随着遥感技术的飞速发展，利用卫星平台或航空平台获取的立体像对图像或LiDAR数据，均可以提取地物的精确三维信息，对建筑物等立体目标模型的三维重建具有巨大的推动作用，使得数字城市的建设逐步成为现实。我国近几年灾害频发，灾害评估与灾害管理的问题显得尤为重要，三维变化检测是解决该问题的关键技术。本文重点考虑立体目标的模型构建和三维变化检测两个方面，着眼于其瓶颈问题的解决，推动数字城市建设和灾害评估等领域的发展。首先，本文介绍了针对立体目标的三维信息提取方法，为后续的处理提供有力的数据支持。一方面，论述了基于多角度立体像对图像进行三维信息的提取，以光学传感器的数学表达模型入手，分为严格传感器模型和通用传感器模型两个部分，分别阐释了其前方交会与后方交会的算法。另一方面，介绍了LiDAR系统的基本原理，以及由LiDAR原始数据生成DSM的方法，为后续应用提供有力的支撑。其次，本文提出了一种基于水平集框架的LOD2建筑物模型构建方法，重点实现了基于DSM数据的建筑物目标LOD2模型的三维构建。该方法基于多相多通道水平集，在经典的水平集框架中引入局部化区域信息的方法，减少冗余信息的影响并加速计算速度。此外，该方法可适用于大规模LOD2级别的建筑物重建工作，具有广阔的应用前景。最后，以三维变化检测为应用牵引，参照多尺度LOD模型，对应的提出了多尺度CDL模型，用于不同层次、不同程度的三维变化检测及其定量化评估。为了实现不同时相下三维数据的三维配准，采用基于迭代运算的ICP算法，能够快速的、有效的解决数据错位的问题；在三维配准的基础上，提出了基于自适应距离差值阈值的三维变化检测，并给出了合理的、系统的定量化评估，以满足不同的应用需求。