长城是中华民族的瑰宝,横穿中国东西大陆。由于自然因素和人为作用,长城正在遭受破坏,所以长城保护刻不容缓。为了有效保护明长城,国家启动了科技支撑计划项目《长城保存状态智能感知关键技术研究》。本课题是该计划项目的核心部分,其目标是建立镇北台及沿线的明长城三维数字化模型,而长城三维模型的建立可以为古长城保护提供现代技术支撑。长城具有大面积性,为了监测长城的状态,本文采用小型无人直升机搭载激光雷达系统(LiDAR:含激光测距仪、惯性测量单元、全球定位系统)和数码相机的方式对长城进行分段采集。由于三维激光扫描仪具有价格昂贵、体积大和重量大等特点,本文采用质量轻的二维激光扫描仪和舵机组合模拟三维激光扫描仪的方法。长城还具有非结构化性,本文为小型无人直升机设定一种飞行-悬停-扫描的数据采集模式来采集物体表面点云。获取到原始数据之后,在数据处理方面,首先得到每个扫描位置的三维点云图,之后采用点云配准算法进行两两匹配。然而,小型无人直升机的位置不精确会导致匹配效果变差。这个问题会随着被重建物体的面积变大而加剧,其结果往往是三维模型点云图不闭合或者分层严重。为此,本文采用图优化方法来解决上述难题。另外,本文还介绍了点云处理中常用的点云精简和点云平滑去噪算法。有了质量较好的点云数据,本文用Geomagic Studio建立并修剪三维模型。本文对陕西省榆林市的部分明长城遗址进行了三维建模工作,实验证明了上述建模方法的正确性和实用性。