机载激光雷达测距系统（Light Detection and Ranging）作为一种新型的对地观测系统正被得以广泛的应用和研究，其精确的三维空间坐标信息和DSM数据，使数据获取和处理朝着自动化方向发展，在数字化进程不断加快的今天，为建立数字城市三维模型提供了新的观测手段。但由于在城市建筑物的三维重建过程当中缺乏自动化建模的相关算法,大大限制了LIDAR技术在建筑物建模方面的应用。在三维城市建设过程中如何实现建筑物的提取和模型的三维重建一直是研究的重点，本文以机载激光雷达数据系统为研究对象，在分析激光雷达点云数据特点和数据滤波的基础上，着重研究了城市建筑物的房屋轮廓提取、特征点检测和三维重建工作，文章的主要研究工作如下：1)在对机载激光雷达系统的系统组成和工作原理进行分析的基础上，总结了国内外机载LIDAR和城市建筑物三维重建方面的研究现状和相关技术理论，指出了我国目前在这一领域的不足和难点所在。2)分析了激光点云的数据特点和组织形式，介绍了ASPRS提出的LAS文件标准文件格式，讨论了常见的几种数据组织形式，采用KD-树的数据索引结构来对数量庞大的激光点云数据进行快速索引，以达到提高数据处理效率和三维重建的精度。3)研究了建筑物房屋的轮廓边界线特征提取，在对比现有研究算法的基础上，采用2D Hough变换算子来实现建筑物的特征线提取，并通过孤立点分类、线段合并和直角方程约束的方式来进行特征线的优化工作。在检测出轮廓线以后采用随机采样一致性（RANSA）算子和区域增长方法来实现建筑物屋顶面片的平面检测，再通过LIDAR数据与影像的配准来实现屋顶面片的精化处理，最后通过纹理贴图的方式来实现建筑物三维模型的逼真、可视化。