针对传统GIS应用的空间地理数据显示直观性不强、缺乏与真实世界交互等缺点,在GIS中引入增强现实技术作为一种可视化手段以提高GIS的应用体验。本文以户外增强现实GIS系统的实现为切入点,主要做了以下研究工作：(1)研究了户外增强现实GIS的虚实融合实现方法。根据两者户外结合的特点,使用基于传感器的图像注册方法。文中详细研究了如何根据GPS、数字罗盘、加速度等传感器获取设备的位置和姿态数据的原理和方法,并利用获取的位置和姿态数据实现了增强现实GIS的图像注册功能,在此期间提出了一种用于GPS坐标到世界坐标系的转换方法。(2)研究了增强现实GIS的空间地理数据集成方法。针对GIS空间地理数据存在多源异构等特点,分析了多源异构的原因,结合户外增强现实GIS的应用特点,提出了三层架构模式的空间地理数据获取策略,并论述了一种增强现实GIS空间地理数据的集成方法——面向服务的空间地理数据集成,同时给出了增强现实GIS的空间地理数据的集成框架。(3)设计并实现了一个原型系统。结合以上研究方法与内容,在Windows Phone智能手机上设计并实现了一款基于传感器的增强现实GIS原型系统。文中详细给出了功能模块设计、系统工作流程、核心功能模块的编程实现等内容,并在室外进行了测试,结果表明采用以上方法能够很好的实现空间地理数据的实时叠加显示,达到了增强显示的效果。