自20世纪70年代以来，GIS在气象、环保、灾害、海洋、生态等方面的研究不断深入，在地学等涉及全球变化或地下工程（如矿山、地质、隧道）领域的应用不断扩展。GIS所涉及的范围已经向上进人大气层及地球的外层空间，向下进入地球内部。以矿山GIS为例，其空间对象包括上至大气环境，中至山川植被、建筑道路，下至矿坑边坡、井巷工程、煤岩地层等（吴立新等，2005）。在这种情况下，许多实际问题用2D GIS不能很好地解决，必须对地理现象进行三维描述和分析，研究3D GIS已势在必行（李清泉，1998）。国内外在3D GIS方面的研究进展迅速，三维拓扑分析、三维空间分析等，已经成为许多学科交叉的技术前沿和攻关热点，相应的理论、技术、方法与软件系统得到不断丰富和发展（吴立新，2004）。由于空间关系理论及其研究直接影响着GIS系统的设计、开发和应用，因而受到国际GIS及相关学术界的高度重视（陈军等，1999）。<br> 由于空间问题固有的复杂性和不确定性，并且在大比例尺地理空间，人们经常遇到不完全、不确定的空间信息，因而普遍使用定性方法理解、分析、描述和对空间环境下结论。当所得到的信息为定性信息，缺少更为精确的地理信息的情况下，定性推理成为推导隐含信息和未知信息的唯一可行方法。定性推理可以处理非精确数据，虽然可能只提供近似的、粗略的解、丢失一些精度，但简化了推理过程，并足以解决特定的地理问题（曹菡，2002）。<br> §1.3本书的组织与安排<br> 全书系统地研究了三维空间关系：拓扑关系、方向关系、定性距离和位置关系的描述、表达及其定性推理。研究内容分七章。<br> 第1章综合阐述和分析目前空间关系的研究现状。本章从二维空间和三维空间两个范围介绍国内外拓扑关系、方向关系和距离关系的研究现状。<br> 第2章研究三维空间拓扑关系的描述模型及其定性推理。采用SDS数据模型，研究三维空间点（O一单纯形）、线（1一单纯形）、面（2一单纯形）、体（3一单纯形）间的拓扑关系，以及拓扑关系定性推理，其中包括点一线、点一面、点一体、线一线、线一面、线一体、面一面、面一体和体一体拓扑关系推理，用组合推理表给出推理结果。<br> 第3章研究三维空间方向关系的描述模型及其定性推理。采用SDS数据模型，以体（3一单纯形）为参照物研究三维空间方向关系的描述模型，方向关系推理主要研究单方向关系推理，采用组合推理表给出推理结果。
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