在矿山开采沉陷研究中，为及时了解井下开采对地表的影响程度以便有效地指导地面建、构筑物防护工作或井下生产，通常需要在地表受影响区域内布设观测站进行长期监测。地面三维激光扫描技术引入矿山开采沉陷研究以后，解决了传统观测站数据量不足、观测周期长等问题，但其在该领域中的应用仍然存在许多亟待解决的科学问题。本文结合地面三维激光扫描数据信息量丰富的优点，通过提出或改进各类算法，提出了相应的数据修正模型和多种沉陷信息的提取方法，实现了良好的处理效果。本文主要获得如下成果：1)针对地面三维激光扫描技术和矿山开采沉陷监测技术的国内外研究现状，详细剖析该技术在矿山开采沉陷监测应用中亟待解决的科学问题，并提出相应的研究内容和技术路线。2)提出在数据采集前后记录仪器的倾斜状态并取消仪器的自动补偿功能的数据采集方案，并结合地面三维激光扫描原理，对倾斜角度与其测量角度误差之间的几何关系进行推导，得出仪器倾斜对测量角度的误差影响，继而根据三维点云数据中各点坐标与测量角度的数学关系，将各测量角度误差以改正数的形式加到测量角度上进行数据修正，从而消除仪器倾斜对点位坐标获取的影响。3)利用基于十进制的Morton码对原始点云数据进行直接索引，将坐标与格网一一对应，并通过链表结构对索引后数据进行存储，提高了数据处理的时空效率。继而在网格内若干高程较低点的基础上，采用Kriging插值算法对网格中心点进行插值。继而分别针对DTM和沉陷盆地模型的精度进行了评定，从而检验该数据处理方法的可靠性。4)针对包含直立树干、电线杆等圆柱体状地物的点云数据，采用点云数据分层特征提取的方法将圆柱体的中心轴予以提取。针对包含房屋等棱角分明地物的点云数据，采用边缘检测算子+Hough变换对点云数据中包含的直线信息进行提取，得到直线间的交点作为特征点予以存储，并用于后续的水平位移求取，通过与高精度全站仪测得的测站水平位移检测算法的可靠性。5)针对台阶状裂缝，借助小波变换在信号突变检测方面的优势，对点云数据中各扫描线上的高程突变进行检测，得到裂缝在各扫描线上的相应位置，继而追踪不同扫描线上的突变点，获得台阶状裂缝在点云数据中的位置。针对平面裂缝，通过将点云数据进行图像化处理，继而对点云图像进行加密优化，使裂缝信息在点云图像中得到突显，最后采用图像处理中的边缘检测技术对裂缝信息进行检测和提取，并将裂缝检测效果应用于工程实践中，通过与高精度全站仪测得的裂缝位置进行对比检验了其可靠性。