基于ArcGIS的歷史數據管理

盧有勛 甘肅省地圖院 甘肅 蘭州 730000

1 前言

隨著網絡信息技術的蓬勃發展，越來越多的單位和企業依賴于信息系統的良好運作。在信息系統中，信息的存儲和備份是至關重要的。但伴隨著信息系統的不斷使用，系統中信息的存儲容量越來越大，系統的性能將越來越低。如何能夠方便快速地實現歷史存儲信息的轉移和恢復，使歷史信息在需要時能方便地被訪問，已成為信息系統分析設計的主要問題。

時間、空間和屬性是地理實體和地理現象本身固有的三個基本特征，是反映地理實體的狀態和演變過程的重要組成部分。隨著時間的推移，地理現象的特征會發生變化，且這種變化可能很大。現有的GIS大多不具有處理數據的時間動態性，無法對數據的更新變化進行分析，更不能預測未來的趨勢，而在很多應用領域卻要求GIS能提供完善的時序分析功能，高效地回答與時間相關的各類問題，因此，必須在靜態GIS中增加對空間信息的管理和處理功能，使之能在時間和空間兩方面全面處理地理信息。

2 管理功能需求

時態GIS采集、存儲、管理、分析與顯示地理實體隨時間變化信息（或時空信息）。它不僅包含傳統地理信息系統的空間特性，而且涵蓋時間特性；它不僅反映事物和現象的存在狀態，而且表達其發展變化過程及規律。

具體來說，實現歷史數據管理就是要實現對歷史數據的歸檔，能夠實現歷史數據的實時更新，并且能夠實現時間點和時間段的查詢，根據不同的數據的時間屬性將其分級顯示，并且根據時間屬性來進行一些數據挖掘和數據分析，最終以表格或者圖形的方式顯示出來，并且能夠實現可視化的管理，使歷史數據的時間屬性能夠非常一目了然的呈現出來。具體來說，需要具有以下功能：

1）檔案功能：記載GIS數據隨時間的演變；

2）分析功能：以原始為基準，考察變化，預測未來，提供輔助決策功能；

3）更新功能：保證GIS數據的現勢性；

4）查詢功能：以動態方式，回答用戶的關于何時，何地，怎樣的詢問；

5）其它功能：包括邏輯容錯、時態安全等。

3 ArcGIS歷史數據管理

3.1 時間數據存儲格式

在ArcGIS 9．2中，添加了NetCDF這種多維數組來存儲時間屬性信息。由于NetCDF是一種靈活的、自描述的、并能表達大量數組數據的格式，因此NetCDF在地球、海洋、大氣科學中得到了廣泛的應用。數據文件包含元數據信息，不用預讀全部數據，可以直接讀取某一數據子集，一個寫用戶和多個讀用戶可以同時使用一個數據文件。NetCDF文件是二進制文件。在文件頭是元數據信息，用來描述NetCDF的維數、變量和屬性，方便用戶獲取NetCDF數據的含義。NetCDF文件的結構是通過CDL符號來描述，它是ASCII格式。NetCDF不能直接通過添加數據按鈕添加到ArcGIS中，需要利用Toolbox中的工具轉化為Raster、Feature圖層或者表格才能在ArcGIS中使用。還可以利用工具將GIS數據導出成NetCDF。

3.2 歷史數據歸檔功能

在ArcGIS 9．2中，通過Geodatabase的Archiving功能實現歷史數據歸檔功能。該功能所創建的歷史數據檔案庫，可以利用時間動畫、動畫圖表以及歷史數據回放功能，實現歷史數據檔案庫的動態顯示，反映事物和現象的動態變遷過程，更加直觀。

時間數據歸檔功能是在ArcInfo和ArcEditor中提供的，針對的是完全版本化的數據，將所有針對空間數據庫的Default版本的變化都保存下來，在Archive Class中存儲和管理。當開始創建歸檔時，首先在數據庫中創建Archive Class，它是對Default版本的完全拷貝，具備相同的Schema，但是增加了3個屬性，其中gdb_from_date表示數據庫某個狀態的開始時間，gdb_to_date表示數據庫某個狀態的結束時間，gdb_archive_oid用來唯一標識檔案類的某行記錄。當Default版本變化以后，在Archive Class中增加一條記錄，保存Default版本變化后的狀態，以及該狀態的存在時間段。

3.3 多維數據圖表的應用

ArcGIS不僅能夠根據空間數據制作多種類型的地圖，而且還可以發掘地圖要素的內在信息，以圖表的方式展現地理要素之間的關系。對于時態GIS而言，圖表使得用戶可以探索地理要素隨著時間發生的變化。

ArcGIS提供多種圖表類型，不同的圖表類型能夠反映地圖要素的不同信息，用戶可以根據自己的需要，選擇適合的圖表類型。圖表只能夠從數值型字段中生成，而文本字段主要是用于標注。一旦數據添加到ArcMap中，就可以實現圖表制作。用戶通過圖表表現屬性的可以是存儲在要素數據中的屬性值，或者是一個整型柵格，同樣也可以來自于非空間的數據表格。

3.4 基于歷史數據的時間動畫

在ArcGIS 9．2中提供了多種動畫方式，包括地圖視圖動畫、地圖圖層動畫和時間圖層動畫。時間動畫是在地圖上按照一定的時間間隔和順序動態顯示事物的變化，其支持的數據類型很多。在生成時間動畫時，數據一定要包含時間屬性。對于要素圖層來說，每記錄一次要素的變化信息，都應該將要素記錄重復一次，同時記錄其狀態變化后的屬性值以及時間戳。這種方式與Archive Class保存數據庫變化信息的方式很相似。對于柵格目錄來說，必須要包括Data/Time字段，用來記錄某一柵格圖像的獲取時間，并且還要具備索引字段以連接到相應時刻的柵格圖像。對于NetCDF來說，先要通過ArcToolbox中的工具創建要素圖層、柵格圖層或者表單，在創建時要從多維數組中選擇需要創建動畫的屬性維導出數據。

3.5 歷史追蹤分析

Tracking Analyst是ArcMap的擴展模塊，是基于時間序列的可視化和分析工具，可以實現帶有時間屬性的事物和現象變化的歷史回放，以及實時數據的動態顯示。在Tracking Analyst中，首先要將時間數據添加為Tracking圖層，這是Tracking Analyst所獨有的。可以添加為Tracking圖層實現歷史數據回放的數據源包括：Shapefile、Personal Geodatabase、File Geodatabase、ArcSDE、以及由建立Tracking Server Connection和GPS Connection所獲得的實時數據。所有的數據源都必須包含Data/Time字段，如果回放的數據是連續的，具備軌跡，則數據源必須包含EventID字段以將時間數據組織成軌跡。Tracking Analyst提供多種時間數據可視化的方法和工具，包括設置回放符號、回放速度、移動步幅、屬性行為、數據時鐘等等。

4 小結

時態GIS能夠跟蹤和分析隨時間變化的空間、非空間信息的地理信息系統。由于具有動態地反映地理現象變化的特點，歷史數據管理可以用于諸多科學和工程領域。ArcGIS作為一個功能強大、全面的GIS平臺，必將在地籍變遷管理、地貌變動、氣候變化、智能交通系統、人口歷史變遷等領域得到越來越廣泛的應用。

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