基于GIS的基礎地形時空數據庫的設計和實現

摘 要：現有GIS大多數不具有處理數據的時間動態性，只具有描述時間的瞬時狀態。本文通過基于Super Map軟件的基礎空間數據庫的建庫，利用歷史基礎地形數據構建時間屬性的方式，探索出一套時空數據庫的設計及實現方式。

關鍵詞：時空數據庫；時間屬性；時空化處理；Super Map

時態地理信息系統在傳統地理信息系統的基礎上加入時間變量，應用時空數據模型管理時態GIS數據，不丟失歷史數據，可以得到任一時刻和時間段的GIS數據以及某個地理目標的變更情況[ 1 ]。時空信息數據按空間、時間和屬性三個維度劃分，通過建立合適的時間和空間聯合的數據模型，將GIS數據空間和屬性的關聯、現狀與歷史的關聯，展現地物要素的時間變化，豐富地理事物和現象的表達方式，實現地理信息數據隨時間變化而變化的場景動態效果[ 2 ]。

1 時空數據概述

時空信息數據庫研究和管理的對象是存在與地球表面及附近空間中，關聯著空間和時間并變化著的客觀實體，即地理實體。地理實體有三個基本特征，空間特征、屬性特征和時間特征。

在以往的基礎地形數據庫中，所構建的數據主要描述的是地理實體的空間特征和屬性特征，對時間特征鮮有描述。而在時空信息框架建設中，靜態的地理空間框架數據已滿足不了實際業務需求，需要引入時間維度來描述，構建時空信息數據庫。

時空信息數據相比傳統的地理信息數據庫，一個顯著的特點就是數據由靜態變為動態，重點表達數據的變化，具體來講，就是用地理實體的時間特征來描述其空間特征和屬性特征的變化。

根據學者們對時空數據的研究，總結起來，地理實體的時空變化可以包括四種類型，即：

1）空間和屬性都離散變化，如描述地籍信息的變化；

2）空間和屬性都連續變化，如描述暴風雨的變化；

3）空間離散而屬性連續變化，如描述基于行政區劃的人口變化；

4）空間連續而屬性離散變化，如描述車輛運動。

時空數據庫主要有兩種解決方案：

一是在空間數據庫的基礎上增加時間字段；

二是在時態數據庫的基礎上擴展空間維度[ 3 ]。

利用現有的空間數據增加時間字段更利于實現數據的空間分析和數據建庫，所以本文主要基于SqlServer做數據庫、基于 SuperMap軟件為建庫工具進行數據庫設計和現實。

2 時空數據庫設計

本文以現有大比例尺矢量數據的數學基礎為依據，整合其他中小比例尺矢量數據，并將歷史的矢量數據進行規范化處理，統一空間基準、統一添加時間屬性，構建時空矢量數據庫。

時間屬性主要分為數據來源、數據產生時間、數據創建時間、數據更新時間等，其中SOURCE代表數據來源，不同數據來源標示相應不同屬性。DATEPRODUCTI記錄數據生產時間，即大比例尺地形數據成果提交時間。DATECREATED代表數據入庫時間，即歷年大比例尺地形數據建庫時間。DATELASTUPDATED代表數據更新時間，記錄歷史數據更新時間。如：歷年小范圍修補測數據更新時間。

3 時空數據庫建庫流程

本文研究的基礎地形測繪數據主要融合市本級建成區地形數據和區縣地形數據，針對于項目數據量大、數據類型多、時間跨度長等特點，將基礎地形時空數據庫建庫工作分為數據處理、質量檢查、數據提取、時空矢量數據入庫等4個步驟，具體流程圖如下：

1）數據處理：建成區基礎測繪的成果主要是GIS格式，縣域數據為CAD格式，針對，可以直接導入GIS軟件進行處理；針對CAD數據，需要將CAD數據按照數據分層及屬性要求轉為GIS數據格式，由CAD數據向GIS數據格式轉換是實現CAD制圖數據向GIS空間數據轉換的基礎，格式轉換后，能多大程度上保留原始CAD數據的信息，對后續處理影響巨大，DWG格式數據需要轉換至地理信息數據，轉換后需檢查數據幾何表達、數據完整、邏輯一致、屬性正確。2）質量檢查：按質量標準，對上述GIS數據進行質量檢查，對不符合要求的數據進行返工，直至符合要求為止，檢查標準遵循《XX市基礎地理信息數據建庫規范》。對于檢查合格的數據，即可進行入庫。數據入庫，需要依托GIS桌面軟件及空間數據庫引擎，將空間數據存儲于數據庫管理系統中。此時生成的是全要素的地形圖數據，即數字線化地圖（DLG）。3）數據提取：去處等高線、高程點、管線等涉密數據，形成可在公眾平臺上運行的數據基礎。4）時空化處理：時空化處理需對數據根據更新年代進行分塊，每塊分別標示時間屬性，每一塊數據單獨存儲，結合數據采集更新年代，形成一個獨立的數據庫，如果某一塊數有兩次以上更新，便可形成歷史數據。

4 結語

基于添加時間字段建立的基礎地形數據庫，能將歷史地形數據按時間序列建立，將靜態的GIS數據變為動態的GIS數據，通過時空GIS系統展示區域內地物信息的時間變化。在基礎地形時空數據庫的設計中應重點研究時空數據模型的邏輯設計與系統的展現和應用，為時空GIS系統研制提供支持。后續研究中應探索時空可視化和時空數據索引，優先考慮地學現象的行為和基于過程的分析，有助于揭示地學現象的物理變化過程及其演化規律。

參考文獻：

[1] 林秀玉，廖磊.基于ArcGIS的時空數據庫的涉及與實現.現代測繪，2007（9）：11-12.

[2] 歐陽斯達.基于三維時空數據庫的地信時空過程可視化研究.現代測繪，2011（1）：14-16.

[3] 黃勇奇，崔偉宏.基于歷史關系數據庫的時空數據庫實現研究.遙感學報，2008（12）：759-762.

[4] 龔健雅，李小龍，吳華意.實時GIS時空數據模型.測繪學報，2014（3）：226-232.

作者簡介：余抒寰（1994-），男，四川鹽源縣人，本科在讀，測繪工程專業。