当前，传统空间数据组织与模型的内在局限性已经不能完全满足大范围甚至全球多分辨率海量数据动态管理的要求。为了在全球范围内有效地存储、提取和分析不断更新的海量信息，解决传统数据模型的局限性，增强数据的互操作能力，就需要重新构建地球空间信息的数据组织模型。本文以大范围地球空间信息的组织和管理为应用背景，探讨了基于虚拟地球技术的空间信息整合的理论和方法。研究了从数据基础组织到多分辨率、多尺度数据存储所需解决的一系列理论和技术问题，重点在虚拟地球技术的架构、球面瓦片金字塔模型、与OGC瓦片WMS服务的集成、与空间信息服务门户的集成等方面进行了较为系统的分析和实验，并得出了部分结论。本文的主要研究内容有：1．调研了全球著名的开源地理信息技术以及开源大型空间数据集，并成功的将其应用于项目的应用和实践中。2．提出了虚拟地球技术的体系架构以及核心技术组成，并在参考开源地理空间信息技术和算法研究的基础上，提出了研发一个成熟虚拟地球平台的体系架构，并对其中涉及的关键技术做了较为详细的论述。3．设计并实现了基于平面瓦片金字塔的瓦片拓扑模型，同时将该模型拓展到球面上，实现了适合全球尺度下遥感影像和地形数据表达的球面瓦片金字塔模型。该模型有效的综合了线形四叉树索引和金字塔模型的优势。详细探讨了基于该模型的瓦片数据和元数据的组织和存储方案，并详细论述了多尺度栅格数据的集成策略。4．与OGC服务的集成。提出了对WMS服务扩展的新思路，在充分利用球面瓦片金字塔模型的基础上，对WMS协议上增加分块标签，进而提出一个应用集成框架。5．与空间信息服务门户的集成。为了进一步充分利用网络上的地图数据，在对Google Map，Local Live门户架构分析的基础上，同样按照数据分片组织的思路，使得虚拟地球平台可以有效集成空间信息服务门户的数据。总结来讲，本文的研究成果以基于虚拟地球技术的空间数据集成为突破口，使得目前已有的多类型，多数据源，多时相，多分辨率数据集成到虚拟地球平台上，提高了数据的组织和存储质量，解决了传统数据组织、管理和集成的问题。