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【摘 要】TGIS是目前GIS行业的研究热点之一，本文对TGIS的研究现状及应用领域进行了阐述。
【关键词】时态GIS 时空数据模型
一、引言
人类赖以生存的环境以及自身的变迁和发展沿着时间轴，刻画出复杂、难解、但是又动人的曲线。人类在解读这一曲线的过程中，发挥智慧创造出灿若星河的成果。这其中，GIS（Geographical Information System）科学发挥着不可取代的作用，它将我们生活的地球记录着、展现着、并用智慧重新解读着。地理实体固有的三个基本特征是时间、空间和属性，是表述地理实体状态和发展过程的不可或缺的部分。传统GIS在同时处理空间和属性两个维度方面发展迅速，但是，由于受计算机软硬件技术和GIS行业发展方面的限制，空间、时间和属性三个维度同时进行处理和研究的脚步缓慢且存在诸多困难。在许多需要研究时间属性的领域中，传统的GIS面临着诸多挑战，如城市发展演化、地籍管理变更、交通运输管理、环境变化监测、地震预测救援等领域需要存储并处理历史变化数据，并要求重建过往状态、跟踪变化、预测未来等等。基于以上问题研究所需，这种能够组织、管理和操作地理实体或现象随时间变化信息的地理信息系统—TGIS（Temporal GIS）应运而生并迅速成为GIS领域研究的热点之一。
二、时空数据模型
（一）概述
时空数据模型是用来组织、管理具有时态性质的空间数据，使其空间和时间、屬性语义更完整的一种概念数据模型。高质量的时空数据模型能够完善语义，提高录入、查询、索引和更新时空数据的速度，有利于分析时间序列、量测时间、叠加时空数据等与时间有密切相关的空间分析功能，以便重建历史状态、跟踪变化、预测未来。因此，关于TGIS的研究重点在于如何建立合理的时空数据模型。
（二）国内外研究历史
1977年，Thrift第一次提出了历史地理信息系统的概念；1978年Basog lu和Morrison设计了最早的历史GIS（historical GIS）；J Clifford（1982）、J Ben Zvi（1982）和S Ginsburg（1983）先后分别对非第一范式时态数据库、关系型历史数据库和对象历史模型进行了的开创性的研究；唐常杰与Ginsburg（1983）合作提出对象历史模型并在此基础上实现了一种基于关系型的历史数据库管理系统—HBase。Snodgrass（1985-1986）在关系数据库管理系统INGRESS查询语言的基础上扩展开发了一种时态查询语言—TQuel；1992年，Gail Langran发表专著《地理信息系统中的时间》，点燃了学者们对TGIS的研究热情，书中阐述了时空数据模型的基本概念并总结了当时的几种时空数据模型；1991、1993年Gadia，et al和张师超先后提出了时态元素和时态赋值的概念并由此建立了第一范式时态模型，等等。
国内关于TGIS的研究相对较晚，开始于90年代中后期。陈军（1995）和黄明智（1997）先后对非第一范式时空数据模型进行了研究；1997年，龚健雅提出了面向对象的时空数据建模方法；同年杜道生等提出了基于同步数据项和碎分拓扑弧段时间标记的时态空间数据模型。1993至1997年间林辉、马劲松、舒红、张祖勋、黄杏元、陈尚超、乐艳芬等[2]人许多相关领域学者进一步提出了一些模型以及修正了已经提出的某些模型，加快了TGIS理论与时空数据模型在中国的发展脚步。
在实践应用中，张山山等（2001）提出了基于序列快照模型和时间参数模型的过程模拟方法并通过模拟地震过程进行了实例验证分析；李小娟等（2002）设计和开发了基于变化特征状态的时空数据模型的时态土地利用信息系统；尹章才等（2002）研究了基于土地规划应用的时空数据模型并阐述了地理时间在GIS系统中的模拟方法；1993年，郭达志在建立矿山GIS时应用了时空四维数据模型。
（三）时空数据模型问题评述
目前的时空数据模型主要问题有理论与应用结合不密切、对地理对象变化因果联系的抽象表达较弱、数据移植性不高、无法在语义层次上实现数据共享等。事实上，现有的各种时空数据模型都各有优劣势、优点和缺点并存。时空数据模型的建立现在已成为限制TGIS发展的一个重要的技术“瓶颈”。
三、时态GIS应用领域
时态GIS的强大的信息处理能力使它能够在许多领域得以应用。时态GIS能够存储、组织和处理相关领域的空间数据并为解决问题提供有力的工具。时态GIS常被应用在如下一些领域当中：
（一）环境变迁研究
环境变迁研究的主要内容有陆地水文和海岸线变化、植物群演化过程、土地沙漠化等环境变迁等。阐明引起这些地理环境随时间的变化规律和引起变化的原因，以预测地理环境的变化趋势。研究地理环境变化的内部机制不仅更好的保护环境而且促进了人与自然的持续发展。
（二）城市规划中的应用
城市规划的目的是为了保障公民社会生活的安全、便利，同时为经济、社会、环境的和谐发展提供技术支持。城市规划的过程中不仅要合理分配空间、优化资源配置等。时态GIS的数据管理、分析和趋势预测等功能为解决城市规划问题了提供了工具还能将规划过程及过程用动画方式表现出来，便于进行决策和宣传等。
（三）地籍变更管理
地籍数据具有很强的时间特性，对城镇进行规划时对地籍资料的存储、组织和管理是尤为重要的。利用适当的时空模型来建立地籍数据库是利用时态GIS解决这类问题首先要解决的问题。地籍数据另外一个很明显的特点就是频繁变更，在建立时空数据库的时候要考虑怎样更好的组织管理变更数据，作为辅助工具更好的为土地管理部门提供的决策依据。
（四）路网变化管理
通过时态GIS进行存储、组织和管理道路新建、旧路废弃、道路改线、路面加宽加长等方面的时空变化数据，沿时间轴为各级道路的管理、规划等提供所需的帮助。
四、结语
作为当代科学发展的新兴领域，TGIS弥补了传统GIS语义表达不完整、现实世界表达不够准确等缺点。迅速发展的计算机技术也为TGIS的发展奠定了优良的技术，但是目前对TGIS的研究仍处于研究理论与模型的阶段，还没有实际意义上的成熟的应用系统，面对海量数据如何组织、存取和处理，依然是相关领域研究人员需要不断努力去解决的问题。我国作为一个正在高速发展的国家，TGIS的研究和应用是必然趋势并且它具有广阔的研究与发展空间和广泛的应用前景。
参考文献：
[1]王家耀，魏海平，成毅，熊自明.时空GIS的研究与进展[J].海洋测绘.2004，24（5）.
[2]杜哲.GIS时空数据模型研究[D].北京林业大学.2011.
作者简介：
王强（1991.10.7-），青海省民和县，硕士研究生，专业：地图制图学与地理信息工程。
【关键词】时态GIS 时空数据模型
一、引言
人类赖以生存的环境以及自身的变迁和发展沿着时间轴，刻画出复杂、难解、但是又动人的曲线。人类在解读这一曲线的过程中，发挥智慧创造出灿若星河的成果。这其中，GIS（Geographical Information System）科学发挥着不可取代的作用，它将我们生活的地球记录着、展现着、并用智慧重新解读着。地理实体固有的三个基本特征是时间、空间和属性，是表述地理实体状态和发展过程的不可或缺的部分。传统GIS在同时处理空间和属性两个维度方面发展迅速，但是，由于受计算机软硬件技术和GIS行业发展方面的限制，空间、时间和属性三个维度同时进行处理和研究的脚步缓慢且存在诸多困难。在许多需要研究时间属性的领域中，传统的GIS面临着诸多挑战，如城市发展演化、地籍管理变更、交通运输管理、环境变化监测、地震预测救援等领域需要存储并处理历史变化数据，并要求重建过往状态、跟踪变化、预测未来等等。基于以上问题研究所需，这种能够组织、管理和操作地理实体或现象随时间变化信息的地理信息系统—TGIS（Temporal GIS）应运而生并迅速成为GIS领域研究的热点之一。
二、时空数据模型
（一）概述
时空数据模型是用来组织、管理具有时态性质的空间数据，使其空间和时间、屬性语义更完整的一种概念数据模型。高质量的时空数据模型能够完善语义，提高录入、查询、索引和更新时空数据的速度，有利于分析时间序列、量测时间、叠加时空数据等与时间有密切相关的空间分析功能，以便重建历史状态、跟踪变化、预测未来。因此，关于TGIS的研究重点在于如何建立合理的时空数据模型。
（二）国内外研究历史
1977年，Thrift第一次提出了历史地理信息系统的概念；1978年Basog lu和Morrison设计了最早的历史GIS（historical GIS）；J Clifford（1982）、J Ben Zvi（1982）和S Ginsburg（1983）先后分别对非第一范式时态数据库、关系型历史数据库和对象历史模型进行了的开创性的研究；唐常杰与Ginsburg（1983）合作提出对象历史模型并在此基础上实现了一种基于关系型的历史数据库管理系统—HBase。Snodgrass（1985-1986）在关系数据库管理系统INGRESS查询语言的基础上扩展开发了一种时态查询语言—TQuel；1992年，Gail Langran发表专著《地理信息系统中的时间》，点燃了学者们对TGIS的研究热情，书中阐述了时空数据模型的基本概念并总结了当时的几种时空数据模型；1991、1993年Gadia，et al和张师超先后提出了时态元素和时态赋值的概念并由此建立了第一范式时态模型，等等。
国内关于TGIS的研究相对较晚，开始于90年代中后期。陈军（1995）和黄明智（1997）先后对非第一范式时空数据模型进行了研究；1997年，龚健雅提出了面向对象的时空数据建模方法；同年杜道生等提出了基于同步数据项和碎分拓扑弧段时间标记的时态空间数据模型。1993至1997年间林辉、马劲松、舒红、张祖勋、黄杏元、陈尚超、乐艳芬等[2]人许多相关领域学者进一步提出了一些模型以及修正了已经提出的某些模型，加快了TGIS理论与时空数据模型在中国的发展脚步。
在实践应用中，张山山等（2001）提出了基于序列快照模型和时间参数模型的过程模拟方法并通过模拟地震过程进行了实例验证分析；李小娟等（2002）设计和开发了基于变化特征状态的时空数据模型的时态土地利用信息系统；尹章才等（2002）研究了基于土地规划应用的时空数据模型并阐述了地理时间在GIS系统中的模拟方法；1993年，郭达志在建立矿山GIS时应用了时空四维数据模型。
（三）时空数据模型问题评述
目前的时空数据模型主要问题有理论与应用结合不密切、对地理对象变化因果联系的抽象表达较弱、数据移植性不高、无法在语义层次上实现数据共享等。事实上，现有的各种时空数据模型都各有优劣势、优点和缺点并存。时空数据模型的建立现在已成为限制TGIS发展的一个重要的技术“瓶颈”。
三、时态GIS应用领域
时态GIS的强大的信息处理能力使它能够在许多领域得以应用。时态GIS能够存储、组织和处理相关领域的空间数据并为解决问题提供有力的工具。时态GIS常被应用在如下一些领域当中：
（一）环境变迁研究
环境变迁研究的主要内容有陆地水文和海岸线变化、植物群演化过程、土地沙漠化等环境变迁等。阐明引起这些地理环境随时间的变化规律和引起变化的原因，以预测地理环境的变化趋势。研究地理环境变化的内部机制不仅更好的保护环境而且促进了人与自然的持续发展。
（二）城市规划中的应用
城市规划的目的是为了保障公民社会生活的安全、便利，同时为经济、社会、环境的和谐发展提供技术支持。城市规划的过程中不仅要合理分配空间、优化资源配置等。时态GIS的数据管理、分析和趋势预测等功能为解决城市规划问题了提供了工具还能将规划过程及过程用动画方式表现出来，便于进行决策和宣传等。
（三）地籍变更管理
地籍数据具有很强的时间特性，对城镇进行规划时对地籍资料的存储、组织和管理是尤为重要的。利用适当的时空模型来建立地籍数据库是利用时态GIS解决这类问题首先要解决的问题。地籍数据另外一个很明显的特点就是频繁变更，在建立时空数据库的时候要考虑怎样更好的组织管理变更数据，作为辅助工具更好的为土地管理部门提供的决策依据。
（四）路网变化管理
通过时态GIS进行存储、组织和管理道路新建、旧路废弃、道路改线、路面加宽加长等方面的时空变化数据，沿时间轴为各级道路的管理、规划等提供所需的帮助。
四、结语
作为当代科学发展的新兴领域，TGIS弥补了传统GIS语义表达不完整、现实世界表达不够准确等缺点。迅速发展的计算机技术也为TGIS的发展奠定了优良的技术，但是目前对TGIS的研究仍处于研究理论与模型的阶段，还没有实际意义上的成熟的应用系统，面对海量数据如何组织、存取和处理，依然是相关领域研究人员需要不断努力去解决的问题。我国作为一个正在高速发展的国家，TGIS的研究和应用是必然趋势并且它具有广阔的研究与发展空间和广泛的应用前景。
参考文献：
[1]王家耀，魏海平，成毅，熊自明.时空GIS的研究与进展[J].海洋测绘.2004，24（5）.
[2]杜哲.GIS时空数据模型研究[D].北京林业大学.2011.
作者简介：
王强（1991.10.7-），青海省民和县，硕士研究生，专业：地图制图学与地理信息工程。