城市的发展与其所处的地质环境密切相关，展开城市地质调查工作有助于解决人们在城市规划、建设和经济发展中遇到的各类地质环境问题。随着近年来城市地质调查工作的不断深入，越来越多高精度、大数据量的多元地质信息亟需得到统一高效的存储、管理和使用。三维空间数据库技术的出现不仅使上述问题的解决成为可能，更为目前迅速发展的三维城市地质信息系统提供了强有力的支撑。 本文结合城市地质领域的特点，重点对三维城市地质空间数据库的空间数据组织、空间索引和空间查询等关键技术进行了较为深层次的研究，并在关系数据库基础上，构建三维城市地质空间数据库系统，实现对城市地质中各空间对象，特别是三维地质对象进行高效的数据库组织及空间检索，同时充分利用关系数据库这一目前普及性、实用性最高的数据库，提高研究成果的实际应用价值。 在三维城市地质空间数据组织的研究中，本文先从理论方法入手，对三维城市地质数据模型的建立方法进行了探讨，提出了基于模型驱动架构的三维城市地质空间数据建模过程；同时依据该方法，分别建立了基础地质、地球物理、地球化学、水文地质、工程地质、环境地质、地质资源和地震地质等不同专题的三维城市地质数据的概念模型、组织模型和存储模型，并提出一种基于元数据的城市地质数据存储方案，以增强模式的可扩展性和灵活性。 海量的体数据是城市地质领域的一个特点，也是实现三维城市地质空间数据一体化数据库组织必须要解决的一大难题，为了摆脱传统体数据组织过分依赖于文件系统所带来的诸多问题，本文提出了一种基于类八叉树的海量三维体数据组织模型，从而在真正意义上实现了关系数据库中多元城市地质空间数据的高效一体化组织和管理。 城市地质领域的空间查询通常有其自身的专业特点，在三维空间索引和空间查询的的研究中，本文首先提出了一种面向本领域内的专业空间索引--地质属性和拓扑关系的混合空间索引，该索引可以有效的提高各类城市地质领域专业空间查询的速度。之后，本文对面向城市地质领域的各类空间查询进行了归纳，提出了基于传统结构化查询语言与自定义空间函数相结合的三维城市地质空间查询扩展方法，并着重对本领域内常用空间函数的定义、分类和实现方法进行了探讨，以配合本领域内各类专业空间查询的实现，并提高其查询的效率。 基于以上研究成果，本文给出了三维城市地质空间数据库系统的实现方式和结构框架，并对其中的三维城市地质空间数据引擎进行了着重的论述。最后，通过北京市城市地质信息管理与服务系统的应用实例，证明了本文的研究成果可以为三维城市地质信息化的建设和普及提供有力的支撑。