( 1．廣西師范學院，廣西 南寧 530001; 2．氣象 GIS 應用聯(lián)合實驗室，廣西 南寧 530001;3．北京超圖軟件股份有限公司，北京 100085)
論文來源：《測繪與空間地理信息》第37卷 第5期 2014年5月
摘要:根據(jù)氣象數(shù)據(jù)的空間位置少量變化、屬性數(shù)據(jù)變化頻繁的時空變化特征，提出了一種基于時間的簡單對象模型———屬性與空間、時間關聯(lián)擴展的氣象時態(tài)數(shù)據(jù)模型，并在氣象 GIS 平臺中實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的實例化，實現(xiàn)了對氣象時態(tài)數(shù)據(jù)的管理。
關鍵詞: 氣象,GIS,時態(tài)數(shù)據(jù)模型
隨著 GIS 技術不斷的發(fā)展，GIS 在氣象行業(yè)應用的廣度和深度不斷增加。當前，GIS 已經(jīng)解決了氣象數(shù)據(jù)格式的直接讀取和顯示問題，但還缺少針對氣象行業(yè)的氣象GIS 數(shù)據(jù)模型，特別是氣象時態(tài)數(shù)據(jù)模型[1]。氣象數(shù)據(jù)是典型的、具有高時間分辨率且和空間密切相關的時態(tài)數(shù)據(jù)，研究建立氣象時態(tài)數(shù)據(jù)模型，對于 GIS 在氣象行業(yè)的深入應用具有較大的理論和實踐意義。
本文在傳統(tǒng)的 GIS 時態(tài)數(shù)據(jù)模型的基礎上，提出了一種針對氣象行業(yè)數(shù)據(jù)特點的時態(tài)數(shù)據(jù)模型。該模型將傳統(tǒng)的時態(tài)數(shù)據(jù)模型和氣象數(shù)據(jù)特點及應用需求相結合，能夠較好地在氣象 GIS 軟件中對氣象觀測臺站的實時觀測數(shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星、雷達數(shù)據(jù)以及臺風數(shù)據(jù)進行動態(tài)可視化分析，以便更好地了解氣象觀測數(shù)據(jù)的變化情況。
氣象數(shù)據(jù)本身就是一種空間數(shù)據(jù)，氣象時態(tài)數(shù)據(jù)具有隨著時間變化，空間信息和屬性信息同時發(fā)生變化或空間信息不變，屬性信息發(fā)生變化的特點。常用的氣象時態(tài)數(shù)據(jù)類型有臺站觀測數(shù)據(jù)、氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)、氣象雷達數(shù)據(jù)、模式數(shù)據(jù)、臺風路徑預報數(shù)據(jù)等。各類氣象時態(tài)數(shù)據(jù)都有各自的時態(tài)特征。
1) 氣象臺站觀測數(shù)據(jù)隨著觀測時間變化，空間信息不變，屬性信息頻繁變化。
2) 氣象衛(wèi)星和雷達數(shù)據(jù)隨著時間變化，不包含屬性信息，空間整體變化。
3) 臺風路徑預報數(shù)據(jù)空間位置和屬性( 風力大小、影響范圍等) 同時隨著時間變化。
通用 GIS 平臺在氣象行業(yè)應用中由于缺少專門針對這三種氣象時態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型而不能很好地解決氣象時態(tài)數(shù)據(jù)在 GIS 平臺上的動態(tài)顯示和分析效果，因此，這三種典型的時態(tài)數(shù)據(jù)模型是氣象 GIS 時態(tài)數(shù)據(jù)模型需要重點解決的問題。
時空 GIS 的研究于 20 世紀六七十年代開始醞釀 80 年代理論研究有所開拓，[1]，至 1992 年 GailLangran 發(fā)表其博士論文《地理信息系統(tǒng)中的時間》則標志著 GIS 時空數(shù)據(jù)建模的正式開始，時空數(shù)據(jù)模型研究中的通用時空數(shù)據(jù)模型大約在 20 世紀 90 年代提出。雖然研究較早，但目前時空數(shù)據(jù)建模仍然是時空 GIS 研究的核心及難點。常見的時空數(shù)據(jù)模型有: 序列快照模型、基態(tài)修正模型、時空復合模型、時空立方模型、第一范式關系時空數(shù)據(jù)模型、非第一范式關系時空數(shù)據(jù)模型、面向對象時空數(shù)據(jù)模型、基于事件的模型等[2]。時空數(shù)據(jù)模型種類繁多，沒能形成統(tǒng)一的標準，從而也影響著時空數(shù)據(jù)模型研究的進一步發(fā)展，對此，也有許多學者對當前提出的數(shù)據(jù)模型進行分類與總結[2 - 4]。同時，也因分類依據(jù)的不同，在數(shù)據(jù)模型歸類研究上存在差異。
即便如此，時空數(shù)據(jù)模型還是在城市交通、房產(chǎn)、土地資源管理、遙感、海洋、生態(tài)等行業(yè)被廣泛研究與應用[5 - 18]。相比之下，時空數(shù)據(jù)模型在氣象行業(yè)中的研究
與應用起步較晚。
在國內，關于時空數(shù)據(jù)模型在氣象行業(yè)的理論和應用研究則少之又少，所研究的氣象數(shù)據(jù)模型又僅局限于某一特定的氣象要素[20]。因此，在氣象 GIS 的工程化應用與開發(fā)中，必須要擴展建立面向氣象的專業(yè)數(shù)據(jù)模型，支持具有顯著時序、時態(tài)特征的氣象數(shù)據(jù)，使氣象數(shù)據(jù)能夠得到更好的儲存、管理、顯示和分析。
本文針對氣象數(shù)據(jù)中3 種典型的時態(tài)數(shù)據(jù): ①隨著觀測時間變化，空間信息不變，屬性信息頻繁變化的臺站觀測數(shù)據(jù); ②隨著時間變化，不包含屬性信息，空間整體變化的氣象衛(wèi)星和雷達數(shù)據(jù); ③隨著時間變化，同一對象，空間和屬性同時變化的臺風路徑預報數(shù)據(jù)及以上氣象