国家自然科学基金申请书 报告正文 、立项依据与研究内容: (一)项目的立项依据 l、研究意义 时空应用是一类复杂应用,它涉及空间对象随时间而发生的时空变化。随着国民经济的发展 交通管理、森林火灾监测、风暴预测等越来越多的应用对时空数据的管理提出了迫切的需求。但迄 今为止,还没有任何一个数据库管理系统可以有效支持时空数据的存储和管理,极大地制约了时空 应用的发展[1,2] 有效地实现时空数据库管理系统首先要建立有效的时空数据模型。但已有的大多数时空数据模 型都是针对某类特殊的时空应用的,因此缺乏通用性和完备性。而且,已有时空数据模型还缺乏有 效的实现方法。因此,迫切需要设计出一个具备通用性和完备性、易实现的统一时空数据模型,对 时空数据及其操作进行统一表示和查询,并能够有效实现并支持时空应用 本课题提出并研究借助本体和约束理论来解决时空数据的统一建模问题。本体( ontology)是一 组概念的规范[3]。国外研究者已尝试在移动应用信息交换和共享[4]、时空信息集成[5]、时空推理 6等方面引入本体思想,探索不同时空应用之间的共性。业已证明约束理论在表达空间数据的连 续性方面十分有效[]。已有学者指出,在时空数据库领域应用约束理论是解决连续时空变化建模 问题的主要方向[7。据此,本课题拟利用本体具有的语义完备的特点,建立基于时空本体的时空 语义模型,并结合约束理论,建立时空变化的完备描述框架,进而提出具备通用性和完备性的统一 时空数据模型 对于统一时空数据模型的实现问题,我们拟采用基于对象关系数据库和中间件的实现方法。对 象关系数据库使统一时空数据模型的数据结构和数据操作可以通过扩展类型和扩展操作的方式实 现。但由于对象关系数据库本身不提供时空查询优化,因此,采用时空查询处理中间件来处理时空 查询,以达到提高时空查询效率的目的。 本课题的研究既针对时空应用的迫切需求,也可为时空数据库研究提供新思路和理论依据。 2、国内外研究现状 时空数据模型是时空数据库的核心问题之一。而时空数据模型的基础是时空语义 在时空语义方面,研究者从不同的角度探讨了时空变化的分类、描述以及时空对象的描述等问 题,如文献[8,9]从制图学角度对GIS的时态特性进行了研究,文献[10根据时空对象的空间特性定 义了基本时空变化和复杂时空变化,文献[]从时空对象的生命期角度提出了基于对象标识的时 空语义描述方法。但迄今尚未见对时空语义进行系统研究的工作。 在时空数据模型硏究方面,已经提出了一系列的时空数据模型〖8,9,12-24]。这些模型可归结为以 下几类 (1)基于时间戳的时空数据模型,如时空快照模型[8]、基态修正模型⑧8]、时空立方体模型[8]、 时空复合模型[8]以及时空对象模型[2等。这些方法采用版本来表达时空对象的状态,并通过版本 第5页 版本1.011.715国家自然科学基金申请书 第 5 页 版本 1.011.715 报告正文 一、立项依据与研究内容： （一）项目的立项依据 1、研究意义 时空应用是一类复杂应用，它涉及空间对象随时间而发生的时空变化。随着国民经济的发展， 交通管理、森林火灾监测、风暴预测等越来越多的应用对时空数据的管理提出了迫切的需求。但迄 今为止，还没有任何一个数据库管理系统可以有效支持时空数据的存储和管理，极大地制约了时空 应用的发展 [1,2]。 有效地实现时空数据库管理系统首先要建立有效的时空数据模型。但已有的大多数时空数据模 型都是针对某类特殊的时空应用的，因此缺乏通用性和完备性。而且，已有时空数据模型还缺乏有 效的实现方法。因此，迫切需要设计出一个具备通用性和完备性、易实现的统一时空数据模型，对 时空数据及其操作进行统一表示和查询，并能够有效实现并支持时空应用。 本课题提出并研究借助本体和约束理论来解决时空数据的统一建模问题。本体（ontology）是一 组概念的规范[3]。国外研究者已尝试在移动应用信息交换和共享[4]、时空信息集成[5]、时空推理 [6]等方面引入本体思想，探索不同时空应用之间的共性。业已证明约束理论在表达空间数据的连 续性方面十分有效[7]。已有学者指出，在时空数据库领域应用约束理论是解决连续时空变化建模 问题的主要方向[7]。据此，本课题拟利用本体具有的语义完备的特点，建立基于时空本体的时空 语义模型，并结合约束理论，建立时空变化的完备描述框架，进而提出具备通用性和完备性的统一 时空数据模型。 对于统一时空数据模型的实现问题，我们拟采用基于对象关系数据库和中间件的实现方法。对 象关系数据库使统一时空数据模型的数据结构和数据操作可以通过扩展类型和扩展操作的方式实 现。但由于对象关系数据库本身不提供时空查询优化，因此，采用时空查询处理中间件来处理时空 查询，以达到提高时空查询效率的目的。 本课题的研究既针对时空应用的迫切需求，也可为时空数据库研究提供新思路和理论依据。 2、国内外研究现状 时空数据模型是时空数据库的核心问题之一。而时空数据模型的基础是时空语义。 在时空语义方面，研究者从不同的角度探讨了时空变化的分类、描述以及时空对象的描述等问 题，如文献[8, 9] 从制图学角度对 GIS 的时态特性进行了研究，文献[10]根据时空对象的空间特性定 义了基本时空变化和复杂时空变化，文献[11]则从时空对象的生命期角度提出了基于对象标识的时 空语义描述方法。但迄今尚未见对时空语义进行系统研究的工作。 在时空数据模型研究方面，已经提出了一系列的时空数据模型[8,9,12-24]。这些模型可归结为以 下几类： （1）基于时间戳的时空数据模型，如时空快照模型[8]、基态修正模型[8]、时空立方体模型[8]、 时空复合模型[8]以及时空对象模型[12]等。这些方法采用版本来表达时空对象的状态，并通过版本