随着空间数据获取技术的迅速发展，空间数据规模呈爆炸增长，但空间数据的利用率却较低。为了提高空间数据利用率，需充分研究空间数据的形状特征、拓扑关系和方位关系，进行空间对象形状特征的描述检索、空间拓扑关系的描述检索和空间方位关系的描述检索，实现精准、有效的空间场景相似性检索。　　本文研究形状全方向特征描述方法，进行空间对象形状特征的描述检索，解决现有基于边界形状描述方法对形状形变敏感的问题，克服现有基于区域形状描述方法容易忽略形状细节信息的缺点。该方法将形状的边界信息和区域信息融合，将形状的全局特征和局部特征融合，提高形状的描述检索精度。形状全方向特征描述方法具有平移、尺度、旋转不变性，对发生了形变和扭曲的形状具有较强的识别能力，可以实现高精度的空间对象形状相似性检索，为空间关系的分析提供依据，是空间场景相似性检索的基础。　　本文研究空间拓扑关系定量描述方法，进行空间拓扑关系的描述检索，解决现有拓扑关系描述方法细节区分能力不强，缺少统一的拓扑关系相似性度量机制的问题。该方法对拓扑关系进行定量度量和约束放松，统一拓扑关系定量度量相似性和拓扑关系约束放松相似性，提高拓扑关系的细节描述识别能力，扩展拓扑关系的检索范围。空间拓扑关系定量描述方法具有平移、尺度、旋转不变性，可以实现高精度的拓扑关系相似性检索，为空间场景的相似性检索提供依据。　　本文研究空间方位感知描述方法，进行空间方位关系的描述检索，解决现有空间方位关系描述方法与人类空间感知不一致的问题。该方法基于空间方位感知概念，引入方位感知参数，通过方位感知F直方图，定量描述目标对象相对于参考对象的准确方向和偏差方向两种方位关系，定量描述目标对象在参考对象环绕下的空间方位关系，提供模拟人类感知的空间方位关系描述。空间方位感知描述方法具有平移、尺度、旋转不变性，可以实现高精度的方位关系相似性检索，为空间场景的相似性检索提供依据。　　本文研究空间场景相似性检索方法，解决现有空间数据检索方法没有考虑形状特征，不能自适应计算空间场景相似性的问题。该方法在形状相似性匹配、拓扑关系相似性匹配和方位关系相似性匹配的基础上，检索与样例场景完全匹配、局部匹配的所有数据库场景，自适应确定形状特征、方位关系和拓扑关系的重要程度，统一形状特征、拓扑关系和方位关系的相似性为空间场景的相似性，为完全匹配场景和局部匹配场景提供合理的相似性打分，实现高精度的、符合人类检索习惯和空间认知的场景相似性检索。　　本文的空间场景相似性检索方法通过形状全方向特征描述方法、空间拓扑关系定量描述方法和空间方位感知描述方法，统一进行形状特征、拓扑关系、方位关系及度量信息的相似性匹配，具有较高的空间场景检索准确率，是一种有效的、准确的空间数据检索方案。