基于事件－状态的地理时空数据模型

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1、基于事件－状态的地理时空数据模型张运，冯学智，乐兴华（南京大学地理信息科学系，南京210093）摘要：在事件驱动力的作用下，事物由一个状态发展到另一个状态。本文分析了事件与状态的关系，提出了一个基于状态－事件的时空数据模型，并将其应用于组织校园房产地理信息时空数据。该方法的基本思想是：根据事件发生的频繁程度及每次数据更新量的大小，建立历史基态，对于历史基态间的地理实体数据只记录其相对于历史基态的变化部分。该方法具有历史数据恢复快的优势，既克服了基于快照时空数据模型产生的大量冗余数据，又克服了基态修正模型随着修正次数的增加，历史重构需要大量的复杂计算的缺陷。关键词：时空数据模型；时态地理

2、信息系统；事件；基态；1.引言[1,2,3,4,5,6]时空数据模型是时态地理信息系统的核心。近年来，时态GIS已成为GIS研究[7,8]的一个热点，时空数据组织和时空数据库模型也已成为研究的重中之重。自Langran和[9]Chrisman于1988年提出时态地理信息系统(TGIS)的概念以来，人们对时空数据模型展开了广泛的研究。Worboys通过对已有的空间数据模型进行时态扩展，提出了第一个整合了空[10]间、时态信息的数据模型。Peuquet针对时空对象具有离散和连续变化的特点，提出将时[11]空场模型和时空对象模型作为时空数据模型的理论基础框架。Tryfona等将实体－关系模[

3、12]型（ER模型）在时空应用领域进行扩展，提出了时空－实体关系（STER）概念模型。林广发（2002）从现实世界的时空现象去探求GIS中时态问题，将事件作为驱动时空数据[13]发生变化的根本原因，提出了一种以事件为核心的面向对象时空数据模型。黄照强（2005）在对房产特征进行分类的基础上，将离散的状态和变迁连续化，应用Petri网来显示表达状[14]态和变迁的因果关系，提出了基于Petri网的时空数据模型。遗憾得是这些模型大部分仍然停留在概念上，缺乏有效的实现。在实际应用中，这些模型过于理论化，计算复杂，难以得到广泛的实际应用。[16]事物在事件的驱动下由一个状态发展到另一个状态，本

4、文从事物的状态与事件之间的关系这一视角出发，详细分析了事件与状态之间的关系，在改进传统基态修正模型的基础上，提出了基于事件与状态的时空数据模型。该模型的基本思想是：根据事件发生的频繁程度及每次数据更新量的大小，建立历史基态，对于历史基态间的地理实体数据只记录其相对于基态的变化部分。在数据的组织上，根据数据性质的不同，将数据优化存储于现状库、基态库、历史库和事件库中。12．典型的时空数据模型分析时空数据组织的核心是时空数据模型，目前主要的时空数据模型主要有基于状态的时空数据模型、基于对象的时空数据模型和基于事件的时空数据模型。基于状态的时空数据模型是人们最早提出用来组织时空数据的数据模型

5、，该模型用一系列的时间切片记录某一时刻的地理现象的状态，用一系列不同时间内的快照近似地反映地理现象的时空演变过程。该模型概念简单、易于理解，但数据冗余具大，侧重于状态的描述，无法体现状态之间的因果关系。基于事件的时空数据模型是由Peuquet和Duan于1995年提出的。该模型把地学现象发生变化的时刻称为事件。时间是以事件属性的形式存在，通过事件来表现时间。每个事件代表一个状态变化。空间对象的时间变化通过一系列的事件序列来表示。同一事件中同种变化属性只被记录一次，从而减少了数据冗余。在该模型中，事件被认为是地理现象由一种状态转变为另一种状态的原因。该模型能很好地反映了地理现象状态改变的

6、因果关系，有利于时空分析，但存在着历史重建复杂的缺陷。基于对象的时空数据模型是面向对象技术在时态地理信息系统中的应用，将地理实体抽象为对象，对空间对象的属性和操作进行封装，并将时间维引入到对象中。该模型打破了关系模型范式的限制，直接支持对象的嵌套和变长记录，记录了不同历史时刻的地理对象的空间关系，能很好地表达实体间的空间关系，可以有效地对地理对象进行描述。但目前纯面向对象的GIS比较少，该模型仍存在着许多理论问题尚未得到解决。3．基于状态－事件的时空数据模型[8]事物的发展总是由一个状态到另一个状态，而事件是事物状态发生变化的动因，本文应用状态与事件来表达事物的发展，结合基于状态的时空

7、数据模型和基于事件的时空数据模型各自的优点，提出了基于状态－事件的时空数据模型。3.1事件与状态的关系事物的发展可以看作是在时间维上由一个状态到另一个状态的不断变迁的过程，事物状态的变化过程仅仅反映了状态之间的时间先后关系，并不能说明状态之间存在的因果关系[16]。Copeland和Maier（1984）将事件概念引入纯时态数据模型，指出事件是引起对象状态[17]发生变化的原因，它与变化所产生的新状态有着必然的因果联系。事物在其生命周期内的变化