城市规划管理中时空数据模型的应用研究

徐向波　永华

引言：和传统的的GIS 数据模型相比，人们对于时空数据模型的研究起步较晚，发展还不成熟，但是大量的时空数据模型已经不断被提出。本文以宁波市为例，分析了时空数据模型在城市规划管理中的应用，以期为其他城市的规划管理提供借鉴意义。

城市规划规划具有战略性、整合性以及综合性的特点，对于城市的发展起着关键作用，而基于城市的特定，用于城市规划的信息也具有空间性、时变性和多维性。随着互联网和计算机技术的不断普及，GIS开始被广泛运用到城市规划空间信息管理中，但是传统的GIS技术只能呈现出静态的城市状态。城市的空间信息只能展示当前的城市状态，和过去状态截然分开，但是我们知道城市是一个沿着时间不断前进的动态过程。因而必须把时间可空间两种共同元素引入到城市规划管理，使系统不仅能够跟踪现在预测未来，还能够对过去的状态进行回顾分析。

一、城市发展的时空特点及对时空数据模型的要求。

城市已经成为非农业人口从事非农业生产的主要聚集点，而城市发展中随着时空动力因素的逐渐推动，城市也愈来愈成为地理要素存在的重要承载体。城市的演化是各组成要素随着时间轴不断同化异化的过程，而其中任一因素的变化都可能对城市的发展起到重大影响，即我们通常所说的“蝴蝶效应”。而在这种动态的时空变化中，一般来说存在两种类型的时空数据，城市发展中以其本身要素客观形成的数据和人们在对城市规划管理的时变数据。时间和时空类似，是作为一条带有端点、可以测量、可逆向的、能够对未来作延伸的轴线而存在，因而与空间和属性一起共同作为城市要素存在的重要基础，并和时间把城市切分为一个个段落，同时也能展现出城市现在、过去以及未来所处的状态。城市在规划信息管理中具有极强的时态性，比如规划用地的类型。、经济技术的等级和质量上等都突出表现了这一特征。需要注意是专题规划如果不同那么对于时态要素的侧重点也会不同，比如有的会随着时间呈现出连续变化的状态，而有的会呈现出离散变化状态。

基于以上城市所具备的时空特点，城市规划工作者为顺应城市时空特点的要求，在建立时空数据模型时需要考虑几个問题，1，城市发展中表现最为活跃以及能够与尺度匹配的种子点应作为整个记录事件及状态的基础，举例来说，居民区规划中，小区道路时活跃的要素，但是在对城市进行分区规划和总体规划时，只能作为潜在的动因，不应当作为重点考虑。2，时间参考体系包括有效时间及事物时间，前者在数据库中属于生存时间往往晚育有效时间，而时间粒度作为最小的时段单位，各个城市要素中存在的频率、周期以及寿命都各有不同，存在长时间尺度及中、短暗中过程。因而如何选择时间间隔来更为完善的表达城市中所有要素过去、现在、未来的状态，需要从从全局出发，具体考虑。3，城市空间要素一般会超越时间的连接，而时间要素要回超越空间的连接，就像是当下城市中的护城河和过去低下水位存在的拓扑关系。因而城市中各种要素携带不同时间短额拓扑关系，包括这些要素是如何变化的变化的原因以及时空语义的完整性也都应作为重点考虑。4，时间、属性以及空间数据组织方式也都应作为因素加以考虑，也即是时空数据模型的类型需要根据城市各要素的具体情况加以选择运用。

二、时空数据模型建立。

由于时空数据模型能够同时体现城市时间和空间结构的特质，对城市管理中的时空分析具有重要作用，也导致国内外关于此项研究的研究有很多，仅仅近20年来就有20多种重要时空数据模型被探索和实践，而且还不包括其拓展和变异，比如快照模型、图论模型、以及时空立方体模型等。本文主要介绍了两种建模方法：

（一）时空立方体模型。

这种建模方式是根据笛卡尔坐标系的理论而确定的，并加入了时间维，其结构为，

。

二维图形沿着时间像第三维发展转变时，平面位置也会随之发生变动，给出确定的时间位置值，然后就能从三维立方体中得到截面所处的状态，同时也能实现对三维空间沿着时间演变的过程进行扩展表达。但是这种建模方式，数据量不断增大的同时，立方体的回溯及预测也会愈来愈复杂，进而导致数据量进一步加大，最终可能会导致无法处理。所以在策略性城市规划中，由于整体规划的宏观因素很少涉及到变化，时间粒度有相对较大，因而可以结合实际情况适当采用这种模型，但是应注意实施性城市规划中，立方体在多种变化因素的不断叠加下很可能崩溃。

（二）面向对象时空数据模型。

这种数据模型采用了面向对象的思维形式，基于地理要素时间、空间以及属性上的一体性，有集成的载体及机制，提供了支持类型与类、聚集、概括、多态等多种建模结构，并把时间、空间以及属性都抽象为类，不过需要注意的是时态类需要依附于空间类和属性类而存在。

三、时空数据模型在城市管理中的应用。

本文分为三个主要步骤对时空数据模型在城市管理中的应用进行讲解。

1，时间轴上的结构图。对城市进行规划时需要大量的资料分析，为我们首先把城市中的地理要素按照点、线、面对进行划分，比如事件发生的类型能够按照合并、分裂、消亡、扩充、缩减、新生等进行分类，并运用相应的1——6的数字来对应表示。然后我们按照上述所说的按照面向对象的时空数据方式进行建模，就可以得出时间轴上的结构图。

2，土地变迁图。接着我们将其运用到实际的土地管理中，以宁波市1990年的土地为例当时A地是一块荒地，B地是四类住宅区，C是工厂，等到1993年随着宁波市人口的增长，土地需求增大，把A地的荒地分裂为两部分，其中一部分A2是学校用地，A1没有变化。到了1994年，为了满足居民日益增长的环境需求，经B地改造为例二类居住用地B1，工厂用地C也改造成了医院D，此时的D就是完全新生的实体。

3，数据组织表。把上述图转化为数据组织，则用Geometry 代表时空对象的集合表达，TS、Te分别表示事务时间起止， VS和Ve 则代表有效时间起，有效时间止。

结束语

当前大量的实践已经证明时空数据模型能够帮助城市规划从静态转向动态，实现对城市规划的几何、时态、状态以及拓扑信息等的综合管理，满足城市发展中对时间和空间信息处理日益增长的需求，我们相信未来时空数据模型将会在城市规划管理中发挥着越来越大的作用，当然也必须承认当前的时空数据模型还存在较多不完善的地方，需要不断探索以促进这项技术未来更好的服务于城市建设。

参考文献

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[2]薛存金，苏奋振，周成虎.基于特征的海洋锋线过程时空数据模型分析与应用.地球信息科学，2007，9（5）：50——54.

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（作者单位：1.宁波市智慧城管中心 ；2.东蓝控股有限公司）