目前,世界人口老龄化的进程不断加快,同时由于各种灾难和疾病造成的残疾人士也在逐年增加。老年/残疾人士身体机能的衰退和损伤不仅给他们自己的生活带来诸多的不便,而且也给子女、亲友和社会带来了沉重的负担。智能轮椅的诞生正是为了给这些老年/残疾人士提供便利,以减轻他们的亲人以及社会的负担。近年来,针对智能轮椅的研究已经有了很大的进展,但是这些研究成果大都面向室内环境,不能满足老年/残疾人士的室外活动需求。本文致力于提高智能轮椅室外运行关键技术,从智能轮椅三维环境重建和场景分割两方面开展深入的研究。针对智能轮椅三维环境重建,本文设计了全景三维彩色激光扫描系统。该系统有三个特点:一是利用全新的数据同步采集方法,实时同步采集激光三维点云、二维图像、设备位姿信息和升降台位置信息,同步采集精度高。二是利用每一个同步时刻的激光三维点云与二维图像进行数据融合,实时获取空间场景的三维彩色点云数据,数据融合实时性好。三是利用升降台往复运动和GPS组合惯导模块,实现大范围空间场景浓密三维彩色点云的融合重构。针对智能轮椅室外运行所面对的复杂场景,本文提出了一种基于主成分特征球的室外场景三维点云分割方法。首先,利用主成分分析法对点云局部形状进行分析,将室外场景点云分为面性点、线性点和点性点。通过对面性点的法向聚类和位置分割、线性点的切向聚类和位置分割、点性点的位置分割,将室外场景三维点云分为面性片段、线性片段和点性片段。从面性片段得到初始地面,用高斯过程回归对初始地面进行拟合,建立地面模型,吸收其它地面点,以获取最终的地面,完成地面的提取。同时本文提出了一种全新的点云片段融合方法,对非地面点云片段进行有效融合,实现整个场景的准确分割。实验证明本文的地面提取和场景分割方法准确可靠。