国家自然科学基金
申 请 书
国家自然科学基金委员会
基本信息
姓名 性别 出生
年月
年 月 民族 学位 职称
主要研究领域
电话 电子邮件 传
真
个人网页
工作单位 申 请 者 信 息 在研项目批准号
名
称
代 码
联系人 电子邮件 依托单位信息
电
话
网站地址
单 位 名 称
代 码
合作单位信息
项目名称
基
基于本体和约束理论的统一时空数据模型研究
资助类别 面上项目
亚类说明
青年科学基金项目
附注说明
申请代码 F020204:数据库（包括分布式数据库）
基地类别
预计研究年限 2005年1月 — 2007年12月
研究属性 应用基础研究
项 目 基 本 信 息
摘
要
项目研究内容和意义简介（限400字）：
时空数据库技术已成为目前国内外研究的热点，它对于移动计算、环境监测、军事、交通管理等需要有效管理移动对象的应用有着重要的实际意义。本课题采用本体技术和约束理论对时空数据及时空变化的统一表示、查询等问题进行深入探索，通过时空本体建立时空数据及时空变化的统一语义建模，并采用约束理论解决连续时空变化的建模问题，从而构造可以完备描述和查询时空数据与时空变化的统一时空数据模型。同时以对象关系数据库和中间件技术为基础，深入探讨时空数据库的实现结构、查询处理等问题，解决统一时空数据模型的实现问题。课题从模型的通用性入手，从本体论的角度阐明时空数据与时空变化的一体化特性，从查询优化角度提出新的时空数据库实现技术，为时空数据库技术的进一步研究与应用提供新思路和理论依据。
关 键 词(用分号分开，最多5个) 时空数据模型；时空数据库；时空本体；约束数据库
第 3 页 版本1.011.715
项目组主要成员(杰出青年科学基金不填此栏)
编号 姓 名
出生年月
性别职 称
学 位 单位名称
电话
电子邮件
项目分工 每年工作时间（月） 1 2 3 4 5 6 7 8 9
总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 8 1
2
0 1 4
说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报，总人数自动生成。 2. 项目组主要成员不包括项目申请者。
经费申请表 （金额单位：万元）
科目
申请经费
备注（计算依据与说明）
一.研究经费 18.2000 1.科研业务费
11.6000 （1）测试/计算/分析费 0.0000 （2）能源/动力费 1.1000电费、水费等
（3）会议费/差旅费
4.0000按10人次，每人次0.4万计算
（4）出版物/文献/信息传播费 5.5000网络通讯费4.5万 按每年1.5万；论文发表费1万，按10篇，每篇平均0.1万 （5）其它 1.0000资料费，印刷费，邮费等 2.实验材料费
3.0000
（1）原材料/试剂/药品购置费 2.0000消耗材料，包括磁盘，光盘，打印机等消耗材料 （2）其它 1.0000硬件维修费，软件购买费等。 3.仪器设备费 2.6000
（1）购置 2.6000工作站配置扩充，学校配套的大型仪器、大型公用软件使用费 （2）试制 0.0000
4.实验室改装费 1.0000用于实验室研究环境改善
5.协作费
0.0000 二.国际合作与交流费 4.2000
1.项目组成员出国合作交流
2.50001－2人次出国合作交流 2.境外专家来华合作交流 1.7000邀请1-2人次境外专家进行合作 三.劳务费 4.2000 四.管理费
1.4000 合 计
28.0000
国家其他计划资助经费
0.0000其他经费资助（含部门匹配）
0.0000与本项目相关的 其他经费来源
其他经费来源合计
0.0000
报告正文
一、立项依据与研究内容：
（一）项目的立项依据
1、研究意义
时空应用是一类复杂应用，它涉及空间对象随时间而发生的时空变化。随着国民经济的发展，交通管理、森林火灾监测、风暴预测等越来越多的应用对时空数据的管理提出了迫切的需求。但迄今为止，还没有任何一个数据库管理系统可以有效支持时空数据的存储和管理，极大地制约了时空应用的发展 [1,2]。
有效地实现时空数据库管理系统首先要建立有效的时空数据模型。但已有的大多数时空数据模型都是针对某类特殊的时空应用的，因此缺乏通用性和完备性。而且，已有时空数据模型还缺乏有效的实现方法。因此，迫切需要设计出一个具备通用性和完备性、易实现的统一时空数据模型，对时空数据及其操作进行统一表示和查询，并能够有效实现并支持时空应用。
本课题提出并研究借助本体和约束理论来解决时空数据的统一建模问题。本体（ontology）是一组概念的规范[3]。国外研究者已尝试在移动应用信息交换和共享[4]、时空信息集成[5]、时空推理[6]等方面引入本体思想，探索不同时空应用之间的共性。业已证明约束理论在表达空间数据的连续性方面十分有效[7]。已有学者指出，在时空数据库领域应用约束理论是解决连续时空变化建模问题的主要方向[7]。据此，本课题拟利用本体具有的语义完备的特点，建立基于时空本体的时空语义模型，并结合约束理论，建立时空变化的完备描述框架，进而提出具备通用性和完备性的统一时空数据模型。
对于统一时空数据模型的实现问题，我们拟采用基于对象关系数据库和中间件的实现方法。对象关系数据库使统一时空数据模型的数据结构和数据操作可以通过扩展类型和扩展操作的方式实现。但由于对象关系数据库本身不提供时空查询优化，因此，采用时空查询处理中间件来处理时空查询，以达到提高时空查询效率的目的。
本课题的研究既针对时空应用的迫切需求，也可为时空数据库研究提供新思路和理论依据。2、国内外研究现状
时空数据模型是时空数据库的核心问题之一。而时空数据模型的基础是时空语义。
在时空语义方面，研究者从不同的角度探讨了时空变化的分类、描述以及时空对象的描述等问题，如文献[8, 9] 从制图学角度对GIS的时态特性进行了研究，文献[10]根据时空对象的空间特性定义了基本时空变化和复杂时空变化，文献[11]则从时空对象的生命期角度提出了基于对象标识的时空语义描述方法。但迄今尚未见对时空语义进行系统研究的工作。
在时空数据模型研究方面，已经提出了一系列的时空数据模型[8,9,12-24]。这些模型可归结为以下几类：
（1）基于时间戳的时空数据模型，如时空快照模型[8]、基态修正模型[8]、时空立方体模型[8]、时空复合模型[8]以及时空对象模型[12]等。这些方法采用版本来表达时空对象的状态，并通过版本
