空间目标方向关系在空间分析、空间推理、制图综合等过程中起着重要的作用，与空间距离、空间拓扑关系一样是GIS的重要理论问题。由于地学空间信息的复杂性和相对性，使得空间分析方法的研究成为制约地学空间信息技术发展的瓶颈。地学信息图谱是将海量信息经过图形思维与抽象概括，并以计算机多维动态可视化技术显示各要素和现象的时空变化规律，能够用简单的、典型的图谱来表示复杂的目标间的关系，为地学空间分析提供一种全新的思维和方法。本文综述了地学信息图谱研究的现状、理论基础、方法及最新进展，总结国内外空间目标方向关系的研究现状及发展趋势，分析了现有方向关系模型描述的不足和局限性，在此基础上尝试将地学信息图谱原理与方法应用到空间目标方向关系的分析和研究中。论文所做的具体工作如下：1)在地学信息图谱理论的基础上，应用数学形态学原理和方法建立了新的方向关系模型，该模型能够兼顾空间目标形状、尺寸和距离等特征。2)根据方向关系模型，提出如何确立方向关系图谱的基元、完备基准、完整结构，以及如何生成方向关系的谱密度分布，提取图谱的特征值（如均值、方差、熵等）。3)生成不同几何要素点/面、线/面、面/面间的方向关系图谱，并深入分析距离、形状、尺寸等特征参数对方向关系的影响。4)用实例验证本文提出方法的正确性和可行性，并将空间目标方向关系图谱理论应用到社会生产实践中。本文将地学信息图谱理论方法应用到空间目标方向关系的研究，能够为地球科学和地球信息科学提供一种全新的信息思维理论和方法论，为现代地图学开创一条全新的发展方向，从而丰富和提高地图学的理论、方法和技术。