TGIS==Temporal Geographic InformationSystem时态地理信息系统

TGIS==Travel GeographicInformation System旅游地理信息系统

TGIS==Transportation GeographicInformation Systems交通地理信息系统

时态地理信息系统(TGIS)以表达管理和分析动态变化的地理现象为目的,其核心是时空数据库,因此对时空数据库的理论基础--时空数据模型的研究十分必要.目前的时空数据模型主要有简单模型时空联合模型时空属三域模型基于对象/特征的模型和基于事件/过程的模型等.首先对这些模型进行了回顾,对其优缺点和侧重点进行了分析对比,然后在此基础上对时空数据模型的进一步研究方向进行了剖析

TGIS(Spatial-Temporal GIS)是GIS的一个重要分支,也是GIS的必然发展趋势传统的GIS考虑的是静态数据的处理比如地图资料遥感呈像等而对于他所处理的对象是随时随地发生变化的也就是说是动态的空间数据要在原来的空间数据域的基础上加上时间域使得原本海量数据的基础上呈N 倍增长当时间片很小时N趋近无穷大这样一个超海量的数据如何存储如何查询如何分析成为计算机专家和地理信息专家所面临的重要难题

Langran在1989 年提出并讨论了序列快照方式(sequent snapshots),其基本思想是记录当前数据状态数据更新后旧数据的变化值不再保留即忘记了过去的状态连续快照模型是将一系列时间片段快照保存起来反映整个空间特征的状态根据需要对指定时间片段的现实片段进行播放由于快照将未发生变化的所有特征重复进行存储会产生大量的数据冗余当应用模型变化频繁且数据量较大时系统效率急剧下降此外连续快照模型不表达单一的时空对象较难处理时空对象间的时态关系序列快照模型和G I S 分类中的模拟G I Sanalog GIS一样,只是一种概念上的模型不具备实用的开发价值

Worboys 在1994 年引出了复合时空方式(space-time composite),其思想是将空间分隔成具有相同时空过程的最大的公共时空单元每次时空对象的变化都将在整个空间内产生一个新的对象对象把在整个空间内的变化部分作为它的空间属性变化部分的历史作为它的时态属性时空单元中的时空过程可用关系表来表达若时空单元分裂时用新增的元组来反映新增的空间单元时空过程每变化一次采用关系表中新增

一列的时间段来表达从而达到用静态的属性表表达动态的时空变化过程的目的但在数据库中对象标识符的修改比较复杂涉及的关系链层次很多必须对标识符逐一进行回退修改该模型只考虑空间变化没有考虑属性的变化

Rapper于1 9 9 5 年提出了面向对象模型(object-oriented),其思想是将实体表达为复杂对象并且可以把实体的结构和行为特征封装在一起从而可以达到信息隐蔽的目的另外行为和属性的继承性和多态性等特点尤其适合于现实世界里的地理实体及其相互关系的表达面向对象的方法处理GIS 中的时态维问题主要可分为两类一类是在扩展的关系模型中增加某些面向对象的特征另一类是完全面向对象的方法但到目前为止尚无完全用面向对象技术从头到尾成功地开发一个TGIS 的报道这种方法实现起来非常复杂

Donna也在1995 年对基于事件的时空数据模型进行了分析ESTDM该模型以时间顺序来组织发生在特定地理位置上的变化E S T D M用若干组件component)子结构来表示每个事件所对应的变化每个组件包含两元素表示新值的组件描述器以及位置元素的数组即每个组件聚集了具有相同新属性值的所有位置元素但是此模型中数据的输入和检索非常复杂目前这些研究还处于理论阶段数据模型各有利弊现在基本成为一个技术瓶颈尤其在海量数据的存取和查询还停留在理论阶段

1.加深对时空语义的研究与理解

时空语义包括地理实体的空间结构有效时间结构属性组成及实体间的空间关系时态关系和时空关系等不同领域和部门解决问题的侧重点不同对同一时空信息的语义也就有不同的理解因而会存在语义分歧问题时空数据建模的根本任务在于时间和空间语义建模因此在进行时空数据建模之前应改变传统的由静态空间角度看问题的思维方式从动态的时空角度去考虑问题

2.时空数据模型的研究

时空数据模型(即如何设计并建立一个有效的数据库结构来存储时空数据)是TGIS的核心它的好坏直接影响到时空查询和分析的效率在目前结构化的关系方法遇到困难的情况下如何采用N1NF方法实现关系方法和层次方法的高度融合解决复杂结构对象的数据不定长或嵌套问题值得探讨同时面向对象方法的提出也为TG1S的发展开辟了新的途径

3.时空数据库的设计与研究

时空数据库是不同历史不同尺度和不同维度的海量时空数据和非时空数据的集合它是TGIS的核心组成部分时空数据库的研究在理论和实践两方而都还很不完善国际上还没有统一的查询语言标准可遵循因此在特定的时空数据模型框架下为确保对时空数据的组织存储和提取开发高效的时空数据库管理系统是一项长期的基础性工作

4.TGIS 的查询语言的开发

时空信息的查询和分析是用户对TGIS的最基本需求时空查询效率的高低直接决定着TGIS的应用效果结合时空信息的查询特点从而开发实用的TGIS查询语言是未来的一个发展方向

5.时空动态模拟与推理

TGIS在传统GIS的空间基础上增加了时间维度使原来静态离散式的快照转换为动态连续过程跟踪不仅可以描述和表达时空地理实体的状态而且可以反演其空间动态运动变换规律因此进行时空模拟与推理是TGIS的一个重要组成部分

6.时空数据的可视化研究

可视化是利用计算机图形学和图像处理技术将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论方法和技术它主要研究人和计算机怎样协调一致地感受使用和传输视觉信息因此时空数据的可视化表达除了能实现传统GIS中对某时刻空间实体的分布和形状进行表达外还应能用计算机以动画的形式对地理实体各时刻的状态或属性按照演化过程进行空间动态模拟

旅游地理信息系统(TGIS) 是在计算机软硬件支持下,以旅游地理信息数据为基础,对旅游地理信息进行综的动态的采集管理分析和应用的一种现代信息管理手段旅游地理信息数据是旅游地理信息系统建立的础旅游业所提供的服务就是建立在各种旅游信息数据的收集整理传递基础上的传统的旅游信息系统是在数据库系统的基础上建立起来的,其内容涵盖了旅游业的六大要素:食住行游购娱,但它在对景区的介绍和对旅游产品的宣传,而缺乏TGIS 直观动态的图形系统和多媒体系统

旅游与地理信息相关性极强,GIS 中如图形区域景观资源信息交通路线等诸多要素与旅游密切相关GIS支撑下的旅游信息系统与一般旅游信息系统相比,可以完成一些特殊功能,如图形分析空间数据综合处理分析等功能借助于GIS 强大的空间数据的检索功能,既可以从系统中查出所需的属性信息,还可以直观地以图形式看到信息实体的分布,为管理和决策者掌握旅游资源的空间布局实时动态变化最佳线径选择以及最佳景组合方案等提供科学的依据

目前,GIS 在旅游管理和开发中的应用主要有以下三个方面:1. 旅游的信息查询周到的信息服务是让游客满

意的主要途径GIS 可以为游客提供各种关于旅游景点的信息如多媒体导游系统旅游信息网站等都是图文声一体化的查询系统同时,系统数据库中还包含了游客旅行社及宾馆饭店等旅游服务部门关心的各种旅游地图图片文字统计资料等较全面的旅游信息,通过这些信息,旅游服务部门可以了解到客源客流量旅游消费情况等,以便及时安排旅游路线制定服务设施规模等同时,对于景区管理部门来讲,也可以通过这些信息了解景区现状,以掌握景区开发进度2. 旅游专题地图的制作GIS 的一大特色就是具有强大的图形和文本编辑功能,以及实时方便的数据库更新和维护GIS 中图形数据采取分层存储的,因此它既可以响应用户要求输出全要素图,也可以应用户要求分层或叠加输出各种专题地图3. 辅助旅游开发决策GIS 的空间分析功能在旅游开发决策中也有很好的应用利用GIS 的拓扑叠加功能,通过对环境层与旅游资源评价图的叠加,可以分析优先发展区域;利用GIS 的网络分析功能,可以进行旅游线路布局;利用GIS 的缓冲区分析功能,可以确定风景区的保护区域发展潜力等

GIS 技术在旅游领域的应用是旅游业发展的需要,旅游业的发展既需要自身的信息交流与管理,也需要融入到全社会的经济信息与技术发展中来未来采用CPS 结构将本系统与互联网结合起来,进一步发展网上TGISGIS 和Internet GIS 的结合在TGIS 的空间布局数据共享和传输等方面将具有更为广阔的发展和应用前景

交通地理信息系统TGIS(Transportation GeographylnformationSystem)是GIS在勘测设计规划管理等交通领域中的具体应用GIS的基本思想是将地表信息按其特性进行分类然后进行分层管理和分析GIS实质上是一种空间数据库管理系统它除了具有一般数据库系统的功能之外如数据输入存储查询和显示等还可进行空间查询和空间分析TGIS是收集存储管理综合分析和处理空间信息和交通信息的计算机软硬件系统它是GIS技术在交通领域的延伸是GIS与多种交通信息分析和处理技术的集成

交通地理信息系统的主要功能有基本功能　叠加功能　动态分段　地形分析　栅格显示功能　路径优化功能

基本功能用于编辑显示和测量图层主要包括对空间和属性数据的输入存储编辑以及制图和空间分析等功能编辑功能允许用户添加和删除点线面或改变它们的属性综合制图功能可以灵活多样的制作和显示地图分层输出专题地图如交通规划图国道图等显示地理要素技术数据并可放大缩小以显示不同的细节层次测量功能用于测定地图上线段的长度或指定区域的面积

叠加功能允许两幅或更多图层在空间上比较地图要素和属性分为合成叠加和统计叠加合成叠加得到一个新图层它将显示原图层的全部特征交叉的特征区域仅显示共同特征统计叠加的目的是统计一种要素在另一种要素中的分布特征

动态分段功能将地图网络中的连线根据其属性将特征相近的连线分段分段是动态进行的因为它与当前连线的属性相对应如果属性改变了动态分段将创建一组新的分段

动态分段引入TGIS的软件是为了分析以线为基础的运输系统的属性如路面管理中路网图将以路面铺装采用沥青或混凝土来自动分段以便每种类型的路面含在同一个组中如果因为需要采用路面类型和车道数这两种属性进行分段那么每类路面中车道数相同的又自动形成一组

地形分析功能主要通过数字地形模型DTM以离散分布的平面点来模拟连续分布的地形为道路设计创建一个三维地表模型这在道路设计中是十分需要的实际的道路设计采用另一软件在导入GIS的三维地模后进行然后设计的结果再导出到GIS中以供将来的分析

栅格显示功能允许GIS包含图片和其它影像并可对这些图片对应的属性数据进行叠加分析从而对图层进行更新如可以通过添加新特征建筑象桥梁和交叉口以及更正线型等对原有的道路图层进行更新对带状或多边图层进行叠加可以标出土地的用途和其它属性

最短时间路径分析模型在运输需求模型中已经使用了很多年集成化的TGIS将具有这一功能而无须与其它软件创建链接当然随着TGIS功能的完善将来与其它软件如运输需求规划模型和道路设计软件的链接将是必须的

综上所述空间分析是地理信息系统软件的核心叠加分析地形分析和最短时间途径优化功能为交通地理信息系统软件空间分析提供了强大的工具和广阔的应用空间随着这些功能和其它功能的完善和发展交通地理信息系统为交通各部门提供了一个功能强大的空间信息服务和管理工具它将像办公软件office一样成为各部门日常工作不可或缺的工作手段并将广泛普及

交通地理信息系统因具有强大的信息服务和管理功能所以应用范围广泛具体体现在三个方面一是它可以应用在交通管理的各个环节即从交通规划设计施工到运营和养护的所有阶段以及交通科研二是它可以广泛应用在国家省市等不同层次的管理三是可以广泛应用在政府交通运输管理运输企业和工程设计施工等各部门下面简单介绍一下它的具体应用

1.电子地图使交通管理工作变得轻松直观

由于采用空间数据和数据库挂接改变了传统的信息管理方法地图由传统的静态纪录变为信息丰富多样的动态的电子地图实现了数据可视化它使交通主管部门对公路等基础设施的管理变得直观简单和轻松如通过直接对地图实体进行查询可以获得公路线路的空间位置和走向技术标准交通流量等多方位的信息通过综合统计和分析各种交通数据以及采用丰富多样的图表显示可以为决策提供科学快捷的支持

2.公路网规划手段更加强大

公路网规划和路线选择是TGIS应用发展的重点领域之一

目前基于TGIS的交通规划模型软件已经开发成功并进入商业化应用阶段这些软件包括全部的GIS软件功能其应用模型与GIS集成为一体它使交通规划的手段更加强大

由于应用TGIS能够更好的考虑和评估公路对环境的影响因此在公路路线的选择和初步设计中TGIS将得到广泛应用加拿大已经成功地应用GIS完成了在温哥华岛的一条127公里4车道的公路通道选择和初步设计在此项目中GIS很好地解决了项目涉及的环境分析公路选址等问题包括野生动物森林水土壤植被和土地利用等

3.道路设计和养护

TGIS为道路工程的计算机辅助设计CAD提供了强大的数字化地理平台正是基于此CAD已有早期的平面二维设计跨入了三维设计进入了可视化设计时代这是CAD领域的突破性发展

TGIS还与路面管理系统桥梁管理系统等公路养护管理系统相关连借助先进的路面和桥梁检测设备和数据搜集手段使道路养护管理更加科学合理经济高效

如加拿大的Alberta省建立了公路维护地理信息系统该系统使用专用检测车辆定期检测路面的平整度和损坏程度等这些指标由车载全球定位仪GPS定位装置准确确定道路的位置检测数据传输到公路养护地理信息系统养护模块自动生成路段养护报告

4.运输企业运营管理

借助GIS的运行路径选择功能运输企业可以对公司的运营线路进行优化并根据专题地图的统计分析功能分析客货流量的变化情况制定行车计划此外还可以帮助运输管理部门对特种货物如长大件货物危险货物或贵重货物运输进行线路选择和监控

5.为智能运输系统ITS提供数字化平台

智能运输系统是新近发展起来的交通管理系统它将和TGIS全球地位系统GPS一道成为未来十年交通领域快速发展的新技术基于TGISGPS的ITS将能够为道路用户提供实时动态交通信息服务改善出行方式也能够为道路管理者提供控制信息大大提高现有道路的通行能力和安全性这三种技术如何有效的集成还处在研究之中但无疑这将是TGIS的又一重大应用领域

1.数据采集的技术比选

当前交通决策要求TGIS提供的数据范围在不断扩大可喜的是数据采集的技术也有了长足发展这些技术包括GPS视频技术数码摄像技术高清晰卫星图像高清晰度扫描技术以及实时系统和传感器这些实时系统和传感器众多气象雷达车辆身份证条码交通量计数器路面温度传感器ITS中的车辆导航系统ITS不仅需求大量的空间及其相关数据同时也成为其它诸多用途的数据源这无疑又激励更新数据采集技术的开发所有这些技术均对TGIS的设计实施产生影响

开展研究的重点包括

·对各种数据采集技术现状和特性的评估了解它们相互作用和集成的可能性

·从运输部门的需求来设计技术上可行的数据采集方案

·在TGIS的发展规划中制定策略来研究比选使用这些新技术

2.TGIS和ITS之间如何协调发展

可以预计未来十年内TGISGPS和ITS这三种快速发展的技术将有效地集成起来发挥良好的社会经济效益大大提高现有道路的通行能力和安全性

当前这些技术间合适的切入点还没有很好地研究清楚要作的研究有

·分析和评估这三类技术的发展现状和方向

·研究如何将这三种技术有效集成并分析这种联合发展的可行性

·开发适应全球不同地区需求的技术集成模式

·建造示范中心以便观测和测试技术集成的效果

·制定上述模式所需空间数据的标准

·调查并修正这些数据标准以最终满足ITS的需要

3.数据库维护技术

随着TGIS的发展和推广数据库的维护对许多用户来说还颇显陌生开展的相关研究有

·新的数据采集技术如GPS将对数据库维护产生怎样的影响

采用什么技术来合并和统一新的采集技术采集的数据和原有数据库存有的空间数据

·存放在不同图层的数据在不同比例尺下使用时最佳的连接方式是什么

·CAD与TGIS之间数据模型的连接如何发展

·遥感数据如何才能得到有效地利用