探究地形测量中三维激光扫描仪的应用

发表时间：2018-05-17T11:14:46.913Z 来源：《基层建设》2018年第3期作者：张荣强

[导读] 摘要：随着人们对地形测量精度需求的不断增加、测量技术的不断进步，传统的测量方式已经不能满足人们的测量需求,所以人们开始使用新的测量方式，即使用三维激光扫描仪。

中国黄金集团内蒙古矿业有限公司内蒙古满洲里市 021400

摘要：随着人们对地形测量精度需求的不断增加、测量技术的不断进步，传统的测量方式已经不能满足人们的测量需求,所以人们开始使用新的测量方式，即使用三维激光扫描仪。相对于传统测量方式来说，三维激光扫描仪测量不仅能够提高测量的精度，也能提高工作效率，在实际测量中的应用也是最广的。本文主要是根据三维激光扫描仪在实际测量中的应用情况，对其基本原理、应用现状以及一些应用价值进行详细的阐述，希望能够为广大使用者提供一定的参考和借鉴。

关键词：三维激光扫描仪；地形测量；应用；分析

进行地形测量的目的是根据工具的测量，获得地形的基础数据，然后根据这些数据对测量地进行建模，将模型应用于特定的场合，满足人们对地形数据的需求。三维激光扫描仪是近些年来新出现的一种技术，相对于传统测量技术和方法，这种测量方式的优越性十分明显，所以三维激光扫描仪也广泛的应用于各个领域，例如预防自然灾害、土木行业、文物保护领域等等。以下将对三维激光扫描仪在各领域的实际应用进行详细的分析。

一、三维激光扫描仪的实现原理

三维激光扫描仪的内部组成比较复杂，包括多个信息采集部件和处理部件，例如：激光扫描设备、相机、设备电源、数据处理软件以及其他相关设备。激光设备能够发出高速的激光，能够快速准确的测量出测量信息，数据处理软件通过对数据的处理，完成数据和影响之间的交换，然后根据处理之后的数据建立相关的模型。

根据不同的使用平台，三维激光扫描仪的使用类型也是不一样的，一般可将其分为以下几类：便携式、地面性和机载（星载）型，以满足不同使用条件的需求。根据扫描的距离不同，又可将三维激光扫描仪分为短距离型、中距离型、长距离型和航空型。

三维激光扫描仪能够完成扫描工作，主要依靠的是仪器内部发射的激光脉冲。当启动三维激光扫描仪后，仪器就会对待扫描物体发射激光脉冲，发出去的脉冲在接触到物体之后，就会被反弹回来，我们只需收集反弹回来的信号，即可了解待扫描物体的基本情况。通过对接受信息的分析，还可获得从测量点到待测物质各点之间的距离和角度。

通过三维激光扫描仪内部自带的数据处理软件，可对接受到的数据进行处理，生成以测量点为原点的三维模型，然后通过实际的转换，即可得到待扫描物体的实际三维模型，为后期相关工作的开展打下良好的基础，提供一定的数据参考。

二、三维激光扫描仪应用现状

传统的三维扫描设备，受到外界环境影响的因素比较大，例如光照情况、温度等，而三维激光扫描仪的应用，客服了传统技术的局限性，在大部分的环境下都能够实现精准的测量，且不需要直接与待测量物体进行实际接触，获得测量结果之后，可直接使用专用的软件将其转换成数据，并完成自动建模。与传统测量设备相比较，三维激光扫描仪不仅测量结果准确、测量精度高，还具有高效率、时效性强等方面的特点，使用起来十分方便。后人们发现可将其直接与CAD、三维动画等工具软件连接起来，以将测量结果以一个更加直观的形式表现出来，该技术目前在很多场合都得到了实际的应用。如今人们对于三维激光扫描技术的需求还在不断的增加，人们还致力于三维建模等方面技术的研究，随着技术的不断进步，三维激光扫描的应用范围必定会越来越广，走入我们日常生活也是迟早的事情。从技术的层面来说，三维激光扫描仪的应用可以算得上是一次技术的革命。虽然三维激光扫描技术取得了很大的技术进步，但在实际应用中，依然存在一些问题得不到很好的解决，还需对技术进行进一步的发展和改进。

三、地形测量中三维激光扫描仪的应用

为对三维激光扫描技术进行更加直观的了解，本文将从三个实际应用侧面对三维激光扫描仪进行详细的分析和阐述：

（一）实地勘察

在勘察之前，应该对勘察地周围的环境进行考察，选择适当的位置摆放仪器。在确定勘察点时，工作人员应该着重注意以下两点：首先，所选择的测试位置应该保证开阔的视野，以保证测量数据的准确性；其次，虽然三维激光扫描仪能够实现全天候的测量，但最好还要保证是周边光线环境，即应保证其明亮通透。

（二）数据采集

在确定勘察点之后，即完成数据的测量工作，也就是人们所说的数据采集。一般来说，在进行数据的测量时，应遵循以下步骤：首先，进行相机的调整，调节相机的时候应该考虑到外界的环境，特别是光照强度与相机曝光之间的关系，否则会导致拍摄相片的不清晰，对后期工作的开展产生不良影响，特别是在雨雾天气时，为了获得更好的拍摄效果，可适当的延长拍摄时间，保证图片的清晰度；其次，架设仪器，假设过程中，应该保证仪器与地面平衡，且测量的高度最好高于控制点；最后，确定仪器位置准确，即可开启设备，进行数据的测量。数据测量阶段，可能需要使用移动PC设备，对扫描项目进行新建。

在进行站点的扫描之前，需要进行相关参数的设定。一般扫描步骤可分为：第一步，完成一个大面积的扫描，即通过扫描，了解基本概况；第二步，针对第一步的扫描结果，进行更加详细的扫描，即细节扫描，一般来说，扫描的时间长度是根据所选控制点的数量以及长度决定的，在一般情况下，完成一个站点的扫描时间约为１２min。

（三）数据处理

通过扫描，即可得到关于站点的详细信息。三维激光扫描仪内部自带有数据处理软件，能够完成数据的处理。一般来说，对于信息的处理主要是包括坐标的基本处理、成果物的生成、提交和应用方面。坐标转换所依据的基本原理是欧拉角的应用，因为三维激光扫描仪中带有ＧＰＳ系统，通过GPS系统，能够大致得到待测量点处的坐标和角度，通过这一数据，能够完成基本的数据纠偏。通过图片之间的拼接，即可完成多站点的调整，从而使得整个测量图片达到理想的平差效果。植被过滤利用的是全波形数字的处理技术，三维激光扫描仪发出的激光，能够穿透植被，直接达到地面，这就能降低植被对测量结果产生的影响，再配合一些专业的软件，即可降低测量的误差，使其越接近于实际情况。等高线和三角网也是为了使得生成图像的效果更佳逼真。当得到测量结果之后，还需对数据进行去噪处理，处理之后即可生成相应的数字高程模型，这一过程也就是我们所说的成果提交。图像生成之后，需对其进行分析，分析的结果就是地形的情况，这

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

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/9013593929.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

地面三维激光扫描技术在测绘中的应用

地面三维激光扫描技术在测绘中的应用发表时间：2018-11-21T16:53:28.040Z 来源：《防护工程》2018年第20期作者：房劲松张永洁[导读] 随着全球化进程的不断推进，我国科学技术的不断提高，在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步，地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。天津华铁工程咨询有限公司天津市 300011 摘要：随着全球化进程的不断推进，我国科学技术的不断提高，在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步，地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。对比传统的工程测绘方式，地面三维激光扫描技术有着高科技、易操作、精度高等特点，配合可视化技术的深入应用，地面三维激光扫描技术不仅在工程方面，在其他行业中也得到了大量的应用和快速的发展。关键词：三维激光扫描技术；测绘；应用引言：三维激光扫描技术是近年来在GPS 技术之后出现的一项新兴测绘技术。与传统测绘技术相比不同的是，在三维激光扫描技术中能够通过先进的技术手段实现对复杂环境当中空间的深入测绘。一、三维激光扫描技术介绍三维激光扫描技术是信息科技化时代的一门新技术，最先是在国外研究开发而成的。它主要是以三维激光扫描仪作为主要仪器设备，根据激光测距的基本原理，运用扫描镜、伺服马达设备，根据既定目标要求对相关的领域进行扫描定位，从而按流程获取三维坐标和纹理信息，进而体现三维场景。三维激光扫描技术是一项系统的流程，通过进行准确定位、测量、记录、计算然后上传从而完成整个扫描定位过程。根据扫描空间的不同，具体可以分成地面激光扫描技术和空中激光扫描技术，在国外很多国家三维激光扫描技术应用领域比较广泛，应用在船舶、航天航空、建筑业、军事、医学、交通、汽车、考古等多方面领域都有所涉及和应用，国内的话主要在考古和工程建设方面应用比较多，比较常见。由于空中激光扫描技术都有固定的领域、模式和应用途径，所以本文主要研究地面激光扫描技术，其实操作流程非常简单，主要是运用水平与垂直的全自动高精度进行扫描，进而根据具体原理和测算公式画出明确的三维坐标，从而实现和真实情况相一致的虚拟三维模拟场景。地面型三维激光扫描技术主要组成部分是三维激光扫描仪、数码相机、内部控制软件等组成。二、地面三维激光扫描技术的特征一是分辨率高、精度高。三维激光扫描技术能够快速准确地获得被测物体的表面的海量点云信息，从而运用测点的间隔位置，对扫描对象的表面进行高密度三维数据信息采集，分辨率非常精确，甚至可以达到2 至3 毫米。而且不需要与扫描物体进行直接接触，不需要发反射棱镜，对扫描物体也不用进行任何的操作或者移动，从而自动获取三维数据，并且数据信息非常稳定。这是传统的扫描测量技术所不能实现的。三是，数据采样率高，主要是运用脉冲激光进三维激光扫描仪进行扫描，采样点的速率高达几千点每秒，如果要是运用相位激光方法测量的三维激光扫描仪，采样点的速率高达几十万点每秒。四是效率快。地面三维激光扫描技术由于采用的是非接触式测量方式，直接能够从被测目标表面获取信息，因此采集信息非常快，获得信息效高，大大提高了信息采集速度。三、地面三维激光扫描技术在工程测量中的实际应用情况探析目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用领域非常广泛，建筑行业已经对地面三维激光扫描技术非常重视，并从实际应用中体验到地面三维激光扫描技术的优势，目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的专业应用方面主要包括地形图的测绘、测算土方量、测量竣工、以及构建三维模型。具体在工程测量中的应用一定要按照流程进行，一是要在扫描前期进行贮备，二是在扫描过程中对点云数据进行全面收集和采集，三是对点云信息进行配准核对，最后是对点云信息数据进行分析处理。 3.1地面三维激光扫描技术在地形图的测绘领域的应用这种技术主要是为了解决采用传统的测量方式不能测量的情况，比如在断臂地区等，可以运用激光扫描技术运用非接触性手段，测量被测目标的地貌等，在进行地形图的测绘过程中，在进行点云数据的处理分析时必须要结合周边的地形地貌以及外界因素进行全面数据收集和测量，不能单一地只对测量目标进行信息采集，否则这样就会造成地形图的不完整、不全面、不系统，不能对工程施工开展提供准确和全面的测量信息和数据支持。需要说明的是在提取和绘制地物的过程中，要进行信息的全面提取，充分运用三维激光扫描技术的软件性能，对点云数据的房屋的具体角度、地点进行选取，进而按照软件编程和技术规范进行绘制，按照公式进行计算从而确定具体比例，完成整个绘制的全过程。在计算等高线时，要对地物地貌的点云数据进行排除，从而运用人工绘制和自动绘制两种方式相结合的方式，具体可以应用平均面迭代法进行不必要的数据排除，然后在此基础上进行数据计算，这是一个反复的过程，只有多次进行测算和数据排除，才能保证获取准确的地物地貌数据。最后一步成图制作和编辑阶段，这时候需要根据前两步对等高线、地形图之间的关系进行系统分析，将所有的数据进行叠加计算，对照实际采集的照片和计算的点云数据，从而进行手工校对和核实、调整。总之通过运用地面三维激光扫描技术在进行地形图测绘时可以大大提高测绘效率、准确性，克服信息采集的模式和难度，更容易获得地貌的具体特征。 3.2地面三维激光扫描技术在土方量计算领域的应用该技术的主要流程是第一步进行图点云数据处理，以此设计基准面，再是对地物进行剔除，最后按照计算公式得出土方量。这个过程必须要注意的是要和工程实际相结合，对各个控制点进行准确测算和监控，从而提高准确性。比如在某个工程中，需要根据道路纵横断的信息，对土方填挖量进行计算，这时按步骤进行一步步操作，第一步收集数据，包括设计道路的纵横断、道路红线以及边坡三个方面的数据，第二部构建模型，在收集完数据之后根据相关技术构建曲面模型，第三部运用外也扫描数据建立实地的地面模型，并进行坐标转化。最后一步，将曲面模型和地面模型按比例进行增减计算，从而核算出土方量。 3.3地面三维激光扫描技术在道路竣工测量的应用该技术主要是通过三维激光扫描仪代替水准仪进行测绘，从而获得道路中的样图以及纵横段，它进一步减少的外业的工作强度，全面促进工作效率的提高。具体流程是首先转换坐标系，然后提取三维坐标、等高线生成，最后绘制道路样图和纵横断，在精确度方面有很大的优势。 3.4地面三维激光扫描技术在三维模型构建方面的应用

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。

地面三维激光扫描测量技术及其应用分析

地面三维激光扫描测量技术及其应用分析宋宏1，2 (1.武汉大学测绘学院武汉 430079；2.中煤航测遥感局西安 710054) 摘要：三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。目前许多发达国家已将这一先进技术用于空对地观测及工业测量系统，快速获取特定目标的主体模型，我国在863计划中也重点支持了这一研究方向。本文论述地面三维激光扫描技术的原理分类和应用现状，比较了相关技术方法之异同，评价了地面扫描仪优缺点，指出该技术面临的诸多挑战。关键词：三维激光扫描技术 LIDAR激光雷达地面激光扫描仪近景摄影测量三维建模 1 引言激光扫描系统平台分为机载和地面两大类型。地面三维激光扫描系统，与激光测距技术点对点的距离测量不同，激光扫描技术的发展为人们在空间信息获取方面提供了全新的技术手段，使人们从传统的人工单点数据获取变为连续自动获取批量数据，提高了量测的精度与速度。 2 地面三维激光扫描技术的基本原理，仪器技术指标和分类 2.1 三维激光扫描仪测量原理径向三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式，以点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。仪器要包括激光测距系统、扫描系统和支架系统，同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。典型的径向三维激光扫描仪有很多，如Optech ILRIS-36D、Leica HDS 3000、Mensi GX RD 200+等。目前三维激光扫描仪主要采用TOF脉冲测距法(Time of Flight)，是一种高速激光测时测距技术，采用脉冲测距法的三维激光点坐标计算方法，如式（1）所示。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值S，精密时钟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θ。三维激光扫描测量一般使用仪器内部坐标系统，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。由此可得三维光脚点P 坐标(X s，Ys，Zs)的计算公式：图1三维激光扫描系统工作原理图2 采用脉冲测距法的三维激光点坐标 2.2 地面扫描仪技术指标 1) 典型的地面三维激光扫描仪毫米级精度仪器见表1。表1：中远距离的毫米级仪器装备主要技术指标生产厂家 Optech Leica Mensi 产品 ILRIS-36D HDS3000 GX RD200+ 激光安全性 Class 1 1500nm Class 3 Class 3 532nm 距离精度 7mm@100m 单点4mm@50 单点7mm@100m 定位精度 8mm@100m 6mm@50 单点12mm@100m

关于三维激光扫描仪测量方法的分析以及其发展前景

关于三维激光扫描仪测量方法的分析以及其发展前景【摘要】本文主要通过图表分析探讨了三维激光扫描仪测量距离、角度等方法，并针对三维激光扫描仪测量技术的不足之处讨论其未来发展趋势，为相关工作开辟思路。【关键词】三维激光扫描仪；测量方法；发展前景【abstract 】this paper mainly through the chart analyses and discusses the 3 d laser scanner distance is measured, Angle and other methods, and in the light of the 3 d laser scanner measurement technology deficiency discuss the future development trend, for related work open up ideas. 【key words 】 3 d laser scanner; Measuring methods; Development prospect 在科学技术高速发展的今天，人们认知事物的角度已经逐渐由二维空间向三维空间过度，与此同时，三维激光扫描仪测量技术被各个领域广泛应用，三维激光扫描仪测量又叫作实景复制，其具有扫描快、实时性、信息量大、自动化、精确度高等优势，在文物保护、医药研究、军事训练、工程勘测等领域都具有深渊的意义。一、三维激光扫描仪的工作原理三维激光扫描仪运用了激光的方向性、单色性、高亮性、相干性等特点，实现了测量速度快，操作简单，测量精确度高等目的，本文主要通过测量距离原理、测量角度原理、扫描原理、定向原理四个方面探讨三维激光扫描仪的工作原理，具体内容如下。（一）测量距离原理距离测量是激光扫描的关键环节，其测量方法主要有三种：三角测量法、脉冲测量法、相位测量法。 1.三角测量法三角测量法主要是通过几何关系来实现距离的测量，首先得出扫描中心与扫描对象之间的距离，之后再通过激光的发射点、接收点以及目标反射点组成空间三角形，如图1所示。图1：三角测量法

三维激光扫描分类工作流程

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

三维激光扫描仪好用吗

三维激光扫描仪是否好用？一个汽车行业技术人员的回复或许可以解答以上问题，在采访大量技术人员，得到的回答基本大同小异，“真是检测、逆向相关工作的利器啊！以前一个礼拜的工作量，现在只要半天就做完了！”所以，在实际操作应用中，我们也不难发现，三维扫描仪确实好用! 三维扫描仪在工业领域的好用性可以体现在以下几个方面：在测量速度方面，三维扫描的测量效率可以达到CMM的数倍，这样可以提高检测频率，更快速的发现问题并分析产品的变化。经过我们的实际现场测试，扫描一辆完整的白车身只需要3个小时，同时由于使用的是手持三维扫描仪，所以可以完成车厢内部及底部等狭小空间的扫描工作。而且设备动态跟踪，可以无限扩展量程，因此不管是几厘米的零部件，还是几米的汽车，都能快速获取精确的三维数据。 1、三维扫描可以全尺寸色差分析，任意添加测点。由于其精度

高、稳定性好、便携度高，可以完成绝大部门产品的检测任务，完全可作为常规检测手段，大幅提升监控体量，利于产品尺寸稳定性控制。 2、在非大规模常规产品的应用方面，比如模具型面的检测，三维扫描可以快速检测模具型面的尺寸，检测型面贴合率，为模具研配优化提供量化数据依据；在冲压件扫描方面，可以快速检测零件尺寸，分析零件的回弹，给冲压件尺寸的整改优化提供有效的数据支持。可进行冲压件特征线R角大小的扫描检测，给零件之间特征线匹配检查提供帮助。 3、设备轻巧易携带外业很简单。比如我们一位铸造客户的问题，他们生产的都是大型铸件。由于扫描仪量程限制、现场环境差、工件翻面数据拼接困难等因素导致这种大型工件的检测任务困难重重。而三维扫描的优势就出来了

①便携式设备，可以在车间的任何位置开始工作。 ②激光扫描，不受现场自然光线影响，不受工件表面状况影响。 ③自定位坐标系统使扫描精度不受工件震动、移动、翻面等位移的影响。 ④免“蛙跳”的换站方式，可以自由无限扩展量程。 PS：在精度方面三维激光扫描仪更具优势，原因是因为连续工作，相当于将多次单次扫描的数据拼接在一起，一帧一帧的照片拼接起来，在拼接的过程中，一般采用具有反射材质的target来进行定位，由于激光是通过识别反射target来定位的，当识别到有target 时，会根据软件预设虚拟出一个坐标，而白光或蓝光是通过摄像头来记录，这样，就会有一个角度的问题，所以在进行连续工作时，激光三维扫描仪的精度会比白光或蓝光的更高一些。刚刚我们回答了在工业方面，三维扫描仪很好用，那么在非工业方面，三维扫描仪好用不好用呢？现在的三维激光扫描仪效率更高，更加便捷，数据质量更高。可通过对物体空间外形和结构及色彩进行扫描，获得物体表面的空间坐标，所以可进行实景复制。最新的TVB剧《法证先锋4 》第一集中，就出现了2款三维扫描仪还原凶案现场，其中一款是地面空间三维扫描仪，可以快速、简便、高数据精度、全角度、可测量的实现了犯罪

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，

地面三维激光扫描仪在地形图测量中应用

北京北科天绘科技有限公司规范U-Arm工程作业规范北京北科天绘科技有限公司 2013年8月25日

目录 1背景说明 (4) 2参考文献 (4) 3基本作业流程 (4) 3.1GPS+RTK测量 (4) 3.1.1设备配置 (4) 3.1.2作业流程 (5) 3.2对中后视 (6) 3.2.1设备配置 (6) 3.2.2作业流程 (6) 3.3内置GPS+指北仪 (7) 3.3.1设备配置 (7) 3.3.2作业流程 (7) 3.4同名点 (8) 3.4.1设备配置 (8) 3.4.2作业流程 (8) 4应用作业参考流程 (8) 4.1基线测量 (8) 4.1.1测量环境及成果要求 (8) 4.1.2设备配置 (9) 4.1.3作业流程 (9) 4.2地形图测量 (10) 4.2.1测量环境及成果要求 (10) 4.2.2设备配置 (10) 4.2.3作业流程 (10) 4.3三维数字模型 (11) 4.3.1测量环境及成果要求 (11) 4.3.2设备配置 (11) 4.3.3作业流程 (12)

5附件A：作业表格 (13) 6附件B: 拼接方式对比 (15)

2.UiUA用户手册 3基本作业流程 3.1 GPS+RTK测量 3.1.1设备配置表1 RTK测量配置表

匹配，察看标志点能否在点云文件中清晰识别出来； 8.控制点坐标测量：利用RTK移动站，实时差分测量所布设控制点坐标并记录； 9.搬站：数据采集过程中填写外场作业记录表，一站数据采集完成后，将设备搬至下一站，按照上述同样步骤进行数据采集。

3.2 对中后视 3.2.1设备配置表2 对中后视配置表 6.数据质量检查：将测站点坐标和后视点坐标输入到解算软件中，解算扫描点云文件，察看转换后的靶标点云坐标和已知坐标是否一致； 7.搬站：数据采集过程中填写外场作业记录表，一站数据采集完成后，将设备搬至下一站，按照上述同样步骤进行数据采集。

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、

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