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。本文通过研究GIS中的核心问题--拓扑空间关系，将空间推理的方法应用到空间关系的分析中。在拓扑关系和方向关系复合推理的基础上，提出了将拓扑和方向结合起来进行拓扑关系定性推理的方法，并取得了一定的成果。论文首先介绍了地理信息系统以及拓扑空间关系，空间推理的基本概念、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。其次具体介绍了拓扑空间关系和空间推理，尤其是空间定性推理研究的基本内容、理论依据、研究重点、难点、研究方法，提出将空间推理的方法和推理机制引入到拓扑空间关系的分析研究中来。再次，将空间推理的方法具体应用到拓扑关系的分析中，将拓扑推理中用到的复合推理和分层推理的方法引入到方向空间关系的分析上来，首次提出在拓扑和方向复合推理的基础上，将两者有机结合，进一步进行拓扑推理的思想，并探讨了相应的规则。最后，建立了将拓扑复合推理和方向复合推理有机结合，进一步进行拓扑推理的原型系统，从实践的角度验证这一推理模型的正确性，并验证了相应的推理规则