空间时态数据库概述

空间时态数据库概述

一个空间实体，除了空间和属性描述信息外，还要考虑时间信息，它不仅仅作为数据的一个组成部分，而且与空间数据相互关联地存在着。从GIS的角度来观察，时间在逻辑上可以是一条没有端点、向过去和未来无限延伸的坐标轴——时间轴，在每一设定的时间分辨率的坐标点上，都可以扩展其三维空间的数据。它与三维空间一样具有通用性、连续性和可量测性，以及还具有运动的不可逆性或者叫做单向性。时间和空间不可分割地联系在一起。在一般的空间数据应用中，我们一般应用的空间数据中，有一些与时间关系极其密切的如降雨量的监测、地籍管理等等，时间是不可缺少的。

实体从产生到消亡的时间信息，叫做实体在显示世界中存在的时间区间，一般称之为有效时间或者生命周期。若理论模型允许实体消亡后可以再生，则有效时间可以是多个不相交的时间区间的合并。另一方面，实体数据输入系统的时间称为执行时间或者事务时间，也叫做系统时间。当然，用户还可以根据需要为实体标注时间，称为用户定义时间。

如果GIS具有支持时间的功能，能将时间变量加入到GIS空间分析过程中，则将具有更大的应用范围。所以，时空复合操作，即将空间分析的问题进一步拓展为事件分析的范畴，这已经成为GIS的重要组成部分。时空GIS是一种四维的信息系统，这是一种具有时空复合分析功能的多维信息可视化的系统。时空数据库系统是时空GIS的主要组成部分。时空数据库系统或数据处理技术，其内容可表现为三个主要方面：空间时态数据的表达、空间时态数据的更新、空间时态数据的查询。

时空一体化数据模型

GIS中时空一体化数据结构和数据模型注重以一体化的形式表达地理数据在时间和空间方面的特性。这些模型主要有一下几种：

时间片快照模型

常规的时空数据模型比如遥感图像数据的采集，即属于时间片快照模型。它是用一系列状态对应的地理数据来反映地理现象的时空演化过程。其中可分为矢量快照模型和栅格快照模型两类。这种模型的好处就是它可以直接在当前的GIS软件中实现。并且当前的数据库总是处于有效状态。但这种快照图像仅代表地理现象的瞬时状态，而缺乏对现象所包含的对象变化的明确表现，因此它不能确定地理现象所包含对象之间在时间上的拓扑联系。在查询跟踪能力方面，由于没有时间维拓扑联系的存在，这一模型将无法实施按时间联系而确立的查询跟踪规则。此外，由于时间片快照是对状态数据的完整存储，所以造成数据的冗余度极大。

底图叠加模型

地图叠加模型是由于和地理地图的修订方式相似而得名。它的基本思路是，首先确定空间数据的初始状态，即底图数据；然后按照适宜的时间间隔记录数据随时间发生的变化；再通过空间叠加操作，利用记录的变化数据来恢复各个时间片的状态数据，每一次叠加则表示状态的一次变化。

时空合成的模型

时空合成模型是在底图叠加模型的基础上提出的，其设计思路是将每一次独立的叠加操作转换为一次性的合成叠加。这样，变化的累积即形成最小变化单元，由这些最小变化单元构成的图形文件和记录变化历史的属性文件联系的一起，则可以较完整地表达数据的时空特性。这一数据模型一方面保持了底图叠加模型的优点，另一方面与GIS数据库表达空间、属性数据的手段相似，因而便于以矢量为基础的GIS软件的实现。