在现代造船模式下,数字化技术应用成为船舶产业的研究热点,为船舶设计制造及其自动化带来了新的发展模式和技术支持。数字化造船的实施,以降低生产成本、提高造船效率和质量为目标,成为我国船舶企业在国际船舶市场中提高核心竞争力的重要手段。船舶分段建造精度管理与控制作为数字化造船的关键技术之一,是关于建造精度问题的研究,贯穿于船舶生产全生命周期。全面加强建造全过程精度管理与控制,是保证船体建造质量和快速合拢的关键。点集匹配技术在数字化造船中日益受到关注,是船体分段建造精度管理与控制技术的一个核心问题,同时也是计算机视觉和模式识别领域一个基础而关键的技术,如模型重构、图像配准、误差评价、加工定位等。采用全站仪测量系统进行船体分段建造精度分析时,无差别对待所有参与配准点,使测量数据最佳平方逼近工艺模型,这种均衡误差特性适用于几何误差分布均匀情形,没有考虑具体建造工艺要求及粗差对配准定位精度影响,可能造成分段检测精度的误判。因此,为了获得船体分段最佳配准定位位姿,需要对这些问题进行研究。而三维扫描技术在船舶制造中的应用尚处在探索阶段,预处理后的扫描数据与对应工艺模型之间存在大量错误对应,若采用常规配准方式或数据处理软件的对齐方式,数据中存在的粗差及错误对应将影响分段位姿定位精度,无法对建造精度进行精准评估。针对这一问题,本文深入系统地研究三维扫描测量系统所涉及的点集配准问题,确定船舶建造过程产生的误差,并给出合理的建造精度评价参数。具体研究内容总结如下:1)船体分段组立、合拢过程中没有可靠定位基准或无基准时,其考虑分段特征断面装焊次序或区域特征面精度差异,提出一种考虑精度差异的多特征模型配准定位算法。该算法基于多特征的位形空间理论,利用配准误差与变换参数微扰动的灵敏性关系,集成配准变换的正交基投影和分量置零方法,有区别地对待存在精度差异的特征面数据对配准结果的影响强度。首先对高精度区域数据进行配准;然后对该次配准进行变换参数的灵敏性分析,并确定变换空间中一些受约束的主元方向;最后通过配准变换的正交基投影和分量置零方法,使次精度区域数据只能欠约束方向上进行变换。研究成果表明,将主元方向引入到多特征模型配准中,能保证高精度区域数据配准定位精度高的前提下,提高次精度区域数据的定位精度,使配准结果更符合工程实际要求。2)针对全站仪测量系统无法抑制粗差对配准定位精度影响的问题,改进M估计函数,提出一种退化的M估计稳健配准算法来削弱粗差对配准定位精度影响,并对稳健模型的求解进行收敛性分析。该算法依据M估计准则获取不同精度数据的配准权系数,采用退化-迭代方法建立稳健估计模型,提高定位解的可靠性和收敛速度。并通过理论与实际算例验证算法的合理性,为船舶建造误差修正和后续装配提供定量参数。3)三维扫描数据和工艺模型间的配准定位是船舶建造精度管理与控制的关键,采用常规配准算法难以获得鲁棒的配准结果,为实现快速、准确配准,提出一种基于最大相关熵的鲁棒性点集配准算法来提高配准精度,并积极推动了三维扫描技术在船舶制造领域中的应用。该算法核心是将高斯核函数引入到配准学习中,构建以高斯核函数为核心的稳健估计模型,通过假设理论建立线性求解系统,利用迭代策略反复测试关联参数。理论推导和算例结果表明,算法在配准过程中能自适应降低粗差数据权重,使配准定位精度尽可能少受粗差数据影响。4)由于船体分段三维扫描数据的复杂性及刚性配准算法的性能限制,刚性变换无法有效处理含噪音、非刚性形变、离群点等退化数据的配准问题。针对此问题,本文提出了协同正则化的非刚性点集配准算法,本算法采用高斯混合模型（Gaussian Mixture Model,GMM）进行建模,结合正则化技术将点集对应关系与变换函数统一在一个求解框架中进行估计,来提高船体分段扫描数据配准定位精度。该算法在高斯混合模型框架下引入了协同作用的吉洪诺夫正则化项和流形正则化项,以保持点集全局运动一致性和邻域结构拓扑性,为三维扫描技术在船舶建造领域的应用提供技术支撑。