三维激光扫描技术
工程测量新技术—三维激光扫描技术(工程测量)
扫描仪的内部有一个固定的空间直角坐标系统。当一个扫描站上不能 测量物体全部而需要在不同位置进行测量时，或者需要将扫描数据转 换到特定的工程坐标系中时，都要涉及坐标转换问题。为此，就需要 测量一定数量的公共点来计算坐标变换参数。为了保证转换精度，公 共点一般采用特制的球面（形）标志（也称球星标靶）和平面标志 （也称平面标靶），在变形监测时一般采用贴片固定在监测对象上。
野外扫描方案设计
• 3).大范围区域扫描方案设计。当扫描范围比较大，扫描站 数较多时，采用一种拼接方式可能会有较大的累积误差。 目前大范围区域点云数据拼接是研究的热点问题，直接影 响野外扫描方案的制定。
野外获取点云数据
• 1.扫描的基本步骤。 • 在项目实施过程中，野外获取点云数据是重要的组成部分，
获取完整符合精度要求的点云数据是后续建模与应用的基 础。扫描开始前要做好相关准备工作，主要包括仪器、人 员组织、交通、后勤保障、测量控制点布设等。
野外获取点云数据
• 一个侧站上扫描的基本步骤为： • a.仪器安置。对于集成度较高的扫描仪，仪器安置主要工作包括电源
（锂电池或者交流电源）、对中（在需要条件下）、整平，这些操作 需要的时间非常短。对于扫描控制与数据存储采用笔记本电脑的分体 式扫描仪，需要将各个部件连接完整，就需要一定的时间内，一般是 半小时以内。 • b.仪器参数设置。在确认仪器安置无误后，可以打开仪器电源开关， 一般开机可能需要几分钟时间。当开机完成后，可以进行扫描参数设 置，主要包括工程文件名，文件存储位置，扫描范围，分辨率，标靶 类型等。其中与精度相关参数设置要与项目设计相符。
➢ 制定扫描方案的主要过程：
• 1）明确项目任务要求。当扫描项目确定后，承包方技术负责人必须向项目发 包方全方位细致的了解项目的具体任务要求，这是制定项目技术设计的主要 依据。
三维激光扫描技术
三维激光扫描技术分类
按照平台分：机载（或星载）扫描系统， 地面型激光扫描系统，便携式激光扫描系 统。 按照有效扫描距离分：短距离激光扫描仪， 中距离激光扫描仪，长距离激光扫描仪， 航空激光扫描仪。
三维激光扫描技术分类
市场上销售的三维激光扫描仪按照扫描方式有两种： 基于时间—飞行差，又称脉冲式：从固定中心沿视 线测量距离，测距大于100米，采样速率1000点/秒 以上。 基于相位差，又称为相位式：利用激光连续波发射， 根据光学干涉原理确定干涉相位的测量方法，适用 于近距离测量。测量范围一般小于50米，采样点率 可达10,000-500,000点/秒。 立体相机和机构化光源技术：通过获取两条光线信 息，建立立体投影关系。适用于近距离测量，测量 范围在20米内，采样点速率100点/秒。
三维激光扫描技术的优点
扫描速度快 扫描效率高 直接获得数字信息 非接触性 使用简单方便
什么叫三维重建
三维激光扫描仪则是对确定目标的整体或局 部进行完整的三维坐标据测量, 进而得到完 整的、全面的、连续的、关联的全景点坐标 数据,这些密集而连续的点数据也叫做点云。 这也意味着三维激光扫描技术可以真实描述 目标的整体结构及形态特性,并通过扫描测量 点云编织出的外皮来逼近目标的完整原形及 矢量化数据结构,这里统称为目标的三维重建。
城市竣工测量： 现代城市的三 维竣工测量， 可以迅速完成 建筑的完整三 维测量，并按 照城市测量的 标准进行输出。
变形监测：对 水利、铁路、 公路、大坝等 对象进行变形 观测，定期扫 描查看模型的 变化。
数字工厂： 建立工厂数 字模型，通 过模拟流程 与资源分配， 提高产品管 理水平与生 产效率。
三维激光扫描技术的应用
体积的计算： 矿山、油罐、 土石方，是三 维激光扫描最 强的领域，以 海量的真值计 算体积，可以 动态实时的测 量并上传。
浅谈三维激光扫描技术在幕墙工程中的应用
浅谈三维激光扫描技术在幕墙工程中的应用三维激光扫描技术是一种先进的测量技术，它可以快速、精准地获取大型建筑物、桥梁、隧道等工程结构的几何信息和表面形貌。
在幕墙工程中，三维激光扫描技术也得到了广泛的应用。
本文将从三维激光扫描技术的原理、优势和在幕墙工程中的具体应用等方面进行浅谈。
一、三维激光扫描技术原理三维激光扫描技术利用激光扫描仪扫描建筑物表面，通过高频率激光束的投射和接收，测量物体表面在空间中的坐标信息，然后将这些信息通过计算机处理，形成三维坐标数据，最终生成建筑物的三维模型。
其原理是利用激光束的高速测量，精确测量目标表面的距离，由于激光的波长极短，扫描速度快，测量精度高，因此可以快速、准确地获得建筑物的几何信息。
1. 高精度：三维激光扫描技术可以实现毫米级的测量精度，能够满足对于幕墙工程的精密度要求。
2. 高效率：三维激光扫描技术可以实现快速、全面的数据采集，大幅节省了工程测量的时间和人力成本。
3. 非接触测量：激光扫描技术无需与被测物体接触，可以实现对高难度、高危险工程结构的安全测量。
4. 数据完整性：三维激光扫描技术可以生成全方位的点云数据，保证了被测物体的数据完整性和真实性。
5. 可视化呈现：通过三维激光扫描技术获取的数据可以直接生成三维模型，并进行可视化呈现，方便工程师和设计师进行后续设计和分析。
1. 幕墙结构测量：通过三维激光扫描技术可以快速、精确地获取幕墙的各个结构参数，如面板大小、角度、曲率等信息，为幕墙的设计、安装和维护提供了准确的数据支持。
2. 幕墙质量检测：三维激光扫描技术可以对安装后的幕墙进行全面检测，检测表面平整度、垂直度、平面度等，为发现和解决幕墙质量问题提供了有效手段。
3. 幕墙变形监测：通过定期进行三维激光扫描，可以实时监测幕墙的变形情况，及时发现问题并进行调整，保障幕墙的稳定性和安全性。
4. 幕墙安装导航：在幕墙安装过程中，三维激光扫描技术可以为施工人员提供高精度的导航数据，帮助他们准确地安装幕墙构件。
三维激光扫描技术
激光扫描测距技术（Light Detection and Ranging LiDAR） 是一种快速直接获取地形表面模型的技术
LIDAR是一种集激光测距、GPS（全球定位系统）和 INS（惯性导航系统）三种技术与一体的空间测量系 统 。是一种新型光传感器。LIDAR并非雷达 （Radar），雷达是声波传感器。
减少误差的方法：
扫描仪定期标定，确定测距和测角的系统误差。 扫描作业合理规划，尽量减少测站次数，从而减 少因点云配准引入的配准误差 缩短扫描距离，减少大气对激光传输的影响。 尽可能进行垂直扫描，避免激光光斑形状造成的 扫描点位置不确定性 采用滤波和拟合等数据处理手段，提高点云数据 质量
点云
剔除非目标物（不相关点云）
机载激光扫描
激光扫描仪： 机载激光扫描仪部件采集三维激光点云数据， 测量地形同时记录回波强度及波形激光扫描仪，是 LiDAR的核心，一般由激光发射器、接收器、时间间 隔测量装置、传动装置、计算机和软件组成。 线激光器发出的光平面扫描物体表面，面阵CCD 采集被测物面上激光扫描线的漫反射图像，在计算 机中对激光扫描线图像进行处理，依据空间物点与 CCD面阵像素的对应关系计算物体的景深信息，得到 物体表面的三维坐标数据，快速建立原型样件的三 维模型。
坐标计算公式
• Ｘ=Ｓcosθcosα • Ｙ=Ｓcosθsinα • Ｚ=Ｓsinθ
仪器坐标系
点云数据误差
• 大致可分为四类：仪器误差、与目标物体 反射面有关的误差、外界环境条件、点云 配准。 • 仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量 误差，包括激光测距的误差；扫描角度测 量的误差； • 与目标物体反射面有关的误差主要包括目 标物体反射面倾斜的影响和表面粗糙度的 影响； • 外界环境条件主要包括温度、气压等因素。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准一、引言三维激光扫描技术是一种非常重要的数字化测量技术，它可以快速、精确地获取目标物体表面的三维形状信息，被广泛应用于工程设计、文物保护、医学影像等领域。
为了确保三维激光扫描技术在各个领域的应用具有一致的标准和质量，本标准对三维激光扫描技术的相关要求进行了规范，以指导从事相关工作的机构和人员，提高三维激光扫描技术的应用水平。
二、术语和定义1. 三维激光扫描（3D Laser Scanning）：利用激光扫描装置快速获取目标物体表面的三维坐标信息的数字化测量技术。
2. 激光扫描装置（Laser Scanning Device）：用于进行三维激光扫描的装置，包括激光器、扫描控制系统和接收器等部分。
3. 点云数据（Point Cloud Data）：由三维激光扫描仪采集到的目标物体表面上成千上万个离散点的坐标信息。
4. STL文件格式：一种常用的表示三维对象表面的标准文件格式，通常用于三维打印和计算机辅助设计（CAD）等领域。
5. 精度（Accuracy）：指三维激光扫描结果与实际测量值之间的偏差，通常以毫米或微米为单位来表示。
6. 分辨率（Resolution）：指三维激光扫描仪单次扫描所能获取的数据点的密度，描述了点云数据的细节程度。
三、技术要求1. 设备选型- 选择合适的激光扫描装置，应考虑目标物体尺寸、表面材质、扫描精度和速度等因素，确保能够满足实际应用需求。
- 激光扫描装置应具备高精度、高分辨率和稳定的性能，同时具备适应不同环境光照条件的能力，以保证扫描效果的准确性和稳定性。
2. 测量流程- 在进行三维激光扫描测量时，应根据实际情况选择合适的扫描参数，包括激光功率、扫描速度、扫描分辨率等，以保证获得满足精度要求的点云数据。
- 在扫描过程中，应确保扫描装置与目标物体的稳定接触，并采取必要的防护措施，防止外界因素对扫描结果的影响。
- 对于复杂结构的目标物体，可以采用多次扫描并进行数据融合的方式，以获得更全面、更准确的三维信息。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准引言三维激光扫描技术是一种通过激光技术获取目标物体表面信息的成像技术。
它广泛应用于工业设计、建筑测量、考古学和地质学等领域。
为了规范三维激光扫描技术的应用和推广，制定相应的技术标准至关重要。
本文将介绍三维激光扫描的基本原理、技术标准的必要性、制定标准的方法以及具体的标准内容。
一、三维激光扫描技术基本原理三维激光扫描技术通过激光测距仪器发射激光束，然后接收反射光，通过测量激光束的回波时间来确定目标物体的距离，从而实现对目标物体表面的高精度测量。
通过控制激光束的方向和位置，可以实现对目标物体的全方位、全面积的扫描，获得其表面的三维点云数据。
二、三维激光扫描技术标准的必要性1. 保障产品质量：三维激光扫描技术在工业设计和制造领域应用广泛，需要制定标准以确保产品测量数据的准确性和可靠性。
2. 推动技术创新：技术标准的制定可以促进三维激光扫描技术的研发和应用，推动技术创新，提高技术水平。
3. 提高行业规范化水平：制定统一的技术标准可以促进行业的规范化发展，提高行业整体水平。
三、三维激光扫描技术标准的制定方法1. 调研分析：首先需要对三维激光扫描技术的现状进行调研和分析，了解行业需求和技术难点。
2. 制定标准内容：根据调研结果，制定三维激光扫描技术标准的具体内容，包括技术参数、测量精度、设备要求、数据处理等方面。
3. 审查完善：将初步制定的标准内容提交给相关的专家和行业组织进行审查和完善，确保标准的科学性和实用性。
4. 发布实施：经过审查完善后，将三维激光扫描技术标准进行正式发布和实施，并向社会公开，推动标准的贯彻执行。
四、三维激光扫描技术标准的具体内容1. 技术参数：包括激光扫描仪的分辨率、测距范围、扫描速度等参数的要求。
2. 测量精度：规定了三维激光扫描技术在测量精度方面的要求，确保测量数据的准确性和可靠性。
3. 设备要求：规定了三维激光扫描仪设备的质量标准和技术要求，包括外观设计、材料选用、稳定性等方面。
三维激光扫描技术
m e d i a 三维激光扫描技术简介1三维激光扫描技术三维激光扫描仪主要是一部快速准确的激光测距仪加上一组可导引激光以等速度扫描的反光棱镜,加高清晰摄像机组成。
激光测距仪采用脉冲式测量，可以主动发射激光同时接受来自自然物体的反射信号进行测距,针对每一扫描点可测得测站至扫描点的斜距,配合扫描的水平角和竖直角,可以求得每一扫描点与测站点之间的坐标差,若测站点和一个定向点的坐标为已知值,则可以求得每一扫描点的三维坐标。
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。
该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多应用。
2技术优势(1)非接触测量。
三维激光扫描技术采用非接触扫描目标的方式进行测量,对扫描目标物体不需进行任何表面处理,直接采集物体表面的空间三维数据且真实可靠。
可以用于解决危险目标、环境(或柔性目标)及人员难以企及的情况,具有传统测量方式难以完成的技术优势。
(2)数据采样率高。
三维激光扫描仪可以达到数十万点/秒。
采样速率是传统测量方式难以比拟的。
m e d i a (3) 主动发射扫描光源。
三维激光扫描技术采用主动发射扫描光源(激光),通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息,因此在扫描过程中,可以实现不受扫描环境的时间和空间的约束。
(4) 高分辨率、高精度。
三维激光扫描技术可以快速、高精度获取海量点云数据,可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集,从而达到高分辨率的目的。
(5) 数字化采集,兼容性好。
三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号,具有全数字特征,易于后期处理及输出。
用户界面友好的后处理软件能够与其它常用软件进行数据交换及共享。
(6) 可与GPS 系统配合使用。
这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围,对信息的获取更加全面、准确。
三维激光扫描的技术标准
三维激光扫描的技术标准一、引言三维激光扫描技术是一种通过激光束快速获取目标表面三维信息的技术手段。
随着科学技术的不断进步，三维激光扫描技术已经在工业、建筑、地质勘测、文物保护等领域得到了广泛的应用。
为了规范三维激光扫描技术的应用和发展，特制定本标准，以供相关领域的应用和管理。
二、术语与定义1. 三维激光扫描：使用激光束扫描目标物体表面，并通过记录激光束的反射信号来获取目标表面的三维数据的过程。
2. 点云数据：由多个激光测距点组成的三维空间坐标数据，表示了目标物体表面的形状和轮廓。
3. 扫描分辨率：指每单位长度内采集到的激光测距点数，通常以点数/平方米来表示。
4. 精度：三维激光扫描数据与实际目标表面的几何形状之间的偏差程度，通常以毫米或者百分比来表示。
5. 激光扫描装置：用于进行三维激光扫描的设备，通常包括激光发射器、接收器、控制系统等组成部分。
6. 反射率：目标表面对激光束的反射能力，通常用来描述不同材质表面对激光束的反射程度，常用百分比来表示。
三、技术规格1. 扫描分辨率要求- 在工业制造领域，扫描分辨率应不低于1000点/平方米，以保证获取到目标物体精细的表面纹理和几何特征。
- 在建筑测量领域，扫描分辨率应不低于500点/平方米，以满足建筑结构精确度的要求。
- 在文物保护领域，扫描分辨率应不低于2000点/平方米，以确保对文物细微形态和纹理的准确记录。
2. 精度要求- 在工程测量领域，扫描数据的精度应在±2毫米以内，以保证工程构件尺寸测量的精确度。
- 在地质勘测领域，扫描数据精度应在±5毫米以内，以满足地质构造的精确表达要求。
- 在医学领域，扫描数据精度应在±1毫米以内，用于医学影像的三维重建。
3. 反射率要求- 对于不同表面材质，激光扫描装置应具备自动调节激光功率的功能，以适应各种反射率的目标物体表面。
- 需要能够根据目标表面的不同反射率自动调节扫描参数，以保证扫描数据的完整性和准确性。
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三维激光扫描技术的应用
➢ 体积的计算： 矿山、油罐、 土石方，是三 维激光扫描最 强的领域，以 海量的真值计 算体积，可以 动态实时的测 量并上传。
➢ 建立数字三维 城市：从测绘 的角度，建立 厘米级、真彩 色、真三维的 数字城市模型。
➢ 考古文物保 护：考古挖 掘现场记录、 文物数字化 模型描效率高 直接获得数字信息 非接触性 使用简单方便
什么叫三维重建
三维激光扫描仪则是对确定目标的整体或局 部进行完整的三维坐标据测量, 进而得到完 整的、全面的、连续的、关联的全景点坐标 数据,这些密集而连续的点数据也叫做点云。 这也意味着三维激光扫描技术可以真实描述 目标的整体结构及形态特性,并通过扫描测量 点云编织出的外皮来逼近目标的完整原形及 矢量化数据结构,这里统称为目标的三维重建。
➢ 娱乐业：用于 电影产品的设 计，为电影演 员和场景进行 设计，3D游戏 的开发，虚拟 博物馆，虚拟 旅游指导，人 工成像，场景 虚拟，现场虚 拟。
在空间信息技术领域应用研究现状
三维激光扫描测量技术的发展为人们获取丰 富的空间信息提供了一种全新的技术手段。 激光扫描技术与惯性导航系统（INS）、全球 定位系统（GPS）、电荷耦合(CCD)等技术相 结合，在大范围数字高程模型（DTM）的高精 度实时获取、城市三维模型重建、局部区域 的地理信息获取等方面表现出强劲的优势, 成 为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。
三维激光扫描技术
（3D Laser Scanning Technology）
什么是三维激光扫描技术
三维激光扫描技术 3D Laser Scan Technology，又称“实景复制 技术”。它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。可以快速、大量的采集空间 点位信息，快速建立物体的三维影像模型的 一种技术手段。
三维激光扫描技术分类
按照平台分：机载（或星载）扫描系统， 地面型激光扫描系统，便携式激光扫描系 统。
按照有效扫描距离分：短距离激光扫描仪， 中距离激光扫描仪，长距离激光扫描仪， 航空激光扫描仪。
三维激光扫描技术分类
市场上销售的三维激光扫描仪按照扫描方式有两种：
✓ 基于时间—飞行差，又称脉冲式：从固定中心沿视 线测量距离，测距大于100米，采样速率1000点/秒 以上。
➢ 城市竣工测量： 现代城市的三 维竣工测量， 可以迅速完成 建筑的完整三 维测量，并按 照城市测量的 标准进行输出。
➢ 变形监测：对 水利、铁路、 公路、大坝等 对象进行变形 观测，定期扫 描查看模型的 变化。
➢ 数字工厂： 建立工厂数 字模型，通 过模拟流程 与资源分配， 提高产品管 理水平与生 产效率。
➢ 大比例测图： 以三维激光的 面线点方式取 代传统测量的 点线面，进行 地形测量，尤 其适合带状地 形、断面和破 碎地块。
➢ 地理测量：权 属调查、农村 土地三权调查， 以三维扫描的 高效率作业方 式替代传统的 地籍测量。
➢ 事故现场： 记录交通等 事故现场， 便于事后勘 定、记录、 分析。
✓ 基于相位差，又称为相位式：利用激光连续波发射， 根据光学干涉原理确定干涉相位的测量方法，适用 于近距离测量。测量范围一般小于50米，采样点率 可达10,000-500,000点/秒。
✓ 立体相机和机构化光源技术：通过获取两条光线信 息，建立立体投影关系。适用于近距离测量，测量 范围在20米内，采样点速率100点/秒。