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_system | string | 是 | 取值：earth | solarsys | cosmic |
center | object | 是 | 中心坐标（结构依参考系而定） |
spatial_uncertainty | object | 是 | 不确定性参数 |
confidence_level | string | 是 | 取值：high | medium | low | speculative |
center 结构（按参考系）
earth:
{ "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
earth:
{ "radius_m": number }solarsys/cosmic:
{
"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_system | string | 是 | earth → TT；solarsys/cosmic → TCB |
center_jd | number | 是 | 儒略日（浮点数） |
time_radius_seconds | number | 是 | 时间不确定性（秒） |
confidence_level | string | 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_description | string | 原始文本（如“乾元二年秋客秦州”） |
original_calendar | string? | 原历法（如 chinese_lunar, islamic, julian） |
source | string | 数据来源（文献、数据库、观测） |
conversion_method | string | 转换方法说明 |
anchor_event_id | string? | 若为相对时间，引用锚点事件 ID |
created_by | string | 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 | medium | 0.70–0.89 | 单源可靠记载；有上下文佐证；合理推断 |
| CL3 | low | 0.40–0.69 | 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 | earth |
| Barycentric Coordinate Time | TCB | 太阳系质心坐标时（广义相对论） | solarsys, cosmic |
| Cosmic 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