视频GIS是对常规多媒体GIS的扩展，通过视频影像与地理位置的数据整合，实现双向检索与交互，应用于交通管理、视频监控等领域。当前的视频GIS系统多是将视频与2DGIS结合开展应用。随着人们对世界认知水平的提高和IT技术的进步，社会需求也不仅仅满足于从高空看世界，或仅使用简单的符号抽象来理解世界，对实景化、大众化表达需求日益增强，有鉴于此，出现了以地理视频、全景照片、可量测影像等新型可定位媒体和集成Web、GIS以及地理视频等多媒体的地理超媒体，可提供新的多媒体地理表达方式。但同时，视频场景会使用户面临局部清晰、整体迷失的境地，对于周围地理环境难以有全面宏观的认识。另一方面，三维GIS使用户更客观、真实的描述现实世界，但同时也面临着数据量大、建模困难等挑战。本文结合二者的特点，将地理视频整合至三维空间，设计地理视频三维数据模型，研究视频数据检索方法，并实现三维空间视频GIS原型系统。在回顾视频GIS、三维GIS的研究进展和总结两者整合方法的基础上，本文实际并实现了一个三维空间视频GIS系统：（1）视频数据分析的基础上，定义了地理视频对象及其语义描述，设计了地理视频三维数据模型，实现了三维空间中地理视频数据组织；（2）基于设计的数据模型，详细分析了基于空间位置与寓意信息的数据检索方法，并以SQL语言为例进行了检索表达；（3）以河南大学为例，开发了三维视频GIS原型系统，应用OpenSceneGraph和OpenCV建立了三维空间视频GIS系统，实现了地理视频播放及空间检索功能，验证了所设计的数据模型及数据检索方法的可行性。三维空间视频GIS系统的设计和实现表明：（1）设计的地理视频三维数据模型满足了空间信息实景表达的需求，同时为视频影像和地理实体的交互检索提供了较为实用的解决办法。（2）应用OpenSceneGraph开发包建立的三维空间满足了侧向看世界的可能性，视频数据的加入使得该系统更加贴近现实世界。（3）系统为视频GIS在公路管理、河流整治、城市管理、观光旅游等领域的应用向三维扩展提供了解决方案。本文共分为6章：第一章为绪论，论述了三维视频GIS系统的研究背景、研究内容、研究意义和研究目标等。第二章为文献综述，对地理表达、视频GIS和三维GIS的研究进展进行系统的回顾和对视频GIS的解决方案进行总结。第三章为地理视频三维数据模型设计，论述视频GIS和三维GIS的基础理论和相关技术，设计地理视频三维数据模型。第四章为地理视频三维数据库及其检索，应用SQL语言定义了不同的数据检索方法。第五章为三维空间视频GIS系统开发，详细描述了系统的主要模块的开发过程，并进行了编码实现。第六章为总结及展望，总结本研究的研究成果，探讨其中的创新点和不足，对后续工作进行展望。