1 概述——研究内容
时空 GIS 是一种采集、存储、管理、分析与显示地理实体随时间变化信息(或时空信
息)的计算机系统(简称 TGIS)。它不但包含传统地理信息系统的空间特性,而且涵盖时间特
性;它不但反映事物和现象的存在状态,而且表达其发展变化过程及规律。因此 TGIS 的
操作对象是时空信息。传统 GIS 只描述了研究对象的一个快照,没有对时态数据作专门的
处理,因而是静态的,它只能反映事物的当前状态,无法反映对象的历史状态,更无法预
测未来发展趋势。而客观事物的存在都与时间紧密相联,因此,在系统中增加对时间维的
表达、分析能力,提供历史分析与趋势分析的功能,是时空 GIS 的独特之处。时间、空间
和属性是地理实体和地理现象本身固有的三个基本特征,是反映地理实体的状态和演变过
程的重要组成部分。严格地说,空间和属性数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到
或计算产生的。
根据对空间地理实体三个固有特征的研究侧重点不同,可以将相关方面的研究分为:
以研究空间和属性为主的传统 GIS;以研究属性和时间为主的时态数据库;以研究空间和
时间为主的图形动画和以三者并重的时空 GIS 等四类领域或技术。前三者起步较早,在各
自不同的领域分别展开了理论和实践研究,时空 GIS 则相对较晚,它是在前者研究的基础
上,才慢慢发展起来的一个新兴领域,也是未来 GIS 的发展方向。
2 发展情况——发展历程
借助于计算机技术,在对现实世界的事物和现象进行研究的早期,根据应用部门的不
同需求,地图学与地理信息系统、计算机科学、地理科学、人工智能等领域的专家学者,
分别从各自学科的角度对时空现象进行了研究,但由于受计算机软硬件环境和相关技术方
面的限制,对地理实体的空间维度、时间维度和属性维度同时进行研究和处理,存在着诸
多困难。因此,人们的研究思路主要集中在只考虑空间、时间和属性特征中任两个变量的
情况(或者将三个变量压缩转换为两个变量),近几年来,随着 GIS 技术的提高和软硬件环
境的改善,时空 GIS 的研究才逐渐提到议事日程上来。综观国内外时空 GIS 的发展,可将
其发展过程
概括为以下几个阶段:
(1)酝酿起始阶段
20 世纪 60~70 年代,从计算机硬件角度看,出现了磁盘、磁鼓等直接存取的存储设
备,使得计算机在实现原先科学计算的同时,可以完成信息的管理功能。
但数据主要以文件形式组织管理,对时间维度的研究更多是在传统学科,尤其是地理
学等研究的基础上考虑时间因素。如早在 1964 年 Berry 在栅格格式下使用
了三维的地理矩阵(geographic matrix),以位置、属性和时间分别作为矩阵的行、列
和高;1970 年,Hagerstrand 提出了时间地理学的概念;同年,Giederhold 和 J F Fries 在
研制的医疗系统中对时态信息方面的处理作了最早的尝试。Thrift 在 1977 年首次提出了历
史 GIS 的概念,1978 年 Basoglu 和 Morrison 设计了最早的历史 GIS(historical GIS)。
该时期对时间的研究主要是围绕时间的本体和表达、不同领域中时间的作用而展开;
时空 GIS 的研究更多的表现在为空间为主的 GIS 功能研究和以图形动画为主的表达途径研
究。
(2)开拓阶段
随着 80 年代图形工作站和微机性能价格比的迅速提高,数据库技术也日渐成熟,为
发展时态技术和数据库技术的融合创造了条件。该时期工作主要集中在时态历史数据库和
时态数据库查询语言等方面的研究。理论方面,J Ben Zvi(1982)、J Cliford(1982)和 S
Ginsburg(1983)三位学者分别在非第一范式时态数据库、关系型历史数据库和对象历史模