随着时空信息数据的大规模增长，数据挖掘理论的不断发展，时空数据挖掘已经成为计算机界及地理信息系统专家学者研究的热点。时空数据模型是时空数据挖掘的核心和基础，因此时空数据模型的研究具有重要的意义。本文介绍了时空数据模型的基本概念，详细分析了现有时空数据模型的基本思想，讨论了各个模型的优缺点。在此基础上，针对常用数据模型在时空数据挖掘中具有较强应用指向性，通用性不强的问题，利用面向对象建模不受关系模型范式的限制，支持对象的嵌套和变长记录等优点，提出了一种时空特征与相互关系一体化的时空数据模型。形式化定义了该模型的元素组成、信息范畴，详细描述了元素间的相互关系，并给出了时空特征对象的特征操作、空间操作、时间操作及三者互操作。深入探讨了时空数据挖掘中可发现的知识类型，挖掘方法和挖掘流程等，并对现有的关联规则进行了扩展，以处理时空数据，使其可发现时空关联规则。此外，基于面向对象时空数据模型，实现了城市规划土地信息系统，设计了有关的时空对象类，实现了土地管理的基本查询功能和更新功能，并进行了数据挖掘，验证了该模型的有效性。