自明.時(shí)空GIS的研究與進(jìn)展[J].海洋測繪.2004，24（5）.

[2]杜哲.GIS時(shí)空數(shù)據(jù)模型研究[D].北京林業(yè)大學(xué).2011.

作者簡介：

王強(qiáng)（1991.10.7-），青海省民和縣，碩士研究生，專業(yè)：地圖制圖學(xué)與地理信息工程。