空间关系是GIS的重要的基础理论问题之一,主要包括空间方向关系,空间距离关系,空间拓扑关系.空间关系在空间数据库建模、空间查询、空间检索、空间分析、制图综合、空间理解等方面发挥着重要的作用.在距离关系、方向关系、拓扑关系三个空间约束中,距离约束最强,方向次之,拓扑最弱.由于可以采用定量计算的方法,便于计算机表达,国内外关于空间距离关系、空间拓扑关系的研究已经相当充实.而对于空间方向关系,不仅可以采用定量方法,也可以采用定性方法.因为定性描述空间方位关系更贴近人类的自然语言,更符合人类认知习惯,也更迫切需要GIS来表达.鉴于以上原因,该文旨在从空间认知的角度讨论空间方向关系定性、定量描述模型及其效果.为此,该文首先引入认知科学与地理空间认知的概念.然后介绍了空间认知理论对于地理信息科学研究的重要意义.在全面综述了空间方向关系研究历史和现状的基础上,该文着重从空间认知角度考察了当前具有代表性的空间方向关系定量、定性描述模型的认知合理性.该文采用的研究方法主要是认知心理学实验.该文设计了三个认知心理学实验,并在VC++平台上开发了一个空间认知实验平台以测量、收集实验者的认知数据.最后,该文采用了心理统计学方法对认知实验结果进行描述、推断和检验.通过把语言和非语言空间认知实验结果和传统的定性与定量的空间方位关系表达结果的比较,该文认为点模型、最小矩阵边界模型和方位角的计算基本上都符合人类的自然语言和认知习惯.