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摘 要：时态地理信息系统（TGIS）是在传统地理信息系统的基础上,将描述事件的时间要素纳入系统范围之内,实现空间信息随时间变化的跟踪和分析,回顾TGIS的发展历史,分析当前TGIS进一步发展的相关技术,提出TGIS将是拓展地理信息系统应用范围的重要桥梁,通过TGIS,可以将使地学、测绘、计算机技术和经济管理更加密切地结合起来.

关 键 词：时态地理信息系统；时间；时间数据库；系统

中图分类号：P208文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0120016-02

自从二十世纪六十年代末世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS）诞生以来,人类对地理信息系统的研发就没有停止过,而且经过1973—1982年的大量实验开发阶段,到八十年代末全面进入了商业开发和运作阶段.现在,GIS已经被普遍用于测绘、资源开发与管理、农林水利、城市建设与规划、国防建设和全球变化与地学研究领域.

在GIS不断发展和完善的过程中,新的观念和思想使计算机技术具有了灵魂和指导.可以说GIS是将计算机信息技术与地学等相关专业知识完美结合的杰作之一.随着计算机技术的发展,GIS关于对具体事物的描述方法从单一实体,相互联系的平面投影,到更加广阔的空间,在不断完善.

1时态地理信息系统（TGIS）的产生和发展

时态地理信息系统（TemporalGeographicInformationSystem,TGIS）是能够处理时间因素,可跟踪和分析空间信息随时间变化的地理信息系统.TGIS的观念最早由Thrift在1977年首次提出,Basoglu和Morrison于1978年设计了最早的HGIS（HistoricalGeographicInformationSystem）.但由于计算机技术的限制,此后相当一段时间内TGIS无人问浸.直到Lorentzos和Langran分别于1988年和1989年完成了关于TGIS方面的博士论文,才将TGIS的研究重新推向了一个高潮.

为促进TGIS的发展,1996年UCGIS（UniversityConsortiumforGeographicInformationScience）将TGIS作为“地理描述扩展”的一部分列入GISci十大优先研究领域之列.使TGIS的研究广泛展开.

1.1时态地理信息系统（TGIS）的涵义

空间（Location）、时间（Time）和属性（Attribution）是描述客观对象的三个基本要素.但相对成熟的GIS对空间和属性的描述比较全面,对时间性的处理大多是静态的.GIS对客观对象是“快照”式的描述,系统对“过去”和“将来”的描述非常困难.而且,由于来自不同时间的信息可能会导致错误匹配,实际中往往造成分析中的逻辑错误.这就在一定程度上限制了GIS的应用,尤其是对时间性要素要求比较严格的管理活动.

TGIS是能够跟踪和分析随时间变化的空间、非空间信息的地理信息系统.在TGIS中,地理实体对象可以描述为如下的关系：

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E等于f（S,T,A）

其中：E为被描述的地理实体或事件；f为映射关系；S为空间参数,通过空间坐标体系和空间关系来描述；T为时间参数,通过时间坐标体系和对象的发展过程的关系来描述；A为属性参数,是对被描述的、具有特定的空间和时间参数的地理实体的特性的描述.

由于地理实体的空间、时间和属性要素具有不可分割性,因而只有对这三个属性的完整表达才能揭示地理实体和现象的特征、规律.完善的TGIS应该具有基本的储存、分析、更新、质量控制、调度、模拟以及静态制图的功能.

1.2关于TGIS中的时间

传统的GIS基本上是针对空间和属性两方面的数据,而TGIS还要在此基础上考虑时间要素.因此,需要对时间要素进行认真分析.

从信息系统来看,时间是一条没有端点、向过去和将来无限延伸的线轴.由于客观地理实体与光速之比可以忽略不计,因此,可以认为时空之间不产生相互作用,时间仅是一种特殊的测度标准,它反映了事件序列的表现形式.在TGIS中,根据时间对事件的影响可以将时间类型归纳如表1.

在系统信息中包含了上述的时间信息,就可以使GIS的分析、评价、预测等功能更进一步.而目前对TGIS研究的重点之一正是如何处理因引入时间要素而成几何积数增加的数据信息.

2时态地理信息系统（TGIS）发展的相关技术

2.1计算机等相关技术是TGIS的基础

从GIS的发展过程可以清楚地看出,GIS的发展与计算机技术的发展息息相关,计算机技术的每一次突破都会带来GIS的大发展.但是,TGIS从一开始就受到海量数据和计算速度的影响.实际上,数据和计算速度同是时间这一个问题的两个方面.在计算速度一定的情况下,随着数据的增加.处理的时间就会延长；在数据信息量不断增加的情况下,计算速度得不到同步提高,处理的时间也会延长.可见,时间是数据信息处理中的主要因素之一.同时,合理的时间组织一方面可以系统中减少数据的冗余,另一方面又可以提高系统的运算速度.因此时间又是影响计算机处理的主要因素之一.正确处理时间因素是当前计算机发展中必须面对的一个主要问题,也是TGIS的发展契机.

目前,随着计算机储存技术和运算速度的不断提高,TGIS的研究具备了必要的基础.而由于网络技术的发展,数据信息的标准化的加快,数据信息共享的逐步实现,大大节约了系统内有效的储存空间,对TGIS的发展起到了积极的推动作用.

2.2时间数据的合理组织是IGIS的保障

时间仅是描述客观对象的三大要素之一,而且它必须依附于客观对象才具有实际意义.为了全面、系统、真实地反映客观对象,需要将其属性赋以对应的时间.因此,TGIS中的时间比较复杂（见表1）.

对这些时间属性的管理,目前主要有三种模式：第一是在传统GIS中空间数据库和属性数据库的基础上,重新构建时间数据库来管理事件的时间要素,即时间作为新į