时空数据库是涉及对象时间和空间特性的复杂系统,对其拓扑关系的描述与判断在时空数据建模、时空查询、时空分析、时空推理、数据更新等方面起着重要的作用。因此,对时空数据库中的拓扑关系的研究和其到查询语言中的应用已经成为时空数据库发展的一个重要领域。虽然简单空间对象查询技术已经日益成熟,但是加之时间特性后的时空对象被认为是移动的空间对象,对其进行拓扑分析和推理已经成为了一门新的学科。目前,时空数据库相关技术的研究都还处于探索阶段,特别是对时空对象间拓扑谓词的设计和实现的研究很少。课题在时空数据定义体系描述基础上,结合空间拓扑关系表示模型,给出了时空数据操作的描述体系,对时空拓扑查询的核心内容-拓扑谓词进行了分类阐述。同时在时空操作中,时空拓扑查询是时空查询的重中之中,所以论文针对时空数据库中空间对象随时间变化的特性,对复杂的时空操作过程进行分解处理,从而引出解决时空对象间拓扑分析推理的新思路。并总结了简单线/线、线/面关系、面/面关系、复杂空间对象和模糊空间对象间的拓扑关系。在此基础上,结合时间因素,论文详细给出了对应时空拓扑谓词的抽象定义;利用简单复杂空间对象间拓扑谓词,设计了复杂空间对象间拓扑谓词,并进行了完备性和互斥性证明,同时给出其到时空拓扑谓词的提升;提出了一种拓扑关系中不确定度的界定方法;针对拓扑查询中的不确定因素,提出一种解决模糊空间对象间拓扑分析的新思路,解决了模糊时空实体建模不能用矢量或栅格(场)数据模型来存储的问题;对模糊实体间拓扑谓词的设计,解决了以往模型拓扑关系繁多,难以聚簇到人类认知范围内的问题,并给出完备性和互斥性证明,给出了完整的拓扑谓词设计和其到时空谓词的提升。最后基于Realms概念和ROSE代数,用平面扫描算法结合时间域的方法实现了上述对象间的时空拓扑谓词,并给出了正确性、有效性证明和复杂性讨论。