半个世纪以来,各种对地观测仪器已经积累了大量的地理空间分布时间序列数据。当前,地理国情监测工作的全面展开,使得周期性采集我国的地表覆盖空间分布时序数据成为可能。而如何将这些时序数据管理起来形成记录表达地表覆盖变化过程的时空数据,成为当前地理国情监测工作中亟待解决的问题之一。根据以往的时空数据存储表达模型研究可以看出,想要建立一种通用的时空数据存储表达模型的难度是巨大的。为了降低这种难度,需要根据具体应用研究的需求,有针对性的建立时空数据存储表达模型。本文针对地表覆盖时空变化研究的现状以及存在的问题,以地表覆盖时空数据存储表达为研究目标,展开以下理论与建模研究:(1)以GIS的时空观认识作为出发点,系统的研究了当前GIS时空表达方法,分析了主要方法的优缺点。随后阐述了地表覆盖变化研究中关于时空表达的已有方法与不足,并结合研究中地表覆盖变化需要进一步量化其变化过程、基于变化过程与基于分布格局的方法结合的实际需求提出了可能的解决办法。(2)根据实际变化总结,提出了基于过程对象的地表覆盖时空过程表达方法。该方法以混合数据模型中的时空事件为基础,进一步将斑块时空对象的生命周期内的时空变化组织成为微观的时空过程,将斑块相互间的转化组织成为局部的时空过程,由局部的时空过程组织成为宏观景观格局变化的时空过程。该方法填补了地表覆盖斑块变化表达的不足,实现了地表覆盖宏观、微观变化表达的关联。(3)针对地表覆盖时空过程表达的需求,提出了地表覆盖变化类型的判定方法以及时空继承关系判断方法。首先将地表覆盖斑块变化抽象成多边形地理对象的变化,然后观察总结其自身空间范围及相互间拓扑关系的变化过程的类型。然后根据空间范围和拓扑关系的变化确定斑块自身变化的类型和斑块间相互转化的类型,最后根据这些变化类型确定其判定方法以及时空继承关系的判断方法。(4)为存储管理地表覆盖时空过程数据,本文以快照和面向对象的时空数据存储管理模型为基础,提出了基于对象和快照的混合时空数据模型。首先根据快照模型存储管理地理实体的空间数据,其中所有地理实体宏观的空间分布数据以栅格快照存储,地理实体微观的自身空间变化数据以矢量快照存储。然后利用面向对象模型将拥有时空继承关系的快照关联起来,并同时关联地理实体的变化事件和其他属性信息,形成以时空对象为组成单元的混合时空数据模型。该模型将地表覆盖的变化过程与空间分布进行关联,可帮助进一步量化地表覆盖变化研究。(5)为验证本文所提出的模型方法有效性,建立了地表覆盖时空数据管理表达原型系统。系统以 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiommeter)卫星遥感时序数据为基础建立了黑龙江省2002-2012年的时空数据库,并通过时空查询、统计分析、斑块变化规律挖掘展示了本文的时空数据管理表达模型的能力。本文研究成果的创新性体现在三个方面:1)提出了基于过程对象的时空过程表达方法,将地理实体的时空变化事件组织成为一个微观个体变化事件与宏观分布变化过程相关联的整体。2)针对地表覆盖的时空变化特点,提出了变化类型和时空继承关系的判定方法。3)提出了基于对象和快照的混合时空数据管理模型,实现了地表覆盖时空数据存储,同时解决了地表覆盖空间变化中宏观分布变化与微观斑块变化之间的关联问题。全文以“基础理论-数据表达模型-模型实现-应用实践”的主线,对时空数据模型、表达方法的相关理论及方法进行了详细探讨,并最终尝试解决现有模型无法满足地表覆盖时空数据存储表达,以及地表覆盖微观变化与宏观变化之间关联的问题。本文提出的模型有助于面状地理实体时空数据管理与表达建模研究的方法创新与拓展,为进一步研究面状地体实体的时空过程模拟、规律挖掘提供基础。