地理信息系统(GIS)在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用，随着桌面地理信息系统软件的成熟，利用GIS的空间信息处理能力实现信息管理系统的可视化已成为一种趋势。GIS所具有的独特的空间数据处理能力和不可替代性，使其成为具有空间数据特性的事务处理中的一个重要技术手段和解决方案，成为最重要的信息处理系统之一，学术界与工程界都越来越关注地理信息系统的发展。相对来讲GIS中空间分析功能的发展显得比较落后，而空间分析是建立在空间目标位置和属性表达以及目标间复杂空间关系表达的基础上，要提高空间分析能力，必须解决空间关系描述与表达。因此，空间拓扑关系的研究已成为GIS研究的重点和热点。近年来，空间推理的快速发展，也促进了GIS的发展，地理信息系统成为空间推理最成熟也最广泛的应用领域。因此，研究、分析、探讨拓扑空间关系和空间推理，对促进地理信息系统的发展有重要的学术和实用意义。，而在数字地球、数字城市、地理信息系统等涉及地理数据的许多应用中，三维空间对象的拓扑关系的研究是一个十分重要的问题；弄清三维空间对象的拓扑关系，对于三维空间对象的操作以及操作的算法研究至关重要。由于三维空间对象的复杂性，它们之间拓扑关系的判定大多只是从简单的概念来进行判断，从理论上全面地给定它的判定准则仍然不够成熟。 论文在研究二维空间拓扑关系推理方法的基础上，详细地研究三维空间对象之间拓扑关系成立的条件与结论，利用这些规则，可以全面地得到三维空间对象之间可能存在的所有拓扑关系。 论文首先介绍了拓扑关系尤其是二维空间拓扑关系和三维空间拓扑的基本概念研究背景内容和现状，确定了论文研究涉及的相关知识领域。 然后，具体介绍了二维空间拓扑关系的基本内容、理论依据、研究重点、难点、研究方法，在整理与运用二维空间拓扑关系推理方法的基础上，提出将二维空间拓扑关系的方法和推理机制引入三维空间拓扑关系的分析研究中来。 最后，论文将二维空间拓扑关系的方法和推理机制与三维空间对象的具体复杂性二者有机结合，研究了三维空间中空间对象之间拓扑关系的推理方法和推理机制，取得了一些成果。