随着计算机和空间大数据的发展,人们对自然空间推理的需求也随之增加,在空间推理和人类认知之间建立一个实际的映射是一个巨大的挑战。由于自然语言的模糊性和灵活性,对空间方位的表达也具有不确定性。目前对空间方位的研究中,大部分都是对于绝对空间关系,相对空间方向的研究则比较少,同时大部分学者是给出了相对空间方向的定性模型描述,缺少定性与定量的结合描述。针对以上问题,本文在锥形模型和投影模型的基础上,提出了针对于点对象的相对方向关系模型和相应的空间表达和推理规则,并且以栅格形式表达基于此模型的空间方位关系。主要研究内容为:1、空间方位词的收集,通过语料库和现代汉语词典以及其他资料中出现的方位词,通过记录、筛选、整合等过程,将其归纳为九种代表空间方位词,其中包括八种基本相对空间方位“前、后、左、右、左前、右前、左后、右后”和一种光泛意义上的方位词“周围”。2、根据相对空间方位词确定空间方位关系模型,总结了空间方位的定量表达、锥形模型、投影模型、十字丝模型等多种定性表达方法,分析比较各个相对方向表达模型的优缺点,在此基础上提出了一种针对点对象的锥形-投影模型,并通过认知实验进行了验证。3、基于空间方向属性定义了多条空间方向表达和推理规则,将空间方位分为中位方向关系、正位方向关系和角位方向关系,讨论了不同方位复合时的推理组合结果,以空间方位组合表的形式进行显示。4、提出了针对点对象的基于栅格数据的表达和推理,将点对象和空间模型栅格化,基于栅格数据的属性值和空间方位组合表完成空间方向的表达和初步推理,对于推理结果不唯一的方向组合关系,根据模型按照给定的数据确定其空间方位关系。综合以上内容,本文提出了面向点对象的相对空间方向模型和表达;完成了方向关系之间的推理和唯一方向的确定。结果表明,基于栅格数据的相对方向判断方法有利于快速的实现空间方向的确定和推理,对于空间对象的表达和索引有一定帮助。可以构建自然语言到GIS语言的转换桥梁,有助于建立高效率、智慧化的地理信息服务。