時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究與進(jìn)展

摘要：時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)（TGIS）以表達(dá)、管理和分析動(dòng)態(tài)變化的地理現(xiàn)象為目的，其核心是時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，因此對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的理論基礎(chǔ)——時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究十分必要。目前的時(shí)空數(shù)據(jù)模型主要有簡(jiǎn)單模型、時(shí)空聯(lián)合模型、時(shí)空屬三域模型、基于對(duì)象/特征的模型和基于事件/過(guò)程的模型等。首先對(duì)這些模型進(jìn)行了回顧，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行了分析對(duì)比，然后在此基礎(chǔ)上對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)模型的進(jìn)一步研究方向進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：時(shí)空數(shù)據(jù)模型； 時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)； 時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：TP311．12文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-3695(2008)05-1281-04

GIS以表達(dá)、管理和分析客觀世界動(dòng)態(tài)變化的地理現(xiàn)象為目的。傳統(tǒng)GIS管理的只是靜態(tài)數(shù)據(jù)，它們只能保留現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)狀態(tài)，或因現(xiàn)狀信息的更新而不能保存動(dòng)態(tài)地理現(xiàn)象的歷史信息，或能保留某一時(shí)刻的歷史信息但不能保留現(xiàn)狀的最新信息。因此，靜態(tài)GIS無(wú)法對(duì)動(dòng)態(tài)變化的時(shí)空現(xiàn)象進(jìn)行處理，無(wú)法對(duì)環(huán)境變化檢測(cè)、交通運(yùn)輸、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地變更、天氣預(yù)報(bào)等應(yīng)用的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)或預(yù)測(cè)。變化與時(shí)間息息相關(guān)，為了跟蹤變化，需要在GIS中引入時(shí)間信息，這就是時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)（TGIS）所面臨的任務(wù)。時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)是TGIS的核心，而時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的概念基礎(chǔ)是時(shí)空數(shù)據(jù)模型，因此建立有效的數(shù)據(jù)模型是TGIS的關(guān)鍵。自Thrift在1977年提出TGIS的概念以來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了廣泛關(guān)注并展開(kāi)了研究，提出了一些模型。

1時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀

為了對(duì)客觀世界的動(dòng)態(tài)地理現(xiàn)象進(jìn)行描述、表達(dá)和管理，需要把時(shí)間信息引入傳統(tǒng)的靜態(tài)GIS中，形成空間、時(shí)間和屬性三位一體的TGIS。與時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)一樣，在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中引入時(shí)間也有三種方式，即時(shí)間版本圖層、時(shí)間版本對(duì)象和時(shí)間版本屬性等，它們的實(shí)現(xiàn)主要是在傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展。隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用，也有一部分學(xué)者在面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)上進(jìn)行模型的具體實(shí)現(xiàn)，但目前較多的則是采用對(duì)象—關(guān)系模型，因?yàn)樗麄兂浞掷昧嗣嫦驅(qū)ο蟮慕＜夹g(shù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)。雖然TGIS的概念產(chǎn)生時(shí)間不長(zhǎng)，但計(jì)算機(jī)領(lǐng)域和GIS領(lǐng)域?qū)r(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究還是相當(dāng)投入，自從Berry在1964年提出管理時(shí)空數(shù)據(jù)的地理空間—時(shí)間矩陣模型以來(lái)，出現(xiàn)了一些新的成果模型，如序列快照模型[1]、基態(tài)修正模型[2]、時(shí)空復(fù)合模型[1]、時(shí)空對(duì)象模型[3]等。這些模型根據(jù)不同的側(cè)重點(diǎn)可以分為不同的類型。筆者根據(jù)模型的特點(diǎn)，把它們分為簡(jiǎn)單、時(shí)空聯(lián)合、時(shí)空屬三域、基于對(duì)象/特征的模型和基于事件/過(guò)程的模型等幾類。

1．1簡(jiǎn)單模型

簡(jiǎn)單模型主要包括序列快照模型（sequential snapshot mo-del）及其擴(kuò)展的基態(tài)修正模型（base state with amendments mo-del），它們是模擬時(shí)間的簡(jiǎn)單模型。

序列快照模型是目前時(shí)態(tài)GIS中被廣泛采用的時(shí)空數(shù)據(jù)模型之一，也是GIS中最簡(jiǎn)單的一種情況。在Langran的快照模型中，它通過(guò)時(shí)間切片方法對(duì)連續(xù)變化的地理現(xiàn)象進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換成離散部分，各個(gè)切片分別對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻的狀態(tài)。時(shí)間信息通過(guò)數(shù)據(jù)層時(shí)間戳的方式引入空間數(shù)據(jù)模型。每個(gè)層是某一主題的時(shí)間上相同單元的集合，層與層之間沒(méi)有顯式的時(shí)間關(guān)系。序列快照模型最大的弊端是重復(fù)存儲(chǔ)沒(méi)有變化的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了大量的數(shù)據(jù)冗余。為了減少數(shù)據(jù)冗余，Langran在時(shí)間切片模型上進(jìn)行改進(jìn)，提出了基態(tài)修正模型。它采用起始狀態(tài)底圖和相鄰切片之間的變化來(lái)對(duì)變化的時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行表示和存儲(chǔ)。這種方式對(duì)變化進(jìn)行了顯式存儲(chǔ)，因而很容易獲得切片之間的狀態(tài)，同時(shí)減少了數(shù)據(jù)冗余，節(jié)省了存儲(chǔ)空間。

1．2時(shí)空聯(lián)合模型

時(shí)空聯(lián)合模型是空間與時(shí)間組成的聯(lián)合體作為建模的基本單元。該類模型主要考慮的是空間對(duì)象隨時(shí)間在空間上的變化，實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)間往往作為空間對(duì)象的屬性。主要模型有時(shí)空復(fù)合模型（space－time composite model）和時(shí)空對(duì)象模型（ST－object model）。

時(shí)空復(fù)合模型是Chrisman于1983年針對(duì)矢量模型提出的，后來(lái)又與Langran對(duì)模型進(jìn)行了進(jìn)一步完善（圖1）。該模型把世界表示成在三維空間（層）內(nèi)具有空間同質(zhì)、時(shí)間統(tǒng)一的對(duì)象，即時(shí)空復(fù)合單元的集合。每一個(gè)時(shí)空復(fù)合單元在屬性上的變化有惟一的時(shí)間過(guò)程，在概念上描述了一個(gè)空間對(duì)象在一段時(shí)間內(nèi)的變化。該模型將空間變化和屬性變化都映射為空間的變化，導(dǎo)致新實(shí)體的產(chǎn)生；對(duì)STC數(shù)據(jù)庫(kù)的更新需要對(duì)STC單元進(jìn)行重構(gòu)；STC單元之間的幾何和拓?fù)潢P(guān)系以及整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的空間對(duì)象表和屬性表也都要重新進(jìn)行組織。該模型是序列快照和基圖修正的折中模型。

時(shí)空對(duì)象模型或雙時(shí)間時(shí)空對(duì)象模型[4]通過(guò)引入與二維空間正交的時(shí)間維把世界表達(dá)成由時(shí)空原子組成的離散對(duì)象集合。時(shí)空原子是同時(shí)在空間和時(shí)間上具有特定屬性的最大同質(zhì)單元。盡管單個(gè)時(shí)空原子不能發(fā)生變化，由時(shí)空原子構(gòu)成的時(shí)空對(duì)象可以在空間和時(shí)間上發(fā)生變化。因此，該模型可以通過(guò)把時(shí)空原子投影到空間和/或時(shí)間空間上對(duì)時(shí)空對(duì)象發(fā)生在時(shí)間維和/或空間維上的變化進(jìn)行記錄。

1．3時(shí)空屬三域模型

前面的模型要么只考慮了對(duì)象的屬性數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化，要么只考慮對(duì)象的空間特征隨時(shí)間的變化，而不能對(duì)對(duì)象的空間特征和屬性特征隨時(shí)間的變化同時(shí)進(jìn)行建模。而集成時(shí)間、空間和屬性的模型則可以避免這方面的不足。

Peuquet認(rèn)為由于時(shí)間和空間性質(zhì)的不同而把時(shí)間作為新的一維結(jié)合空間三維形成的4D模型在表達(dá)上是不夠的，并提出了從基于位置、基于時(shí)間和基于對(duì)象的三種相關(guān)視圖角度組織的what/when/where的三元時(shí)空數(shù)據(jù)模型框架來(lái)表達(dá)動(dòng)態(tài)世界[5]。這種方案符合人們整體和靈活地感知?jiǎng)討B(tài)世界的方式[6]。Yuan[7]在對(duì)森林火災(zāi)的時(shí)空信息研究分析時(shí)也提出把時(shí)間域作為一個(gè)單獨(dú)的概念與屬性（語(yǔ)義）域和空間域并列，并在各自的域中定義了對(duì)象。這三個(gè)域中的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在三個(gè)表中，這些表連同對(duì)象版本用一個(gè)被稱為域連接表的表進(jìn)行關(guān)聯(lián)（圖2）。該模型能夠從以位置為中心、實(shí)體為中心和時(shí)間為中心的角度對(duì)現(xiàn)實(shí)的屬性變化、靜態(tài)空間分布、靜態(tài)空間變化、動(dòng)態(tài)空間變化、過(guò)程變異和實(shí)體運(yùn)動(dòng)六種變化進(jìn)行表達(dá)[8]。

1．4基于對(duì)象/特征的模型

基于對(duì)象的模型是把信息空間分解為對(duì)象或?qū)嶓w。一個(gè)實(shí)體必須符合可被識(shí)別、重要和可被描述三個(gè)條件[9]。基于對(duì)象的時(shí)空模型通常用面向?qū)ο蠓椒枋觯渚唧w實(shí)現(xiàn)則可用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，也可以用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。面向?qū)ο蠓椒ò咽澜绯橄鬄橛蓪?duì)象組成，把具有共同特征的事物抽象為類。類是由數(shù)據(jù)成員和成員函數(shù)組成，前者反映對(duì)象的靜態(tài)結(jié)構(gòu)特性，后者則反映了動(dòng)態(tài)行為特征。數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)用數(shù)據(jù)成員來(lái)定義，而操作和一致性規(guī)則通過(guò)操作來(lái)定義。面向?qū)ο蠓椒ㄌ峁┝艘恍┏橄髾C(jī)制，如泛化、特化、聚合和關(guān)聯(lián)等。由于面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型具有豐富的語(yǔ)義、可描述復(fù)雜對(duì)象的功能和數(shù)據(jù)抽象機(jī)制等優(yōu)點(diǎn)，受到TGIS領(lǐng)域廣大專家學(xué)者的青睞[10~15]。

前面提到的Worboys[3]的時(shí)空對(duì)象模型其實(shí)也是一種基于對(duì)象的時(shí)空數(shù)據(jù)模型。在他工作的基礎(chǔ)上，Raza和Kainz用Brisson的格子（cell）復(fù)合體的格子元組結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了面向?qū)ο蟮幕诟褡釉M的時(shí)空數(shù)據(jù)模型[10]。在其模型中，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)以一個(gè)統(tǒng)一的模式來(lái)對(duì)空間、時(shí)間和屬性三個(gè)分量進(jìn)行建模，他們把現(xiàn)實(shí)看成一個(gè)稱之為時(shí)空屬性對(duì)象（spatio－temporal-attribute object，STAO）的對(duì)象。一個(gè)時(shí)空屬性對(duì)象被定義為STAO〈objectID，attributeID，n－TcellID，DT_1~T，WT_1~T〉。其中：objectID為對(duì)象標(biāo)志；attributeID為屬性對(duì)象標(biāo)志；n－TcellID為格子復(fù)合體表示的空間對(duì)象標(biāo)志；DT_1~T和WT_1~T分別表示數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)間和世界時(shí)間。該基于格子元組的時(shí)空對(duì)象模型的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是以一種隱式方式對(duì)時(shí)空拓?fù)溥M(jìn)行了存儲(chǔ)和對(duì)空間對(duì)象的一致處理。該模型較適合于處理土地系統(tǒng)或城市規(guī)劃等離散變化，不適合于運(yùn)動(dòng)對(duì)象。

國(guó)內(nèi)也有一些學(xué)者采用面向?qū)ο蠓椒▽?duì)時(shí)空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行描述。比較典型的是基于node－arc－polygon的面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型[11]、基于OpenGIS簡(jiǎn)單要素規(guī)范的通用面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型——GOO－STDM[12]和面向?qū)ο蟮臅r(shí)空屬性概念模型（OOSTACM）[13]等。

在基于對(duì)象的建模方法中，有一類特殊的對(duì)象建模方法——基于地理特征的建模方法。這里的特征較之一般的對(duì)象具有更明確的語(yǔ)義信息，它是地球空間上客觀存在的、具有描述信息的、具有共同特征的地理現(xiàn)象，如河流、道路、建筑等。基于特征的時(shí)空數(shù)據(jù)建模是把地理特征作為基本的建模單元，從幾何信息、專題與語(yǔ)義信息及時(shí)態(tài)信息幾方面對(duì)地理特征進(jìn)行描述的建模方法。因此以特征為基本構(gòu)造單元的模型對(duì)空間、專題、時(shí)間屬性和關(guān)系提供了直接訪問(wèn)，能夠?qū)Χ啾磉_(dá)和多幾何抽象提供支持。基于特征的建模方法是近來(lái)研究的熱點(diǎn)之一，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究[16~21]。

1．5基于事件/過(guò)程的模型

前面的模型都關(guān)心的是時(shí)空現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)特性，可以解決或部分解決何時(shí)、何地和什么的變化問(wèn)題，而沒(méi)有對(duì)動(dòng)態(tài)地理現(xiàn)象的行為特性和驅(qū)動(dòng)力即如何變（how）和變化原因（why）進(jìn)行描述。基于事件[22~27]或基于過(guò)程[28，29]的模型可以描述動(dòng)態(tài)地理現(xiàn)象的行為特性和變化原因。事件是對(duì)象從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的原因；過(guò)程則描述了一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的具體細(xì)節(jié)。為此，事件方法成為眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。

事件方法中比較著名的模型是Peuquet和Duan提出的ESTDM（圖3）[22]。該模型是面向位置的，用柵格表達(dá)方式來(lái)對(duì)位置變化的時(shí)空信息進(jìn)行組織。模型存儲(chǔ)的是相對(duì)前一個(gè)狀態(tài)的變化而不是快照，用一個(gè)頭文件保存專題域的信息、指向基圖的指針和指向第一個(gè)以及最后一個(gè)事件列表的指針。基圖顯示的是一個(gè)地理區(qū)域內(nèi)的某一單個(gè)專題信息的初始快照。該專題域的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化構(gòu)成了一個(gè)事件系列，每個(gè)被時(shí)間標(biāo)記的事件與指示變化發(fā)生地的事件組件列表相關(guān)聯(lián)。一個(gè)事件組件表示事先定義位置（柵格單元）在一個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)發(fā)生的變化。由于ESTDM每次事件發(fā)生時(shí)，記錄的是事件發(fā)生的時(shí)間和發(fā)生變化的區(qū)域以及該區(qū)域變化后的狀態(tài)，而沒(méi)有明確記錄該區(qū)域在變化之前的狀態(tài)，即該模型沒(méi)有完整記錄變化的過(guò)程，致使時(shí)態(tài)拓?fù)洳樵冏兊煤芾щy。為此，牛方曲等人[23]在ESTDM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，使得模型可以完整地記錄下地理現(xiàn)象的變化過(guò)程，即同時(shí)記錄了事件中各位置變化前后的狀態(tài)，方便時(shí)態(tài)拓?fù)洳樵兒透鲄^(qū)域的歷史追溯。

徐志紅等人[25]從歷史數(shù)據(jù)的應(yīng)用角度出發(fā)，提出了基于事件語(yǔ)義信息描述的五域（對(duì)象、時(shí)間、空間、事件/行為、屬性/專題）時(shí)態(tài)GIS 模型。該模型通過(guò)對(duì)象的惟一標(biāo)志對(duì)對(duì)象發(fā)生的時(shí)間、空間位置、發(fā)生原因及屬性或?qū)ｎ}等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。該模型可以完成對(duì)who、when、where、how、how many和what 的查詢。

2時(shí)空模型的對(duì)比分析

從第1章可以看出，國(guó)內(nèi)外對(duì)時(shí)空模型的研究比較多，提出了不少時(shí)空模型。下面對(duì)其中的一些主要模型從數(shù)據(jù)冗余度、模型支持的查詢范圍、處理連續(xù)變化、處理運(yùn)動(dòng)等方面進(jìn)行比較分析（表1）。從表1中對(duì)比的情況可以看出： 

a)數(shù)據(jù)冗余度最大的模型是快照模型；其他幾個(gè)模型存儲(chǔ)的是對(duì)象的快照或變化而不是整個(gè)區(qū)域的快照，因而其數(shù)據(jù)冗余度較小。

b)模型所支持的查詢范圍方面，三域和五域模型的范圍較廣；時(shí)空對(duì)象模型次之；其他模型的查詢類型都很有限，基本上只支持一些簡(jiǎn)單的查詢。

c)狀態(tài)查詢和變化查詢是時(shí)態(tài)GIS中兩類主要的查詢，其查詢效率和難易程度直接反映模型的優(yōu)劣。從對(duì)比情況看，基態(tài)修正模型及以其為基礎(chǔ)的面向事件模型ESTDM，因?yàn)樗鼈儗?duì)變化進(jìn)行了直接存儲(chǔ)，導(dǎo)致在獲取狀態(tài)方面較難，而在變化獲取方面卻較容易。獲取變化較難的是快照模型和時(shí)空復(fù)合模型。

d)除了三域和五域模型外，其他模型都依賴于空間對(duì)象的存在，即模型是用具有空間幾何位置的空間對(duì)象來(lái)對(duì)時(shí)空信息進(jìn)行組織和管理的。這樣它們就不能適應(yīng)空間維缺少的情況。

e)受傳統(tǒng)GIS側(cè)重于制圖的影響，大部分模型都主要支持空間特性的變化，對(duì)屬性變化支持程度較低，大多只支持部分與空間相關(guān)的屬性。Worboys的時(shí)空對(duì)象模型沒(méi)有涉及屬性變化，只有三域和五域模型才可以完全對(duì)對(duì)象的語(yǔ)義描述屬性變化進(jìn)行表達(dá)。

f)變化類型支持方面。所有的模型都支持離散變化，而對(duì)連續(xù)變化和運(yùn)動(dòng)都支持的只有三域模型；另外時(shí)空對(duì)象模型能夠支持連續(xù)變化。

g)事件作為導(dǎo)致變化的原因，只有面向事件模型ESTDM和五域模型對(duì)事件予以支持。

h)這些模型中引入時(shí)間有四種方式，分別是版本圖層、版本空間對(duì)象、版本事件和作為獨(dú)立的事件對(duì)象；模型在支持時(shí)間維度方面，有只支持有效時(shí)間的，也有支持雙時(shí)間的即同時(shí)支持有效時(shí)間和事務(wù)時(shí)間。

i)空間數(shù)據(jù)的表達(dá)方式上，只有快照和基態(tài)修正模型可采用矢量和柵格兩種表達(dá)形式；而面向事件模型ESTDM較適合于柵格表達(dá)；其他的都采用矢量表達(dá)。

由上述比較分析可以看出，這些模型在某些方面比較優(yōu)越，在另外一些方面又存在不理想的情況。但總體來(lái)說(shuō)，三域模型對(duì)變化的語(yǔ)義、正交性方面支持較好，而面向事件和五域模型對(duì)事件進(jìn)行了部分建模，值得進(jìn)一步發(fā)展。

3時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究方向

綜上可以看出，這些模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，雖然某些模型相比之下顯得比較優(yōu)秀，但是在某些方面還值得進(jìn)一步研究、改進(jìn)。例如三域模型沒(méi)有對(duì)變化的原因進(jìn)行表達(dá)，基于事件或過(guò)程的模型能很好地體現(xiàn)地理現(xiàn)象的行為特性，但是對(duì)事件和過(guò)程的語(yǔ)義研究還很淺[24，26~33]。

筆者認(rèn)為，一個(gè)好的時(shí)空數(shù)據(jù)模型應(yīng)該是：盡可能滿足所有時(shí)空變化語(yǔ)義；抽象模型的設(shè)計(jì)具有通用性和邏輯模型面向應(yīng)用；同時(shí)要滿足空間、屬性、時(shí)間等的正交性，數(shù)據(jù)冗余度小和時(shí)空數(shù)據(jù)查詢及分析的高效。結(jié)合以上分析，筆者認(rèn)為針對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)的模型還有以下幾個(gè)方面需要進(jìn)一步展開(kāi)研究：

a)時(shí)空模型的語(yǔ)義學(xué)研究。目前提出的模型眾多，但真正能達(dá)到上述幾個(gè)建模要求的模型幾乎沒(méi)有。其中一個(gè)主要原因是語(yǔ)義學(xué)的問(wèn)題，如變化的語(yǔ)義、時(shí)間的語(yǔ)義、事件與過(guò)程、事件與狀態(tài)的語(yǔ)義等。只有從語(yǔ)義上對(duì)這些概念進(jìn)行統(tǒng)一，才能保證時(shí)空模型的通用化、實(shí)用化。

b)拓?fù)潢P(guān)系表達(dá)的時(shí)空數(shù)據(jù)模型研究。基于柵格表達(dá)的模型無(wú)法描述地理實(shí)體間的拓?fù)潢P(guān)系，而基于對(duì)象的模型雖然可以存儲(chǔ)拓?fù)潢P(guān)系，但目前的模型很少對(duì)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行顯式存儲(chǔ)，對(duì)時(shí)空拓?fù)涞年P(guān)系操作需要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，這需要浪費(fèi)很多的時(shí)間且降低了系統(tǒng)的性能。因此對(duì)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行顯式存儲(chǔ)有利于提高系統(tǒng)的拓?fù)洳樵儭⒎治鲂阅堋＊?/p>

c)基于狀態(tài)—事件的時(shí)空模型研究。狀態(tài)與事件是時(shí)態(tài)地理信息系統(tǒng)的一對(duì)基本概念，目前時(shí)空數(shù)據(jù)模型研究側(cè)重于將兩個(gè)概念相分離，表現(xiàn)為基于狀態(tài)模型和基于事件模型。有學(xué)者（如尹章才和李霖）意識(shí)到把事件和狀態(tài)結(jié)合起來(lái)對(duì)時(shí)空地理現(xiàn)象進(jìn)行建模，并提出了一個(gè)基于狀態(tài)—事件的抽象時(shí)空模型，并分析了該模型與其他幾種模型之間的轉(zhuǎn)換。但他們只是從宏觀上給出了這種模型的思想，并未對(duì)數(shù)據(jù)的處理和操作等具體方面進(jìn)行描述，也沒(méi)有就事件、對(duì)象及事件與對(duì)象之間的關(guān)系進(jìn)行描述。同時(shí)對(duì)狀態(tài)和事件兩者進(jìn)行建模有利于兼顧兩種模型的優(yōu)點(diǎn)，使模型的語(yǔ)義更豐富。

d)離散變化和連續(xù)變化的統(tǒng)一。因?yàn)榭陀^世界地理現(xiàn)象的變化既有如土地變更的離散變化，也有海岸線的變遷、森林覆蓋區(qū)域變化之類的連續(xù)變化。目前的時(shí)空模型主要都在模擬離散變化，不能處理連續(xù)變化，因此研究既能處理離散變化又能處理連續(xù)變化的統(tǒng)一時(shí)空模型是未來(lái)的一個(gè)研究方向。

e)多粒度時(shí)空數(shù)據(jù)模型的研究。時(shí)空數(shù)據(jù)表達(dá)、時(shí)空數(shù)據(jù)分析利用和時(shí)空推理等可能需要多粒度支持，同時(shí)多粒度支持可以根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)按照不同的單位進(jìn)行存儲(chǔ)，為對(duì)可能從多來(lái)源獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析提供一個(gè)很重要的功能。例如土地抵押或出租可能按天進(jìn)行登記；土地利用動(dòng)態(tài)變化一般每年進(jìn)行一次調(diào)查，初始土地登記可能每十年一次；而變更土地登記則可能要按天或月來(lái)進(jìn)行。在犯罪分析應(yīng)用中，不同的時(shí)間粒度和空間粒度都可能需要。目前時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)時(shí)間多粒度和空間數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)空間多尺度問(wèn)題都研究得較多，但在時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)中把兩者結(jié)合起來(lái)研究的卻不多，因此數(shù)據(jù)模型的時(shí)空多粒度要求是一個(gè)完整TGIS應(yīng)用的重要方面之一。

f)抽象的通用化時(shí)空數(shù)據(jù)模型研究。目前的時(shí)空模型大多是針對(duì)具體應(yīng)用的，而通用的模型則不多，特別是可操作的更不多。而在通用模型之上建立具體應(yīng)用模型會(huì)有更高的效率。因此研究抽象的通用化時(shí)空數(shù)據(jù)模型是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

另外，既適合于矢量表達(dá)又要適合于柵格表達(dá)的矢柵一體化模型、可視化建模方法和工具也是值得研究的方向。

4結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)目前的一些主要的時(shí)空模型和方法進(jìn)行了分類與回顧，對(duì)比并分析總結(jié)了這些模型的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了未來(lái)時(shí)空模型的進(jìn)一步研究發(fā)展方向。總的來(lái)說(shuō)，時(shí)空數(shù)據(jù)模型作為時(shí)態(tài)GIS的基礎(chǔ)問(wèn)題，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)依舊是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

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