随着测绘技术的不断发展,使得城市空间信息的快速获取得以实现：同时由于虚拟现实等技术的不断深化应用,使得三维地理环境得以快速构建。目前,三维城市环境下应用最多是查询、漫游等一些常规操作,没有充分体现GIS在各行业应用中发挥的作用。因此,本文在三维场景中,开展射线追踪模型的研究工作。本文旨在研究城市海量建筑物的空间布局特征、射线追踪加速算法,以实现该模型在海量空间数据情况下的快速计算。在完成对射线追踪的研究以及算法实现后,本文将该算法应用于移动通讯领域,实现信号预测。为此,本文主要做了以下工作：(1)开展三维城市数据组织方式的研究工作。研究空间数据的索引机制以及城市空间布局特征与自然、人文等因素的关系,提出基于规则格网与CELL空间索引相结合的空间数据组织方式。(2)开展射线追踪加速算法研究。在有效组织城市海量数据的基础上,研究分区法、降维法、多镜像射线加速等射线追踪加速算法。比较各加速算法的优缺点,总结出射线追踪加速算法的较适方法。(3)开展模型算法的实现并与传统模型进行对比分析。通过研究城市布局特征、降维、多镜像加速等方法并将其相互结合,利用编程语言实现模块功能。并将射线追踪计算结果、传统的Okumura-Hata模型、COST-231Hata模型的计算结果分别于实测数据进行对比分析。