面向地学时变机理的时空数据模型研究

Spatiotemporal data model (STDM) is the core category study of the time geographic information systems (TGIS). The mainstream of STDMs are based on the research of effective storage and retrievals of the structural space-time data, but lack of the integration of geo-time-variation machisims(GTVM) with minging the time-varying regularity into the STDM. As a breakthrough point of the GTVM, the study will make researches on the robustly descripted, expressed GTVM and integratied into the STDM. Based on the geo-ontology thought, this study put forward a new framework with the description and expression of 'mlti-types, multi-semantic, multi-factors and multi-rules'. By virtue of Object-oriented technology, it offers a new integrated mode with GTVM and STDM.This study might have an important significance in the theoretical and applied value. Through deeply research, it is expected to solve the bottleneck problem of the organic integration with GTVM and STDM in the traditional theories and methods of GIS; Through the exploration of the robust GTVM, it is helpful for deepenly understand the mechanism of time-varying regularity,for enhancing and richening the spatialtemporal modeling framework in TGIS. And then, it can provide the theorectical supports for the automatization, intellectualization and real-time transformation of data processing of mass data.

时空数据模型是时态地理信息系统的核心研究范畴。主流时空数据模型主要面向数据库高效存储与检索的数据结构化组织与管理研究，缺乏融入模型中内在的时变机理描述与表达，而这种机理响应着时变，是探寻时变规律的基础。本课题以地学时变机理研究为切入点，开展地学时变机理在时空构模过程中的健壮性描述、表达与整合研究。基于地理本体思想，提出多类型、多语义、多因子与多规则的地学时变机理描述与表达新框架；借助面向对象技术，构建地学时变机理模型与时空模型的集成新模式。本课题的研究具有丰富的理论意义与重要的应用价值。通过本课题研究，有望解决传统地理信息系统理论与方法中有机集成地学时变机理与时空模型的瓶颈问题；通过地学时变机理健壮性描述与表达的探索性研究，有助深化、完善地学时变机理及地学时变规律的认识，有助提升和丰富时态地理信息系统的时空建模理论框架；进而可为海量数据加工与处理过程中的自动化、智能化和实时化提供理论支撑。

综合应用文献综述分析法、地理本体思想、面向对象技术、数据库建模理论、等相关理论及技术方法，以地理时变机理的整合为切入点，对以空间数据组织与管理为表达目的的时空构模环境下的地学时变机理的健壮性描述、表达和集成等基本理论与方法体系进行探索性研究，在以下方面取得相关进展与成果：（1）通过总结分析近50年时空数据建模理论与方法研究成果，明确了时空建模的关键要务，指出健壮的时空建模应着重核心描述、表达和集成地学时变响应机制（关联模式、因果机制、推理模式和驱动模式等），及应着重考虑整体进程描述与内部个体关联描述的有机耦合；（2）通过梳理和整理面向因子分析的地学时变机理模型的描述与表达，有效提升和丰富时态地理信息系统的时空建模理论内容框架；深化和完善对地学时变机理及地学时变规律表达的认知；指明融入“事件驱动”思想以及基于内部“约束规则”表征“时变过程”是面向地学时变机理建模的关键突破；（3）OEP模型覆盖时空建模的核心要素“地理事件”、“地理对象”和“地理过程”，能较完备地描述和表达复杂的地理动态现象和事物构建事物间的因果关联，有助于探讨事物动态变化的内在规律；由于OEP模型基于“事件驱动”思想及基于内部“约束规则”表征“时变过程”，指出该模型可作为更为基础与抽象的时变机理模型的表达框架；（4）通过开展地学时变可视化方法的研究，提出了一种由“时空数据库—时变类型—目标需求—可视化方法与工具”可视化表达流程架构，构建了设计者或用户快速搭建可视化方法或工具，提升了用户快捷获取数据体验；在可视化方法方面，通过几何图形兼顾地理语义演示地理现象的多类型的时空变化，改进人类对地理时变现象的理解；（5）开展了机理模型建库理论与方法的延伸，探索机理模型的表达与描述在区域经济与竞技体育等研究，其中，《区域创新差异时空格局及其形成机理响应模型研究》取得了初步成果，且该成果可用于政府决策的参考依据。