时空数据系统概述一（时空数据系统的作用）_时空系统

1.1 为什么研究时空

​ 早在中国古代，就有关于时空的论述。在宋史·列传卷中记载了一句话，“四方上下曰宇，往古来今曰宙“，“宇”所表示的是上下、前后、左右的含义，也就是指所有的空间，而“宙”的意思是古往今来，很明显指的是所有的时间。把“无限的空间”和“无限的时间”加在一起，就是我国古人所认识到无限的没有得始终的时空，他们称之为“宇宙”，因此处于宇宙之中的万事万物，都离不开时间和空间二维属性，彼时人们就意识到了时空的普遍性。

​ 来到近现代，科学界也开始对时空进行更加细致的研究，这涉及了物理学中的两个分支，一个是经典力学，一个是量子力学。经典物理中将时空分为绝对时空和相对时空。绝对时空是牛顿的时空观，他认为空间是各向同性的、无限的延伸的大容器，时间在其中均匀的，单向的向前流淌着。这与爱因斯坦的相对时空观不同，相对论中认为时空的描述与描述这的相对运动状态有关。其实，相对时空和绝对时空并不是相互矛盾，而是逐渐演进的过程，没有绝对时空作为客观自然的标尺，任何相对状态的比较就失去了意义。经典力学中的时空观也是我们时空数据系统的理论基础。除此之外，另一个分支是量子力学，里面关于时空的研究包括，真空和宇称不守恒，这里就不过多论述。

​ 那么，我们研究时空的意义是什么呢。简单来说，因为时空的普遍性，使得客观世界中所有的人、事、物会在不同的状态下展现出不同的时空表象。那么通过研究这些时空表象，我们可以反演出客观世界中的状态。久而久之经过不断总结和积累，可以发现其中的规律，沉淀一定的方法。再经过不断的学习，我们可以通过时空的态势来判断事物未来的走势，这正是时空研究的价值所在。

1.2 为什么需要时空数据系统

​ 上一节讲到了时空是如此的普遍和重要，那么我们能否像前人一样，通过各种公式的推导，来解决现实中各种时空相关的问题？当然不可以，因为现在我们面临的问题更加复杂，数据的种类和体量爆炸式增长，利用计算机等信息化手段可以做到事半功倍。

​ 时空数据系统的发展过程和人类工具的发展史非常相似。最开始人类利用石器进行捕猎和农耕，后来火的发现和运用使得铁和其他金属制品逐渐取代石头，极大地提高了人们的生产效率。慢慢地，随着越来越多新材料的发现，人们开始将学着将他们组合起来去应对更加复杂的场景。一套套系统性的机械设备开始产生，它不只解决一两个单独的问题，而是组合起来解决某种场景下的一些列问题。时空数据系统也是如此，开始人们碰到了数据采集的问题就去制作很多工具来提升效率，比如，尺子到水准仪再到GPS。人们获取各种各样的时空数据后，发展出了适用不同场景的模型及数据格式。有了数据之后，针对不同的问题又创造出了各种各样的分析方法。最后分析完之后有又各种各样的展示手段。然而，零散的工具在面对一些列复杂问题时，反而会表现的低效，如何把已有的工具和理论有机的结合起来，提高时空数据全流程的生产效率，是一个时空数据系统的价值所在。下面这张图简单表示了，时空数据系统在数据管理、分析和表达三个方面要解决的问题

1.3 时空数据系统架构

​ 这一节，简单介绍一下时空数据系统的基本架构。从底向上，主要分为5个层次。时空数据感知，主要解决时空数据获取的问题，涉及到各种传感器和数据的收集手段，随着信息科学、物联网以及空天科学的进步，目前时空感知的手段已经非常丰富，第二章会简单介绍。时空数据管理，主要解决数据的建模、存储和索引查询相关的问题，涉及的技术最复杂。时空数据分析，涉及所有和时空数据相关的分析算法，这里包含的方法最多。时空数据服务，是现代时空系统比较重要的部分，随着云计算的全面发展，SAAS、PAAS等平台的构建，数据服务决定了能否快速的将时空能力进行共享。时空数据表达，是时空数据的最后一环，一图胜千言，如何将时空信息利用可视化手段展示出来至关重要。架构图中，两侧代表了时空数据的一些领域知识，左侧是信息化的基础，右侧是不同场景下的专业知识，这里仅供参考。