时态GIS数据库

二、时间的密度特性
时间的密度特性体现为以下模型：离散模 型：时间与自然数同构，每个自然数对应 一个时间粒子，是一种较常用的结构；紧 凑模型：时间与有理wenku.baidu.com/实数同构；连续 模型：时间与实数同构，每个实数对应时 间上一个点。
三、时间的不确定性
GIS中的数据在空间、非空间属性上都具有不 确定性，同样在时态性上也存在着不确定性。 当某事件发生是已知的，但何时发生是未知 的，则称该事件是时态非确定的。
1) 1．归档保存
这是一种支持时态数据的最原始、最简单的 方法。就是以规则的时间间隔备份所有存贮在 库中的数据。这种方法的不足十分明显，主要 有：（1）发生在备份间的事件未被记录，致 使部分信息丢失；（2）对存档信息的搜索慢 且笨拙；（3）许多数据重复归档，存在大量 的数据冗余。
三 时态GIS实现方法
现在时态GIS的实现主要有两种途径，一是扩 展传统的关系模型，另一种采用面向对象方法。
1、地理关系模型 由于传统关系模型语义丰富、理论完善以及
具有许多高效灵活的实现机制，使人们开始尝 试在传统关系模型中加入时间维，扩充关系模 型，用关系代数及查询语言来处理时态数据， 从而直接或间接地基于关系模型支持时空数据 的存贮、表示和处理。基于这一思想，主要有 下列方法。
张祖勋提出了一种索引基态修正法， 即在采用基态修正法后，再用四叉 树(或八叉树)储存基态和变化量，可 达到很高的压缩效益。
4、时空复合模型
时空复合模型将空间分隔成具有相同时空过程的最大 的公共时空单元，每次时空对象的变化都将在整个空 间内产生一个新的对象。对象把在整个空间内的变化 部分作为它的空间属性，变化部分的历史作为它的时 态属性。时空单元中的时空过程可用关系表来表达， 若时空单元分裂时，用新增的元组来反映新增的空间 单元，时空过程每变化一次，采用关系表中新增一列 的时间段来表达，从而达到用静态的属性表表达动态 的时空变化过程的目的；但在数据库中对象标识符的 修改比较复杂，涉及的关系链层次很多，必须对标识 符逐一进行回退修改。
四、时间的多标度性
时间多标度性是指用于度量时间的尺度的多 样性，时间标度也称时间分辨率或时间粒度。 不同的应用领域，及用一应用领域中的不同 应用范围，都可能采用不同的时间标度。 GIS中时间标度的选择存在着理想的时间精 度和节约内存开销相互权衡的问题。
二 时态GIS数据模型
目前已有时空数据的三种组织方法：
1 时间的结构
1)线性结构 认为时间是一条没有端点，向过去和将来无限延伸的线
轴，除了与空间一样具有通用性、连续性和可测量性外， 还具有运动的不可逆性（或称单向性）和全序性。 2)循环结构 反映了时间的周期性、稳定性，与时间的线性结构不可 分割，相辅相成，形成了现实世界在继承中的发展。 3)分支结构 分为单向分支结构和双向分支结构，分别反映了具有不 同的历史时间结构和未来时间结构的多个目标现象的时 间结构，其中各分支具有两两正交性。
2、连续快照模型
此模型在快照数据库（Snapshot Database）中仅记录当前数据状态，数据 更新后，旧数据的变化值不再保留，即 “忘记”了过去的状态。连续快照模型是 将一系列时间片段快照保存起来，反映整 个空间特征的状态，根据需要对指定时间 片段的现实片段进行播放。该模型的不足 之处在于，由于快照将未发生变化的时间 片段的所有特征重复进行存储，会产生大 量的数据冗余，当应用模型变化频繁，且 数据量较大时，系统效率急剧下降。此外， 连续快照模型不表达单一的时空对象，较 难处理时空对象间的时态关系。
主要内容
一 地理信息的时态性分析 二 时态GIS数据模型 三 时态GIS实现方法 四 元组级基态修正法
一 地理信息的时态性分析
现有的GIS大多不具有处理数据的时间动 态性的功能，而只是描述数据的一个瞬 态（snapshot ）。当数据发生变化时， 用新数据代替旧数据，系统成为另一个 瞬态，旧数据不复存在。因而无法对数 据变化的历史进行分析，更无法预测未 来的趋势。这类GIS亦称为静态GIS。
3、基态修正法
为了避免连续快照模型将每张未发生变化部分的快照特征重复 进行记录，基态修正模型按事先设定的时间间隔采样，不存储 研究区域中每个状态的全部信息，只存贮某个时间的数据状态 (称为基态)，以及相对于基态的变化量。基态修正的每个对象 只需存储一次，每变化一次，只有很小的数据量需要记录；同 时，只有在事件发生或对象发生变化时才存入系统中，时态分 辨率值与事件发生的时刻完全对应。基态修正模型不存储每个 对象不同时间段的所有信息，只记录一个数据基态和相对于基 态的变化值，提高了时态分辨率，减少了数据冗余量。毫无疑 问，在基态修正法中，检索最频繁的状态作为基态(一般的用户 最关注的是“现在”时 ，即系统最后一次更新的数据状态)。此 外，目标在空间和时空上的内在联系反映不直接，会给时空分 析带来困难。
4)多维结构 是同一目标的演变经历，从不同时间角度来看，体现
为时间的多维结构。主要表现的有： （1）有效时间（Valid Time）Tv：空间目标从产生到消
亡，是它在现实世界中存在的时间区间，称为有效时 间（也称世界时间、数据时间、逻辑时间、事件时 间）。如果理论模型允许目标消亡后再生，则有效时 间是多个不相交的时间区间的并。 （2）数据库时间（Database Time）Td：目标数据输 入系统的时间，称为数据库时间（或事务时间、物理 时间、执行时间、系统时间）。 （3）用户定义时间（User-defined Time）：用户根据 需要自己为目标标注的时间，称为用户定义时间，只 有用户知道其语义，DBMS不能解释，语义由具体应 用确定。 另外还有决策时间、观察时间等等。
1 时间作为新的一维（时空立方体模型） 在概念上最直观的方法是：时间作为信息空间中
的新的一维。主要有两种方式表示，其一是使用三 维的地理矩阵(geographics matriix)，以位置、属 性和时间分别作为矩阵的行、列和高，其二是，用 四叉树表达二维格数据，八叉树表示立方体，则可 用十六叉树表GIS的空间—时间模型。可见，时空 数据沿时间轴的冗余度极大，因为目标的空间位置 和属性的变化总是局部的，不等规律的。