地面站激光扫描系统(TLS)通过非接触的激光测距的方式,实现地物表面三维信息的采集,具有高密度、高精度、快速高效、架站灵活的特点,在城市三维重建,工程测量,文物保护,林区和自然地形分析等领域发挥重要的作用。地面站激光点云采用固定架站的方式获取数据,由于视角遮挡的问题,往往需要多站扫描才能获取地物的完整三维点云。所以,多站点云的配准在地面站激光点云数据处理过程中有重要的地位。地面站激光点云数据通常在扫描仪相对坐标系下,相对位置和姿态未知,地面站点云配准的问题,实质上是站与站坐标系之间刚性变换参数的求解问题。实际工程中不乏一些人工配准的解决方案,如架设靶标或人工指定同名点等,但这些人工配准的方法往往费时费力,处理多站大数据量地面站点云时严重影响效率。寻找一种无靶标、自动化的激光点云配准方法,在激光点云数据处理中有重要的意义。激光点云自动化配准的主流方法有两类。一类是基于点特征的匹配方法,通过一定的特征描述子和匹配策略,实现同名点的自动寻找与匹配参数的计算,但点特征描述在地面站点云剧烈变化的点密度和遮挡情况下,表现不够稳定,对重叠度依赖较高;另一类方法是基于几何特征的匹配方法,通过一定的方法提取几何要素,利用其数学模型描述和同名对应关系实现配准,效果相对稳健但应用场景有针对性。本文提出了多类几何特征结合的思路,通过一定的算法提取几何要素作为配准基元,采用两站特征之间的遍历组合的方式求解刚性变换,最后通过契合度投票的方法评价最佳转换参数,实现两站点云的粗配准。在粗配准的基础上,自动构建站点关系图,通过基于特征的整体图优化方法实现转换参数的精配准和多站间的网平差,得到最小二乘意义上的最优转换参数。本文提出的配准方案以面要素、杆要素和边缘线要素三种几何基元为线索,完整实现了从两两配准,到多站点云输出的全部过程,自动化程度高,能解决大场景大数据量的多站点云配准问题。实验证明,该方法效果稳定可靠,有较高的计算效率和配准精度,在地面站激光点云数据处理中有很好的实用价值。