空间关系理论一直是国内外GIS界研究的一个基础课题,并已广泛应用于空间数据挖掘、多源/多类型/多尺度空间数据集成与更新、空间查询等诸多研究领域。本文首先回顾和总结了近年来国内外空间关系的研究进展,指出现有空间关系研究中所存在的问题。其中,一个主要问题是现有的空间关系描述模型不符合人的空间认知。因此,本文从空间认知的角度出发,以面目标间的空间关系为研究对象,对空间关系的集成表达方法进行了深入研究,并应用于空间查询中。主要研究工作包括:(1)由于现实世界地理实体的空间关系有两种方式:一种是以空间数据为基础,进行推理和演算得到的;另一种是以人的空间认知为基础,根据人的经验进行判断得到的,带有一定的模糊性。这种差异往往导致通过空间查询的结果并不一定与用户要求的结果完全一致。因此,本文将空间关系分为度量空间关系和自然语言空间关系。(2)提出了面目标间度量空间关系的集成表达方法。采取分解与组合的策略,将空间关系分为拓扑、方向和距离关系,在此基础上进一步分解为局部拓扑、局部方向和局部距离关系。然后,按照一定顺序对这些局部关系进行组合表达。查询实例证明了此方法的有效性且符合人的认知。(3)研究了度量空间关系与自然语言空间关系之间的转换方法。首先,建立了度量空间关系中拓扑谓词与度量参数之间的对应关系;然后从人的认知角度,区分了模糊量词和临界量词。最后,通过问卷调查建立了度量参数与量词之间的关联,并在查询实验中验证了此方法的可行性。(4)研究了描述三个面目标间空间关系的形式化表达模型。首先,分析了现有的描述模型——三重投影模型的不足(主要为不符合人类认知)。然后,提出了改进的方法,并通过查询实例证明了改进后的方法更加符合人的认知。最后,总结了本文的研究成果,并展望了该方向进一步研究的若干问题。