激光扫描仪的应用
激光扫描仪的应用
学院：能源学院
班级：采矿1班
学号：201212556
姓名：刘黎明
激光扫描仪的应用
摘要：地面三维激光扫描仪是一种新的测绘技术手段，能快速地获取测量目标的三维坐标及其其他相关信息，带来了一场变革。文中讨论了地面三维激光扫描仪的特点、工作原理、以及工程应用。
关键词：新技术；地面激光扫描仪；工程应用
地面三维激光扫描仪采用非接触式高速激光测量方式，在复杂的现场和空
间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的水平方向、天顶距、斜距和反射强度，自动存储并计算，获得点云数据。点云数据经过计算机处理后，结合CAD 可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。因此，它的出现立刻引起人们的极大兴趣，在诸多方面的应用研究也随即展开，并取得一系列成果。
1.三维激光扫描仪系统的分类
地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表! 有人称,
三维激光扫描系统- 是继-1X B-Y)dDY 1)PJKJ)I XWPK[]i 技术以来测绘领域的又一次技术革命当今! 许多公司厂家都提供不同的类型的扫描仪! 其种类( 功
能和性能指标不尽相同如何对烦杂多样的激光扫描仪根据不同的应用目的进行
正确的认识和客观的选择! 使得对三维激光扫描仪进行系统的分类势在必行。
1.1激光扫描系统分类
我们从扫描的空间位置或系统运行平台来划分!可分为如下三类
1)机载型激光扫描系统。这类系统由激光扫描仪。飞行惯导统定位系统。成像
装置计算机以及数据采集器( 记录器( 处理软件和电源构成j-1X系统给出成像系统和扫描仪的精确空间三维坐标! 惯导系统给出其空中的姿态参数! 由激光扫描仪进行空对地式的扫描来测定成像中心到地面采样点的精确距离!
再根据几何原理计算出采样点的三维坐标
2)地面型激光扫描仪系统。此类别可划分为两类! 一类是移动式扫描系统! 一
类是固定式扫描系统所谓移动式扫描系统!它是集成了激光扫描仪!SSj相机以及数字彩色相机的数据采集和记录系统!-1X接收机! 基于车载平台! 由激光扫描仪和摄影测量获得原始数据作为三维建模的数据源而固定式的扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪! 它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机! 以及软件控制系统组成二者的不同之处在于固定式扫描仪采集的
不是离散的单点三维坐标! 而是一系列的,点云- 数据这些点云数据可以直接用来进行三维建模! 而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。3)手持型激光扫描仪是一种便携式的激光测距系统! 可以精确的给出物体的长
度! 面积! 体积测量可以帮助用户在数秒内快速的测得精确( 可靠的成果应用范围包括古建筑重建( 建筑应用( 洞穴测量和液面测量等! 此类型的仪器配有联机软件和反射片" 如莱卡的迪士通系列产品。
1.2地面三维激光扫描系统的分类
针对本文的重点我们将讨论地面固定式三维激光扫描仪系统的类别划分。通常不同的思考角度会导致不同的分类结果，在此分类中我们考虑如下因素：——仪器扫描的方式（例如水平360度扫描，瞬时视场的大小,扫描断面）；——仪器的偏差系统（仪器的轴系旋转或镜面旋转方式）；
——与其它仪器的结合应用，如内置或外置的相机， GPS接收机等；
1)按照激光光束的发射方式划分为:
灯泡式扫描仪; 三角法扫描；扇型扫描仪。
2）按照扫描仪的扫描成像方式划分分为：
（1）摄影扫描式! 此类型的扫描仪扫描瞬时视场（FOW）有限，它与摄影测量的相机类似。莱卡的GYRA2500(HDS2500)和OPTECH的ILRIS 3D扫描仪属于此类型! 它适用于室外物体的扫描! 尤其是对于长距离的扫描很有优势。
(2) 全景扫描式。此类型的扫描仪视场局限于仪器的自身如三角架。
(3) 混合型扫描式。它集成上述两种类型的优点，水平方向的轴系旋转不受任何的限制。而垂直的方向上的旋转受镜面的局限。
图2 按扫描成像方式分类
3）按照扫描仪测距原理划分
前面提到，地面三维激光扫描仪对目标进行扫描时，与无反射的电子全站仪相似，获得的是扫描仪中心与被扫描物体的表面的两个夹角和一个斜距，三维激光扫描仪常用测距原理包括：
（1）基于时间漂移原理。大多数的扫描仪测距都是采用这种原理，这种原理测距范围可以达到几百米，甚至扫描范围达到千米也是可能的。但是在大范围内的扫描测距，精度相对较低。
（2）基于相位测量原理主要用来进行中等距离的扫描测量。扫描范围通常限制在100m内，与时间漂移原理相比" 它的精度可以达到mm级。
（3）基于激光雷达或光学的三角测量原理
为了保证扫描的完整性，许多的扫描仪只扫描几米到数十米的范围* 它们主要用于工业测量和反向工程中，它可以达到亚毫米级的精度，通常这种扫描仪不分在地面激光扫描仪的范围之内。
2、地面三维激光扫描仪精度试验
目前地面激光扫描仪已经得到广泛应用。在一些应用中，如文物保护、工厂设施、资料文本等，不需要特别在乎其测量精度，通过数据预处理、剔除粗差、后处理后基本能达到厘米级精度。但如果应用到精密工程测量中，需要达到毫米级精度，则必须顾及测量精度。由于扫描仪总体上还是个黑箱系统，其误差的研究方法因仪器而定，故目前还没有一个统一的方法。显然，激光扫描仪测量点的精度与角度测量和距离测量有关。由于角度的测量精度由仪器内部元器件的分辨率决定，也与安装不准确有关（如轴系不相互垂直），而且测角系统是个黑箱，因此现在主要究的是其距离测量的精度。对于无合作目标的反射，距离测量的精度除了与气象条件（温度、气压、湿度）和内部测距方式有关外，更多地则与反射面的物理特性（表面反射强度、颜色、表面平整度等）、激光入射角度和距离测量的长度有关。
苏黎世高等工业学院对ZOiier + FrOhiich 公司的IMAGER 5003 激光扫描仪进行了一些试验研究。重点是距离测量精度，也包括角度测量精度、单点测量精度、模型化测量点精度（球体）以及仪器其他误差等。图3 是他们用IMAGER 5003 在室内以不同形状和材料为对象，用扫描仪测量的距离和标准已知距离对比的实验结果。旋转一块白板，以改变扫描仪激光的不同入射角。图4 表现的是在
不同距离和入射角条件下，测量的距离与标准已知距离的比较结果。由此试验可以看出，对不用的距离、不同的材料，不同的入射角，距离测量的精度在几毫米和数十毫米之间，这是在应用时必须引起注意的。
3 地面三维激光扫描仪的工程应用
由于三维激光扫描仪可大面积、高密度地采集空间三维数据，目前在以下的领域已经得到广泛地应用；
(1)三维激光扫描仪在地质矿产的应用:三维激光扫描仪在地质和矿业方面
的应用非常广泛。在地质方面的应用，包括对地质填图的编录，在探矿工程方面的地质编录，以及一些样本的采样编录。通过三维激光扫描仪的使用，能够对矿区的地形、地貌等进行扫描计算以及绘制，建立相关的数据库。通过对地形地貌的测量绘制以及数据库的建立等，可以使得一些后期的勘探设计，具体操作安排等都可以通过数据库而得到信息，减少了大量的外出采集数据的程序，在室内就可以很好的完成，由此而极大程度的提高了工作的效率精确度。三维激光扫描仪在矿业方面的应用也是非常广泛的。在矿床的勘探方面，三维激光扫描仪能够用于矿体取样的指导，矿体矿床的质量评定，对矿体结构进行勘探预测，以及数据储备和质量分析等方面的应用研究。三维激光扫描技术在矿山方面的应用也很多，对于矿山的数据处理，能够采用三维激光扫描技术进行矿山的数据采集，绘制云图，然后经过数字化的矿山软件实现高效经济的矿业工作。三维激光扫描技术能够对巷道进行精确的三维测量，对于其修复变形监测等都具有实际的指导作用。三维激光扫描技术能够完成采矿设计，空区的充填以及安全方面的工作预测，对多个方面都有科学的指导意义。对于一些沉陷等事故，三维激光扫描技术能够快速准确的检测到，对安全生产提供强有力的保障。
(2)地面景观形体测量：地面景观形体测量可为三维数字化设计、三维测量及逆向工程、快速模具制造等相关技术方面提供服务，能够快速、高精度地完成复杂的古建筑结构测量、大型景观三维数字设计与模板制作。
(3)复杂工业设备的测量与建模：很多工厂管线林立，纵横交错，形状各异，用摄影测量方法难以找到同名点，效率低下，其他传统的方法更是无能为力。而利用激光扫描仪进行分段扫描，获得在各站上复杂工业设备的三维点云数据，再将不同站上的点云数据通过数据预处理以及粗差剔除、利用公共J瓿进行拼接、合并和应用相应的软件就可以生成这些复杂工业设备的模型，为设备的制造和工厂规划提供可视化的三维模型参考，极大提高了工作效率。
(4)建筑与文物保护：在以前也是以摄影测量为主，但现在更愿意用激光扫描仪来完成。其工作流程基本上同(2)。这样做成的电子文献，易于保存，能详细了解表面，随时方便地得到等值线、断面、剖面等。当建筑和文物遭到破坏后能及时而准确地提供修复和恢复数据。
(5)城市三维可视化模型的建立：在街道上对建筑物的内外部进行三维激光扫描，扫描的点云数据经过数据预处理、剔除粗差、拼接和合并，运用数据滤波和分类算法获得地面高程数据以及地物数据(必要时结合航片)。地面高程数据用于建立高精度的数字地面模型；地物数据经提取和目标识别处理可实现城市三维模型的建立。也适用于GIS数据库更新、旅游向导和虚拟现实制作等。带状地形测图测量和矿山测量：这项工作以前主要用地面摄影测量、全站仪和GPS RTK为主来完成。现在同样可以用扫描仪来快速高效地完成。即分段扫描野外的局部带状地形区域，在具有一定重复扫描区域内，拼接、合并三维测量数据，生成带状影像图，再通过测量一定量的控制点转换到国家或城市坐标系中，用地形和地物的三维点云数据建立模型，生成带状地形图，主要用于线路两旁(铁路、公路、河流两岸等)的局部不规则带状地形图测量。同样可以用于矿山的地形、体积、
塌陷规模等测量工作。
(6)森林和农业资源调查：应用激光扫描仪对森林里的树木进行扫描，可以较准确地获得用传统方法只能估计得到或者只能近似测量才能得到的表征木质的重要参数(曲直度，可砍伐性等)，可以非常准确了解某时刻的森林现状。不同时间测量结果比较还可以了解森林动态变化。另外还可以得到其他信息，如通过测量的树的分枝结构来确定土质，估计二氧化碳的含量；测量资料还能得到数字地面模型等。变形监测：传统的变形测量方式(GPS／全站仪+棱镜测量／近景摄影测量等)进行变形监测时，需要在变形体上布设监测点，而且点数有限，这些点的两期测量的坐标之差获得变形，精度很高(一般可以到毫米级)o但从有限的点数所得到的信息也有限，不足以完全体现整个变形体的实际情况。而地面激光扫描仪可以以均匀的精度高密度地测量，测量的数据可以获得更多的信息，特别是局部详细变形信息。
总之，作为一种新型的测量技术，地面三维激光扫描仪在以上的应用仍是一种探索性的，还有很多的理论与实际问题需要继续试验研究。
3 维激光扫描仪的特点及其发展
三维激光扫描仪是一项新的测绘技术，它可以快速高效地获取测量目标的3 维影像数据，使得测绘技术人员突破传统测量数据处理方法，进入到新的数据挖掘和开发的研究中。作为一种新的测量手段，三维激光扫描仪与传统的测量方法比较，有如下优点：
(1) 速度快，节约大量的时间，测量完整和精确；
(2) 不需要接触物体，昏暗和夜间都不影响外业测量；
(3) 特别适合测量表面复杂的物体及其细节的测量；
(4) 快速和准确地确定表面、体积、断面、截面、等值线等；
(5) 方便将3D 模型转换到CAD 系统中。当然，三维激光扫描仪与传统的测量方法比较，
还存在一些问题：
(1)三维激光扫描仪是个黑箱系统，难以检验和检校；
(2) 还不能完全胜任高精度的工程测量工作；
(3) 处理的数据量大，需要特殊的软件；
(4) 模型构建有一定的主观性；
(5) 设备费用太高。
今后三维激光扫描仪的研究和进一步应用主要
体现在以下几个方面：
(1) 进一步提高精度，解决精密工程测量问题和工业测量问题。
(2) 与其他传感器集成，如与摄影测量/ CCD 的集成，与动态测量车的集成，相互利用其优点，扩展应用领域，提高工作效率。
(3) 数据处理软件的已有功能的完善与新功能的进一步开发。
(4) 进一步研究3 维激光扫描仪从静态测量到动态测量的各项指标。
(5) 进一步研究新的传感器，如新型的PMD 相机（Photonic-Mixer-Device）的出现，又为我们提供了一种新的手段。PMD 相机也就是在CCD 的每一个像素上都装有距离测量传感器，这样就可以在一瞬间直接获得从相机发出的激光斑点的三维坐标和强度。这类仪器的测距采用脉冲法，测程比较短（1 ~10 m），测距精度不很高（厘米级）。如苏黎世CSEM公司生产的SwissRanger 3D 传感器，它
基本上是便携式，价格便宜，处理速度很快，也将会有广阔的应用领域。
三维激光扫描仪使用说明
瑞士徕卡三维激光扫描仪 产品型号：ScanStation c10 徕卡测量系统股份有限公司HDS高清晰测量系统部门是三维激光扫描解决方案的供应商，她是全球范围内将三维激光扫描技术应用于改建工程、细部测量、工程设计与咨询以及地形测量项目的领导者。其先进的高清晰测量扫描仪、软件以及“交钥匙”系统是高精度、确保投资回报、容易使用以及手段灵活的完美结合。除了这些产品之外，徕卡也向客户提供最全 面的客户服务和支持，并把客户介绍给业内最大也是经验最丰富的服务商网络。 徕卡测量系统的HDS产品家族包括：基于时间测量的HDS3000和ScanStationc10测量系统,基于相位测量的超高速系统HDS6000.这样的产品组合再结合Ｃyclone软件和CAD 插件Cloudworx，我们为用户提供完整的工程解决方案，用户可以获得符合徕卡品质的测量成果、完整的ＣＡＤ工具集成、高精度的可提交成果以及海量工扫描数据管理能力。 徕卡ScanStation 全球第一个带有全站仪功能的三维激光扫描仪 全方位视场角 360°×270°双轴补偿±5′ 全站仪级别的单点测量精度 有效的测距范围 300米 模型表面精度±2mm 全新四大特点： 1、全方位视角:360°×270° 徕卡ScanStation c10全站式扫描仪能够扫描建筑的天花板或顶棚、桥梁下底面、架空管道支撑架、高大物体的立面、柱状或塔式建筑物。全站仪的视场角没有限制，因此，测量员和其它专业人员在安置徕卡ScanStation 全站式扫描仪时，不需为视场角问题费心劳神。 2、高精度双轴（倾斜）补偿器:双轴补偿±5′分辨率1” 比全站仪更加灵活和自由，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪可以根据测量控制点完成高精度的导线测量，因为它使用了和徕卡全站仪一样高精度的双轴（倾斜）补偿器。 3、测量级的点位精度:模型表面的精度±2mm 和有些扫描仪通过“多次测量取平均”的方法达到测量级的精度不同，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪测量的单点精度也能达到测量级的精度。在远距离扫描时，徕卡ScanStation c10全站式扫描仪的超精细扫描保证了标靶扫描的精度以及扫描拼接的精度，用户会切身体会到其中的好处。
三维激光扫描仪分类及原理
三维激光扫描仪分类及原 理 Prepared on 24 November 2020
三维激光扫描仪分类及原理 地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS (Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。 对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。 三维激光扫描仪的分类： 三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。
三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0. 6～1. 2 m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018 mm。例如:美能达公司出品的VIVID 910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。 （2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30 m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。 （3）长距离激光扫描仪:扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如：奥地利Riegl公司出品的LMS Z420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra 技术有限责任公司出品的Cyrax 2500激光扫描仪等，属于这类扫描仪。 （4）航空激光扫描仪：最长扫描距离通常大于1公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。 之所以这样进行分类，是因为激光测量的有效距离是三维激光扫描仪应用范围的重要条件，特别是针对大型地物或场景的观测，或是无法接近的地物等等，这些都必须考虑到扫描仪的实际测量距离。此外，被测物距离越远，地物观测的精度就相对较差。因此，要保证扫描数据的精度，就必须在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。 三维激光扫描仪工作原理：
三维激光扫描分类及工作操作规范
三维激光扫描分类及工作 操作规范 Revised by Hanlin on 10 January 2021
一、地面激光扫描系统 1、概述 地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理 三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转 换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程 整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。（1）、数据获取 利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件
三维激光扫描仪的原理与其应用
三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景 自上个世纪60年代激光技术已经开始出现，激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展，实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球，数字城市等一系列概念的提出，我们可以看到：信息表达从二维到三维方向的转化，从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前，各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现，推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展，三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量，难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术，它可以采用无接触方式，能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据，得到被测物体表面的采样点集合“点云”，具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型，并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。 其中，地面三维激光扫描技术的研究，已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式，能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理，并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，能以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍 随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大，生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司，美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。
三维激光扫描仪的使用说明
甘肃启奥地理信息工程服务有限公司 三维激光扫描仪 使用规范 二零一二年十二月
三维激光扫描仪以其长距离，高精度，快速度数据扫描的特点，能在条件恶劣，人员无法抵达的环境里，完成了一系列高难度、高强度的测绘任务，发挥出了其独有的优势，给我们测绘带来前所未有的效益。在使用RIEGL VZ-1000近一年半的时间里，我们也总结了很多经验，我将此仪器的常规操作做一简要总结，作为基本的使用规范： 一、外业基础工作 1.配件及外业准备工作 三维激光扫描仪外业测绘所需配件有：RIEGL VZ-1000主机、充电器、电瓶、电瓶充电器、数据线、电源线、笔记本电脑(电池，鼠标等)。 辅助设备：RTK1+1模式、仪器箱、内六方扳手、背包（仪器保护小棉袄）、木质脚架，简易脚架、记录本、觇板、反射贴片，卷尺等。 2.充电 1）三维激光扫描仪自带电池直接可以充电，由于其自身的电池保护功能在电池电量没有完全用完的情况下，首先开机放电，让其正常耗电，电量小于10%以下，电量显示为红色，方可继续充电，否则无法充电。充电时间保持8小时以上。 2）电瓶充电时，必须严格按照正负极标注进行接线，严禁违规操作。接通电瓶充电器，绿灯亮后，在仪表盘上，电压设置12V,电流设置18A以上。充电时间保持10小时以上。 3）其余设备（RTK、笔记本电脑、对讲机等）按正常标准充电，
充分保证野外工作的顺利经行 3.外业数据采集 1）找到合适的仪器架设位置后，固定脚架，使其基本平整，将扫描仪固定到脚架上，拧紧连接螺旋。先连接数据线(注意卡口，切记野蛮连接)，如果需用电瓶供电，再连接电源线缆。打开供电按钮，启动一起，同时启动电脑。在距离扫描仪15米左右视野开阔的地方，固定简易脚架，设置反射贴片位置,并记录反射贴片高度，反射贴片正对扫描仪。 2）扫描仪开机后，仪器下方出现激光束投射到地面上，找准激光位置，做好标记，量取仪器高并记录(激光投射地面点到脚架基座的高度,单位m)。 3）笔记本启动后，桌面上点击图标，启动软件，进入软件操作界面（见图1）。 图1 软件操作界面
三维激光扫描仪
利用三维激光扫描仪提取塌陷裂缝 张飞跃 （西安科技大学，陕西西安 710600） 摘要：三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术，是一种先进的、自动化的、非接触式、高精度三维激光技术，是继GPS之后测量技术的又一次革新。由于地面沉降引起的地裂缝是一种日趋普遍且显著的地质问题，对矿区地表作物及生态产生重大影响。利用三维激光扫描仪并结合数字图像技术提取塌陷裂缝是对三维激光技术应用的又一次扩展。论文对三维激光扫描仪进行了详细的介绍说明并通过对矿区实地数据的处理和分析，探索三维激光扫描仪在地表变形监测领域的应用理论和方法。 关键词：三维激光扫描技术，点云数据处理，数字滤波，裂缝信息提取 Using three-dimensional laser scanner to extract Surface crack ZHANG Fei-Yue (xi’an university of science and technology) Abstract：As a new measurement technique,three-dimensional laser scanning technology is an advanced, automated, non-contact, high-precision three-dimensional laser technology, following another GPS measurement technology innovations. Due to cracks caused by ground subsidence is a common and increasingly significant geological problems, there has a significant impact on the mine surface crops and https://www.360docs.net/doc/739745079.html,ing three-dimensional laser scanner and digital image technology to extract collapse crack is another expansion of three-dimensional laser technology .This paper has been illustrated and described in detail by mine field data processing and analysis for three-dimensional laser scanner,to explore the three-dimensional laser scanner application theory and methods in the field of surface deformation monitoring. Key words: Three-dimensional laser scanning technology，Point cloud data processing，Digital Filter，Cracks information extraction 0 引言 三维激光扫描系统是一种集高新科技于一身的空间数据获取系统。利用地面三维激光扫描技术，可以进行复杂地形地貌的地区或是管线设施密集的工厂进行扫描作业，并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集，进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析，如测绘、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。 在矿山开采沉陷研究中，传统地表沉陷观测方法在地表变形盆地主断面上步设一定密度的监测点获取地表变形数据。监测点数量有限，并且在较长的观测周期中出现因监测点难以保护而造成点位丢失的现象，给之后的数据处理工作带来
三维激光扫描分类工作流程
一、地面激光扫描系统 1、概述 地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪，它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机，以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标，而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模，而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理 三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转 换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程 整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。 （1）、数据获取 利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息，点云的发射密度值，以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件中。其中选择的反射参照点都具有高反射特性，它的布设可以根据不同的应用目的和需要选择不同的数量和型号，通常两幅重叠扫描中应有四到五个反射参照点。 （2）、数据处理 1) 数据预处理
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术 三维激光扫描技术 三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20 世纪90 年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。如工业测量的逆向工程、对比检测；建筑工程中的竣工验收、改扩建设计；测量工程中的位移监测、地形测绘；考古项目中的数据存档与修复工程等等。 三维激光扫描原理 三维激光扫描仪利用激光测距的原理，通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。 三维激光扫描技术引入建筑工程的意义 随着三维扫描技术的发展与成熟，它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段，并在很多行业引起技术性变革的热潮。目前，国建筑行业处于变革的阶段，BIM在我们从事的行业中引爆，但是都处于一种建模，碰撞分析，检测等方面，但都没有深入衔接现实，忽略施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化，何谈运维，所以bim模型去哪了？并没有贯穿到bim 的全生命周期中去。三维激光扫描技术在BIM中的应用是最基础的一个重要环节，对现场实际数据的采
激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用-17954讲解
激光扫描共聚焦显微镜的原理和应用 Tina(2007-10-23 09:40:17 一、激光扫描共聚焦显微镜的原理 传统的光学显微镜使用的是场光源，标本上每一点的图像都会受到邻近点的衍射或散射光的干扰；激光扫描共焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope，LSCM采用点光源照射样本，在焦平面上形成一个轮廓分明的小的光点，该点被照射后发出的荧光被物镜搜集，并沿原照射光路回送到由双色镜构成的分光器。分光器将荧光直接送到探测器。光源和探测器前方都各有一个针孔，分别称为照明针孔和探测针孔。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，焦平面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平面以外的点被挡在探测针孔之外不能成像，这样得到的共聚焦图像是标本的光学切面，避免了非焦平面上杂散光线的干扰，克服了普通显微镜图像模糊的缺点，因此能得到整个焦平面上清晰的共聚焦图像。 原理图
二、激光扫描共聚焦显微镜组成特点 LSCM由显微镜光学系统，激光光源，扫描装置和检测系统构成，整套仪器由计算机控制，各部件之间的操作切换都可在计算机操作平台界面中方便灵活地进行。显微镜是LSCM的主要组件，它关系到系统的成像质量。通常有倒置和正置两种形式，前者在切片、活细胞检测等生物医学应用中使用更广泛。 三、激光扫描共聚焦显微镜的应用 一）细胞的三维重建
普通荧光显微镜分辨率低，显示的图像结构为多层面的图像叠加，结构不够清晰。LSCM 能以0.1μm的步距沿轴向对细胞进行分层扫描，得到一组光学切片，经A/D转换后作为二维数组贮存。这些数组通过计算机进行不同的三维重建算法，可作单色或双色图像处理，组合成细胞真实的三维结构。旋转不同角度可观察各侧面的表面形态，也可从不同的断面观察细胞内部结构，测量细胞的长宽高、体积和断层面积等形态学参数。通过模拟荧光处理算法，可以产生在不同照明角度形成的阴影效果，突出立体感。通过角度旋转和细胞位置变化可产生三维动画效果。LSCM 的三维重建广泛用于各类细胞骨架和形态学分析、染色体分析、细胞程序化死亡的观察、细胞内细胞质和细胞器的结构变化的分析和探测等方面。 二）静态结构检测：原位鉴定细胞或组织内生物大分子、观察细胞及亚细胞形态结构 1.细胞原位检测核酸 用于细胞核定位及其形态学观察、检测细胞内DNA的复制及断裂情况以及染色体定位观察。 2.原位检测蛋白质、抗体及其他分子 原位检测蛋白质、抗体及其他分子 免疫荧光标记技术 检测荧光蛋白 3.检测细胞凋亡
浅谈三维激光扫描技术原理及应用
浅谈三维激光扫描技术原理及应用 摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。 关键词：三维激光扫描技术工作原理技术特点应用 1、引言 近年来，随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。 2、三维激光扫描技术 随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。 2.1 三维激光扫描系统组成 整个系统通常由以下四部分组成：1)三维激光扫描仪；2）数码相机；3）后处理软件；4)电源以及附属设备。如图1： 图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系 2.2 三维激光扫描仪的分类 三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具，按照其有效扫描距离可进行如下分类： (1)短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为
三维激光扫描
9.3三维激光扫描仪及其在地形测量中的应用 三维激光扫描仪是无合作目标激光测距仪与角度测量系统组合的自动化快速测量系统，在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的水平方向、天顶距、斜距、和反射强度，自动存储并计算，或得点云数据。最远测量距离可达数千米，最高扫描频率可达每秒几十万，纵向扫描角θ接近90o，横向可绕仪器竖轴进行360o全圆扫描，扫描数据可通过TCP/IP协议自动传输到计算机，外置数码相机拍摄的场景图像可通过USB数据线同时传输到电脑中。点云数据经过计算机处理后，结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。 目前，生产三维激光扫描仪的公司很多，典型的有瑞典的Leica公司、美国的3DDIGITAL公司和Polhemus公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech 公司等。它们各自产品的测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描扫描仪产品。图12-21是几种不同型号的地面三维激光扫描仪。 一、地面三维激光扫描仪测量原理 无论扫描仪的类型如何，三维激光扫描仪的构造原理都是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，则可以求得每一个扫描点的三维坐标。地面三维激光扫描仪测量原理图如图12-22所示。 地面三维激光扫描仪测量原理主要分为测距、扫描、测角和定向等4个方面。 1.测距原理 激光测距作为激光扫描技术的关键组成部分，对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分重要的作用。目前，测距方法主要有脉冲法和相位法。 脉冲测距法是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。激光发射器向目标发射一束脉冲信号，经目标反射后到达接收系统，
三维激光扫描仪都有哪些种类
顾名思义，扫描仪就是用来对物体进行扫描的工具，通过扫描我们可以得到物体的成像。但是其他产品和工具一样，扫描仪的种类也是多样的，并且不同种类的扫描仪特点和优势也各不相同。今天我们就一起来了解一下在扫描领域比较先进的三维激光扫描仪。下面将从不同类型的三维激光扫描仪有哪些特点和优势给大家进行简单的介绍。 三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为一维(单点)扫描仪、二维(线列)扫描仪和三维(面列)扫描仪。而按照不同工作原理来分类，可分为脉冲测距法（亦称时间差测量法）和三角测量法。 1、脉冲测距法：激光扫描仪由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器会在时间t2接收到反射激光。由光速c，时间t1，t2算出扫描仪与物体之间的距离d=(t2-t1)c/2。 脉冲测距式3D激光扫描仪，其测量精度受到扫描仪系统准确地量测时间的限制。当用该方式测量近距离物体的时候，由于时间太短，就会产生很大误差。所以该方法比较适合测量远距离物体，如地形扫描，但是不适合于近景扫描。
2、三角测距法：用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD （图像传感器）光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度θ。然后结合己知激光光源与CCD 之间的基线长度d，经由三角形几何关系推求扫描仪与物体之间的距L≈dtanθ。 手持激光扫描仪通过上述的三角形测距法建构出3D图形：通过手持式设备，对待测物发射出激光光点或线性激光。以两个或两个以上的侦测器测量待测物的表面到手持激光产品的距离，通常还需要借助特定参考点－通常是具黏性、可反射的贴片－用来当作三维扫描仪在空间中定位及校准使用。这些扫描仪获得的数据，会被导入电脑中，并由软件转换成3D模型。 3、三角测量法的特点：结构简单、测量距离大、抗干扰、测量点小（几十微米）、测量准确度高。但是会受到学元件本身的精度、
三维激光扫描仪分类及原理.
三维激光扫描仪分类及原理 地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS (Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用；并且可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。 对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。 三维激光扫描仪的分类： 三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0. 6～1. 2 m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018 mm。例如:美能达公司出品的VIVID 910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。 （2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30 m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。
三维激光扫描仪在古建筑测绘的应用
三维激光扫描仪在古建筑测绘的应用 引言 古建筑的艺术价值、文化价值及历史价值较高，是中国几千年来的文化沉淀和劳动人民智慧的结晶。随着社会经济的发展，人们对古文物建筑保护的重视度日益提升，在古建筑保护中，古建筑测绘是一项基本工作，具有深远的意义。随着科学技术的不断发展和计算机技术的发展，空间数据采集的手段和方法不断创新，三维激光扫描仪产生。作为空间数据获取的有效手段，它能够对事物的客观事实进行迅速的反映，对古建筑的测绘具有重要作用。 1三维激光扫描仪和古建筑测绘 1.1三维激光扫描仪的测量原理 三维激光扫描仪是新兴的测量技术，能够对大范围区域的信息进行高精度、直接、快速以及全天候的采集，它利用激光测距的原理，通过点云集密集的目标物表面的纹理信息、反射率和三维空间坐标对其空间进行三维记录。 1.2古建筑测绘
古建筑测绘是将测绘学直接应用于文化遗产保护领域，对建筑遗产进行记录、监测和保护。在古建筑保护中，对保护对象进行完整的测绘并存档，为日后的修复和重建提供参考依据是最基本的工作任务。传统的古建筑测绘所用到的测量工具是垂球、直尺和角尺等，最终获取的数据多用图纸和文字记录，对古建筑的现状和尺寸表达不准确，也容易出现遗漏，对后期的工作产生不利影响，造成资源的浪费。 2古建筑测绘中三维激光扫描仪应用的误区 2.1对三维激光扫描仪的精度认识存在误区 误差和错误不同，错误可以避免而误差是不可避免的。在多数情况下，物体的真实值无法知道，测量只是对某个量真值的描述，即使多次重复测量的平均值也只是接近真值。而精度和误差又是两个不同的概念，精度是在测量中误差分布的程度，即为概率；误差是测量值和真实值的差异。测量的精度高仅说明测量中误差分布的大小较为集中，并不是测量的误差值。在古建筑测绘中，数据的获取和二维线划图的精度，不仅受扫描仪精度的影响，点捕捉的误差、点云的厚度的因素也会对其造成影响。因此，在应用三维激光扫描仪进行古建筑测绘时，不能过分相信仪器的精度，应当对误差产生的来源进行细致的分析，从而确定结果的实际精度。
实验一 三维激光扫描仪数据采集
班级：测132 学号：2013123025 姓名：王秋瑾 ----------------------------------------------------------------------------------- 实验一三维激光扫描仪数据采集 一、实验目的 1．熟悉三维激光扫描仪结构与功能； 2．掌握三维激光扫描仪作业模式； 3．掌握三维激光扫描仪数据采集的方法。 二、实验时间与地点 时间：2016年4月8日 地点：测绘楼停车场 三、实验的仪器与工具 徕卡C10扫描仪一套，球形标靶4个。 四、实验内容 （一）三维激光扫描仪主要部件 （1）徕卡C10扫描文件仪（含电池）（2）三角架 图4-1 徕卡C10扫描文件仪图4-2三角架 （3）球形标靶4个(4)电池充电器2个 图4-3 球形标靶图4-4 电池充电器
（5）电源线1个，外接电缆1 个（6）内置扫描软件 图4-5 电源线和外接电缆图4-6 内置扫描软件 （二）三维激光扫描仪数据采集的方法 （1）选取合适的扫描对象 测绘132第三组选取汽车作为扫描对象 （2）扫描仪安置 在【主菜单】中点击【状态】图标（图4-7），在弹出的【状态菜单】中点击【整平&激光对中】图标（图4-8），调节脚螺旋使圆水准器气泡居中（图4-9），在弹出的【整平&激光对中】菜单中将扫描仪对中并整平（图4-10）。 图4-7主菜单图4-8状态菜单 图4-9 圆水准器气泡居中图4-10对中整平菜单
（3）新建工程文件 在主菜单，点击【管理】图标，在弹出的【管理菜单】中点击【工程】图标 （图4-11），在弹出的【工程】菜单中点击【新建】按钮来创建新的工程文件。 在【新建工程】菜单中输入名称：ch132,完成后点击回车按钮完成该项的输入(图 4-12)，待所有的项目编辑完成之后点击【储存】按钮（图4-13）。 图4-11管理菜单图4-12新建工程输入面板 图4-13新建工程菜单 （4）设置测站点 在建立新的工程文件后在主菜单，点击【扫描】图标，在弹出的【开始扫描】 菜单中点击【新建站】按钮，由于是采用标靶测量，所以仪器自身设置测站号 （5）目标物扫描 在【主菜单】中点击【扫描】图标，在弹出的对话框中设置扫描参数信息，包括视场、分辨率、拍照控制、过滤器。 1）视场设置。在【视场】的【预设值】选项中选择Quick Scan”选项（图4-14）。 点击【窗扫描】按钮，在视频图像窗口中分别将十字丝移动至将要扫描对象的左 右两侧，退出视频窗口，记录下左右边界的数值（图4-与15图4-16）。在【预
三维激光扫描技术的发展及应用本科论文
三维激光扫描技术的发展及应用 摘要：三维激光扫描技术是一种新型的测绘技术，被称为“实景复制”技术，是测绘领域继GPS开发之后后又一项技术革命，通过和传统的测量技术的比较，介绍了三维激光扫描仪的基本原理，技术特点，及其与传统测量比较的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效，快捷，精确，简便等特点，被广泛的应用于测绘行业各个领域。本文探讨了三维激光扫描技术在土地复垦领域的应用的优缺点，并且就瑞士Leica三维激光扫描仪及其数据处理软件Cyclone的操作流程进行探讨研究。本文主要介绍了三维激光扫描技术的工作原理、技术特点、主要应用和发展方向等几方面的状况，重点介绍三维激光扫描技术在工程测量领域的应用。 关键词：三维激光扫描定义，工作原理，技术特点，主要应用，现状发展趋势引言： 近些年来，随着测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的坐标测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和逆向工程的需要相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域三维激光扫描技术。 主题 三维激光扫描技术是一门新兴的测绘技术，是测绘领域GPS 技术之后的又一次技术革命。它是从传统测绘计量技术并经过精密的传感工艺整合及多种现代高科技手段集成而发展的，是对多种传统测绘技术的概括及一体化。三维激光扫描系统一般由扫描仪、控制器(计算机)和电源供应系统三部分构成，激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统,同时也集成CCD和仪器内部控制和校正系统等。
1.工作原理 三维激光扫描测绘技术的测量内容是高精度测量目标的整体三维结构及空间三维特性，并为所有基于三维模型的技术应用而服务；传统三维测量技术的测量内容是高精度测量目标的某一个或多个离散定位点的三坐标数据及该点三维特性。前者可以重建目标模型及分析结构特性，并且进行全面的后处理测绘及测绘目标结构的复杂几何内容。如：几何尺寸、长度、距离、体积、面积、重心、结构形变，结构位移及变化关系、复制、分析各种结构特性等；而后者仅能测量定位点数据并且测绘不同定位点间的简单几何尺寸，如：长度、距离、点位形变、点位移等。 三维激光扫描测量原理：每一个扫描云点的测量都是基于三角测量原理进行的，并且根据激光扫描的传感驱动进行三维方向的自动步进测量。三角测量原理的实现是通过激光发射器发出的激光束经过反光镜（三角形的第一个角点）发射到目标上，形成反光点（三角形的第二个角点），然后通过CCD（三角形的第三个角点）接受目标上的反光点，最后，基于两个角度及一个三角底边计算出目标的景深距离（Y坐标），再经过激光束移动的反光点的位移角度差及Y坐标等计算出Z，X坐标。参见图4。 反光镜的作用在于将激光束进行水平偏转，以便实现激光水平方向的扫描测绘功能。扫描仪主体本身的周向自旋转功能可以实现纵向的扫描，每当水平扫描一个周期后，扫描仪主题将步进一次，以便进行第二次水平扫描，如此同步下去，最终实现对所有空间的扫描过程。 每扫描一个云点后，CCD将云点信息转化成数字电信号并直接传送给计算机系统进行计算。进而得到被测点的三维坐标数据。 扫描仪采用自动的、实时的、自适应的激光束聚焦技术（在不同的视距中），以保证每个扫描云点的测距精度及位置精度足够高。它可以工作在非常广域的照度下及各种复杂环境中进行操作。 根据目标大小及精度要求，徕卡可以把不同视点采集的点云信息经过拼接处理后合并到同一个坐标系中，合并办法是通过多个定标球来完成的。 操作员使用一个便携计算机便可在现场遥控操作。传感器中的视频微摄像机可以提供实时获取观测景象。
三维激光扫描仪应用案例1.
三维激光扫描仪应用案例1：变形监测 三维激光扫描仪是目前国际上最先进的获取物体三维点阵的设备。它可以将任何大型的、复杂的实体或实景的三维数据完整地采集到计算机中，进而快速建立目标的三维模型并提取线、面、体等各种制图数据，它所采集的三维激光点云数据经过处理还可应用在许多场合。三维激光扫描技术改变了传统的单点数据采集方式，可以在很短时间内以很小的采样间隔，获取实体表面各点坐标，实现“实景复制”。 优势：１、高效率；２、数据精细；３、与近景摄影测量相比方便建立模型缺点：１、目前价格高。 多发滑坡崩塌事故的某露天矿的高陡边坡需要变形监测。 采用三维激光扫描仪监测变形，需要解决的难题是：如何布设测站和控制标靶和目标球；如何统一各次扫描的坐标系统；如何提取变形信息；变形监测误差的估算；如何显示变形数据等。 变形监测方法： 测站地点要选择在地面坚实、受变形影响小，且离变形体近（<150m）的地方；布设专用标牌； 初始扫描并内业处理； 按照观测要求，实施各期扫描并内业处理；
提交数据和结论： 由于点云数据极其密集，靠视力很难分辨一个点的变形情况，所以必须对变形体进行处理，以方便提取变形信息。 方法一：在变形体表面安装多个涂色的球形标志，根据颜色和形状，可以从扫描点云中将球形标志分辨出来，用Cyclone软件建立球模型并输出球心坐标，通过比较各时段扫描数据中相同球心坐标变化来提取变形信息。
模型（DTM），让所有时段的变形体模型的坐标方法二：根据所有点云数据建立变形体的数字地面系统一致，直接分析所有模型的变形。对于滑坡监测，可以采用数字高程模型（DEM）。 根据DEM提取变形信息： 由于不同时间段的DEM并不完全相同，为了比较相同水平坐标点的高程变化，需要以初始扫描时建立的DEM数据作为参考，将后面的DEM进行内插计算。以该坐标相邻点的高程加权平均值作为该点高程。最后比较相同点的高程变化来分析变形。 变形结果输出和显示： 提取出的地形变化可以用Matlab和CAD下自主开发的软件来表示。也可以用表格、文本、断面图、曲线图、三维变形曲面图来表示。 精度分析： 采用上述方法一来提取变形数据，由于模型表面精度为±2mm，可以满足变形监测要求。采用方法二，是将各个单点数据进行处理，取其平均值，则精度也要优于±6mm。参与计算的点越多精度越好。而用传统的全站仪来观测，其精度在厘米级。所以两者没有明显的精度区别。
脉冲三维激光扫描仪工作原理
脉冲三维激光扫描仪工作原理 随着三维激光扫描仪在工程领域三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。这种技术已经引起了广大科研人员的关注。通过激光测距原理（包括脉冲激光的广泛应用,，瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点和相位激光）这种能力是现既省时又省力,云数据可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型, 行的三维建模软件所不可比拟的。 分类按测量方式三维激光扫描仪可分为：基于脉冲式；基于相位差；基于三角测距原理。按用途可分为为室内型和室外型。也就是长距离和短距离的不同。按生产厂家不同可分为：Surphaser（美国），I-site (澳大利亚maptek)，riegl，徕卡，天宝，optect，拓普康，faro 等产家 ：徕卡图1 基于脉冲式三维激光扫描仪工作原理 采用无接触式高速目前，大多数激光扫描仪所采用的工作方式是脉冲激光测距的方法，该类仪器主要包括激光测量，以点云的形式获取扫描物体表面阵列式几何图形的三维数据。激光测距系统、扫描系统和支架系统，同时集成数字摄影和仪器内部校正等系统。 在注重测量速度方向性、相干性和高亮度等特性，三维激光扫描仪基于激光的单色性、和操作简便的同时，保证了测量的综合精度，其测量原理主要分为测距、测角、扫描、定向四个方面。脉冲测距原理脉冲测距法是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。 所示，激光发射器向目标发射一束脉冲信号，经目标漫反射后到达接收系统，设测2 如图 t，则有：c，测得激光信号往返传播的时间差为△，光速为量距离为S ，而的精度主要由大气折射率所决定，tc 影响距离精度的因素主要有和△从式中可以看出，目前n 的精度很高，对测距影响很小；△t 的确定可通过前沿判别，高通容阻判别，恒比但是其测距精度脉冲法的测量距离较远，保证测定精度。值判别或全波形检测技术等方法， 较低，现在大多数三维激光扫描仪采用脉冲式。