以ICESat-2为代表的光子计数激光雷达对地观测手段具有地面足印小、采样频率高、波束数量多等特点，获取点云的平面精度和飞行方向数据密集程度得到很大提升，可作为一种新型三维控制条件以提高卫星影像定位精度。为解决光子点云没有同步影像记录平面位置的应用难题，提出一种星载光子计数激光点云支持下的卫星影像定位精度提升方法。首先采用三维地形剖面匹配方法实现对光子点云数据与卫星立体影像自动生成的数字表面模型（DSM）的精确配准；然后依据坡度变化从光子剖面点云中提取地形特征点，联合DSM多种地形特征生成共同地形特征控制点；最后将该地形特征控制点作为平高控制条件引入带附件参数的卫星影像区域网空中三角测量过程，以进一步提升定位精度。利用陕西省两个地区的ZY-3影像和ATLAS ATL03级数据进行实验，结果表明与完全无控定位方法和SRTM数据辅助定位方法相比，所提方法能够显著提高ZY-3影像平面和高程定位精度，提升幅度相对于SRTM数据分别可以达60%和34%左右，验证了所提方法的有效性和可行性。

针对传统地表特征提取算法存在特征识别不完整，拓扑关系构建复杂，难以进行拓扑简化的问题，本文实现了基于分段线性Morse理论的特征提取，并提出一种新的特征重要性度量指标进行拓扑简化。首先识别关键点构成关键线，生成Morse-Smale复形完成地表拓扑特征构建；然后提出一种新的特征重要性度量指标，利用Morse-Smale复形的平均特征值反算关键点的特征值，使其对Morse-Smale复形的特征重要性进行双重评估；最后基于该度量指标实现了地表拓扑特征的简化与表达。实验结果表明，地表特征被清晰提取并构建了良好的拓扑结构，特征提取点云压缩率达36.29%，拓扑简化的点云压缩率达70.73%，大大缩减了点云数据量，并将冗余拓扑结构剔除，为后续地表点云的表达与应用奠定良好的数据基础。

基于规则数字高程模型格网的峡谷检测是地形特征分析的重要手段.提出了基于定义的峡谷检测方法,该方法使用4个参数来定义不同类型的峡谷.在低空飞行器航迹规划中,通过对参数赋不同的值可以检测到符合各种飞行器要求的峡谷谷底.与传统的分水岭峡谷检测方法相比,克服了过分割问题,隐含了多尺度分析特性并带来了更好的鲁棒性.