基于ArcGIS的历史数据管理

卢有勋 甘肃省地图院 甘肃 兰州 730000

1 前言

随着网络信息技术的蓬勃发展，越来越多的单位和企业依赖于信息系统的良好运作。在信息系统中，信息的存储和备份是至关重要的。但伴随着信息系统的不断使用，系统中信息的存储容量越来越大，系统的性能将越来越低。如何能够方便快速地实现历史存储信息的转移和恢复，使历史信息在需要时能方便地被访问，已成为信息系统分析设计的主要问题。

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。随着时间的推移，地理现象的特征会发生变化，且这种变化可能很大。现有的GIS大多不具有处理数据的时间动态性，无法对数据的更新变化进行分析，更不能预测未来的趋势，而在很多应用领域却要求GIS能提供完善的时序分析功能，高效地回答与时间相关的各类问题，因此，必须在静态GIS中增加对空间信息的管理和处理功能，使之能在时间和空间两方面全面处理地理信息。

2 管理功能需求

时态GIS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）。它不仅包含传统地理信息系统的空间特性，而且涵盖时间特性；它不仅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。

具体来说，实现历史数据管理就是要实现对历史数据的归档，能够实现历史数据的实时更新，并且能够实现时间点和时间段的查询，根据不同的数据的时间属性将其分级显示，并且根据时间属性来进行一些数据挖掘和数据分析，最终以表格或者图形的方式显示出来，并且能够实现可视化的管理，使历史数据的时间属性能够非常一目了然的呈现出来。具体来说，需要具有以下功能：

1）档案功能：记载GIS数据随时间的演变；

2）分析功能：以原始为基准，考察变化，预测未来，提供辅助决策功能；

3）更新功能：保证GIS数据的现势性；

4）查询功能：以动态方式，回答用户的关于何时，何地，怎样的询问；

5）其它功能：包括逻辑容错、时态安全等。

3 ArcGIS历史数据管理

3.1 时间数据存储格式

在ArcGIS 9．2中，添加了NetCDF这种多维数组来存储时间属性信息。由于NetCDF是一种灵活的、自描述的、并能表达大量数组数据的格式，因此NetCDF在地球、海洋、大气科学中得到了广泛的应用。数据文件包含元数据信息，不用预读全部数据，可以直接读取某一数据子集，一个写用户和多个读用户可以同时使用一个数据文件。NetCDF文件是二进制文件。在文件头是元数据信息，用来描述NetCDF的维数、变量和属性，方便用户获取NetCDF数据的含义。NetCDF文件的结构是通过CDL符号来描述，它是ASCII格式。NetCDF不能直接通过添加数据按钮添加到ArcGIS中，需要利用Toolbox中的工具转化为Raster、Feature图层或者表格才能在ArcGIS中使用。还可以利用工具将GIS数据导出成NetCDF。

3.2 历史数据归档功能

在ArcGIS 9．2中，通过Geodatabase的Archiving功能实现历史数据归档功能。该功能所创建的历史数据档案库，可以利用时间动画、动画图表以及历史数据回放功能，实现历史数据档案库的动态显示，反映事物和现象的动态变迁过程，更加直观。

时间数据归档功能是在ArcInfo和ArcEditor中提供的，针对的是完全版本化的数据，将所有针对空间数据库的Default版本的变化都保存下来，在Archive Class中存储和管理。当开始创建归档时，首先在数据库中创建Archive Class，它是对Default版本的完全拷贝，具备相同的Schema，但是增加了3个属性，其中gdb_from_date表示数据库某个状态的开始时间，gdb_to_date表示数据库某个状态的结束时间，gdb_archive_oid用来唯一标识档案类的某行记录。当Default版本变化以后，在Archive Class中增加一条记录，保存Default版本变化后的状态，以及该状态的存在时间段。

3.3 多维数据图表的应用

ArcGIS不仅能够根据空间数据制作多种类型的地图，而且还可以发掘地图要素的内在信息，以图表的方式展现地理要素之间的关系。对于时态GIS而言，图表使得用户可以探索地理要素随着时间发生的变化。

ArcGIS提供多种图表类型，不同的图表类型能够反映地图要素的不同信息，用户可以根据自己的需要，选择适合的图表类型。图表只能够从数值型字段中生成，而文本字段主要是用于标注。一旦数据添加到ArcMap中，就可以实现图表制作。用户通过图表表现属性的可以是存储在要素数据中的属性值，或者是一个整型栅格，同样也可以来自于非空间的数据表格。

3.4 基于历史数据的时间动画

在ArcGIS 9．2中提供了多种动画方式，包括地图视图动画、地图图层动画和时间图层动画。时间动画是在地图上按照一定的时间间隔和顺序动态显示事物的变化，其支持的数据类型很多。在生成时间动画时，数据一定要包含时间属性。对于要素图层来说，每记录一次要素的变化信息，都应该将要素记录重复一次，同时记录其状态变化后的属性值以及时间戳。这种方式与Archive Class保存数据库变化信息的方式很相似。对于栅格目录来说，必须要包括Data/Time字段，用来记录某一栅格图像的获取时间，并且还要具备索引字段以连接到相应时刻的栅格图像。对于NetCDF来说，先要通过ArcToolbox中的工具创建要素图层、栅格图层或者表单，在创建时要从多维数组中选择需要创建动画的属性维导出数据。

3.5 历史追踪分析

Tracking Analyst是ArcMap的扩展模块，是基于时间序列的可视化和分析工具，可以实现带有时间属性的事物和现象变化的历史回放，以及实时数据的动态显示。在Tracking Analyst中，首先要将时间数据添加为Tracking图层，这是Tracking Analyst所独有的。可以添加为Tracking图层实现历史数据回放的数据源包括：Shapefile、Personal Geodatabase、File Geodatabase、ArcSDE、以及由建立Tracking Server Connection和GPS Connection所获得的实时数据。所有的数据源都必须包含Data/Time字段，如果回放的数据是连续的，具备轨迹，则数据源必须包含EventID字段以将时间数据组织成轨迹。Tracking Analyst提供多种时间数据可视化的方法和工具，包括设置回放符号、回放速度、移动步幅、属性行为、数据时钟等等。

4 小结

时态GIS能够跟踪和分析随时间变化的空间、非空间信息的地理信息系统。由于具有动态地反映地理现象变化的特点，历史数据管理可以用于诸多科学和工程领域。ArcGIS作为一个功能强大、全面的GIS平台，必将在地籍变迁管理、地貌变动、气候变化、智能交通系统、人口历史变迁等领域得到越来越广泛的应用。

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