时空数据库是涉及对象时间和空间特性的复杂系统.该论文针对时空数据库中的若干关键问题进行了系统深入的研究.论文首先系统研究了时空对象的时空语义.时空语义是构建时空数据模型乃至整个时空数据库的基础.我们首先对时空变化进行了系统分类,提出了一种完备的时空变化描述方法.进而提出了一个时空语义模型.时空变化描述方法以对象标识(OID)和描述子(Descriptors)为基础,通过对象级时空变化和属性级时空变化来描述时空变化.其中对象级时空变化是显式的,而属性级时空变化是隐式的.所提出的时空语义模型将时空变化作为时空对象的一个内在特性,通过对象级变化图和属性级变化图对时空对象和时空变化进行概念建模.在时空语义研究的基础上,我们提出了新的基于抽象数据类型和历史拓扑的统一时空数据模型——STORM.STORM基于对象关系数据模型,以时空关系和时空元组来表示时空对象,以扩充的关系代数操作作为时空关系的查询操作.为了支持基于STORM的时空数据库查询,论文设计了一种与SQL兼容的时空数据库语言——SQLST.SQLST提供了对STORM中的时空关系的定义和操纵能力.我们对SQLST的数据定义语言、数据操纵语言以及SQLST的关系完备性进行了详细论述.SQLST是基于STORM的时空数据库查询语言,但它可以作为SQL语言的时空扩展参考.在STROM模型和SQLST语言的基础上,我们讨论了时空数据库管理系统的实现方法,并在对象关系数据库管理系统上进行了实现.为了论证STORM在实际中的应用能力,论文对STORM在时空数据库应用中的实际应用进行了初步的实践.我们以中国历史地理信息系统为例,检验了STORM 的时空数据存储能力和时空数据访问支持能力,说明了STORM的实用性.