多粒度時(shí)空事件建模與可視化方法初探

陳敏頡，江 南，陳 達(dá)

（1. 信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001；2. 31682部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020）

0 引 言

隨著地理信息應(yīng)用領(lǐng)域、分析方法、展現(xiàn)方式等的發(fā)展，人們認(rèn)知世界的方法和手段在不斷改進(jìn)，GIS技術(shù)正進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。傳統(tǒng)的GIS以地圖為模板間接表達(dá)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界，主要描述地理信息時(shí)間、空間、屬性3個(gè)維度，難以有效地描述現(xiàn)實(shí)世界，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界及其變化的全過程多粒度多視角的動(dòng)態(tài)認(rèn)知。由此，“全空間信息系統(tǒng)”和“多粒度時(shí)空對(duì)象”等思想應(yīng)運(yùn)而生[1-2]。現(xiàn)實(shí)世界中的各種現(xiàn)象/事物根據(jù)其時(shí)空特征和變化特征，均可抽象成時(shí)空實(shí)體，用不同粒度的時(shí)空實(shí)體可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象和描述，多粒度時(shí)空對(duì)象就是在計(jì)算機(jī)中對(duì)多粒度時(shí)空實(shí)體的具體描述[3]。文獻(xiàn)[3]提出一種多粒度時(shí)空對(duì)象建模方法，直接以多粒度時(shí)空對(duì)象的方式對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象和建模，相比地圖模型而言對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述更為真實(shí)、全面。

事件是由時(shí)空對(duì)象產(chǎn)生的描述時(shí)空現(xiàn)象整個(gè)生命周期的動(dòng)態(tài)變化過程，普遍存在于自然環(huán)境、社會(huì)生活、網(wǎng)絡(luò)空間、微觀世界以及宇宙空間中。自然界中的地震災(zāi)害事件、動(dòng)物遷徙事件；社會(huì)生活中的戰(zhàn)爭(zhēng)事件、歷史事件，都是時(shí)空對(duì)象的變化過程。為了體現(xiàn)事件的時(shí)間特征和動(dòng)態(tài)特征，稱之為時(shí)空事件。事件不僅可以描述傳統(tǒng)GIS空間對(duì)象隨著時(shí)間的變化，也可以描述包含一系列時(shí)空對(duì)象、時(shí)間事件和其彼此時(shí)空關(guān)系的總和，如“911事件”，還可以描述宏觀以及微觀世界中的現(xiàn)象，如太陽黑子活動(dòng)。不同的人在認(rèn)識(shí)事件時(shí)，對(duì)事件認(rèn)知的時(shí)空范疇和程度都不一樣。如在“動(dòng)物遷徙事件”中，部分關(guān)注某一年全球范圍內(nèi)的哺乳動(dòng)物遷徙事件，部分可能關(guān)注某幾個(gè)月非洲羚羊的遷徙事件。不同的認(rèn)知角度和程度使得時(shí)空事件具有不同的時(shí)空尺度，可以展開為細(xì)節(jié)更豐富的時(shí)空事件，也可以綜合成更大的時(shí)空事件，因此，需要從不同的粒度對(duì)其進(jìn)行抽象和描述，稱之為多粒度時(shí)空事件。

時(shí)空事件建模和時(shí)空數(shù)據(jù)可視化是探索時(shí)空事件的有效手段，對(duì)于時(shí)空認(rèn)知、分析歸納、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、推理預(yù)測(cè)以及進(jìn)行決策，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。就目前來看，事件中時(shí)空對(duì)象都定義成點(diǎn)、線、面等空間類型，主要描述其時(shí)間、空間、屬性3個(gè)維度，只是針對(duì)某個(gè)時(shí)間段、某個(gè)粒度對(duì)事件及其變化進(jìn)行建模和可視化，大量描述事件的時(shí)空數(shù)據(jù)難以得到有效表達(dá)，很難通過現(xiàn)有可視化形式獲得事件全過程多粒度的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過程和相關(guān)聯(lián)系，探索事件的隱含規(guī)律。

本文基于全空間信息系統(tǒng)的應(yīng)用背景和多粒度時(shí)空對(duì)象的思想，以時(shí)空事件為研究對(duì)象，探討其內(nèi)涵和基本特征，并提出了多粒度時(shí)空事件的概念；分析了現(xiàn)有時(shí)空數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)，基于多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型，提出了多粒度時(shí)空事件建模的基本理念；以此為依據(jù)，針對(duì)現(xiàn)有可視化技術(shù)的不足，基于全空間信息系統(tǒng)對(duì)多粒度時(shí)空事件的表達(dá)特點(diǎn)進(jìn)行了初步闡述。

1 時(shí)空事件的內(nèi)涵及特征

1.1 時(shí)空事件的內(nèi)涵

為了強(qiáng)調(diào)事件的時(shí)空性，事件也稱為時(shí)空事件。事件是人類社會(huì)的基本構(gòu)成元素之一。事件具有多種意義，不同的領(lǐng)域?qū)κ录兄煌睦斫狻?/p>

在傳統(tǒng)GIS領(lǐng)域，許多學(xué)者對(duì)事件問題進(jìn)行了初步的探討。從信息系統(tǒng)傳統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，事件通過相關(guān)狀態(tài)的差異變化來表現(xiàn)，其含義由用戶結(jié)合具體應(yīng)用領(lǐng)域解釋獲得。Peuquet等人將某一空間區(qū)域的每次狀態(tài)變化（形狀、屬性等）視為一個(gè)事件[4]。Claramunt等人將事件定義為改變實(shí)體的過程，以空間目標(biāo)版本的變化來描述事件[5]。Wachowize認(rèn)為事件描述了時(shí)空現(xiàn)象的整個(gè)生命周期的變化過程[6]。

從現(xiàn)代語言學(xué)角度理解，事件是指已經(jīng)在歷史上或社會(huì)上發(fā)生的大事情[7]，也可定義為發(fā)生在一定時(shí)間，一定地點(diǎn)下的具有一定結(jié)果的實(shí)例，一般由事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、事件人物和事件的起因、經(jīng)過、結(jié)果等要素構(gòu)成[8-9]。

可以看出，不管從哪個(gè)角度進(jìn)行定義，事件都具備以下特點(diǎn)：一是事件是發(fā)生在一定的時(shí)空中，限定了事件的時(shí)空范圍，盡管與傳統(tǒng)GIS相比，全空間信息系統(tǒng)的理念將空間信息系統(tǒng)的范疇從傳統(tǒng)測(cè)繪空間擴(kuò)展到了宇宙空間、室內(nèi)空間、微觀空間等，但事件仍是發(fā)生在這些空間范疇內(nèi)的；另外，只有限定時(shí)間范圍，事件才有意義。二是每個(gè)事件都具有時(shí)空對(duì)象（參與者），事件體現(xiàn)在時(shí)空對(duì)象的變化之中。三是事件和其他事件具有一定的關(guān)系（如因果關(guān)系、時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系、層次關(guān)系等）。

1.2 時(shí)空事件的特征

1）時(shí)空性

時(shí)空性是時(shí)空事件最基本的特性。哲學(xué)上一種觀點(diǎn)認(rèn)為：時(shí)間與空間一起構(gòu)成運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)存在的兩種基本形式，是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、變化持續(xù)性的表現(xiàn)。事件發(fā)生在一定的時(shí)空之中，具有空間和時(shí)間特性。對(duì)時(shí)空事件進(jìn)行研究時(shí)不能忽略時(shí)間或空間因素，避免出現(xiàn)時(shí)空分離的情況。

2）多維性

多維性有多個(gè)方面的含義，一是反映的是多粒度時(shí)空事件所在坐標(biāo)系的維度：三維空間和四維時(shí)空，目前的時(shí)空事件研究中更趨于二維或三維模型，需進(jìn)一步發(fā)展時(shí)空四維模型。二是指多粒度時(shí)空事件具有時(shí)間、空間、屬性、參與者、事件組成等多個(gè)維度。三是事件中多粒度時(shí)空對(duì)象的多維特征，包括對(duì)象的時(shí)空位置、組成、形態(tài)、關(guān)系、屬性、形態(tài)、認(rèn)知、行為等。

3）動(dòng)態(tài)性

這是事件普遍特征，事件是隨著時(shí)間變化的，是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過程。過去人們往往忽視時(shí)間特征的研究，側(cè)重空間特征和屬性特征的研究，采用了忽視時(shí)間特征的橫斷面靜態(tài)分析方法，使人們對(duì)事件的認(rèn)知出現(xiàn)了時(shí)空分離的局面。然而，在研究中，時(shí)間特征是不應(yīng)該忽視的，事件的動(dòng)態(tài)變化表現(xiàn)在：隨著時(shí)間的流逝事件中時(shí)空對(duì)象的特征（位置、組成、關(guān)系、屬性、形態(tài)、行為等）的動(dòng)態(tài)變化。

4）關(guān)聯(lián)性

關(guān)聯(lián)性描述的是事件中相關(guān)時(shí)空對(duì)象活動(dòng)的時(shí)空環(huán)境。時(shí)空對(duì)象的活動(dòng)需要與外界進(jìn)行交流、交換和相互作用，時(shí)空環(huán)境在一定程度上決定或影響時(shí)空事件中的時(shí)空對(duì)象。只有與事件關(guān)聯(lián)的時(shí)空對(duì)象可以和事件產(chǎn)生交流、交換和相互作用。如研究“羚羊遷徙”這個(gè)事件，當(dāng)羚羊遷徙到不同的區(qū)域時(shí)，或當(dāng)時(shí)間進(jìn)入不同的季節(jié)，局部氣候會(huì)影響羚羊遷徙的速度和羚羊的數(shù)量。

1.3 多粒度時(shí)空事件的概念

為了體現(xiàn)時(shí)空事件的多粒度特征，將時(shí)空事件稱為多粒度時(shí)空事件。多粒度時(shí)空事件是從人的認(rèn)知角度和程度定義的，不同的人對(duì)事件認(rèn)知的時(shí)空范疇和程度都不一樣，使得時(shí)空事件具有不同的時(shí)空尺度和不同的事件內(nèi)容。時(shí)空事件可以分解成更小粒度的時(shí)空事件，也可以總合成更大粒度的時(shí)空事件。因此，需要從不同的粒度對(duì)時(shí)空事件進(jìn)行抽象和描述，并根據(jù)具體的認(rèn)知目標(biāo)，選擇一定的時(shí)空事件粒度。要理解多粒度時(shí)空事件，需要弄清楚以下3點(diǎn)：

1）時(shí)空事件和時(shí)空對(duì)象。根據(jù)研究分析的對(duì)象粒度不同，兩者可以相互轉(zhuǎn)化。時(shí)空對(duì)象由更小粒度的時(shí)空對(duì)象和時(shí)空事件構(gòu)成；時(shí)空事件也可以是由一系列時(shí)空事件同時(shí)、交替或相繼發(fā)生而構(gòu)成，其參與者是不同粒度下的時(shí)空對(duì)象。時(shí)空事件在較大粒度下也可以轉(zhuǎn)變成時(shí)空對(duì)象，時(shí)空對(duì)象其內(nèi)部也發(fā)生小粒度的時(shí)空事件，如圖1所示，其中，事件1、事件1.1和事件1.1.1是不同粒度下的時(shí)空事件，對(duì)象1、對(duì)象1.1和對(duì)象1.1.1是不同粒度下的時(shí)空對(duì)象，對(duì)象1是事件1的參與者，以此類推。

圖1 多粒度時(shí)空事件與多粒度時(shí)空對(duì)象Fig.1 Spatio-temporal events of multi-granularity and spatio-temporal objects of multi-granularity

2）多粒度。本質(zhì)上是由人的認(rèn)知方式和需求的不同所決定的，不同粒度的時(shí)空事件之間具有層次結(jié)構(gòu)，人們對(duì)不同粒度的時(shí)空事件認(rèn)知的時(shí)空對(duì)象可能不同，對(duì)同一時(shí)空對(duì)象的認(rèn)知程度也不同。如“長(zhǎng)征事件”和“四渡赤水事件”事件是兩個(gè)不同粒度的時(shí)空事件，在“長(zhǎng)征事件”粒度下，主要是對(duì)赤水河的空間位置進(jìn)行認(rèn)知，將其表示成線要素；但在“四渡赤水事件”的粒度下，還要對(duì)河床、渡河時(shí)的外部環(huán)境（其他時(shí)空對(duì)象或事件組成）、船只、人員等時(shí)空對(duì)象進(jìn)行分析；對(duì)赤水河的寬度、深度、流速等進(jìn)行認(rèn)知和判斷，從而獲得最佳的渡河方案。

3）時(shí)空環(huán)境(context)。時(shí)空環(huán)境在一定程度上決定或影響時(shí)空對(duì)象的行為，進(jìn)而影響事件的各個(gè)要素，在不同粒度下，時(shí)空對(duì)象或者事件也可以轉(zhuǎn)化成時(shí)空環(huán)境，成為小粒度下的時(shí)空對(duì)象或事件的作用環(huán)境。如動(dòng)物遷徙到不同的區(qū)域時(shí)，或當(dāng)時(shí)間進(jìn)入不同的季節(jié)，局部氣候會(huì)影響動(dòng)物遷徙的速度；而天敵進(jìn)行捕食這一事件，則會(huì)成為羚羊遷徙的一個(gè)環(huán)境影響。時(shí)空對(duì)象之間，時(shí)空事件之間，以及時(shí)空對(duì)象和時(shí)空事件之間，存在著多種多樣的聯(lián)系，如圖2所示，如時(shí)空拓?fù)?、相互作用、合并、產(chǎn)生或者消亡。

圖2 時(shí)空對(duì)象和時(shí)空事件之間的聯(lián)系方式Fig.2 Contact method between the spatio-temporal objects and spatio-temporal events

2 多粒度時(shí)空事件建模的基本理念

2.1 現(xiàn)有的時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型概述

時(shí)空事件的可視化實(shí)質(zhì)上就是時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化，時(shí)空數(shù)據(jù)描述實(shí)體在空間中隨時(shí)間的變化及其相互關(guān)系，在對(duì)時(shí)空事件進(jìn)行描述和分析時(shí)從3個(gè)不同的角度出發(fā)：基于實(shí)體，基于時(shí)間，基于空間，如圖3所示。

圖3 3種時(shí)空數(shù)據(jù)模型Fig.3 Three kinds of spatio-temporal data models

1）基于實(shí)體的數(shù)據(jù)模型：從實(shí)體的角度去描述時(shí)空變化，用于描述事件中實(shí)體的運(yùn)動(dòng)軌跡、變化范圍等，以及不同位置時(shí)的屬性狀態(tài)。如某個(gè)移動(dòng)對(duì)象在某一時(shí)間段中的軌跡，在軌跡點(diǎn)可以同時(shí)包含移動(dòng)對(duì)象在該位置的空間形態(tài)、速度、加速度等其他信息。典型的基于實(shí)體的數(shù)據(jù)模型是面向?qū)ο髸r(shí)空數(shù)據(jù)模型。

2）基于空間的數(shù)據(jù)模型：用來顯示實(shí)體的存在狀態(tài)，利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)表示特定位置的實(shí)體生命特征，如產(chǎn)生的時(shí)間，屬性變化的時(shí)間，以及各項(xiàng)特征的持續(xù)時(shí)間或周期性變化。典型的基于空間的數(shù)據(jù)模型是序列快照模型。

3）基于時(shí)間的數(shù)據(jù)模型：在時(shí)間模型的基礎(chǔ)上擴(kuò)展空間維，將事件按序列組織在一維的時(shí)間軸上，用來顯示特定時(shí)刻或者時(shí)間段中，不同實(shí)體的空間分布和屬性特征，從而反映其時(shí)空變化過程。典型的基于時(shí)間的數(shù)據(jù)模型是ESTDM[4]模型。

許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的改進(jìn)和發(fā)展[10-12]，研究出應(yīng)用于時(shí)空事件可視化的數(shù)據(jù)模型，并取得良好的效果。但還存在一定的局限性：①對(duì)時(shí)空事件的建模局限于地圖空間的“3W”（What、When、Where），難以對(duì)微觀、室內(nèi)、地下等空間上的“5W+1H”（Who、What、When、Where、Why、How）進(jìn)行建模；②注重對(duì)事件過程的建模，對(duì)因果等關(guān)聯(lián)特征的考慮較少；③難以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中時(shí)空事件進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)描述；④描述時(shí)空事件的粒度不夠豐富，不能滿足不同領(lǐng)域?qū)κ录煌６鹊恼J(rèn)知需求。

2.2 多粒度時(shí)空事件建模的基本思路

多粒度時(shí)空對(duì)象建模突破傳統(tǒng)GIS以地圖為模板的間接建模方法，以人類認(rèn)知世界的自然方式去抽象和描述現(xiàn)實(shí)世界，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)GIS空間數(shù)據(jù)模型的不足。針對(duì)現(xiàn)有表示時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型的不足，基于多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型，提出了多粒度時(shí)空事件建模的方式。

“基于多粒度時(shí)空對(duì)象”是人們觀察和認(rèn)知多粒度時(shí)空事件的一種方法，人們可以用自然的方式認(rèn)識(shí)和模擬多粒度時(shí)空事件發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束。人們對(duì)事件的認(rèn)知都是在一定時(shí)空范疇內(nèi)，所以，可以認(rèn)為時(shí)空事件是現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)時(shí)空區(qū)域的簡(jiǎn)化，即依據(jù)人的基本認(rèn)知，對(duì)復(fù)雜的時(shí)空區(qū)域進(jìn)行抽象，可以認(rèn)為這個(gè)時(shí)空區(qū)域由該區(qū)域范圍內(nèi)的時(shí)空實(shí)體構(gòu)成；時(shí)空實(shí)體可進(jìn)一步抽象和數(shù)字化建模形成多粒度時(shí)空對(duì)象，并從8個(gè)方面對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象進(jìn)行描述；該時(shí)空區(qū)域的時(shí)空跨度是可變的，根據(jù)人的具體認(rèn)知需求而定，需要從不同的粒度對(duì)時(shí)空區(qū)域進(jìn)行抽象和描述，即多粒度時(shí)空事件建模。

綜上所述，可以認(rèn)為多粒度時(shí)空事件建模是以多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象和描述，而多粒度時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型則是具有時(shí)空范圍約束的多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型，這個(gè)時(shí)空范圍是由用戶定制的，根據(jù)其認(rèn)知需求而定，其建模基本思路如圖4所示。

圖4 多粒度時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型的建模思路Fig.4 Solution of spatio-temporal events modeling of multi-granularity

3 多粒度時(shí)空事件可視化方法

3.1 現(xiàn)有時(shí)空事件的可視化方法

3.1.1 事件時(shí)空要素的可視化方法

事件的空間可視化的表達(dá)比較成熟，常用的表示方法有點(diǎn)、線、面和熱度場(chǎng)的可視化表達(dá)方式。其中，以點(diǎn)或者面表示事件的分布；以線的方式表示事件的運(yùn)動(dòng)或發(fā)展過程；以熱力圖表示事件在空間發(fā)生的頻率[13]，時(shí)間表達(dá)具有一種在粒度上的層級(jí)系統(tǒng)，包括秒、分、小時(shí)、日、月、年等，許多研究者選擇用動(dòng)畫方式來展示事件中的時(shí)空演變，也有學(xué)者從認(rèn)知的角度認(rèn)為靜態(tài)方式更適合[14]。

1）傳統(tǒng)靜態(tài)地圖

用傳統(tǒng)靜態(tài)地圖表達(dá)事件的時(shí)空信息，一般是在地圖表示的空間信息基礎(chǔ)上加上時(shí)間信息，以靜態(tài)視覺變量或時(shí)間軸的有序排列表達(dá)時(shí)間變化，但這種表示方法表達(dá)時(shí)間信息十分有限。

2）流地圖

流地圖是用來展示事件主體在從某個(gè)地方向其他地方移動(dòng)過程中的變化情況，將時(shí)間事件流與地圖進(jìn)行融合，不僅具備空間特性，還具備時(shí)間特性，是一種較好的對(duì)事件過程進(jìn)行表達(dá)的可視化方法，但是數(shù)據(jù)量增大時(shí)，視覺復(fù)雜度會(huì)不斷增加。

3）系列靜態(tài)圖

用多幅不同時(shí)態(tài)同一區(qū)域的靜態(tài)圖表達(dá)事件時(shí)空變化，單幅圖表示某一時(shí)刻事件發(fā)展過程中的狀態(tài)，系列連續(xù)排列的圖能反映出事件的時(shí)空演變過程，用戶可以通過一系列的不同時(shí)間的圖清晰地辨認(rèn)，了解事件演變的規(guī)律，但是所有的圖都是展示在一張圖上，所能表達(dá)的數(shù)據(jù)量小。

4）時(shí)空立方體

Hagerstrand首次提出了“時(shí)空立方體”的概念，時(shí)空立方體以三維方式對(duì)時(shí)間、空間及事件直觀展現(xiàn)出來，對(duì)揭示事件運(yùn)動(dòng)過程的時(shí)空變化時(shí)是非常有效的，同樣面臨數(shù)據(jù)量大產(chǎn)生的視覺混亂問題。

5）時(shí)間動(dòng)畫

時(shí)間動(dòng)畫通過動(dòng)態(tài)變量演繹時(shí)間維的變化，通過迅速顯示一系列的幀來生成運(yùn)動(dòng)和變化的場(chǎng)景，表達(dá)事件時(shí)空信息的變化過程，是人們研究時(shí)空過程變化中最直觀、最有效的方式之一，也往往會(huì)讓用戶忽略事件中關(guān)鍵的時(shí)間變化節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也會(huì)給用戶的認(rèn)知帶來負(fù)擔(dān)。

3.1.2 事件屬性要素的可視化方法

1）低維屬性的可視化

低維屬性常用圖表或視覺變量來表示。圖表種類有如柱狀圖、餅狀圖、線形圖、散點(diǎn)圖等，根據(jù)具體可視化目標(biāo)使用相應(yīng)圖表；視覺變量則是通過對(duì)象符號(hào)的形狀、尺寸、色彩體現(xiàn)專題屬性，如用不同色相的路線表示戰(zhàn)爭(zhēng)事件中軍隊(duì)進(jìn)攻和撤退。

2）高維屬性的可視化

高維屬性常用矩陣圖或平行坐標(biāo)來表示。二維散點(diǎn)矩陣圖能表達(dá)每對(duì)維度之間的關(guān)系，直觀顯示兩個(gè)維度間的相關(guān)性；平行坐標(biāo)法將維度與坐標(biāo)軸建立映射，在多個(gè)平行軸之間以直線或曲線映射表示時(shí)空對(duì)象的多維信息。

3.1.3 事件關(guān)系的可視化方法

1）事件間的關(guān)系可視化

事件之間的關(guān)系有層次關(guān)系、因果關(guān)系和時(shí)間拓?fù)潢P(guān)系，事件層次關(guān)系代表著事件的不同粒度，需要對(duì)多個(gè)場(chǎng)景可視化；因果關(guān)系則是由可視分析的手段得出；事件拓?fù)潢P(guān)系由時(shí)間軸先后順序表示。

2）事件中時(shí)空對(duì)象的關(guān)系可視化

事件時(shí)空對(duì)象的關(guān)系可視化一般分為層次關(guān)系的可視化和局部關(guān)系的可視化，表示層次關(guān)系有圓形散射圖、樹圖、3D圖像分層可視化等；表示局部關(guān)系有力引導(dǎo)法、聚類布局、弧長(zhǎng)鏈接圖等[15]。

3.2 多粒度時(shí)空事件的可視化特點(diǎn)

現(xiàn)有時(shí)空事件的時(shí)空可視化主要基于地圖的可視化，是對(duì)地圖要素的符號(hào)化表達(dá)，全空間信息系統(tǒng)中基本可視化是對(duì)時(shí)空實(shí)體可視化，是對(duì)地圖可視化的繼承和發(fā)展，而不是簡(jiǎn)單代替[16]。多粒度時(shí)空事件的可視化是基于多粒度時(shí)空對(duì)象的可視化，并在全空間信息系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)，主要有4個(gè)方面的特點(diǎn)：

1）擴(kuò)展了時(shí)空事件可視化表達(dá)的范疇

現(xiàn)有時(shí)空事件可視化將事件中的主客體抽象成點(diǎn)、線、面、體，以圖層的形式對(duì)事件時(shí)空要素進(jìn)行表達(dá)，局限于地表空間、室外空間，對(duì)地下空間、室內(nèi)空間、微觀空間、虛擬空間、地球之外的宏觀空間等的時(shí)空事件缺乏表達(dá)，達(dá)不到部分領(lǐng)域?qū)r(shí)空事件的認(rèn)知“精細(xì)化”的需求，全空間信息系統(tǒng)直接以多粒度時(shí)空對(duì)象的方式對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行抽象和建模，相比地圖模型而言對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述更為真實(shí)、全面，不受圖層的限制，多粒度時(shí)空事件可視化表達(dá)的空間范疇更廣。

2）對(duì)時(shí)空事件的全方位、全周期、多粒度的表達(dá)

現(xiàn)有時(shí)空事件可視化主要是對(duì)文本數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，而照片、視頻等數(shù)據(jù)源并沒有有效利用；可視化側(cè)重表示某一時(shí)段或某一周期事件的狀態(tài)，對(duì)于事件全生命周期卻缺乏完整的表達(dá)；側(cè)重于表現(xiàn)事件狀態(tài)和過程，而對(duì)于事件關(guān)系、事件中時(shí)空對(duì)象行為等的研究較少。全空間信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源既包括傳統(tǒng)的地理空間數(shù)據(jù)，還包括多源、多模態(tài)的時(shí)空大數(shù)據(jù)和相關(guān)數(shù)據(jù)模型等，從而形成多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)，通過抽取出與事件相關(guān)的時(shí)空對(duì)象進(jìn)行描述，對(duì)同一時(shí)空對(duì)象構(gòu)建從微觀、局部到區(qū)域、宏觀等不同尺度下的多粒度時(shí)空對(duì)象模型，從而構(gòu)成多粒度時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型，多種表達(dá)技術(shù)的綜合使用，豐富時(shí)空數(shù)據(jù)可視化的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空事件的全方位、全周期、多粒度的表達(dá)。

3）對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中時(shí)空事件的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)表達(dá)

現(xiàn)有的可視化技術(shù)注重對(duì)“歷史”的時(shí)空事件的表達(dá)，難以表達(dá)“正在進(jìn)行”的時(shí)空事件，如城市日常交通運(yùn)行狀態(tài)、某些突發(fā)事件（火災(zāi)、地下管道爆裂）等。多粒度時(shí)空事件數(shù)據(jù)模型對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)時(shí)空區(qū)域，反映的是現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的位置、組成、關(guān)系、屬性、形態(tài)、行為等的動(dòng)態(tài)變化，現(xiàn)有的時(shí)空數(shù)據(jù)模型主要是以結(jié)構(gòu)化的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為存儲(chǔ)解決方案，且大多是以空間維為基礎(chǔ)，時(shí)間信息作為屬性存儲(chǔ)在模型中，需要以地圖作為中間模型，難以描述動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)世界。全空間信息系統(tǒng)直接對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象直接進(jìn)建模，通過獲取各種類型傳感器等的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)獲得事件的動(dòng)態(tài)演變過程，從而進(jìn)行監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)分析，能快速制定應(yīng)急方案，輔助相關(guān)人員進(jìn)行決策，提高人們應(yīng)對(duì)緊急情況的能力。

4）促進(jìn)時(shí)空事件的表達(dá)向“知識(shí)化”發(fā)展

現(xiàn)有的時(shí)空事件可視化注重對(duì)事件過程的表達(dá)，對(duì)因果及關(guān)聯(lián)特征的表達(dá)較少，主要在于現(xiàn)有的時(shí)空數(shù)據(jù)模型不能描述實(shí)體的認(rèn)知和行為能力。事件是由時(shí)空對(duì)象發(fā)出的行為產(chǎn)生的，行為的產(chǎn)生與其認(rèn)知能力和行為能力密切相關(guān)。全空間信息系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)世界抽象為多粒度時(shí)空對(duì)象，能描述時(shí)空對(duì)象的認(rèn)知能力和行為能力，面向全空間的時(shí)空事件可視化不僅是對(duì)已有的客觀事實(shí)進(jìn)行再現(xiàn)，還能進(jìn)一步提供探索事件中潛在模式和規(guī)律的工具，發(fā)掘事件中隱含的復(fù)雜因果、關(guān)聯(lián)特征知識(shí)，傳遞觀點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)了時(shí)空事件表達(dá)向“知識(shí)化”發(fā)展的趨勢(shì)。

4 結(jié)束語

事件是人類社會(huì)的基本構(gòu)成元素之一。隨著地理空間認(rèn)知的研究越來越深入，人們對(duì)時(shí)空事件的可視化要求也越來越高，時(shí)空事件的表達(dá)應(yīng)是面向全空間、全過程、多粒度的動(dòng)態(tài)表達(dá)，進(jìn)而揭示社會(huì)行為的時(shí)空規(guī)律、更新和處理基礎(chǔ)設(shè)施、預(yù)測(cè)時(shí)空演變趨勢(shì)。本文只是對(duì)時(shí)空事件相關(guān)概念、多粒度時(shí)空事件建模的基本理念及其可視化特點(diǎn)進(jìn)行了初步探討，還有更多理論方法和關(guān)鍵技術(shù)值得深入研究。