传统三维控制网的布设、数据的获取和数据的平差处理都是将空间的三维问题转化成平面位置的二维问题和高程位置的一维问题分别进行的,但是这种处理方法在理论上有明显的缺陷。它在实际工程应用中既不能充分发挥先进测量仪器的作用,又降低了数据的功效,影响平差结果的质量。三维地面激光扫描技术和激光跟踪测量技术等新技术的出现克服了传统测量技术的局限性。它们利用相邻测站间坐标转换的思想,建立一种特殊的三维控制网。仪器既不需要对中、精平、量取仪器高和目标高,也不需要后视定向,仅需要简单粗略的整平。本文直接将测量得到的三维坐标值作为观测值列误差方程式,通过整体平差方法出转换矩阵的七参数最似然值,统一到固定的站心直角坐标系,但是要求相邻测站间至少有三个公共点。另外三维控制网平差处理方法具有传统控制网平差处理方法无法比拟的优点,因此本文针对工程三维控制网的布设和整体平差计算方法进行了相关的研究。　　 本文从背景和意义、三维控制网布设及平差计算的相关理论方法、数据处理软件的程序设计等方面进行研究。本文的主要研究内容与创新点为：⑴首先提出了利用自由设站的方法直接利用获取到的控制点坐标来建立三维控制网的理论与方法。⑵外业观测值数据采集方面,根据精密工程测量的技术要求,通过实验分析制定了可行性的外业观测方案。⑶提出分别用间接法和直接法快速、精确地计算旋转参数的初始值,通过实验证明了两种方法求得的近似值与平差值较为接近,有利于迭代计算的收敛。⑷利用选权迭代的思想,合理、准确的分配观测值的权值,不仅能够使观测值的精度和平差值最优,而且对平差模型的检验具有重要的意义。⑸在数据处理方面,运用附有限制条件的间接平差方法进行整体平差,推导出了平差函数模型与实用的编程公式。⑹对于三维网数据处理的软件,本文采用Visual C＃作为开发语言与OpenGL三维图形软件包,开发了三维控制网数据处理程序。⑺通过对三维控制网平差相关理论的研究以及三维控制网实验数据的验证,证明了本文设计的三维控制网的思想和方法可以在实际工程中应用,特别在地铁、隧道等地下线路测量方面有很大应用前景。