版本:1.0 发布日期:2025年12月1日 适用领域:数字人文、历史地理、文化遗产、天文史、跨文明研究
1. 引言
1.1 目的
本标准定义了一种统一的数据模型,用于表达具有空间与时间不确定性的事件或实体 。通过“中心 + 半径 + 可信度”三段式结构,支持从地球局部到宇宙尺度的多层级时空描述,并兼容绝对参考系与相对叙事锚点。
1.2 范围
适用于结构化存储、交换、查询和可视化时空数据;
支持地球地理事件(如历史人物行踪)、太阳系事件(如彗星观测)、宇宙事件(如超新星爆发);
明确区分测量/记载不确定性 与参考系差异 。
1.3 设计原则
统一性 :所有时空对象采用相同核心结构;
可扩展性 :支持地球、太阳系、宇宙三级参考系;
可解释性 :保留原始语义与转换路径;
互操作性 :兼容 WGS84、ICRS、JD、TCB 等国际标准;
不确定性显式化 :拒绝“伪精确”,将模糊性作为一等公民建模。
2. 核心概念
2.1 时空对象(SpatioTemporalEntity)
表示一个在时空中发生的事件、存在的实体或观测记录,由以下组成部分构成:
唯一标识符(id)
空间描述(space)
时间描述(time)
元数据(metadata)
2.2 三段式结构
每个维度(空间、时间)均采用三段式表达:
组件 含义 类型 中心(center) 最可能的位置或时刻 坐标或时间标量 半径(radius / uncertainty) 不确定性范围(误差边界) 长度或时间量 可信度(confidence) 数据可靠性评估 分级标签或概率值
2.3 参考系层级(Reference System Levels)
层级代码 名称 空间基准 时间基准 典型应用场景 earth地球层 WGS84 (EPSG:4326) Terrestrial Time (TT) 历史事件、考古遗址、文学地景 solarsys太阳系层 ICRS (J2000) Barycentric Coordinate Time (TCB) 彗星、行星观测、航天任务 cosmic宇宙层 ICRS + Redshift Cosmic Time (ΛCDM) 超新星、伽马暴、系外行星
注:所有内部计算推荐归一化至绝对参考系(WGS84 / ICRS + TT / TCB)。
3. 数据模型规范
3.1 时空对象整体结构(JSON Schema)
{
"$schema": "https://json-schema.org/draft/2020-12/schema",
"type": "object",
"properties": {
"id": { "type": "string", "format": "uri" },
"label": { "type": "string" },
"description": { "type": "string" },
"space": { "$ref": "#/$defs/uncertain_space" },
"time": { "$ref": "#/$defs/uncertain_time" },
"metadata": { "$ref": "#/$defs/metadata" }
},
"required": ["id", "space", "time"],
"$defs": {
"uncertain_space": { /* 见 3.2 */ },
"uncertain_time": { /* 见 3.3 */ },
"metadata": { /* 见 3.4 */ }
}
}
3.2 空间描述(uncertain_space)
字段定义
字段 类型 必填 说明 reference_systemstring 是 取值:earth | solarsys | cosmic centerobject 是 中心坐标(结构依参考系而定) spatial_uncertaintyobject 是 不确定性参数 confidence_levelstring 是 取值:high | medium | low | speculative
center 结构(按参考系)
{ "type": "earth", "lon": number, "lat": number, "alt_m": number? }
lon, lat:十进制度(WGS84),范围 [-180,180], [-90,90]
alt_m:海拔(米),可选
solarsys 或 cosmic :
{
"type": "icrs",
"ra_deg": number,
"dec_deg": number,
"distance_ly": number?,
"redshift": number?
}
ra_deg:赤经(度),[0, 360)
dec_deg:赤纬(度),[-90, 90]
distance_ly 与 redshift 至少提供其一
spatial_uncertainty 结构
{ "radius_m": number }
{
"angular_radius_arcsec": number,
"distance_uncertainty_ly": number?
}
3.3 时间描述(uncertain_time)
字段定义
字段 类型 必填 说明 reference_systemstring 是 earth → TT;solarsys/cosmic → TCBcenter_jdnumber 是 儒略日(浮点数) time_radius_secondsnumber 是 时间不确定性(秒) confidence_levelstring 是 同空间字段
儒略日说明 :
earth 层:基于 Terrestrial Time (TT)
solarsys/cosmic 层:基于 Barycentric Coordinate Time (TCB)
转换工具见附录 A
3.4 元数据(metadata)
字段 类型 说明 original_descriptionstring 原始文本(如“乾元二年秋客秦州”) original_calendarstring? 原历法(如 chinese_lunar, islamic, julian) sourcestring 数据来源(文献、数据库、观测) conversion_methodstring 转换方法说明 anchor_event_idstring? 若为相对时间,引用锚点事件 ID created_bystring 录入者或系统
4. 置信度分级标准(CL-Level)
等级 代码 置信区间 判定标准 CL1 high≥0.90 多源交叉验证;仪器实测;官方档案 CL2 medium0.70–0.89 单源可靠记载;有上下文佐证;合理推断 CL3 low0.40–0.69 模糊描述(如“江南”);孤证;间接证据 CL4 speculative<0.40 假说;象征性地点;无直接依据
✅ 建议优先使用分级代码,而非连续概率值,以保证跨项目一致性。
5. 数据交换格式
5.1 JSON(推荐)
完整遵循第 3 节 JSON Schema。
5.2 GeoJSON 扩展
在 properties 中嵌入时空对象:
{
"type": "Feature",
"geometry": { "type": "Point", "coordinates": [lon, lat] },
"properties": {
"stcds": {
"id": "...",
"time": { ... },
"space": { ... },
"metadata": { ... }
}
}
}
5.3 RDF/OWL(用于知识图谱)
使用自定义本体 http://vocab.stcds.org/
类:stcds:SpatioTemporalEntity
属性:stcds:hasSpace, stcds:hasTime, stcds:confidenceLevel 等
6. 实施建议
6.1 存储
关系型数据库:使用 PostgreSQL + PostGIS + 自定义复合类型(见附录 B)
文档数据库:直接存储 JSON 对象
6.2 转换工具
提供 Python 库 stcds-core,包含:
历法转换(公历、农历、干支等 → JD)
WGS84 ↔ ICRS 坐标转换
TT ↔ TCB 时间转换
相对时间解析器
6.3 验证
提供在线 JSON Schema 验证器
支持置信度逻辑检查(如:CL1 数据不应有 >100km 半径)
附录 A:时间系统说明
时间系统 缩写 定义 适用层级 Terrestrial Time TT 地面原子钟时间,忽略引力红移 earthBarycentric Coordinate Time TCB 太阳系质心坐标时(广义相对论) solarsys, cosmicCosmic Time — 自大爆炸起的共动时间 cosmic(理论)
转换公式复杂,建议使用 astropy.time 库实现。
附录 B:PostgreSQL 类型定义(示例)
CREATE TYPE stcds_confidence AS ENUM ('high', 'medium', 'low', 'speculative');
CREATE TYPE stcds_space_earth AS (
lon DOUBLE PRECISION,
lat DOUBLE PRECISION,
alt_m DOUBLE PRECISION
);
CREATE TYPE stcds_space_icrs AS (
ra_deg DOUBLE PRECISION,
dec_deg DOUBLE PRECISION,
distance_ly DOUBLE PRECISION,
redshift DOUBLE PRECISION
);
CREATE TYPE stcds_uncertain_space AS (
reference_system TEXT,
center JSONB,
spatial_uncertainty JSONB,
confidence_level stcds_confidence
);
-- time 类型类似...
附录 C:示例数据
示例 1:地球事件(杜甫游秦州)
{
"id": "cbdb:event:dufu_qinzhou_759",
"label": "杜甫客居秦州",
"space": {
"reference_system": "earth",
"center": { "type": "earth", "lon": 105.7, "lat": 34.6 },
"spatial_uncertainty": { "radius_m": 20000 },
"confidence_level": "medium"
},
"time": {
"reference_system": "earth",
"center_jd": 1965832.5,
"time_radius_seconds": 7776000,
"confidence_level": "medium"
},
"metadata": {
"original_description": "乾元二年秋,客秦州",
"original_calendar": "chinese_lunar",
"source": "《旧唐书》《秦州杂诗》",
"conversion_method": "乾元二年 = 759 CE; 秋 ≈ Aug–Oct"
}
}
示例 2:宇宙事件(SN1987A 超新星)
{
"id": "nasa:sn1987a",
"label": "超新星 SN1987A 爆发",
"space": {
"reference_system": "cosmic",
"center": {
"type": "icrs",
"ra_deg": 83.8958,
"dec_deg": -69.2667,
"distance_ly": 168000
},
"spatial_uncertainty": {
"angular_radius_arcsec": 0.1,
"distance_uncertainty_ly": 5000
},
"confidence_level": "high"
},
"time": {
"reference_system": "solarsys",
"center_jd": 2446850.5,
"time_radius_seconds": 86400,
"confidence_level": "high"
},
"metadata": {
"original_description": "Observed on 1987-02-24 UTC",
"source": "IAU Circular No. 4316",
"conversion_method": "Light travel time corrected; TCB conversion applied"
}
}
标准维护 (假设):本标准由开放时空数据联盟(Open Spatio-Temporal Data Consortium, OSTDC)维护。反馈与贡献 :https://github.com/ostdc/stcds-spec 许可证 :CC BY-SA 4.0