随着经济的飞速发展,长期过度开发地下资源以及大面积建筑施工,导致了地面沉降现象的频发,严重影响了城市的可持续发展。为了有效地控制预防地面沉降,有关部门也投入了大量的精力对地面沉降进行监测、统计。精密水准测量是能准确检测地面高程变化的观测手段之一,且投入成本低、便于获得多期数据。然而受监测点位置、监测条件、成本等多方面因素的影响,监测点难以覆盖整个监测区域,因此水准观测数据是不连续的、离散的。并且单纯的沉降数据比较抽象,数据中很多隐含的信息难以从单一数值中观察出来,无法直观的表达地面沉降的程度以及动态变化情况。因此如何合理、有效、科学的利用多期离散观测数据,切实的从时空角度挖掘数据中的潜在信息价值并在地理场景中进行精准直观的动态表达,为地面沉降防治提供有效的数据支撑是当前值得解决的问题。本文从多期实测数据应用的角度出发,提出构建地面沉降时空形变场,对区域地面形变的整体效果进行拟合,并设计时空场数据动态演变方案描述时空场数据在地理场景中的动态变化。最后基于上述研究,设计地面沉降三维可视化系统并进行实验验证。本文的主要研究内容概括如下:（1）地面沉降时空形变场的构建。针对沉降监测数据是不连续的、离散的,无法直观的表达区域性地面沉降变化的问题,从多期实测数据应用的角度出发,提出了一种地面沉降时空形变场的构建方法。通过在多项式拟合建立空间形变场的基础上引入时间项,探索地面沉降量与坐标、时间的关系,得到最优的地面沉降时空形变场模型,从而对区域地面形变的整体效果进行拟合。（2）时空场数据动态演变方案设计。提出了一种基于张量的时空场数据动态演变描述方案。构建了基于张量Tucker分解的时空场数据组织框架,设计描述时空场数据动态演变属性及其与时间之间的关联关系,从而实现时空场数据在地理场景中动态变化的精确表达。并利用动态演变描述文档进行流式传输,进而减轻网络传输与渲染压力,实现时空场数据在场景中的流畅渲染与动态表达。（3）研发集成地面沉降三维可视化系统。基于本文的研究成果,设计开发了地面沉降三维可视化系统,对提出的理论方法进行实验验证。目前,原型系统已在实际的项目中投入使用,重点服务于地面沉降监测领域,实现地面沉降监测资料的科学化、可视化管理与应用。