为了有效地评定空间直线度误差，并得出正确度较高的误差值，运用几何学、误差理论和最优化原理，参照相关国家标准，提出了评定空间直线度误差的三维最小二乘算法（3DLSA），推导了3DLSA算法的数学模型，实现了空间直线的三维拟合。按该算法编制程序进行了数字实验。实验结果表明，3DLSA算法是一种有效的算法，在空间直线度误差评定中，比两端点连线算法、LSM算法及其他多种算法具有更好的鲁棒性和更高的正确度。