时空数据模型是时空数据库设计的结构基础，其合理性与否可以决定时空数据库的适用范围、生命周期以及信息量的大小。好的数据模型能够便于时空数据的合理组织和再利用，应付不断变化的多样的应用需求，使时空数据库具有足够长的生命周期，也能够使基于这样的模型的地理信息系统的灵活性和可扩展性得到增强。 论文回顾了当前国内外时空数据模型的研究进展情况，把目前的时空数据模型分为4类：着重于表达时空状态序列的“面向过程的模型”，着重于反映在某个时刻导致变化的原因的“面向时间点的模型”，基于面向对象思想意图综合反映对象特征以及对象间联系的“面向对象的模型”，以及面向特定应用的模型。在大多数时空数据模型中，“时态”仅指地理现象的时间定位，“空间”仅指地理现象的几何形状和地理坐标，这种单一的内涵不能反映地理现象的发生、成长与消亡过程以及时空关系。具体来说，面向过程的生命周期模型以及基于图论的模型目前可以很好地表达时空过程中的时序变化，但是对于时空因果联系缺乏描述或者描述不足；基于事件的数据模型意图反映时空因果联系，但是对于复杂的时空因果链所提出的数据表达模式过于粗放；面向对象的思想用于指导时空数据建模是一个可行的方向，但是其在时空数据库领域的应用目前主要体现在“面向对象的数据操作与管理”上，而当前“面向对象的时空数据模型”关注的主要是对象之间等级层次关系的形式化表达，对于时空对象相互作用过程的描述有所忽略，因此难以反映时空对象之间的动态因果联系。 论文从系统论的角度把时空数据建模所关注的时空对象看成是若干系统，把系统的进化以及造成系统进化的时空相互作用的形式化表达模式作为研究的主要目标，把空间定义为时空对象的广义度量空间（包含几何空间以及属性空间），提出可对时空对象进化过程及在这个过程中形成的时空关系进行表达，并且可以集成对于时空对象进化过程的不同认识数据的“多版本时空对象进化数据模型”。论文在建模思路以及在模型体系方面具有创新。 论文分析了系统间相互作用过程的一般模式，认为时空对象之间的物质、能 量和信息交流是时空对象进化的根本原因，时空对象进化的表现是对象的特征及其内在机制发生了变化。时空对象的特征变化分为两个级别：特征状态的变化和特征结构的变化，前者会造成时空数据量的持续增长，而后者还会进一步导致数据结构类型的数量增长；对象的机制变化间接地反映在对象的特征变化以及对象的行为过程之中；对象的任意变化，包括其本身的产生以及消失，都是由于其自身或者其它某个对象的某个行为而引起；对象的行为是在对象内在的自组织机制控制下，因为响应外部输入或者为了满足内部的某种需要而被启动的；对象行为的后果既可能是其自身特征的直接变化，也有可能是其它对象特征的直接变化，后一种情况说明了一个对象可能会对另外一个对象进行强制性输入或者掠夺，最极端的情况是导致另外一个对象的产生或消失；对象行为也可能导致对象向外界输出信息、物质或者能量；对象向外界输出的信息或者物质能否导致其它对象发生变化取决于其它对象针对这些信息或者物质所采取的响应行为。 论文在概念层次上讨论了时空对象进化过程的关键环节，提出了描述时空对象进化过程的5类结构化要素，即时空对象、时空对象的特征、时空对象的行为、时空对象间的信息流以及时空对象问的物质流，并详细讨论了这5类要素的逻辑结构及相关语义。综合地使用这些具有确定语义的结构可以反映对象之间的等级层次关系、相互引用关系、时序关系以及时空因果关系等等，达到对时空对象进化过程进行综合表达的目的。 人们对于同一时空对象进化过程的认识从不同的角度出发，或者基于不同的指导思想、技术手段，以及因为不同的应用目的可能会有不同的结果，对于时空现象或者过程的一致性主观认识形成关于该时空现象或者过程的一个主观认识版本。由于认知的局限性，针对同一时空对象进化过程的不同认识往往具有互补性和合理性，对代表不同主观认识的数据进行集成有利于数据共享以及数据的综合利用。文中讨论了时间、空间、版本3者之间的关系，并在时空对象进化过程的5个结构化要素基础上进一步地研究了多版本数据集成的逻辑结构。 “版本”是在时空中的“时间”以及“空间”维度之外加上的一个主观维度，是对广义度量时空的拓展，经过拓展的描述空间能够容纳对于时空问题的不同的主观认识。这个拓展的描述空间中的任意一点代表对于某个时空对象状态的一个特定版本认识，通过“（版本，时间，空间）”来表征。在这个拓展的时空中，当垂直于时间轴作一个剖面时，剖面上反映的是在广义度量空间中形成的对于若干时空对象（局部或者全部）在某个时间点上的状态的多版本主观认识；当垂直于版本轴作一个剖面时，剖面上反映的是对于若干时空对象进化过程的一个特定版本的主观认识；空间轴上的一点代表空间中的某个特定对象或者其局部描述，当垂直于空间轴作一个剖面时，剖面上反映的是对某一特定对象或其局部随着时间推移而变化的过程的多版本认识。论文分析了不同数据版本之间的依赖关系， 分析了数据冗余与对象特征结构分割度的关系，初步研究了多版本集成的时空数据库中某一指定数据版本的重构算法。 论文所提模型中有关多版本数据集成的思想在中德合作项目SILUP-II（Sustainable Development by Integrated Land Use Planning-II）中得到了应用，文中同时还介绍了基于所提模型的两个实验数据库的物理模型设计，初步讨论了基于所提模型的时空数据组织以及数据访问方案。