日常生活中空间信息无处不在，空间信息的表示和推理一直是人工智能领域的重要研究内容和研究热点。定性空间推理通过定性的描述和推理方法，研究空间对象间的空间关系以及空间对象所具有的部分基本特性，其中空间关系是指空间目标之间的一些具有空间特性的关系，包括方位关系、拓扑关系和距离关系等，它是空间推理的重要研究内容，在计算机视觉、地理信息系统（GIS）、自治机器人高级导航和空间数据库等领域都有广泛的应用。近年来，空间信息处理领域已取得众多研究成果。但也存在一些问题，现有空间信息的处理大多是在理想化的条件下，这使得其研究结果只能应用于简单的空间环境。而实际应用中空间信息是复杂的，复杂空间信息的处理目前受到人们的广泛关注。本文针对复杂空间关系和模糊空间信息两个问题展开研究。目前空间关系的研究大多针对二维平面、简单对象，并且每种模型只处理单一种类的空间关系。而现实世界的空间是三维的，空间对象也呈现出各种复杂性（例如带洞、有多个组成部分等），并且是多种空间关系并存的（例如点/线、线/面、面/面、面/体等多种关系并存）。我们将呈现上述种种复杂性的空间关系称为复杂空间关系。在实际应用中，这些复杂空间关系的描述不当往往会导致空间信息提取的偏差，直接影响地理信息系统、图像检索等领域的应用结果。显然，简单空间关系模型不适合用来处理复杂空间关系。因此提出更符合人们认知的、能反映实际空间复杂性的空间关系模型具有更大的意义，该方面的研究尚处于起步阶段。此外，空间描述逻辑是处理空间信息的有力工具。由于人类语言表达、认知、信息采集技术等因素的限制，空间信息往往是模糊的。而且在许多实际应用问题中，对象属于概念的隶属程度往往不易确定，而区间值隶属度相对而言较易获得，判断、推理所产生的结果用区间值来表示更符合人类认知的模糊性和不确定性。因此，空间描述逻辑的区间值模糊扩展成为当前的一个研究方向。针对上述两个问题，本文做了如下两方面工作：(1)在复杂空间关系模型方面：①提出了比经典9-交集模型表达能力更强的带洞区域间拓扑关系模型D9-交集模型；②提出了能统一表达三维空间中多种空间对象间方位关系的模型3D-SOA；③提出了比TPCC更符合人类认知的能表达三维空间中带视点的相对方位关系模型3DTPCC。(2)在模糊空间信息处理方面：提出可以对空间语义Web上区间值模糊信息进行描述和推理的区间值模糊描述逻辑IF-ALCN和IF-ALCRP(D)。本文的主要研究结果如下：(1)带洞区域间拓扑关系模型——D9-交集模型针对带洞区域间拓扑关系的表达和推理，对9-交集模型进行扩展，用编码代替原来的矩阵元素，得到D9-交集模型，并给出了用于判定D9-交集矩阵的有效性算法；基于D9-交集模型，给出计算空间场景相似性的算法；最后采用分解组合的推理思想讨论了D9-交集模型的推理问题。通过实例比较可知，相对于9-交集模型，D9-交集模型能区分更多的拓扑关系，对带洞区域间拓扑关系的表达更细致，其表达能力强于9-交集模型。(2)三维空间中混合对象间方位关系模型3D-SOA基于点代数、区间代数等理论，本文首先给出了三维空间中存在多种空间对象(点、线、面、体)，定义了它们之间的方位关系及关系的基本运算(逆、交和复合)，得到新的空间方位关系模型3D-SOA，讨论了3D-SOA约束网络的可满足性问题，并给出一个易处理子集及其一致性判定算法。与已有三维方位关系模型相比，该模型实现了三维空间中点/点、点/线、点/面、点/体、线/线、线/面、面/面、面/体、体/体九种方位关系的统一表达和推理。(3)三维空间中的相对方位关系模型3DTPCC相对方位关系是指带有视点的一类方位关系，在机器人导航中有重要的应用。本文以点为空间基元，扩展经典二维相对方位关系模型TPCC，通过新的相对半径和相对角对空间进行划分，表达了相对方位和相对距离两种空间信息，得到125种三元关系；并给出了这些关系的形式化定义及其逆关系；最后通过将该模型应用于描述机器人的动作，说明了3DTPCC的建模更符合人们的认知，可以表达三维空间中的相对方位关系，描述比二维的TPCC更符合现实世界。(4)区间值模糊描述逻辑IF-ALCN和IF-ALCRP(D)人们对空间信息的感知往往是一个范围，区间值表达更符合人们的认知习惯。针对空间中的区间值模糊信息的表达和推理，本文首先对经典描述逻辑ALCN进行区间值模糊扩展，得到模糊描述逻辑IF-ALCN，给出其语法、语义和ABox的一致性检测算法及该算法的性质；采用IF-ALCN的研究思路，我们基于区间模糊理论扩展了空间描述逻辑ALCRP(D)，得到区间值模糊空间描述逻辑IF-ALCRP(D)，给出了新的语法、语义和推理规则，并讨论了其推理算法的性质。