拼接是地面三维激光扫描仪数据采集和处理中的关键环节。它决定数据获取时所采取的操作流程,而且影响数据预处理和建模的精度。现有的拼接方法是手动的或是半自动的,拼接效率低下。论文从理论上和实践上进行了深入细致地研究与探讨,提出了一些创造性的理论和方法,并完成了相应的实验论证和实际应用工作。论文的主要工作为:1、介绍激光扫描技术。根据不同的依据对激光扫描仪进行分类,得到六种不同的分类方法;重点介绍了激光扫描仪的工作原理,包括所采用的测距技术、测角技术、扫描技术以及观测值的获取原理;介绍了激光扫描数据处理技术,包括海量数据读取及管理技术、多站拼接技术、滤波与光顺技术、点云简化技术、纹理映射技术以及三维建模技术。2、总结多站点云拼接的发展。根据各种方法的特点将其分为三类,分别阐述了各种方法的基本原理,并总结了各类方法的特点。针对地面三维激光扫描仪的特点,将使用人工标志的辅助法确定为研究的重点。3、研究了回光强度的定义,并采用阈值分割技术实现标志数据的提取;构建一种基于扫描线的聚类方法完成单个标志点云的分割;根据标志的平面性、形状及尺寸等特征进行检测,剔除非标志对象;研究了高精度的标志中心计算方法。和经纬仪交会测量系统的结果进行比较,标志识别算法的精度为1.4mm,优于扫描仪软件的识别精度。4、构建自动的稳健拼接模型。提出基于欧氏变换不变量的自动匹配算法,建立不同测站中同名标志的对应关系;总结了旋转矩阵的不同表示方法,并根据不同的表示方法推导相应的坐标转换模型;通过分析得出用四元数表示旋转矩阵不存在奇异点,且坐标转换时无需线性化和迭代,简便精确;将RANSAC算法的思想引入到坐标转换中,结合四元数提出稳健公共点法。通过处理实测数据得到的转换精度为1.2mm,满足拼接的精度要求。5、编制多站扫描数据的自动拼接软件。设计了拼接软件的功能模块和数据流程,介绍了软件编制与实现中的数据读取、结构设计以及可视化技术;最后,给出了软件处理实测数据的结果及实现拼接后的效果。