地面三维激光扫描技术及其应用
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–点云所蕴含的空间资讯是隐性的， 須经过模型化处理才能成为显性的 空间资讯，并得以向量式资料描述 其几何外型。将这些向量式资料 （或某部分的向量资料）投影至平 面上则可形成二维的平面图或地 图，当然也可以透視方式浏览所形 成的三维空间资讯，若扫瞄时同时 取得数位的光学影像，则可將影像 敷贴于模型表面形成虚拟的实境景 观。
–脉冲式 –相位式 –三角法 (4) 按波长 –近红外 –绿色
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1.7 地面三维激光扫描仪的技术指标 （1）角分辨率 –0.0017o à 6秒 –3mm@100米:100米光斑直径 3mm （2）测程
三维激光扫描仪测量隧道黑白点云图
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三维激光扫描仪测量对文物扫描的点云图
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三维激光扫描仪测量对滑坡的监测
LS840
Z+F系列
IMAGE5003
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IMAGE5006
1.3 扫描仪与数码相机集成方式与作用 （1）集成方式 集成式 组合式 随意式
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4.2 扫描变形测量的数据处理方法 （1）点式处理法 扫描测量后，根据扫描影像测量 同名点的坐标，然后计算变形，作为 同名点，可以是人工标志，可以是自 然标志； 适合起伏变化极大的表面和变化 快速的变形测量；
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用三维激光扫描仪扫描结果进行体积计算
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三维激光扫描仪测量进行现场数据采集
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三维激光扫描仪建筑物测量点云
1.5 处fFactory Pro" 试用版本创建
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其他软件
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1.2 地面三维激光扫描测量设备
破坏后
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测量区域
测量 范围
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三维激光扫描仪测量对大坝的监测
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三维激光扫描仪测量对桥梁的监测
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– 最大测程：功率、反射率、波长 – 最短测程：测距原理、时间测量精度
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（3）扫描速度 点/秒 （4）点位精度---与重复次数有关
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三维激光扫描仪测量后重构的数字工 厂、管线3D模型
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三维激光扫描仪测量后高压线彩色点云图
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（2）像片的作用 系统操作----确定扫描区域 便于点云数据物体辨识 便于点云数据的解释 点云网眼纹里填充
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1.4 连接标志
点云拼接
点云与全站仪 转换
双用
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• 5.2 发展
（1）硬件发展-价格、技术 （2）软件发展-自动化，易操作 （3）与其他传感器的集成-GPS，数码照片
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1.6 地面三维激光扫描的分类 (1)按测程 – 微距 <1m – 近距离 <100m – 中程 <500mi – 远程 >500，最大2500m (2)按平台 – 星载 – 机载 – 地面
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(3) 按测距原理
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1、地面三维激光扫描的测量原理
1.1 地面三维激光扫描测量原理
三维坐标确定采用空间极坐标法
X = S ⋅ sin(θ ) ⋅ sin(α ) Y = S ⋅ sin(θ ) ⋅ cos(α ) Z = S ⋅ cos(θ )
4.4 钢架滑移过程的监测
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4.5 桥梁加载过程的变形监测
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4.4 水利枢纽闸门变形监测
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2、地面三维激光扫描测量数据处理
• 数据采集
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• 点云裁剪：删掉每一站扫描点云废点 • 点云连接：将不同测站点云数据通过公共
HDS6000
HDS3000
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TRIMLE系列
GX200
GS200
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FARO系列
LS420
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3、地面三维机光扫描仪应用
--土木工程测量：道路、大坝、隧道、轨 道等形状测量 – 地形测量：高陡变坡 – 数字工场：厂房结构、管道的三维资料 – 文物保护 – 建筑物检测 – 虚拟现实（逆向工程）：实际形状与设 计形状的对比 – 交通事故现场数据采集
地面三维激光扫描技术及其应用
徐进军 jjxu@ 13037134743
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目录
1、地面三维激光扫描的测量基本原理 2、地面三维激光扫描的数据处理 3、地面三维激光扫描的应用 4、地面三维激光扫描的在变形监测中 的应用 5、问题与发展
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4.4 滑坡变形监测 （1）数据测量
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破坏前
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点转化到相同的坐标系中 – 共轭面转化法：三个以上不平行的共轭面，由这些
共轭面求出三个平移及三个旋转参数（人工选）
– 标志控制点法：由三个以上的控制点求转换参数
（自动选）
– 后视棱镜法： – 曲面匹配法：重叠区域的曲面匹配
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• 模型建立
– 许多工程测量的应用需将三维点云物件 化，即結合点云形成线、面、体，以便 后续分析，因此必须开发点云模型化的 后续应用软件，才能发挥三维激光资料 的功效。目前大多数的软件都提供一些 基本的模型原件用于模型化，如平面、 圆柱、球球、圆锥等，较为实用的软件 会设计一套或数套不同的模型元件库， 适应实际状况。例如可针对化工厂管线 元件及鋼钢类型设计实际相应的模型， 或针对建筑设计之建物元件建立建物模 型库。
（2）网格式处理法 根据扫描影像辨认出明显的标志 点，然后拟合空间曲面，采用规则格 网内插获得同名点，计算变形量； 适合于表面比较光滑和慢速运动 的变形体，需要了解详细的局部变形 信息的场合。
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4.3 闸门变形监测
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4、扫描测量在变形监测中的应用
4.1变形监测手段与特点 – “点式”测量手段 全站仪，GPS – “面式”测量手段 D-Insar（+GPS）；摄影测量 ；激 光扫描 – 两种手段的测量特点
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用【摘要】地面三维激光扫描技术是一种先进的工程测量方法，其原理和技术特点使其在工程测量领域具有广泛的应用前景。
数据采集与处理的过程中，地面三维激光扫描技术能够快速且精准地获取大量数据，并实现三维模型的生成。
应用案例显示，该技术在城市规划、建筑监测和文物保护等领域展示了强大的实用性和效果。
在精度与效率比较方面，地面三维激光扫描技术较传统测量方法更具优势。
该技术仍存在局限性，如受天气和环境因素的影响。
未来，随着技术的不断进步，地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用前景将变得更加广阔。
该技术为工程测量领域带来了革命性的改变，展望未来其在各个领域的应用将继续扩大。
【关键词】地面三维激光扫描技术、工程测量、原理、技术特点、数据采集、数据处理、应用案例、精度、效率比较、优势、局限性、未来发展、总结、展望1. 引言1.1 地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用地面三维激光扫描技术是近年来在工程领域中得到广泛应用的一种先进测量技术。
通过利用激光雷达仪器对地面物体进行远程扫描和测量，可以快速获取大范围的三维地表点云数据。
这种技术具有快速高效、无接触、高精度等特点，为工程领域的测量工作带来了革命性的变化。
在工程测量中，地面三维激光扫描技术被广泛应用于建筑物的测绘、道路和桥梁的监测、矿山的测量等领域。
通过对地面进行高精度的三维扫描，可以快速获取各种工程结构的形状和尺寸信息，为工程设计、施工和监测提供可靠的数据支持。
地面三维激光扫描技术还可以帮助工程人员进行精准的变形监测和体积测量，对工程的质量和安全起到关键作用。
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用前景广阔，将会成为未来工程测量领域的重要发展方向。
通过不断提升技术的精度和效率，地面三维激光扫描技术将会为工程测量带来更多的创新和便利，推动工程领域的发展和进步。
2. 正文2.1 原理及技术特点地面三维激光扫描技术是一种利用激光雷达设备对地面进行快速、准确三维扫描的技术。
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
地面三维激光扫描技术是一种快速、准确、非接触的测量方法，已经在工程测量领域得到了广泛的应用。
下面将从土地测量、建筑测量和工程设计等方面介绍它的应用。
地面三维激光扫描技术在土地测量中的应用。
传统的土地测量方法通常需要大量的人力和时间，而且测量结果的精度有限。
而地面三维激光扫描技术可以通过扫描仪快速获取地表的三维坐标数据，不仅可以准确测量地形高程，还可以捕捉到地表的细微变化，如土壤的压实程度、地表凹凸等。
这些数据可以用于土地规划、土地利用评估等，大大提高了土地测量的效率和精度。
地面三维激光扫描技术在工程设计中的应用。
在工程设计过程中，常常需要进行场地勘察、道路设计、管线布置等。
传统的工程设计方法需要人工进行勘察和设计，而且受到人为因素的干扰较大，设计结果的准确性有限。
而地面三维激光扫描技术可以通过扫描仪获取场地的三维模型，包括地表、地下结构等，同时还可以捕捉到场地的特征点、地形特征等。
这些数据可以用于工程设计、工程施工等，提高了工程设计的效率和精度。
三维激光扫描技术及其应用教学文案
灾害监测与防治研究中心
一、地面三维激光扫描技术 2 地面三维激光扫描仪扫描定位原理
Z Y
X
X L cos cos
Y
L cos
sin
Z L sin
在仪器内, 通过两个同步反射镜快速而有序地旋转, 将激光脉冲发射体 发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,测量每个激光脉冲从发出经被测物 表面再返回仪器所经过的时间差( 或者相位差) 来计算距离, 同时扫描控制 模块控制和测量每个脉冲激光的角度, 最后计算出激光点在被测物体上的三 维坐标。
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灾害监测与防治研究中心
一、地面三维激光扫描技术
4 地面三维激光扫描仪分类
按扫描距离分 微距小于1米 近距离1米~100米 中距离100米~500米 远距离大于500米目前，最长2500米
按平台分 星载IceSat Cloud and land Elevation Satellite 机载Riegl LMS Q560 地面Trimble Mensi GS200
灾害监测与防治研究中心
一、地面三维激光扫描技术 1 地面三维激光扫描系统组成
扫描单元 控制单元 电源 三脚架和标靶
平面靶标（Flat Target） 球形靶标（Sphere Target）
灾害监测与防治研究中心
• 按用途分类： • 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：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C10三维扫描仪
手持大型三维激光扫描仪 三维激光扫描仪 VZ-400
地面三维激光扫描总结报告
地面三维激光扫描总结报告
地面三维激光扫描技术是一种以激光为载体进行的三维数据采集技术。
它通过利用激光发射器发射激光束，经过地面反射，激光能量被地物吸收，再由接收器接收反射回来的激光能量，根据时间差值、频率差值或相位差值来确定目标物的三维空间坐标，并将数据传输到计算机进行处理。
与传统的测量手段相比，地面三维激光扫描技术具有以下优点：
1. 高精度：激光扫描仪能够以非常高的精度和准确度获取地面数据，精度可达毫米级别，可为后续工程提供高质量的数据支持。
2. 实时性：通过激光扫描仪可以在很短的时间内获取目标地面的三维数据，采样速度最高可达每秒数十万个数据点，非常适合现场测量需求。
3. 安全性：激光扫描仪可以远距离获取地面数据，不需要人员接触目标地面，有效保障了现场工作的安全性，减少了工作人员的伤害风险。
4. 灵活性：激光扫描技术可以适应不同地形和地貌的测量需求，可快速实现点云数据采集和处理，方便数据的应用和进一步处理。
在工程应用方面，地面三维激光扫描技术具有广泛的应用价值。
它可用于建筑物立面测量、道路桥梁设计、隧道施工监测、城市规划与设计、水利工程巡查等多种领域，并得到了广泛的应用和推广。
随着科学技术的不断发展，地面三维激光扫描技术也在不断改进和提升。
目前，新型的激光扫描仪不仅扫描速度更快、精度更高，而且可以应用于更加复杂的地形和地貌。
未来，随着激光扫描技术的不断发展和普及，我们相信地面三维激光扫描技术将会在更加广泛的领域得到应用，为我们的科技进步和社会发展注入新的动力。
三维激光扫描技术的应用进展
三维激光扫描技术的应用进展一、三维激光扫描技术的基本原理三维激光扫描技术是利用激光束在目标表面上进行扫描，通过测量激光在目标表面的反射，来获取目标表面的空间坐标信息。
其基本原理是利用激光雷达发射激光束，然后通过光电子探测器接收激光束反射回来的信息，进而计算出目标表面的三维坐标。
三维激光扫描技术的主要设备包括激光雷达、光电子探测器和计算机。
激光雷达发射的激光具有很高的方向性和一定的能量，能够准确地照射到目标表面上。
光电子探测器能够精确地接收激光束反射回来的信息，并将其转化为电信号。
计算机则用来处理接收到的信号，并根据激光的探测时间和角度等数据来计算出目标表面的三维坐标信息。
1. 地形测绘在地形测绘领域，三维激光扫描技术已经成为了一种常用的测绘手段。
通过激光雷达对地表进行扫描，可以快速、精确地获取地表的高程和地形信息。
这对于城市规划、自然灾害预警等领域具有重要意义。
三维激光扫描技术还可以应用于水文测量、土壤勘测等方面，为地质勘探和资源评估提供了重要的数据支持。
2. 建筑设计在建筑设计领域，三维激光扫描技术可以帮助设计师快速获取建筑物的三维模型，为设计和规划提供了直观、全面的数据支持。
三维激光扫描技术还可以用于建筑物的结构检测和变形监测，帮助准确定位和研究建筑物的结构状况。
3. 工业制造在工业制造领域，三维激光扫描技术被广泛应用于零件检测、工件加工、产品质量控制等方面。
通过激光扫描可以快速获取零部件的三维尺寸和表面形貌，从而实现零件的快速检测和尺寸测量。
三维激光扫描技术还可以帮助优化工艺流程，提高产品质量和生产效率。
4. 文物保护在文物保护领域，三维激光扫描技术可以帮助文物保护人员对文物进行精确、非接触式的测量和记录。
通过激光扫描可以获取文物的三维模型，为文物的保护、修复和展览提供了重要的数据支持。
三维激光扫描技术还可以用于文物的虚拟展示和数字化存档，为文物的传承和展示提供了新的可能。
随着科技的不断进步，三维激光扫描技术也在不断地得到改进和完善。
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用
地面三维激光扫描技术是一种高精度、高效率的测量技术，在工程测量中得到了广泛的应用。
它利用激光测距仪和高分辨率数码相机对现场实体进行三维测量和数据采集，能够快速准确地获取物体表面的三维坐标和颜色信息，可广泛应用于土木、建筑、工业、地质等领域。
一、地形测绘和制图：地面三维激光扫描技术在地形测绘和制图领域中应用广泛，可实现地形模型的高精度测量和绘制，包括地形高程、坡度、地形起伏等信息，并可通过三维可视化实现对地形的动态展示。
二、建筑物测绘：地面三维激光扫描技术可用于建筑物的三维测量和建模，不仅能够实现建筑物的尺寸、形状、体积等的测量，还能获取建筑物内部空间结构和构造的精确信息，可用于建筑物的改造、维修和监测。
三、工业测量：地面三维激光扫描技术也广泛应用于工业领域中，可实现工厂和工作设施的三维建模和测量，包括设备的位置、大小、形状等信息，可用于设备调整、安装和维护。
四、地质勘探：地面三维激光扫描技术还可应用于地质勘探领域，例如在山体地质灾害预警中，通过对山体三维模型的建立和监测，可实现对地质灾害的预测和预警。
总之，地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用范围广泛，具有高效率、高精度、非接触式等优点，能够大大提高测量效率和精度，为工程建设提供有力支撑。
三维激光扫描技术及其工程应用研究
三维激光扫描技术及其工程应用研究三维激光扫描技术及其工程应用研究摘要：随着科技的不断发展，三维激光扫描技术在工程领域的应用越来越广泛。
本文从激光扫描技术的基本原理入手，详细阐述了其在工程应用中的优势与特点，并介绍了常见的三维激光扫描系统及其工作流程。
同时，针对不同工程领域的应用需求，探讨了三维激光扫描技术在建筑、制造和文化遗产保护等领域的具体应用案例。
最后，本文对三维激光扫描技术的未来发展进行了展望。
1. 引言三维激光扫描技术是一种通过高精度的激光系统获取物体表面坐标信息的技术。
它通过激光扫描仪对物体进行非接触式扫描，获取物体表面的点云数据，然后通过处理和分析，得出精确的三维模型。
三维激光扫描技术以其高精度、高效率和非破坏性等特点，被广泛应用于建筑、制造、文化遗产保护等领域。
2. 三维激光扫描技术的原理三维激光扫描技术主要通过激光扫描仪发射激光束，激光束照射到物体表面，然后被物体反射回来并被接收器接收。
接收器会测量激光束的时间和空间信息，并将其转化为坐标数据。
通过扫描仪的自动旋转或移动，可以获取物体表面的多个点云数据。
最后，通过对多个点云数据的处理与配准，构建出物体的三维模型。
3. 三维激光扫描技术的优势与特点与传统的测量技术相比，三维激光扫描技术具有许多优势。
首先，它能够快速获取物体的三维形状信息，大大提高了测量效率。
其次，三维激光扫描技术具有高精度的特点，能够获取物体微小尺寸的变化。
此外，由于采用非接触式扫描，该技术不会对物体造成损伤或变形，非常适用于对文化遗产等贵重物体的保护与研究。
4. 常见的三维激光扫描系统目前市场上常见的三维激光扫描系统主要包括激光测距仪、扫描仪和注册软件等。
激光测距仪用于测量激光束到物体的时间和空间信息，扫描仪则通过自动旋转或移动，获取物体表面的点云数据。
注册软件则用于对多个点云数据进行配准和处理。
5. 三维激光扫描技术在建筑领域的应用在建筑领域，三维激光扫描技术被广泛应用于建筑测量、建筑信息模型(BIM)的构建等方面。
三维激光扫描技术在建筑物中的应用
三维激光扫描技术在建筑物中的应用一、三维激光扫描技术的原理三维激光扫描技术是一种利用激光雷达仪器实现对目标物体进行三维测绘的技术。
其基本原理是激光雷达发射出激光束，激光束照射到目标物体上并被反射回来，激光雷达仪器通过接收反射回来的激光束来计算出目标物体的距离和位置信息，从而实现对目标物体的三维测绘。
通过多次扫描，可以获取目标物体的三维点云数据，再通过数据处理和成像技术，可以得到目标物体的三维模型。
二、三维激光扫描技术的优势与传统的测绘技术相比，三维激光扫描技术具有许多优势。
1. 高效性：使用三维激光扫描技术可以快速获取大量的点云数据，减少了测绘时间和人力成本。
2. 精度高：三维激光扫描技术可以实现对目标物体的毫米级甚至亚毫米级的精确测绘，保证了测绘结果的准确性。
3. 多样化：三维激光扫描技术可以应用于各种不同形状和材质的目标物体的测绘，具有较高的适用性。
4. 无接触性：激光扫描技术可以实现对目标物体的无接触测绘，避免了对目标物体的损坏和破坏。
三、三维激光扫描技术在建筑物中的应用1. 建筑物的立面测绘三维激光扫描技术可以用于对建筑物的立面进行测绘。
通过快速扫描建筑物的外墙，可以获取建筑物立面的详细形状和结构信息，为建筑设计和改造提供精确的数据基础。
这对于一些历史建筑的保护和修复工作具有重要意义，还可以用于改造设计和立面维护等方面。
2. 室内空间的测绘三维激光扫描技术可以用于对建筑物的室内空间进行测绘。
通过在室内进行激光扫描，可以获取室内空间的各种结构信息，包括墙壁、天花板、地面、家具等的位置和形状数据。
这对于室内装修设计、房屋平面图的绘制以及室内环境的改造和评估都具有重要意义。
3. 建筑物的结构监测三维激光扫描技术可以用于对建筑物的结构进行监测。
通过多次扫描，可以实时监测建筑物的位移和变形情况，为建筑物结构的健康状况提供重要数据支持。
这对于大型建筑物如桥梁、高架桥等的安全监测以及古建筑等的保护具有重要意义。
三维激光扫描技术及其应用
原理 —— 结构光
原理
物体点的三维坐标 (X,Y,Z) ，是经过像点（X’,Y’）与相机光心的直线与光 平面的交点。
地面三维激光测量技术
定位原理
地面三维激光测量技术
测距原理
脉冲式测距
相位式测距
地面三维激光测量技术
按测距类型分类
脉 冲 式 扫 描 仪
相 位 式 扫 描 仪
三维激光扫描仪原理
采用扫描仪逐面测量法
地面三维激光测量技术
与传统测量方式比较
地面三维激光测量技术
技术优势 使用简单，快速扫描，安全操作，应用范围广泛 数据非常详细，高质量图像并可观察图片的数据特征 附加的一些测量信息，如激光强度、色彩等，这是传统测量不可能做到的 精确高速的数据捕获、减少数据采集和分析的回转次数 对扫描区域进行的长程、高速扫描，可使效率最大化 一次扫描后可以在点云模型上进行反复的“模型测绘”
三维激光扫描技术及其应用
2018年3月
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
内容概要
1 地面三维激光扫描技术 2 车载移动测量系统 3 工程应用
简介——三维激光扫描技术的概念
三维激光扫描仪
通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。
三维激光扫描技术
多学科融合
三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处 理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术 的集成。
简介——三维激光扫描仪分类
三维激光扫描技术发展概况
逆向工程
三维激光扫描技术发展概况
医学
三维激光扫描技术发展概况
影视动漫
地面激光扫描的发展
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。