时空数据模型

基态是数据库中检索最为频繁的状态，而时态数据用 户具有厚今薄古的特点，之前的模型全部假设检索每 一个状态的几率一样，基态固定分配 基态距 动态基态:在系统中增加一个动态基态存储区域，将用 户的检索结果作为动态基态数据存储到此区域中。动 态基态是临时存储数据，不永久保存在系统中，随着 时间的推移和检索频繁程度的降低，新的动态基态数 据的进入而从动态基态存储区中被删除。动态基态根 据用户检索的结果产生。系统中设定一个较小的动态 基态距阈值T.dynamic。当检索时阅读差文件数超过此 T.dynamic，系统自动将此时的检索结果存入动态基态 存储区
刘睿，周晓光, 2008. 一种基于动态基态方法的时空 数据模型扩展，测绘通报，2008(6), PP： 50-53
动态基态的基态数据分布
待解决的问题

动态操作 数据查询与可视化

快照查询 变化区间的变化情况统计
时空复合模型
B B B C 1960
1960 1970 1980 1990

Raster based elevation matrix (regular grid)

Triangular irregular network (TIN) based elevation data set

Dominant forms
Contour based elevation data set Random distributed elevation data set
Disadvantage
: Redundant storage:The storage cost is very great
•No error trapping.
•Hidden structure. The comparison between states is very difficult
基态修正模型
OBJECT –ORIENTED SPATIOTEMPORAL DATA MODEL
POINT <<Poisition>>+x float <<poisition>>+y float <<Dynamic>> - create (p: x , p: y): boolean <<dynamic>> - destroy (p:point): boolean <<quary>> -is-equal (p:point, p:point): boolean <<Dynamic>> - create (p:point ):long:
拓扑结构
空间数据分类与编码

《1：500，1：1000，1：2000 基础地理信息 要素分类与代码 》 六位要素分类代码+1位图 形码(共7位):


“1”，测量控制点； “2”，水系及附属设施； “3”，居民地和垣栅；工矿建（ 构 ）筑物及其他 设施； “4”，交通及附属设施； “5”，管线及附属设施； “6”， 境界； “7”，地貌和土质； “8”，植被
栅格数据模型
Electromagnetic Spectrum
VISIBLE - This is the small portion of the EM spectrum that humans are sensitive to. BLUE (.4-.5 micrometers or mm) GREEN (.5-.6 mm) RED (.6-.7 mm)
Event list
t3
52 53 3 3
…
tn
Cn
优缺点:
A B C
1 1 1
Example for Space-time composite model
T1 1 a b 5 T2 2 d 3 4 b
T3
6 7 f 5 d 3 8 c 10 9
c
Chains (object，T3): 3: T1 river / 5: T1 nothing 6: T1 river / 7: T1 river / 8: T1 nothing 9: T1 river / 10: T1 river /
8
5
Store history information;
the storage cost is very great
The comparison between states is very difficult
快照模型优缺点
•Advantage:
• Stored history information;
0维：时间点
0维：时间点
时空及语义对象
属性
Poiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt X: real
Y:real
操作 时空对象 属性 操作
…
0维时空元胞对象(ZTC) Pointid: Point System time: 1-T
1维时空元胞对象(OTC) Pointsequence: sequence(Point)
System time: 1-T Length: Real
分层举例(错)!
The Concept of DEM (or DTM)
Any digital representation of the continuous variation of relief over space is known as a digital elevation model (DEM) or digital terrain model (DTM).
The advantage and disadvantages of Space-time composite model
Advantage: represent the evolution process explicitly Disadvantage:



It’s difficult to organize the data It’s difficult to query

Disadvantages:

基态修正的分区段索引
1949 … 1970 … 1980 … 1990 1998 1999
∆f3
∆f2
时间 ∆f1
2000
… ∆fci ∆fci ∆fci
图中∆fi为两相邻时态元素对象的相对基态修正值，即 “差文件”的值，∆fci为区段相对基态修正值。
动态基态

810100:地类界
大比例尺矢量数据分层
以空间数据分类与编码为基础

测量控制点；点 水系及附属设施；



点 线 面 点 线 面

“3”，居民地和垣栅；工矿建（ 构 ）筑物及其他设施；



“4”，交通及附属设施； “5”，管线及附属设施； “6”， 境界； “7”，地貌和土质； “8”，植被
Feature T2 dry channel / T2 river T3 dry channel / T3 river T3 dry channel
Feature level
River : T1 ：3，6，7，9，10 T2 ：5，6，7，9，10 T3：6，8，10 Dry channel： T1 ： T2 ：3 T3：3，5，7，9
变 变 化 化 … 部 部 分 分 2 k
Event-State-Temporal Data Model，缩写为ESTDM
ESTDM的数据组织

（Peuquet & Duan, 1995）
t0 t1 t2
23 23 Base Map M0 C1 C2 23 54 3 6 v … 60 88 x y
2维时空元胞对象(TTC)
set
OTC：Set (OTC)
System time: 1-T Area: Real Parent
Parent: OneTcell
Parent: TwoTcell
…
Parent 1 1 Child
…
Child 1
1
…
时空元胞对象元组（TemporalCellTuple） ZTCid: ZTC



OBJECT –ORIENTED SPATIO-TEMPORAL DATA MODEL
空间对象 空间属性 空间操作 时态对象 时态属性 时态操作 线性时间 属性 操作 系统时间
一维：时态区间
语义对象 语义属性 语义操作
世界时间
一维：时态区间
数据库时间
一维：时态区间
0维：时间点
B C A C 1980 Feature - level
1960 1970 2 1 1 1980 2、3 1、3 1 1990 2、3 1、4 1、4
A
A
A
C
1970
1990
1 2 3 4
Rural Rural Urban Rural Rural Urban Rural Rural Rural Urban
1 a 3 e b f
c 4
g h
5
2
d
7
k
i 6 j 10
8
9
邻接三角形 ID t1 t2 t3 a b d b a c f c b g ………… k h j
等高线模型的应用
等高线数据模型


ID1,高程值,x1,y1,x2,y2,x3,y3,,xn,yn ID2,高程值,x1,y1,x2,y2,x3,y3,,xm,ym IDn,高程值,x1,y1,x2,y2,x3,y3,,xp,yp
Regular grid DTM
91 94
78 81
63 64
53 51
100 84
103 84
66
66
55
56
不规则三角形:TIN模型的典型存贮结构
坐标与高程值表 ID X Y Z 1 5.0 0.4 4.2 2 3.0 0.2 9.3 3 9.5 6.2 0.2 ………… 10 7.4 3.0 1.8 三角形表 ID P1 P2 P3 a 1 2 3 b 1 3 4 c 4 5 1 ………… k 6 7 8
(a)
现在： 基 态
T (c) 现在： 基态 (d)
T 现在： 基态
The advantage and disadvantage of Base state with amendments model

Advantage:


Temporal structure is evident Errors can be trapped because improbable events can be identified and the geographical information accounts for all space, which enforces internal consistency. Redundancy is minimal because an object version is stored only once too many files State is indirect. It is difficult to answer the question of „what‟s the state at time t0‟
(Base state with amendments model)
T1 T2 T3 T4
reality
Rural
Urban
T1 T2 T3 T4
records
Rural Change to Urban Unchanged
Deta files( files)
基态修正向后版本法的4种模式
T T (b) 现在： 基态
时空数据模型



时空目标状态的模型 顾及状态和事件的时空数据模型 顾及状态、事件和证据的时空数据模型 其他时空数据模型
快照模型:Snapshots model
Time 1949/10/01 1 3 2 1980/06/10 1 4 1988/02/20 1995/02/06
1 2 5
6
7 5
时空数据模型
周晓光 中南大学信息物理工程学院
内容

基本空间数据模型 时空数据模型


时空目标状态的模型 顾及状态和事件的时空数据模型 顾及状态、事件和证据的时空数据模型 其他时空数据模型
面条结构
在面条结构中， 地图用一系列 的坐标串来表 示，点对应于 一个x, y坐标， 线对应于一个 x, y坐标序列， 面对应于一个 起点与终点坐 标相同的多边 形。
OTCid: OTC TTCid: TTC System time: 1-T
…
基于事件的栅格时空数据模型
头指针 t0 事件1 t1
…
事件2 t2
…
…
事件q tq
…
基态 M0
变 化 部 分 1
变 变 化… 化 部 部 分 分 2 k
变 化 部 分 1
变 变 化 化 … 部 部 分 分 2 k
变 化 部 分 1