机载和地面激光雷达(LiDAR)是一种新型的遥感测量系统,它可以快速获取地球表面及其上面各种目标的三维点云数据,从而生成数字表面模型、数字高程模型、三维构筑模型、数字树冠模型等。由于LiDAR获取地面三维数据的方法比传统的测量方法具有效率高和成本低等优点,目前正在城市、林业、交通、电力、水利等领域得到广泛应用。在LiDAR数据处理与应用中,机载和地面激光雷达数据的管理与可视化是一个基础性研究问题,虽然前人做了大量的研究,但是机载和地面激光雷达数据的混合管理与大规模数据的可视化的问题仍然没有完全解决。在实际应用中,激光雷达数据往往需要与其它的空间数据配合使用,例如水利施工测量数据、道路施工测量数据和工程设计数据等。因此,激光雷达点云数据和其它工程测量数据、工程设计数据的集成与应用也是一个需要研究解决的问题。本文以机载和地面激光雷达数据点云数据为基础,兼顾其它测量数据和工程设计数据,深入研究大规模机载和地面点云数据的组织与快速可视化方法。并在在此基础上,研究了基于虚拟地球平台的多种类空间数据的集成方法,及其点云数据在水利工程中的应用问题。本文的主要贡献和创新点如下：(1)针对海量机载LiDAR点云数据,提出了四叉树和局部KD树相结合的混合空间索引结构,不仅在全局可以通过四叉树金字塔模型实现快速的检索调度,在局部也能够通过内存中构建的KD树实现高效的查询,既保证了点云数据的精度和密度,又提高了数据的调度效率,为大规模点云数据的可视化奠定了基础；(2)针对真三维的地面点云数据,提出了基于面元拟合的三维R树索引方法,在对点云数据进行递归分割和面元拟合的过程中形成R树节点的包罗盒,通过对传统R树的改进,使之更好地保留平面特征,以更适合点云数据的管理。对于地面测量点云数据中的重要点特征和线特征数据,则采用了四叉树与三角网相结合的数据管理方法,较好地解决了数字地形模型、工程设计模型和工程施工测量动态模型可视化与分析问题；(3)为了解决各种点云数据的集成与可视化问题,研究了多源点云数据的集成方法,提出了基于混合索引机制的机载点云数据与地面点云数据集成方法,以及与虚拟地球集成的方法,解决了多类型(机载激光雷达、地面激光雷达、GPS、全站仪等获取的数据)、多源(不同单位、不同厂家仪器获取的数据)、多区域、多文件点云数据在虚拟地球上的集成管理问题,并通过局部KD树索引和LoD方法实现了点云数据的快速可视化,为点云数据的广泛应用奠定了良好的方法与技术基础；(4)基于虚拟地球平台GeoGlobe研发了机载和地面点云数据组织管理与集成显示模块,形成了点云数据管理与服务平台,实现了从虚拟地球到机载点云数据到地面点云数据的无缝浏览；依托作者本人主持的实际工程项目,研发了“两河口水电站施工测量数据采集及数据仓库建立和应用系统”,演示验证了本文提出的数据组织和管理方法,实例研究表明本文提出的方法不仅具有理论意义,而且具有实用价值。