伴随“数字地球”计划在全球范围内得到的广泛响应，作为其核心技术系统集中体现的“数字城市”项目也得到迅猛发展，导致社会各不同应用领域对城市空间信息的需求也越来越大。但由于建设行业分散的特点导致城市空间数据信息使用方面存在如下问题：一方面，由于缺乏数据生产和使用的利益协调和统一管理，不同部门组织各自生产、存储和使用各自的空间数据，导致数据时效性差，甚至有时无合适的数据可用；另一方面，各部门组织按各自的企业文化来理解、使用和管理数据，导致数据格式繁多，使得不同部门组织间数据信息的共享与交流受到限制，造成已有数据不能充分有效的利用，重复性的建设时有发生。这就不便于各个相关部门之间的工作协调，还直接影响了“数字城市”建设走向成功与实用。针对以上问题，在广泛调研了国内外相关技术及应用现状后，本文提出了引入空间元数据来实现城市空间地理信息的互操作。本文首先探讨了进行城市空间信息数据互操作的理论基础，进而从城市空间数据信息的特征出发，对空间数据与空间数据库系统进行了比较详细的研究，此外还讨论了空间数据仓库及有关技术。接着，在对空间数据元数据的定义、分类、作用以及如何对元数据进行管理进行研究探讨后, 提出了一个城市数字化中元数据管理模型的解决方案。然后探讨了互操作的相关技术，包括互操作的概念、准则、层次模型，最后在研究了空间数据互操作的常用方法后，提出了一个具有实际使用价值、可友好地使用异地数据、便于元数据组织管理且能保护数据生产者利益的城市空间数据共享机制：基于元数据的数据互操作模式，并给出了其中的核心算法。