随着计算机科技的发展,许多实际应用领域涉及到大量空间目标对象,空间关系反映空间目标的几何位置及属性之间的关系,它是人工智能、空间数据库、地理信息系统(GIS)、机器人学等领域的重要研究内容。它对空间关系的描述和表达以及空间数据库的空间查询、分析和推理等方面具有重要的影响。拓扑关系是一种重要的空间关系,是当前空间关系研究的热点。在解决实际问题时,很多时候空间信息的数值很难精确获得,并且有时无需对空间关系进行精确的表示,所以可用定性语言描述空间信息。近年来,空间关系的定性表示和推理发展迅速,已被广泛应用于空间数据查询、定性导航、地理信息系统等相关领域。在实际环境中,空间区域往往是复杂的,比如区域中包含洞,或者包含不连通的子部分、分支等,仅仅利用简单区域间的关系已经不足以描述复杂区域内部各组成对象间的空间关系。因此为了更符合实际环境的需求,空间对象间关系的研究也从简单空间对象发展为复杂空间对象。本文针对复杂区域内各对象间的空间关系的定性推理问题,利用层次理论给出复杂区域的连接图表示,提出一种层次定性空间推理模型与方法,并用来分析移动对象的运动模式和运动状态,运用于机器人避障及轨迹预测问题的研究。首先,基于复杂区域的连接图定义一种邻域层次矩阵,可两两互斥并完备地表示复杂区域中n个成分对象间的连接关系,以此给出一种层次定性空间推理方法和启发式推理算法。利用该方法对机器人与障碍物的层次关系进行模拟,从理论和实践上证明所给方法的有效性,为制定机器人避障方案提供依据。