GIS中的时空数据模型研究
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参考文献 ［１］ Ｍａｙ Ｙｕａｎ．ｕｓｅ ｏｆ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｗｉｌｄｆｉｒｅ
万方数据
眩］ ｂ］ 心］ ｂ］ №］ ＂］ 随］ ｐ］ ｒＬ ｍ ］
ｒＬ Ｕ ］ ｒＬ 屹 ］ ｒｌ 坞 ］
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［１６］ ［１７］
ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｍｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． ＩＮＴ．Ｊ．ＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩｏＮ ＳＣＩ—
４）显式表达状态、事件及所有拓扑关系 在基于Ｐｅｔ“网的时空数据模型基础上，增加了状态之 间的拓扑关系与事件之间的拓扑关系，本文称为基于状态 一事件的时空数据模型，能显式表达状态、事件，状态之 间的拓扑关系、事件之间的拓扑关系、状态与事件之间的 拓扑关系。 基于状态一事件的时空模型能进行状态与事件的直接 查询，以及各种拓扑关系的之间查询，便于时空分析。对 于不同的应用，状态间的关系、事件间的关系、状态与事 件问的关系的详细程度可能不同，甚至有的关系没有直接 资料提供，该模型可以将没有关系的部分以“空”保存。 从逻辑上，该模型可以认为是全显式时空数据库模型，适 用于多时空关系的联合分析。由于提供了全显式时空拓扑 关系，为时空关系仓库模型设计提供了技术方案。 状态一事件模型将状态与事件作为同等的重要进行描 述，避免了人为地将他们分开，兼顾了状态模型与事件模 型的优点。 ５）显式表达事件及事件之间的拓扑关系 典型的模型是基于事件的时空数据模型（ＥＳＴＤＭ），显式 表达事件及事件之间的拓扑关系。但不能表达矢量的空间图 形的变化，适用于基于栅格模型的空间对象变化的描述。 ６）显式表达事件 显式表达事件快照，没有事件之间的拓扑关系。数据 结构简单，数据库中记录事件序列，但时空分析能力较弱， 适用于工作流中的事件记录模型。 以上各模型之间在状态、事件、状态之间的关系、事 件之间的关系、状态与事件之间的关系五个方面各不相同， 在表１中提供了典型模型及优缺点，为具体时空应用提供 了参考。
１４
测绘科学
第３０卷
牛◆
４结束语 时空数据模型是描述空间对象随时间所发生的变化，
包括变化的状态、事件及状态与事件之间的关系。目前时 空数据模型的研究，侧重于状态与事件相分离的表达，表 现为基于状态的模型与基于事件的模型，不能兼顾这两种 模型的优点。本文以状态、事件及状态与事件之间的关系 三者为中心，分析了已有时空数据模型的特点，提出了基 于状态一事件的时空数据模型，描述了状态、事件及各种 时空拓扑关系，能有效顾及状态模型与事件模型的优点。 同时，探讨了各时空模型之间的相互转换条件，为时空模 型的一致性描述和表达打下了基础，对完善和丰富时空数 据模型提供了参考。
１引 言
将时间作为与空间同等重要的因素引入到ＧＩｓ中，便 产生了ＴＧＩＳ，其组织核心是时空数据库，概念基础则是时 空数据模型幢ｊ。状态与事件是时空数据模型的一对基本概 念，目前ＴＧＩｓ研究主要侧重于状态模型与事件模型研究。 人为地割裂了两个概念之间的关系，无法兼顾这两个模型 的优点，具体表现为：
１）基于状态模型研究。早期提出的时空数据模型，是 ＧＩｓ基本模型：矢量与栅格模型的扩展¨ｏＩ，如时空立体模 型、快照序列模型、基态修正模型、时空复合模型【４Ｊ、第 一范式模型ｂ］、面向对象的时空数据模型【６。８ Ｊ等，时间作为 空间对象的一个属性，侧重于状态的描述，对时空表达缺 乏支持…，无法体现状态之间的因果关系。
２）基于事件模型研究。为了能重现地理现象的变化过 程，许多基于变化的时空数据模型被提出。其中，基于事 件的时空数据模型最具有代表性，该模型显式存储事件序 列【ｌ引，顾及了状态与因果关系，但不能表达基于矢量的空 间图形的变化，如分割、合并等【ｌｌ｜。
３）基于因果模型研究。知道所发生的变化是重要的， 同样，知道或试图理解影响这种变化的可能原因也是很重 要的－３ Ｊ。因果关系是要确定的最重要而且是最复杂的时态 关系，建立因果关系通常是大多数时空分析的最终目标。 一一对应的因果关系可以从先验知识中得到或从前后状态 的直接观察中得到，这些因果关系大多数情况下被显式地 存储ｕ３Ｉ。事件使地理现象由一种状态转变为另一种状态， 因此ＴＧＩＳ的时空拓扑关系可以表现为三种：状态之间的关 系、事件之间的关系以及状态与事件之间的关系。这些关 系可以用图方法的边表示，节点表示状态。如基于图方法 的动态多边形对象的时空构模ｕ引、基于图论的时空数据模 型１９ Ｊ、基于标识符变化的时空数据模型【”Ｊ及基于事件与对 象方法的二元历史图模型【１４ Ｊ等，这些模型能表达状态与部 分时空关系，有的模型还能描述事件，但不能同时兼顾状 态、事件与三种时空拓扑关系。
Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ＩｎｆｏＨｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９４，８：１６３—１７３．
ＷｏｒｂＯｙｓ．ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐＯｒａｌｌｎ— ｆｏｍａｔｉｏｎ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＩＳ／ＬＩＳ’９２，ｓａｎ Ｊｏｓｅ，
万方数据
第３期
尹章才等ＧＩＳ中的时空数据模型研究
１３
之间的关系，包括状态间的关系、事件间的关系以及状态 与事件问的关系（如图３），便于时空分析，主要表现为状态 的查询、事件的查询和时空关系的查询。
时空模型
状
事状事
状
态件态
态
件
间
问
与
的
的
事
关
关
件
系系关
系
图３时空模型的组成
３基于状态一事件的时空模型
３．１概念模型 概念模型描述时空对象的状态、事件以及时空关系，
时空对象１
时空对象２
ห้องสมุดไป่ตู้
图１时空变化描述
２．２时空关系 时空对象之间存在着空间、时间与语义关系，其中空间
关系表现为空间拓扑关系、空间方向关系和空间度量关系； 时间关系类似于空间关系表现为时间拓扑关系、时间方向关 系和时间度量关系，语义关系是目前ＧＩＳ研究的热点之一， 主要表现为如“是……一部分”、“属于”等，可以认为是一 维的关系。这样时空关系可以表现为七维（如图２）。
龚建雅．ＧＩＳ中面向对象时空数据模型［Ｊ］．测绘学报， １９９７，２６（４）：２８９—２９８． 尹章才，李霖，艾自兴．基于图论的时空数据模型研究 ［Ｊ］．测绘学报，２００３，５． Ｐｅｕｑｕｅｔ Ｄ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｅｖｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａＩ ｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎ—
ｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｊ０ｕｍａｌ ｏｆ ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＩｎｆｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔ咖ｓ，
９：３５９—３８４．
Ｍａｙ Ｙｕａｎ．Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｈｅｎｏｍｅ—
ｎａ ｉｎ ＧＩＳ［Ｊ］．Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ
空间
量关系
图２时空关系的七维
时空对象可以由状态与事件进行描述，时空关系可以 表现为对象级关系与状态一事件级时空关系。对象间的变 化都是质变。 ２．３时空模型
时空模型描述时空对象的状态、事件以及状态与事件
收稿日期：２００４一０８—２１
基金项目：武汉理工大学基金（２００３ⅪＪ２２３），博士点基金（２００２０４８６０４０）
表１ 时空模型的数据组成｛“ｙ”表示“具有”）
３．３模型之间的转化 基于状态一事件的时空数据模型是全显式的状态、事
件及各种拓扑关系的时空数据模型，能便于时空查询和分 析。该模型可以通过简化部分成分，转化为其他模型，具 体表现为：隐含状态之间的关系和事件之间的关系，可以 转化为基于Ｐｅｔ“网模型；隐含事件，转化为图论方法模 型；隐含事件及状态间关系，转化为快照模型；隐含状态，
第３０卷第３期 ２００５年６月
测绘科学 ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ
ＧＩＳ中的时空数据模型研究
尹章才①②，李 霖②
（①武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉４３００７９；②武汉大学资源与环境科学学院，武汉４３００７９）
【摘 要】状态与事件是时态地理信息系统（ＴｅｍｐｏｒａｌＧＩｓ，ＴＧＩｓ）的一对基本概念，目前时空数据模型研究侧重于
Ｌａｎｇｒａｎ Ｇ．Ｔｉｍｅ ｉｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ ＳｙＳｔｅｍ
［Ａ］．Ｉｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ Ｌｔｄ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９９２． Ｒａａｆａｔ ａｎｄ Ｙａｎｇ．Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｓｐａｔｉａｌ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｈｉｓｔｏｒｉ—
ｃａｌ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ
为了满足科学研究的需要，ＴＧＩＳ应显式存储事件与状 态间的已知或可能存在的时态拓扑关系【１２｜。本文首先分析 了时空关系的类型，并从概念和逻辑上，探讨了基于状态 ～事件的时空数据模型，不仅能表示状态与事件，同时能
兼顾三种类型的时空关系。 ２时空模型的基本概念
２．１ 时空变化
时空对象的变化有质变和量变。量变是时空对象内部 变化，状态表现为不同的版本；质变是时空对象之间的变 化，由于时空对象由状态组成，因此质变是不同对象的状 态之间的变化，涉及到时空对象的起止两个状态（如图１）。 构成时空对象变化序列的元素有状态、事件以及状态与事 件之间的关系。
将两个概念相分离，表现为基于状态模型和基于事件模型，无法兼顾两种模型的优点。本文提出了基于状态一事
件的时空数据模型，并系统阐述各时空数据模型之间的相互转换条件。
【关键词】状态；事件；时空数据模型；时空关系
【中图分类号】Ｐ２０８
【文献标识码】Ａ
【文章编号】１００９—２３０７（２００５）０３—００１２—０３
２：８２５．８３４．
Ｗｅｎｚｈｏｎｇ ｓｈｉ． Ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ， ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ａｔｔｒｉｂｕｔｅ ｄａｔａ ｍＯｄｅｌｉｎｇ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄ—
ｉｎｇｓ Ｖｄｕｍｅ ２，ＧＩＳ／ＬＩＳ’９５，ＮａＳｈｖｉｌｌｅ，ＴＮ：９０３—９１２．
万方数据
时空分析的速度，但不能表达因果关系。 ３）显式表达状态、事件及状态与事件之间的拓扑关系 时空数据库是状态、事件及状态与事件之间的拓扑关
系的集合。典型的模型有基于Ｐｅｔｒｉ网的时空数据模型【ｌ７。， 利用Ｐｅｔｒｉ网的库所表示时空模型的状态；Ｐｅｔｒｉ网的变迁表 示时空模型的事件；Ｐｅｔｒｉ网的边表示状态与事件之间的拓 扑关系。基于Ｐｅｔｒｉ网的时空模型显式表达了状态与事件， 及因果关系，但不能表达状态之间的时空拓扑关系与事件 之间的拓扑关系。
实现上可以不同。主要表现为显式表达状态、事件与时空 拓扑关系中的一种或几种，或时空拓扑关系的一部分。具 体表现为：
１）显式表达状态 典型的模型有快照模型。在时空模型中，显式表达状 态，隐含表达事件以及状态与事件之间的时空拓扑关系， 时空数据库是状态的集合。特点是无显式拓扑，数据结构 简单，但不便于时空拓扑关系的分析。 ２）显式表达状态及状态之间的拓扑关系 典型的有基于图论的时空数据模型，显式表达状态及 状态之间的拓扑关系。用图的顶点表示状态，图的边表示 状态之间的拓扑关系。时空数据库是状态及状态之间拓扑 关系的集合。便于状态之间时空拓扑关系的查询，提高了
其中时空关系目前主要研究时空拓扑关系（如图４）。时空拓 扑关系存在于状态与事件之间、状态之间、事件之间。
⑧
，，，ｉ！蝰挝隧歪ｊ
时空拓扑关系÷、、
～ｊ时空拓｛ 、关系
事 厂、＼
＼ ｊ时空拓扑关系
件 。，／
珥于蚕耐陕亲ｋ，
罔划艇 图 ４ 时 空
３．２逻辑模型 根据不同的应用，状态、事件与时空拓扑关系在逻辑
ＥＮＣＥ，１９９７，１ｌ（８）：７２３—７４５． 张祖勋，等．时态ＧＩＳ数据结构的研讨［Ｊ］．测绘通报， １９９６，（１）：１９—２２．
Ｌａｎｇｒａｎ Ｇ．Ｓｔａｔｅｓ，ｅｖｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｖｉｄｅｎｃｅ：ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｅｎ－
ｔｉｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｔｅｍｐｏｒａｌ ＧＩＳ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＩＳ／ ＬＩＳ’９２［Ｃ］，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ：４１７—４２５．
万方数据
眩］ ｂ］ 心］ ｂ］ №］ ＂］ 随］ ｐ］ ｒＬ ｍ ］
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［１６］ ［１７］
ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｍｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． ＩＮＴ．Ｊ．ＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩｏＮ ＳＣＩ—
４）显式表达状态、事件及所有拓扑关系 在基于Ｐｅｔ“网的时空数据模型基础上，增加了状态之 间的拓扑关系与事件之间的拓扑关系，本文称为基于状态 一事件的时空数据模型，能显式表达状态、事件，状态之 间的拓扑关系、事件之间的拓扑关系、状态与事件之间的 拓扑关系。 基于状态一事件的时空模型能进行状态与事件的直接 查询，以及各种拓扑关系的之间查询，便于时空分析。对 于不同的应用，状态间的关系、事件间的关系、状态与事 件问的关系的详细程度可能不同，甚至有的关系没有直接 资料提供，该模型可以将没有关系的部分以“空”保存。 从逻辑上，该模型可以认为是全显式时空数据库模型，适 用于多时空关系的联合分析。由于提供了全显式时空拓扑 关系，为时空关系仓库模型设计提供了技术方案。 状态一事件模型将状态与事件作为同等的重要进行描 述，避免了人为地将他们分开，兼顾了状态模型与事件模 型的优点。 ５）显式表达事件及事件之间的拓扑关系 典型的模型是基于事件的时空数据模型（ＥＳＴＤＭ），显式 表达事件及事件之间的拓扑关系。但不能表达矢量的空间图 形的变化，适用于基于栅格模型的空间对象变化的描述。 ６）显式表达事件 显式表达事件快照，没有事件之间的拓扑关系。数据 结构简单，数据库中记录事件序列，但时空分析能力较弱， 适用于工作流中的事件记录模型。 以上各模型之间在状态、事件、状态之间的关系、事 件之间的关系、状态与事件之间的关系五个方面各不相同， 在表１中提供了典型模型及优缺点，为具体时空应用提供 了参考。
１４
测绘科学
第３０卷
牛◆
４结束语 时空数据模型是描述空间对象随时间所发生的变化，
包括变化的状态、事件及状态与事件之间的关系。目前时 空数据模型的研究，侧重于状态与事件相分离的表达，表 现为基于状态的模型与基于事件的模型，不能兼顾这两种 模型的优点。本文以状态、事件及状态与事件之间的关系 三者为中心，分析了已有时空数据模型的特点，提出了基 于状态一事件的时空数据模型，描述了状态、事件及各种 时空拓扑关系，能有效顾及状态模型与事件模型的优点。 同时，探讨了各时空模型之间的相互转换条件，为时空模 型的一致性描述和表达打下了基础，对完善和丰富时空数 据模型提供了参考。
１引 言
将时间作为与空间同等重要的因素引入到ＧＩｓ中，便 产生了ＴＧＩＳ，其组织核心是时空数据库，概念基础则是时 空数据模型幢ｊ。状态与事件是时空数据模型的一对基本概 念，目前ＴＧＩｓ研究主要侧重于状态模型与事件模型研究。 人为地割裂了两个概念之间的关系，无法兼顾这两个模型 的优点，具体表现为：
１）基于状态模型研究。早期提出的时空数据模型，是 ＧＩｓ基本模型：矢量与栅格模型的扩展¨ｏＩ，如时空立体模 型、快照序列模型、基态修正模型、时空复合模型【４Ｊ、第 一范式模型ｂ］、面向对象的时空数据模型【６。８ Ｊ等，时间作为 空间对象的一个属性，侧重于状态的描述，对时空表达缺 乏支持…，无法体现状态之间的因果关系。
２）基于事件模型研究。为了能重现地理现象的变化过 程，许多基于变化的时空数据模型被提出。其中，基于事 件的时空数据模型最具有代表性，该模型显式存储事件序 列【ｌ引，顾及了状态与因果关系，但不能表达基于矢量的空 间图形的变化，如分割、合并等【ｌｌ｜。
３）基于因果模型研究。知道所发生的变化是重要的， 同样，知道或试图理解影响这种变化的可能原因也是很重 要的－３ Ｊ。因果关系是要确定的最重要而且是最复杂的时态 关系，建立因果关系通常是大多数时空分析的最终目标。 一一对应的因果关系可以从先验知识中得到或从前后状态 的直接观察中得到，这些因果关系大多数情况下被显式地 存储ｕ３Ｉ。事件使地理现象由一种状态转变为另一种状态， 因此ＴＧＩＳ的时空拓扑关系可以表现为三种：状态之间的关 系、事件之间的关系以及状态与事件之间的关系。这些关 系可以用图方法的边表示，节点表示状态。如基于图方法 的动态多边形对象的时空构模ｕ引、基于图论的时空数据模 型１９ Ｊ、基于标识符变化的时空数据模型【”Ｊ及基于事件与对 象方法的二元历史图模型【１４ Ｊ等，这些模型能表达状态与部 分时空关系，有的模型还能描述事件，但不能同时兼顾状 态、事件与三种时空拓扑关系。
Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ＩｎｆｏＨｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９４，８：１６３—１７３．
ＷｏｒｂＯｙｓ．ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐＯｒａｌｌｎ— ｆｏｍａｔｉｏｎ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＩＳ／ＬＩＳ’９２，ｓａｎ Ｊｏｓｅ，
万方数据
第３期
尹章才等ＧＩＳ中的时空数据模型研究
１３
之间的关系，包括状态间的关系、事件间的关系以及状态 与事件问的关系（如图３），便于时空分析，主要表现为状态 的查询、事件的查询和时空关系的查询。
时空模型
状
事状事
状
态件态
态
件
间
问
与
的
的
事
关
关
件
系系关
系
图３时空模型的组成
３基于状态一事件的时空模型
３．１概念模型 概念模型描述时空对象的状态、事件以及时空关系，
时空对象１
时空对象２
ห้องสมุดไป่ตู้
图１时空变化描述
２．２时空关系 时空对象之间存在着空间、时间与语义关系，其中空间
关系表现为空间拓扑关系、空间方向关系和空间度量关系； 时间关系类似于空间关系表现为时间拓扑关系、时间方向关 系和时间度量关系，语义关系是目前ＧＩＳ研究的热点之一， 主要表现为如“是……一部分”、“属于”等，可以认为是一 维的关系。这样时空关系可以表现为七维（如图２）。
龚建雅．ＧＩＳ中面向对象时空数据模型［Ｊ］．测绘学报， １９９７，２６（４）：２８９—２９８． 尹章才，李霖，艾自兴．基于图论的时空数据模型研究 ［Ｊ］．测绘学报，２００３，５． Ｐｅｕｑｕｅｔ Ｄ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ａｎ ｅｖｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｓｐａｔｉｏｔｅｍｐｏｒａｌ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａＩ ｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎ—
ｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｊ０ｕｍａｌ ｏｆ ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌＩｎｆｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔ咖ｓ，
９：３５９—３８４．
Ｍａｙ Ｙｕａｎ．Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｈｅｎｏｍｅ—
ｎａ ｉｎ ＧＩＳ［Ｊ］．Ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ
空间
量关系
图２时空关系的七维
时空对象可以由状态与事件进行描述，时空关系可以 表现为对象级关系与状态一事件级时空关系。对象间的变 化都是质变。 ２．３时空模型
时空模型描述时空对象的状态、事件以及状态与事件
收稿日期：２００４一０８—２１
基金项目：武汉理工大学基金（２００３ⅪＪ２２３），博士点基金（２００２０４８６０４０）
表１ 时空模型的数据组成｛“ｙ”表示“具有”）
３．３模型之间的转化 基于状态一事件的时空数据模型是全显式的状态、事
件及各种拓扑关系的时空数据模型，能便于时空查询和分 析。该模型可以通过简化部分成分，转化为其他模型，具 体表现为：隐含状态之间的关系和事件之间的关系，可以 转化为基于Ｐｅｔ“网模型；隐含事件，转化为图论方法模 型；隐含事件及状态间关系，转化为快照模型；隐含状态，
第３０卷第３期 ２００５年６月
测绘科学 ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ
Ｖ０１．３０ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ
ＧＩＳ中的时空数据模型研究
尹章才①②，李 霖②
（①武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉４３００７９；②武汉大学资源与环境科学学院，武汉４３００７９）
【摘 要】状态与事件是时态地理信息系统（ＴｅｍｐｏｒａｌＧＩｓ，ＴＧＩｓ）的一对基本概念，目前时空数据模型研究侧重于
Ｌａｎｇｒａｎ Ｇ．Ｔｉｍｅ ｉｎ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ ＳｙＳｔｅｍ
［Ａ］．Ｉｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ Ｌｔｄ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９９２． Ｒａａｆａｔ ａｎｄ Ｙａｎｇ．Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ｓｐａｔｉａｌ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｈｉｓｔｏｒｉ—
ｃａｌ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｉｎｆｏｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ
为了满足科学研究的需要，ＴＧＩＳ应显式存储事件与状 态间的已知或可能存在的时态拓扑关系【１２｜。本文首先分析 了时空关系的类型，并从概念和逻辑上，探讨了基于状态 ～事件的时空数据模型，不仅能表示状态与事件，同时能
兼顾三种类型的时空关系。 ２时空模型的基本概念
２．１ 时空变化
时空对象的变化有质变和量变。量变是时空对象内部 变化，状态表现为不同的版本；质变是时空对象之间的变 化，由于时空对象由状态组成，因此质变是不同对象的状 态之间的变化，涉及到时空对象的起止两个状态（如图１）。 构成时空对象变化序列的元素有状态、事件以及状态与事 件之间的关系。
将两个概念相分离，表现为基于状态模型和基于事件模型，无法兼顾两种模型的优点。本文提出了基于状态一事
件的时空数据模型，并系统阐述各时空数据模型之间的相互转换条件。
【关键词】状态；事件；时空数据模型；时空关系
【中图分类号】Ｐ２０８
【文献标识码】Ａ
【文章编号】１００９—２３０７（２００５）０３—００１２—０３
２：８２５．８３４．
Ｗｅｎｚｈｏｎｇ ｓｈｉ． Ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｓｐａｔｉａｌ， ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ａｔｔｒｉｂｕｔｅ ｄａｔａ ｍＯｄｅｌｉｎｇ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄ—
ｉｎｇｓ Ｖｄｕｍｅ ２，ＧＩＳ／ＬＩＳ’９５，ＮａＳｈｖｉｌｌｅ，ＴＮ：９０３—９１２．
万方数据
时空分析的速度，但不能表达因果关系。 ３）显式表达状态、事件及状态与事件之间的拓扑关系 时空数据库是状态、事件及状态与事件之间的拓扑关
系的集合。典型的模型有基于Ｐｅｔｒｉ网的时空数据模型【ｌ７。， 利用Ｐｅｔｒｉ网的库所表示时空模型的状态；Ｐｅｔｒｉ网的变迁表 示时空模型的事件；Ｐｅｔｒｉ网的边表示状态与事件之间的拓 扑关系。基于Ｐｅｔｒｉ网的时空模型显式表达了状态与事件， 及因果关系，但不能表达状态之间的时空拓扑关系与事件 之间的拓扑关系。
实现上可以不同。主要表现为显式表达状态、事件与时空 拓扑关系中的一种或几种，或时空拓扑关系的一部分。具 体表现为：
１）显式表达状态 典型的模型有快照模型。在时空模型中，显式表达状 态，隐含表达事件以及状态与事件之间的时空拓扑关系， 时空数据库是状态的集合。特点是无显式拓扑，数据结构 简单，但不便于时空拓扑关系的分析。 ２）显式表达状态及状态之间的拓扑关系 典型的有基于图论的时空数据模型，显式表达状态及 状态之间的拓扑关系。用图的顶点表示状态，图的边表示 状态之间的拓扑关系。时空数据库是状态及状态之间拓扑 关系的集合。便于状态之间时空拓扑关系的查询，提高了
其中时空关系目前主要研究时空拓扑关系（如图４）。时空拓 扑关系存在于状态与事件之间、状态之间、事件之间。
⑧
，，，ｉ！蝰挝隧歪ｊ
时空拓扑关系÷、、
～ｊ时空拓｛ 、关系
事 厂、＼
＼ ｊ时空拓扑关系
件 。，／
珥于蚕耐陕亲ｋ，
罔划艇 图 ４ 时 空
３．２逻辑模型 根据不同的应用，状态、事件与时空拓扑关系在逻辑
ＥＮＣＥ，１９９７，１ｌ（８）：７２３—７４５． 张祖勋，等．时态ＧＩＳ数据结构的研讨［Ｊ］．测绘通报， １９９６，（１）：１９—２２．
Ｌａｎｇｒａｎ Ｇ．Ｓｔａｔｅｓ，ｅｖｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｖｉｄｅｎｃｅ：ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｅｎ－
ｔｉｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｔｅｍｐｏｒａｌ ＧＩＳ［Ａ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＧＩＳ／ ＬＩＳ’９２［Ｃ］，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ：４１７—４２５．