传统的空间数据建模和空间数据库已经得到了较广泛的研究，然而同时支持时间和空间的数据建模和时空数据库只是近20年才引起人们的注意。时空数据库是在空间数据库的基础上增加时间要素而构成的三维(无高度维)或四维数据库。时间维的加入大大丰富了数据库的内容，一方面增加了数据库管理的复杂性，另一方面，海量的数据为空间和时间分析提供了极其广阔的舞台。 时态GIS(TGIS)是具有时态性质的地理信息系统，近年来一直是人们研究和开发的热点。时态GIS的组织核心是时空数据库，其概念基础则是时空数据模型。时态GIS的关键问题是建立合适的时间与空间联合的数据模型——时空数据模型，更有效地组织、管理和完善时态地理对象的属性、空间和时间语义，以便重现历史状态，跟踪变化，预测未来。 本文结合国家863项目“面向网络海量空间信息大型GIS”(No.2003AAl33010)对时态GIS领域关键技术进行了研究。这些关键技术包括时空数据模型研究、时态GIS归档策略研究、查询研究、历史回溯研究、历史回放研究、动画展示技术研究等等。本文开展的研究工作如下： 1、明确时态GIS的发展历史和研究现状，认知其主要研究内容。 2、对时空数据模型的研究是构建一个时态GIS系统的基础。论文通过分析目前常用的序列快照模型、基态修正模型、时空立方体模型、时空复合模型、面向对象的时空数据模型等五种时空数据模型，明确了各个模型的优缺点，为提出合理的、高效的时空数据模型奠定了理论基础。 3、新一代大型GIS——MapGlS7.x采用的面向实体的空间数据模型是一种从用户的角度出发，更加贴近人对于现实地理世界的理解和感知的空间数据模型，具有较强的几何和语义表达能力。在这一空间数据模型的基础上实现的版本管理是空间数据库的长事务的解决方案。在面向实体的空间数据模型和版本这两个概念的基础上，结合版本管理在实际应用上可以保持特定版本编辑“时序性”的特点，作者提出了一种全新的时空数据模型——基于版本的面向地理实体的时空数据模型。 4、作者将基于版本的面向地理实体的时空数据模型应用到实际的研发中，设计并开发了面向海量数据的时态GIS系统。该系统具有时空数据管理、查询、分析、历史回溯、历史回放等多项功能。论文从时态GIS系统架构设计、系统功能设计、接口设计、模块设计等方面结合数据模型的应用进行了介绍，并通过经典案例验证了系统的可行性、有效性和实用性。