由于空间数据的海量性和复杂性,查询效率一直是GIS系统中的一个瓶颈,因此研究空间数据的查询及管理技术具有重要的意义。本文首先分析了空间数据的类型及特征,阐述了空间数据的数据结构、数据模型和空间数据库技术。本文研究了用于空间查询优化的空间索引技术、查询处理算法、代价模型等技术,以提高空间数据查询速度。并在对常用空间数据索引技术的算法描述和性能比较基础上,着重研究了基于四叉树和R-树的索引结构。根据R-树结点的聚类特性,R-树各子结点越紧凑、聚类性能越高,则R-树的查询效率越高。本文将空间聚类技术应用到R-树中,给出了基于R-树的空间聚类算法—MCAR算法,有效地提高了索引效率。同时也给出了一种基于聚类技术的四叉树和R-树的混合索引结构—MSIQCR索引。该索引结构将空间划分成一些子空间,然后在各子空间内使用许多R-树索引,有效地节省了存储空间,同时将空间对象的操作限制在局部范围内,减少了空间对象的操作时间。本文最后结合“航班优化与航线经济分析系统”的实际应用,对系统采用MSIQCR空间索引技术,以提高系统的查询效率。