Representing Time in GIS

Sander FlorissonGIA 2004

Tijd in GIS Standaard GIS heeft geen speciale

ondersteuning voor tijd.

Verschillende lagen voor verschillende tijdsinstanties. Zeer beperkt Geen operaties mogelijk

Hoe moet tijd gerepresenteerd worden?

Overzicht Eigenschappen Tijdsdimensie Verschillende representaties met

plus- en minpunten Snapshot Space-Time Composite Amendment Vector Identity-Based Change Spatiotemporal Helixes

Wat is tijd? Tijd = verandering

Hoe veranderen objecten over tijd? Verandering van vorm Verandering van lokatie (verplaatsing)

De Tijdsdimensie Verschillen met spatiele dimensies

Tijd is in één richting Tijd heeft een constante ‘snelheid’

Toch verschillende soorten tijd Lineair vs. Cyclisch Discreet vs. Continu

Continue tijd wordt zelden gebruikt in GIS. Discreet geeft een goed genoege benadering.

Lineair vs Cyclisch Bij lineaire tijd

wordt een tijdsstip nooit meer dan één keer bezocht

Cyclische tijd heeft geen begin of eind. Wordt gebruikt bijv. voor seizoenen, dagen van de week.

Tijdsdiscretisering Chronon = kleinste tijdsstap in discrete tijd. Granularity = maat voor de kleinste

tijdsstap.

Kleinere tijdsstappen = meer precieze representatie = meer opslagruimte/rekenkracht nodig.

Representatie: Snapshotmethode Simpelste methode Verschillende lagen representeren

verschillende tijdsmomenten Voorbeeld: Landkaarten uit 1900,

1950, 2000

Representatie: Snapshotmethode II Een verzameling

discrete lagen kan een quasi-continue ruimte representeren

Een nieuwe laag is nodig op elk moment dat er een verandering plaatsvindt

Representatie: Snapshotmethode III Voordelen

Simpel te implementeren Simpel te visualiseren

Nadelen Niet efficient

Hele kaart wordt opgeslagen voor elke tijdsstap

Kan geen complexe temporele queries beantwoorden

Representatie: Space-Time Composite Idee: converteer continue verandering

naar een aantal stappen, en neem de intersectie van al die lagen om een groep geometrische gebieden te krijgen die altijd maar tot één object behoren (Least Common Geometries). Sla van elk gebied op tot welk object het behoort op elke tijdsstap.

Representatie: Space-Time Composite II

Start Einde Object

T1 1

T1 T2 1

T2 T3 0

•

Representatie: Space-Time Composite III Voordelen

Alles op één laag Visualisatie redelijk simpel

Nadelen Niet efficient bij groot aantal

veranderingen Aanpassing data kostbaar

Representatie:Amendment Vector Toevoegen nieuwe informatie aan

space-time composite is lastig Berekenen nieuwe least common

geometry is simpel, maar tabellen moeten opnieuw berekend worden

In plaats van gebieden, gebruik grenzen

Amendment Vector II

Neem de intersectie van de objecten over all tijdsstappen

Sla voor elk object de grenzen op elke tijdsstap op

Representatie:Amendment Vector III Voor- en Nadelen

Zoals Space-Time Composite, maar werkt in de praktijk efficienter

Representatie:Identity-Based Change Gebaseerd op unieke identiteit van

objecten. Een object kan tijdelijk verdwijnen, maar het

blijft hetzelfde object. Voorbeeld: landen Modelleert de verandering van objecten

veroorzaakt door andere objecten Helpt begrip onderliggende processen

Geen directe spatiele opslag Wel mogelijke uitbreiding

Representatie:Identity-Based Change II Een object heeft twee mogelijke

states Existing Non-existing

Bij non-existing wordt nog onderscheid gemaakt tussen objecten met verleden en obejcten zonder.

Objecten en hun identiteiten zijn verbonden door transities

Representatie:Identity-Based Change III Een transitie verbindt twee identity

states van een object.

9 verschillende mogelijkheden Een ‘Create’ operatie mag maar één

keer per object.

Representatie:Identity-Based Change IV Er is ook een representatie nodig voor

veranderingen waarbij een object invloed heeft op de verandering van een ander object Voorbeeld: door uitbreiding van een stad

verdwijnt een bosgebied Cross-object transitions.

Representatie:Identity-Based Change IV 9 mogelijkheden verandering object A

x 9 mogelijkheden verandering object B = 81 verschillende cross-object transitions

Niet allemaal zinnig: Object B moet wel veranderen Object A moet bestaan vóór de

verandering

Representatie:Identity-Based Change V Voorbeeld van een modelleerbare

situatie: In 1759 wordt het gebied van de

Passamaquoddy indianen veroverd door Massachusetts.

In 1794 wordt 230 ha land teruggegeven. In 1820 splits de staat Maine van

Massachusetts. Tegen de jaren 60 is 60 ha Passamaquoddy

land verkocht door de staat Maine.

Representatie:Identity-Based Change VI

Representatie:Identity-Based Change VII Voordelen

Duidelijke representatie van oorzaak en gevolg

Resultaat is makkelijk te begrijpen Nadelen

Standaard geen ondersteuning geometrische data

Representatie:Spatiotemporal Helix Manier om spatio-temporele data

te representeren op een compacte manier.

Representatie is niet ‘lossless’, maar wel goed geschikt om vergelijkingen uit te voeren.

Representatie:Spatiotemporal Helix II Zet een verzameling

snapshots uit op een(x, y, t) domein

Twee elementen zijn nodig om te beschrijven hoe een object over t ‘beweegt’ Verplaatsing Deformatie

Representatie:Spatiotemporal Helix III

De spatiotemporele helix slaat beide vormen van verandering apart op Een centrale spine die het

traject van het zwaartepunt van het object volgt

Een verzameling tanden die aangeven waar, wanneer en hoe sterk er deformatie optreedt

Representatie:Spatiotemporal Helix IV Een tand bestaat uit

Een tijdsstip t waarop de verandering plaatsvindt

De sterkte van de vervorming Uitgedrukt in een percentage van de afstand

tussen het centrum van het object en de rand

Negatief als het object op die plaats inkrimpt De twee hoeken waartussen de

vervorming plaatsvindt

Representatie:Spatiotemporal Helix V De STH schrijft alleen de vorm voor.

Hoe de spine en tanden bepaald worden staat er los van.

Niveau van precisie voor beweging en vervormingen kunnen apart varieren

Gebruikte voorbeeld Spine: variatie op self-organising maps Tanden: differential snakes

Representatie:Spatiotemporal Helix VI Voordelen

Compacte, flexibele representatie Nuttig voor het vergelijking van

spatiotemporele objecten Nadelen

Visualisatie van het object niet mogelijk

Conclusie Snapshot Space-Time Composite Identity-Based Change Spatiotemporal Helixes