時空GIS是建立在時態資料庫、GIS、人工智慧等基礎上的一種綜合型套用性技術，其研究對象是時空世界中遵循著誕生、成長、生存，直至死亡等自然規律的事物和現象的時空信息。雖然時空GIS在理論和實踐等環節的研究還不十分成熟，但它是未來GIS發展的一個必然趨勢。
基本介紹
- 中文名：時空GIS
概述,發展歷程,
概述
時空GIS是一種採集、存儲、管理、分析與顯示地理實體隨時間變化信息(或時空信息)的計算機系統(簡稱TGIS)。它不但包含傳統地理信息系統的空間特性，而且涵蓋時間特性；它不但反映事物和現象的存在狀態，而且表達其發展變化過程及規律。因此TGIS的操作對象是時空信息。傳統GIS只描述了研究對象的一個快照，沒有對時態數據作專門的處理，因而是靜態的，它只能反映事物的當前狀態，無法反映對象的歷史狀態，更無法預測未來發展趨勢。而客觀事物的存在都與時間緊密相聯，因此，在系統中增加對時間維的表達、分析能力，提供歷史分析與趨勢分析的功能，是時空GIS的獨特之處。時間、空間和屬性是地理實體和地理現象本身固有的三個基本特徵，是反映地理實體的狀態和演變過程的重要組成部分。嚴格地說，空間和屬性數據總是在某一特定時間或時間段內採集得到或計算產生的。
根據對空間地理實體三個固有特徵的研究側重點不同，可以將相關方面的研究分為：以研究空間和屬性為主的傳統GIS；以研究屬性和時間為主的時態資料庫；以研究空間和時間為主的圖形動畫和以三者並重的時空GIS等四類領域或技術。前三者起步較早，在各自不同的領域分別展開了理論和實踐研究，時空GIS 則相對較晚，它是在前者研究的基礎上，才慢慢發展起來的一個新興領域，也是未來GIS的發展方向。
發展歷程
藉助於計算機技術，在對現實世界的事物和現象進行研究的早期，根據套用部門的不同需求，地圖學與地理信息系統、計算機科學、地理科學、人工智慧等領域的專家學者，分別從各自學科的角度對時空現象進行了研究，但由於受計算機軟硬體環境和相關技術方面的限制，對地理實體的空間維度、時間維度和屬性維度同時進行研究和處理，存在著諸多困難。因此，人們的研究思路主要集中在只考慮空間、時間和屬性特徵中任兩個變數的情況(或者將三個變數壓縮轉換為兩個變數)，近幾年來，隨著GIS技術的提高和軟硬體環境的改善，時空GIS的研究才逐漸提到議事日程上來。綜觀國內外時空GIS的發展，可將其發展過程
概括為以下幾個階段：
(1)醞釀起始階段
20世紀60～70年代，從計算機硬體角度看，出現了磁碟、磁鼓等直接存取的存儲設備，使得計算機在實現原先科學計算的同時，可以完成信息的管理功能。
但數據主要以檔案形式組織管理，對時間維度的研究更多是在傳統學科，尤其是地理學等研究的基礎上考慮時間因素。如早在1964年Berry在柵格格式下使用
了三維的地理矩陣(geographic matrix)，以位置、屬性和時間分別作為矩陣的行、列和高；1970年，Hagerstrand提出了時間地理學的概念；同年，Giederhold和J F Fries在研製的醫療系統中對時態信息方面的處理作了最早的嘗試。Thrift在1977年首次提出了歷史GIS的概念，1978年Basoglu和Morrison設計了最早的歷史GIS(historical GIS)。
該時期對時間的研究主要是圍繞時間的本體和表達、不同領域中時間的作用而展開；時空GIS的研究更多的表現在為空間為主的GIS功能研究和以圖形動畫為主的表達途徑研究。
(2)開拓階段
隨著80年代圖形工作站和微機性能價格比的迅速提高，資料庫技術也日漸成熟，為發展時態技術和資料庫技術的融合創造了條件。該時期工作主要集中在時態歷史資料庫和時態資料庫查詢語言等方面的研究。理論方面，J Ben Zvi(1982)、J Cliford(1982)和S Ginsburg(1983)三位學者分別在非第一範式時態資料庫、關係型歷史資料庫和對象歷史模型方面所進行的時空數據模型的開創性研究具有很強的代表性。實踐方面，唐常傑與Ginsburg於1983年合作在提出對象歷史模型的基礎上，實現了一種基於關係型的歷史資料庫管理系統——HBase；Snodgrass於1985年至1986年開發的時態查詢語言(TQuel)，是關係資料庫管理系統INGRESS查詢語言的擴展，其目的是不作為屬性而根據其語義來處理時間值。
總的說來，該階段對時空GIS技術的研究處於低潮時期，因為同時涉及時態、空間資料庫的文章數量很少，但與此相反，由於資料庫技術的不斷成熟和受計算機科學領域資料庫專家思路的影響，圍繞關係型歷史(或時態)資料庫方面的研究卻蔚然成風。
(3)大發展階段
Langran於1992年撰寫了關於TGIS的第一本專著《地理信息系統中的時間》。以此為契機，世界範圍內重新點燃了時空GIS研究的熱潮。大家意識到要研究時空GIS，僅僅考慮時態資料庫的存儲、查詢等還遠遠不夠，因此，時空GIS的研究也由原先的注重具體設計細節和算法的研究，逐漸過渡到諸如時空語義、時空數據模型、時空拓撲關係、時空查詢語言、時空推理過程模擬、地理對象的時空不確定性等理論方面的研究和探討。尤其是時空數據模型的構建成為大家關注的焦點，以表達和管理時空語義的時空數據模型大量湧現，其中有代表性的為：Langran(1992)首先從時變空間數據存儲的角度，總結出了檔案系統支持下的時空立方體、快照序列、基態修正和時空複合等四種時態數據模型E3 ；Hazelton(1990)進行了4DGIS的理論研究；Gadia，eta1．(1991)和張師超(1993)引進了時態元素(temporalelement)和時態賦值(temporal assignment)的概念，為1NF關係的屬性加上了時間參照，成為時態屬性，建立了一種有特色的時態模型；MichaelF．Worboys(1992)、Hoinkes，et a1．(1994)和Wachowiez，et a1．(1994)都先後發表了面向對象資料庫技術的時空數據建模；從時空語義理解的角度，Donna J Peuquet將時間語義理解為事件的序列，提出了事件驅動的三域時空數據表達框架模型TRIAD(1994)；Bill Hibbard和Dave Santek(1994)提出和建立5D數據模型；P~afat，et a1．(1994)以一個公路網為例，提出了一種符合第一範式關係的時空數據模型，並闡述了關於歷史GIS空間拓撲關係。
