Chương 3. MÔ HÌNH SUDM, TUDM, LUDM
3.4 Mô hình TUDM (Temporal Urban Data Model)
3.4.1 Các khái niệm liên quan đến thời gian
3.4.1.1 Sự cần thiết của thời gian và mô hình dữ liệu không gian-thời gian (2D+1)
năm 2009 đến 2010 (truy vấn không gian theo thời gian). Ngoài ra, yếu tố thời gian còn cho biết cái gì đã xảy ra, xảy ra khi nào nhờ liên kết với các biến cố.
GIS thời gian có thể định nghĩa thô là GIS có khả năng phân tích, xử lí, quản lý các đối tượng không gian theo thời gian [8]. Nó cần có CSDL thời gian và mô hình dữ liệu thời gian [15].
Có hai phương pháp chính để đưa thời gian vào trong các đối tượng của GIS. Cách tiếp cận thứ nhất xem thời gian như một thuộc tính của đối tượng. Cách tiếp cận khác xem thời gian như là chiều độc lập.
Đặc trưng chung của một đối tượng là có thuộc tính không gian tại một điểm theo thời gian. Có hai loại đối tượng không gian-thời gian, đối tượng không gian thay đổi rời rạc theo thời gian và đối tượng không gian thay đổi liên tục theo thời gian [21].
Không phải chỉ có dữ liệu của GIS cần thời gian mà các dữ liệu của các lãnh vực khác cũng cần, vì thế giới quanh ta là thế giới động. Hơn nữa nhu cầu lưu trữ thông tin của các đối tượng không chỉ dừng lại ở trạng thái hiện tại mà còn cần lưu trữ cả các thay đổi của đối tượng ở quá khứ hay còn gọi là lịch sử tiến hóa của đối tượng đó. Các lịch sử tiến hóa này không chỉ giúp về vấn đề lưu trữ thông tin, mà còn giúp phân tích những thay đổi, hầu nhận biết các xu thế thay đổi của đối tượng ở tương lai. Khi dữ liệu được làm giàu lên nhờ thuộc tính thời gian thì độ phức tạp và khối lượng dữ liệu cũng gia tăng một cách tỉ lệ thuận.
Lịch sử của dữ liệu được chú trọng trong nhiều ứng dụng GIS, chúng được dùng để giám sát sự thay đổi lên môi trường đang quan tâm [60]. Trong một lãnh vực cụ thể, ví dụ quản lý đô thị, CSDL GIS thời gian dùng để phân tích mẫu và các đặc trưng của sự phát triển đô thị trong quá khứ và dự báo sự thay đổi trong tương lai [23].
Khi đề cập đến yếu tố thời gian trong GIS nhằm ghi lại các sự thay đổi, các thay đổi ở đây bao hàm cả thay đổi trên thuộc tính không gian và thuộc tính ngữ nghĩa. Việc biểu
diễn chiều thời gian như chiều thứ tư vào GIS 3D vẫn là một thách thức [19]. Trong giới hạn của luận án, các thay đổi này chỉ được trình bày trên thuộc tính không gian.
Giả sử tại thời điểm năm 2001 có hai ngôi nhà B1, B2 (hình 3.14). Đến năm 2005, hai ngôi nhà B1, B2 phá đi và hình thành một ngôi nhà mới B3 trên nền của B1, B2. Năm 2010, B3 được dở bỏ và xây mới ba ngôi nhà B4, B5, B6 trên nền cũ B3. Ta nói, B1và B2 là cha của B3, B3 là con của B1, B2. B4, B5, B6 là con của B3.
Hình 3.14 Minh họa sự thay đổi không gian theo thời gian
Để xây dựng các ứng dụng GIS thời gian, công đoạn thiết kế mô hình dữ liệu không gian-thời gian được xem là một trong các chìa khóa thành công [68]. Mô hình dữ liệu không gian-thời gian là yếu tố quan trọng liên quan đến phép phân tích không gian, phương pháp lưu trữ, cách thức truy xuất dữ liệu.
Vào những năm 1980 đã có các đề xuất mô hình dữ liệu không gian-thời gian, bắt đầu là mô hình Snapshot của Dengermon. Các mô hình trong giai đoạn tiên khởi thường tách thành hai phần thời gian và không gian [37]. Sau đó, một số mô hình khác đã tích hợp không gian và thời gian vào một mô hình hợp nhất. Các đề xuất này được tiếp cận theo những phương pháp, quan niệm khác nhau. Các hạn chế của mô hình này là tiền đề cho các mô hình khác ra đời.
Xây dựng một ứng dụng GIS theo thời gian thành công hay không phụ thuộc công đoạn thiết kế mô hình dữ liệu không gian- thời gian [68]. Trong quá khứ đã có nhiều mô hình được đề nghị bởi nhiều tác giả [35]. Mô hình Snapshot do Dangermon đề xuất 1984 [40]. Mô hình MOST do Aravinda Prasad Sistla đề xuất 1987 [36]. Mô hình Space- Time-Composite do Chrisman đề xuất 1988 [7]. Mô hình SpatioTime Cube do tác giả
Szego đề xuất năm 1987 [7]. Mô hình Base-State do Armenakis đề xuất 1992 [7]. Mô hình Object Oriented do Worboys đề xuất 1992 [68]. Mô hình Three-domain do Yuan đề xuất 1994 [32]. Mô hình Event-Oriented do Peuget và nhóm tác giả đề xuất 1995 [7]. Mô hình History-graph do Renolen đề xuất 1996. Mô hình MADS do tác giả Christine Parent và các đồng nghiệp đề xuất năm 1999 [53]. Mô hình do Tryfona và các đồng nghiệp đề xuất 2000 với những kí hiệu mới tích hợp lên ngôn ngữ UML [59]. Mô hình Moving Objects do R.H.Guting và nhóm tác giả đề xuất năm 2000 [21]. Mô hình STA do Shi Wenzhong đề xuất năm 2000 [67]. Mô hình tích hợp OO do Shouheil Khaddaj và các đồng nghiệp đề xuất năm 2005 [24]. Mô hình Event Based do tác giả Shuo WANG và đồng nghiệp đề xuất năm 2005 [45].
Nhìn chung, đây là các mô hình gồm 2D không gian và 1D thời gian.