时空GIS是建立在时态数据库、GIS、人工智能等基础上的一种综合型应用性技术，其研究对象是时空世界中遵循着诞生、成长、生存，直至死亡等自然规律的事物和现象的时空信息。虽然时空GIS在理论和实践等环节的研究还不十分成熟，但它是未来GIS发展的一个必然趋势。

概述

发展历程

概述

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。

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型方面所进行的时空数据模型的开创性研究具有很强的代表性。实践方面，唐常杰与Ginsburg于1983年合作在提出对象历史模型的基础上，实现了一种基于关系型的历史数据库管理系统——HBase；Snodgrass于1985年至1986年开发的时态查询语言(TQuel)，是关系数据库管理系统INGRESS查询语言的扩展，其目的是不作为属性而根据其语义来处理时间值。

总的说来，该阶段对时空GIS技术的研究处于低潮时期，因为同时涉及时态、空间数据库的文章数量很少，但与此相反，由于数据库技术的不断成熟和受计算机科学领域数据库专家思路的影响，围绕关系型历史(或时态)数据库方面的研究却蔚然成风。

(3)大发展阶段

Langran于1992年撰写了关于TGIS的第一本专著《地理信息系统中的时间》。以此为契机，世界范围内重新点燃了时空GIS研究的热潮。大家意识到要研究时空GIS，仅仅考虑时态数据库的存储、查询等还远远不够，因此，时空GIS的研究也由原先的注重具体设计细节和算法的研究，逐渐过渡到诸如时空语义、时空数据模型、时空拓扑关系、时空查询语言、时空推理过程模拟、地理对象的时空不确定性等理论方面的研究和探讨。尤其是时空数据模型的构建成为大家关注的焦点，以表达和管理时空语义的时空数据模型大量涌现，其中有代表性的为：Langran(1992)首先从时变空间数据存储的角度，总结出了文件系统支持下的时空立方体、快照序列、基态修正和时空复合等四种时态数据模型E3 ；Hazelton(1990)进行了4DGIS的理论研究；Gadia，eta1．(1991)和张师超(1993)引进了时态元素(temporalelement)和时态赋值(temporal assignment)的概念，为1NF关系的属性加上了时间参照，成为时态属性，建立了一种有特色的时态模型；MichaelF．Worboys(1992)、Hoinkes，et a1．(1994)和Wachowiez，et a1．(1994)都先后发表了面向对象数据库技术的时空数据建模；从时空语义理解的角度，Donna J Peuquet将时间语义理解为事件的序列，提出了事件驱动的三域时空数据表达框架模型TRIAD(1994)；Bill Hibbard和Dave Santek(1994)提出和建立5D数据模型；P~afat，et a1．(1994)以一个公路网为例，提出了一种符合第一范式关系的时空数据模型，并阐述了关于历史GIS空间拓扑关系。