基于GIS的基础地形时空数据库的设计和实现

摘 要：现有GIS大多数不具有处理数据的时间动态性，只具有描述时间的瞬时状态。本文通过基于Super Map软件的基础空间数据库的建库，利用历史基础地形数据构建时间属性的方式，探索出一套时空数据库的设计及实现方式。

关键词：时空数据库；时间属性；时空化处理；Super Map

时态地理信息系统在传统地理信息系统的基础上加入时间变量，应用时空数据模型管理时态GIS数据，不丢失历史数据，可以得到任一时刻和时间段的GIS数据以及某个地理目标的变更情况[ 1 ]。时空信息数据按空间、时间和属性三个维度划分，通过建立合适的时间和空间联合的数据模型，将GIS数据空间和属性的关联、现状与历史的关联，展现地物要素的时间变化，丰富地理事物和现象的表达方式，实现地理信息数据随时间变化而变化的场景动态效果[ 2 ]。

1 时空数据概述

时空信息数据库研究和管理的对象是存在与地球表面及附近空间中，关联着空间和时间并变化着的客观实体，即地理实体。地理实体有三个基本特征，空间特征、属性特征和时间特征。

在以往的基础地形数据库中，所构建的数据主要描述的是地理实体的空间特征和属性特征，对时间特征鲜有描述。而在时空信息框架建设中，静态的地理空间框架数据已满足不了实际业务需求，需要引入时间维度来描述，构建时空信息数据库。

时空信息数据相比传统的地理信息数据库，一个显著的特点就是数据由静态变为动态，重点表达数据的变化，具体来讲，就是用地理实体的时间特征来描述其空间特征和属性特征的变化。

根据学者们对时空数据的研究，总结起来，地理实体的时空变化可以包括四种类型，即：

1）空间和属性都离散变化，如描述地籍信息的变化；

2）空间和属性都连续变化，如描述暴风雨的变化；

3）空间离散而属性连续变化，如描述基于行政区划的人口变化；

4）空间连续而属性离散变化，如描述车辆运动。

时空数据库主要有两种解决方案：

一是在空间数据库的基础上增加时间字段；

二是在时态数据库的基础上扩展空间维度[ 3 ]。

利用现有的空间数据增加时间字段更利于实现数据的空间分析和数据建库，所以本文主要基于SqlServer做数据库、基于 SuperMap软件为建库工具进行数据库设计和现实。

2 时空数据库设计

本文以现有大比例尺矢量数据的数学基础为依据，整合其他中小比例尺矢量数据，并将历史的矢量数据进行規范化处理，统一空间基准、统一添加时间属性，构建时空矢量数据库。

时间属性主要分为数据来源、数据产生时间、数据创建时间、数据更新时间等，其中SOURCE代表数据来源，不同数据来源标示相应不同属性。DATEPRODUCTI记录数据生产时间，即大比例尺地形数据成果提交时间。DATECREATED代表数据入库时间，即历年大比例尺地形数据建库时间。DATELASTUPDATED代表数据更新时间，记录历史数据更新时间。如：历年小范围修补测数据更新时间。

3 时空数据库建库流程

本文研究的基础地形测绘数据主要融合市本级建成区地形数据和区县地形数据，针对于项目数据量大、数据类型多、时间跨度长等特点，将基础地形时空数据库建库工作分为数据处理、质量检查、数据提取、时空矢量数据入库等4个步骤，具体流程图如下：

1）数据处理：建成区基础测绘的成果主要是GIS格式，县域数据为CAD格式，针对，可以直接导入GIS软件进行处理；针对CAD数据，需要将CAD数据按照数据分层及属性要求转为GIS数据格式，由CAD数据向GIS数据格式转换是实现CAD制图数据向GIS空间数据转换的基础，格式转换后，能多大程度上保留原始CAD数据的信息，对后续处理影响巨大，DWG格式数据需要转换至地理信息数据，转换后需检查数据几何表达、数据完整、逻辑一致、属性正确。2）质量检查：按质量标准，对上述GIS数据进行质量检查，对不符合要求的数据进行返工，直至符合要求为止，检查标准遵循《XX市基础地理信息数据建库规范》。对于检查合格的数据，即可进行入库。数据入库，需要依托GIS桌面软件及空间数据库引擎，将空间数据存储于数据库管理系统中。此时生成的是全要素的地形图数据，即数字线化地图（DLG）。3）数据提取：去处等高线、高程点、管线等涉密数据，形成可在公众平台上运行的数据基础。4）时空化处理：时空化处理需对数据根据更新年代进行分块，每块分别标示时间属性，每一块数据单独存储，结合数据采集更新年代，形成一个独立的数据库，如果某一块数有两次以上更新，便可形成历史数据。

4 结语

基于添加时间字段建立的基础地形数据库，能将历史地形数据按时间序列建立，将静态的GIS数据变为动态的GIS数据，通过时空GIS系统展示区域内地物信息的时间变化。在基础地形时空数据库的设计中应重点研究时空数据模型的逻辑设计与系统的展现和应用，为时空GIS系统研制提供支持。后续研究中应探索时空可视化和时空数据索引，优先考虑地学现象的行为和基于过程的分析，有助于揭示地学现象的物理变化过程及其演化规律。

参考文献：

[1] 林秀玉，廖磊.基于ArcGIS的时空数据库的涉及与实现.现代测绘，2007（9）：11-12.

[2] 欧阳斯达.基于三维时空数据库的地信时空过程可视化研究.现代测绘，2011（1）：14-16.

[3] 黄勇奇，崔伟宏.基于历史关系数据库的时空数据库实现研究.遥感学报，2008（12）：759-762.

[4] 龚健雅，李小龙，吴华意.实時GIS时空数据模型.测绘学报，2014（3）：226-232.

作者简介：余抒寰（1994-），男，四川盐源县人，本科在读，测绘工程专业。