随着数据库技术、遥感技术、信息技术等飞速发展,地理信息系统的应用越来越广泛。以地理信息系统为代表的空间数据库系统的发展非常迅速,目前对数据系统的研究存在如下问题:因为关系模型不能精确表达两个物体的方位关系,方向关系模型过度依赖参考物的大小,索引导致查询效率非常低。为适应时代的发展,也为对新型的智能系统进行改进,如何有效的存储三维数据和查询三维数据是研究中具有挑战性的课题。本文对三维空间中方向关系进行建模,基于方向关系模型查询理论和技术进行研究。首先,对目前的空间方向关系模型、数据索引结构等相关知识进行介绍和分析,指出各种空间方向关系模型、空间数据索引结构的优缺点。提出对三维数据查询更准确的空间方向关系模型及索引结构,从而实现更高效的空间数据查询。其次,在目前空间方向关系模型的基础上,提出一种新的空间方向关系模型,称之为3DR50模型。3DR50模型能更准确的划分空间,使其在描述空间对象方向关系时更为准确,适用于描述对象间更复杂的空间位置关系。再次,为提高三维数据的查询速度,提出在八叉树索引结构下的基于3DR50模型的空间查询算法。首先对空间数据构建八叉树索引,提高数据组织效率。在此基础上,利用3DR50空间方向关系模型对空间进行细分,进一步提高三维空间数据的查询效率。最后,构建仿真实验平台,分别进行基于₁L距离的查询和k近邻查询。通过对比实验验证本文所提出的空间方向关系模型及基于此模型的空间查询算法的性能,可以看出本文算法相比于现有模型和查询算法本具有很大的性能优势。