85-29-三维激光扫描仪测量精度的快速检查方法-2016年第2期
如何利用三维激光扫描仪进行精密测绘
如何利用三维激光扫描仪进行精密测绘近年来，随着科技的不断进步，三维激光扫描仪的技术也得到了突破性的发展。
这项技术可以快速、精确地获取物体表面的三维数据，并可广泛应用于建筑设计、文物保护、城市规划等领域。
本文将探讨如何利用三维激光扫描仪进行精密测绘。
首先，我们需要了解三维激光扫描仪的原理。
三维激光扫描仪通过向物体表面发射激光束，并记录激光束反射回来所需的时间和强度，来确定物体表面的几何形状和纹理信息。
这种非接触式的测绘方法不仅能够快速获得数据，还能够实现高精度的测量。
在进行实际测绘之前，我们需要进行一系列的准备工作。
首先，要选择一个适当的场地进行测绘，最好是一个开阔平坦的区域，以确保激光扫描仪能够全面地扫描到物体的各个角度。
其次，要确保目标物体表面干净无尘，以免影响激光的反射和测量精度。
最后，需要确认测量时的光照条件，避免阳光强烈时的照射干扰测量结果。
在进行实际测绘时，我们需要确定测量的范围和精度要求。
根据实际需求，我们可以选择不同的扫描设置，例如扫描密度和扫描范围等。
对于需要高精度的测绘项目，可以选择高密度扫描，以获得更加详细的数据。
而对于大范围的测绘项目，可以选择较低的扫描密度，以提高测绘效率。
在进行实际测量时，我们需要将三维激光扫描仪设置在合适的位置并校准仪器。
校准的目的是确保测量的准确性和精度。
校准时，可以利用参考物体进行比对，或者使用标定板进行定位。
校准完成后，我们可以开始进行实际的扫描工作。
在扫描过程中，我们需要将激光扫描仪逐渐移动到目标物体的不同位置，并通过远距离或近距离扫描来获得全面的数据。
扫描的同时，激光扫描仪会自动记录反射的激光数据，并将其转化为三维点云数据。
这些点云数据可以通过特定的软件进行处理和配准，以获得完整的三维模型。
在数据处理阶段，我们可以使用专业的三维建模软件对点云数据进行处理和重建。
首先，我们需要进行数据的配准和对齐，以保证数据的一致性和准确性。
接着，可以进行数据滤波和表面重建，以获得平滑的三维表面模型。
使用三维激光扫描仪进行视觉测量
使用三维激光扫描仪进行视觉测量随着科技的不断进步，三维激光扫描仪作为一种高精度、非接触式的测量设备，被广泛应用于各个领域。
它能够以快速、准确的方式获取物体表面的三维信息，为工程师和设计师提供宝贵的数据支持。
本文将通过对三维激光扫描仪的介绍以及其在不同领域中的应用，探讨其所带来的革命性变化。
首先，我们来了解一下三维激光扫描仪的基本原理。
该设备通过向目标物体表面投射激光束，然后测量激光束经过反射后的信息，从而建立起目标物体的三维模型。
其测量原理主要基于激光束的时差测量或相移测量，借助高速计算机和专业软件的支持，可以实现高精度的测量。
三维激光扫描仪具有许多独特的优点，使其在各个领域受到广泛的应用。
首先，它具备非接触式测量的能力。
相比传统的测量方法，如刻度尺、百分表等，激光扫描仪不需要直接接触物体即可进行测量，避免了物体表面的磨损和形变，保护了物体的完整性。
其次，三维激光扫描仪具备高速测量的特点。
它能够在短时间内快速获取物体的三维数据，大大提高了测量效率。
在工业生产线上，激光扫描仪可以实时监测产品质量，实现自动化生产，进一步提升了工业的生产效率。
此外，三维激光扫描仪具备高精度的测量能力。
通过精确的测量，它可以获取物体表面的微小变形、裂纹、凹凸等细节信息，为工程师和设计师提供准确的数据支持。
在制造业领域，激光扫描仪被广泛应用于产品设计、质量控制等方面。
除了工业领域，三维激光扫描仪还在文化艺术、建筑设计等领域有着广泛的应用。
例如，在文化保护和修复中，激光扫描仪可以帮助专家获取文物表面的精细数据，保护文化遗产的完整性。
在建筑设计中，激光扫描仪可以获取建筑物的实际尺寸以及精确的地形地貌数据，辅助设计师进行规划和设计。
此外，三维激光扫描仪还在医疗领域有着广泛的应用。
在口腔正畸领域，激光扫描仪可以帮助医生获取患者的牙齿模型，辅助进行牙齿矫正。
在外科手术中，激光扫描仪可以通过获取患者身体的三维信息，为医生提供准确的解剖结构，提高手术的安全性和精确性。
三维激光扫描仪中测距的方法与特点
三维激光扫描仪中测距的方法与特点《三维激光扫描仪中测距的方法与特点》激光扫描技术是一种高精度的三维测量方法，主要用于建筑设计、制造业和文化遗产保护等领域。
测距是其中最基本的功能之一。
本文将介绍三维激光扫描仪中常用的测距方法和其特点。
一、相位测距法相位测距法是三维激光扫描仪中应用较为广泛的一种测距方法。
该方法基于激光光束的干涉原理，通过测量光束在发射和接收之间传播的距离差来获取目标物体的距离信息。
在扫描仪的计算系统中，利用光电二极管或其他传感器记录下光束经过的相位差，进而计算出目标物体的距离。
相位测距法具有较高的精度和测量范围，适用于大多数测距场景。
二、时间差测距法时间差测距法是另一种常用的测距方法。
该方法利用激光光束从发射到接收所需的时间来计算目标物体的距离。
通过激光脉冲的发射和接收时间的记录，结合光在空气中的传播速度，可以精确计算出测量目标与激光扫描仪之间的距离。
相较于相位测距法，时间差测距法的优势在于简单、快速，适用于运动目标的测量。
三、特点与应用三维激光扫描仪中测距的方法具有以下特点：1. 高精度：三维激光扫描仪能够实现毫米级的测量精度，具备非常高的测量精度，能够准确地捕捉目标物体的细节信息。
2. 高效率：激光扫描仪可以实现快速的数据采集，每秒钟可达到百万级的测量点，节省了大量的测量时间和人力成本。
3. 安全性：三维激光扫描仪在进行测量时通常使用红光激光束，与人眼视觉系统无害，无需担心安全问题。
四、总结三维激光扫描仪中的测距方法多样而灵活，可根据不同的测量需求选择合适的方法。
相位测距法和时间差测距法是两种常用的测距方法，各自具有优势和适用场景。
无论是高精度的建筑测量还是制造业中的质量控制，三维激光扫描仪都能够提供准确、快速且安全的测距解决方案。
地面三维激光扫描仪的检校与精度评估
地面三维激光扫描仪的检校与精度评估摘要：本文针对地面三维激光仪的各项指标提出系统的检校方法，并据此得到地面三维激光扫描仪器精度评估结果，为后期的工程应用提供精度依据和质量控制。
为此，首先针对激光扫描仪的特点，建立各种误差源的误差模型，围绕常规工程关心的精度指标，完成对仪器整体的检校和精度评定。
关键词：地面三维激光扫描仪；检校；精度评估引言在地面三维激光的应用中，扫描仪的测量精度起着重要的角色，尤其在一些工程建设和变形监测中，为了使点云数据达到最大精度，必须进行扫描仪的检校。
若因使用时的外力碰撞和其他未知因素造成仪器内部构造发生变化，则扫描结果可能含有系统性误差。
1、概述三维激光扫描测量系统，也称为三维激光成图系统，主要由三维激光扫描仪和系统软件组成，其工作目标就是快速、方便、准确地获取近距离静态物体的空间三维模型，以便对模型进行分析和处理。
激光扫描仪所获得的数据是由离散的三维点构成的点云。
点云的每一个像素包含有一个距离值和一个角度值。
三维激光扫描技术获取的点云数据，可以达到毫米级的采样间隔，从而激光扫描技术可以应用于工程测量、古建筑和文物保护、数字城市等领域，并已有许多成功例子。
然而，三维激光扫描仪在使用过程中，对于仪器的精度和指标都有严格的研究。
事实上，三维激光扫描仪的分辨率、回波、时间和大气影响等都是影响点云精度的误差来源。
通常情况，仪器与被测点的距离越近，激光光斑越小，分辨率越高，回波信号越强，相应的测量精度就越高，反之，则测量精度越低。
此外，回波还受目标材质的反射率和边缘效应影响。
而温度的变化也可令某种激光扫描仪测距结果在x，y方向产生偏移。
现有关于地面三维激光扫描技术的研究较多集中在逆向工程中的应用及数据处理，然而地面三维激光扫描技术的精度以及对工程应用的影响是实际工程中需要面对的重要问题，激光扫描测量仪器的精度也影响三维点云模型的建立和应用，因此地面三维激光扫描仪的检校与精度评估对于三维激光扫描仪的有效应用是十分必要的。
如何使用三维激光扫描仪进行测绘
如何使用三维激光扫描仪进行测绘近年来，随着科技的不断进步和发展，各种先进的仪器设备也应运而生。
其中，三维激光扫描仪作为一种高精度的测绘设备，得到了越来越广泛的应用。
本文将探讨如何使用三维激光扫描仪进行测绘。
一、三维激光扫描仪的原理三维激光扫描仪是一种通过测量激光束在目标物体表面的反射时间来获取三维空间点云数据的设备。
它利用激光束在空间中的传播速度和反射原理，通过扫描目标物体表面的方式，生成具有坐标和颜色信息的点云模型，实现对目标物体的测量和重建。
二、选择合适的扫描仪在进行测绘工作之前，首先需要根据实际需求选择合适的三维激光扫描仪。
不同型号的扫描仪在扫描速度、精度、分辨率以及适用环境等方面都有所不同。
因此，根据实际场景和测量要求，选择性能合适的扫描仪是十分关键的。
三、进行现场准备在开始测绘之前，需要做好现场准备工作。
首先，清理目标区域，确保扫描仪的激光可以顺利照射到目标物体表面。
其次，摆放参考点，为后续的数据处理和配准提供基准。
最后，根据实际情况设置扫描仪的扫描模式和参数。
四、进行扫描操作在进行扫描操作时，需要将扫描仪放置在适当的位置，并按照事先设定的模式和参数进行操作。
通常，可以采用手持式扫描或架设稳定的三脚架进行扫描。
通过控制扫描仪的快门速度和角度，可以获取到次定量级的时序点云数据。
五、数据处理与配准扫描完毕后，需要将采集到的点云数据进行处理和配准。
首先，利用三维激光扫描软件对数据进行滤波和降噪，以去除不必要的噪点和杂散数据。
然后，通过计算机视觉算法和匹配算法实现多个扫描数据的配准。
最终，将配准后的数据转换为标准的三维模型或地图。
六、应用领域与前景三维激光扫描仪在测绘领域有着广泛的应用前景。
它可以用于建筑物的测绘与监测、文物保护与修复、城市规划与设计等方面。
通过精确的测绘数据，可以为相关领域的研究和实践提供有力的支持。
综上所述，如何使用三维激光扫描仪进行测绘是一个值得深入研究和探讨的话题。
通过了解和掌握三维激光扫描仪的原理和操作流程，并选择合适的设备和进行有效的数据处理，可以实现高精度的测绘工作。
Focus3D三维激光扫描仪测距精度检校试验
Focus3D三维激光扫描仪测距精度检校试验吴长悦;王春鑫【摘要】为对地面三维激光扫描仪的测距精度进行校准,以Focus3D三维激光扫描仪为例,对其径向距离和空间距离的测量精度进行了检校试验.采用该型三维激光扫描仪对具有几何中心的球型标靶进行扫描获得试验数据,并利用Geomagic Studio软件对点云数据进行拟合精度评定.试验表明:Focus3D三维激光扫描仪的空间距离测量精度为0.61 mm(≤2 mm),在5～40 m范围内的径向测距精度为-2～2 mm,测距超过50 m后,测量精度呈离散趋势.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】4页(P75-78)【关键词】地面三维激光扫描仪;测距精度;径向距离;空间距离;Geomagic Studio;球型标靶【作者】吴长悦;王春鑫【作者单位】华北理工大学矿业工程学院;华北理工大学矿业工程学院【正文语种】中文三维激光扫描技术可通过激光测距原理精确获得空间三维坐标值，具有高精度、高速度、实时动态、自动化、非接触等优势[1-6]，近年来得到了广泛研究与应用[7-11]。
对地面三维激光扫描仪的测距精度进行检校，对于进一步发挥其测量优势具有重要意义。
刘春[12]等针对工程应用中三维激光扫描仪常见的误差类型，构建了误差模型，对仪器的测量精度进行了检校和精度评定；谢宏全等[13]采用六段解析法对徕卡C10扫描仪的测距精度进行了评定；张毅等[14]以地面三维激光扫描的观测方程为基础，建立了地面三维激光扫描的系统误差模型，利用空间坐标转换方法实现了系统误差模型整体解算[14]；王玉鹏等[15]借助标靶对Leica ScanStation2型三维激光扫描仪进行了实地测试，并对点位观测精度进行了分析与评定。
本研究以Focus3D三维激光扫描仪为例，根据该型仪器获取的原始点云数据，对其空间距离和径向距离的测量精度进行检校试验。
1.1.1 空间距离试验空间距离检校试验时沿水平方向和垂直方向设置的标靶数量均不少于4个，且保证标靶与扫描仪构成的角度不小于60°×60°(水平角α×垂直角β)。
使用激光扫描仪进行快速测量的方法
使用激光扫描仪进行快速测量的方法激光扫描仪是一种广泛应用于各个领域的先进测量设备，它利用激光束进行扫描，能够快速、精确地获取被测对象的三维形状数据。
在工业制造、建筑设计、文化遗产保护等方面都有重要的应用。
本文将介绍使用激光扫描仪进行快速测量的方法，包括设备准备、数据采集和处理等方面。
设备准备是使用激光扫描仪进行快速测量的第一步。
在选择扫描仪型号时，需要根据实际需求确定测量精度、扫描范围等参数。
同时，还需要准备扫描架、三脚架等辅助设备，以保证扫描仪在测量过程中的稳定性。
另外，还需要准备一台计算机和相应的测量软件，用于数据采集和处理。
进行快速测量前，需要对被测对象进行准备工作。
对于较大的物体，需要清理表面的灰尘、杂物等，以保证扫描仪能够准确地获取物体表面的形状数据。
对于复杂的形状，可以使用标记点或标记板，以便在数据处理过程中对不同部分进行配准。
此外，还需要考虑采集环境的光照条件，通常需要保持稳定的光照强度，以避免影响扫描效果。
数据采集是快速测量的核心步骤。
在采集过程中，需要将激光扫描仪移动到不同的位置，以获取被测对象的全部表面信息。
通常可以采用扫描仪自动旋转的方式进行全方位的扫描，也可以通过手动移动扫描仪进行局部扫描。
在进行扫描时，激光扫描仪会发射激光束，并接收衍射回来的光信号，通过测量衍射光的时间延迟和相位差来计算物体表面的距离信息。
通过多次扫描，可以获取被测对象的三维形状数据。
数据处理是使用激光扫描仪进行快速测量的最后一步。
在数据处理过程中，首先需要对采集到的点云数据进行去噪和滤波，以消除采集过程中的噪声和杂乱点。
接下来，需要对点云数据进行配准，即将不同位置的扫描数据进行融合，以获取全局一致的三维模型。
在配准过程中，可以利用标记点或标记板进行辅助定位，也可以通过自动配准算法进行匹配。
最后，可以通过数据拟合、插值等方法对点云数据进行表面重建，得到平滑的三维模型。
在数据处理过程中，还可以进行进一步的分析和提取，如测量尺寸、提取特征等。
三维激光扫描仪分辨率的测试方法
三维激光扫描仪分辨率的测试方法摘要：三维激光扫描技术是一门新兴的空间三维信息获取技术，是测绘领域继GPS技术后的又一次技术革命，是当前该领域研究的热点之一。
它突破了传统的单点测量模式，可以快速、准确、无接触地获取目标表面的海量三维信息，实现了实物的数字化，因而又被称为实景复制技术。
随着扫描仪技术的日趋成熟，尚缺少与便携式激光扫描仪分辨率指标相关的国际或国家标准出台。
基于此，本文主要对三维激光扫描仪分辨率的测试方法进行分析探讨。
关键词：三维激光扫描仪；分辨率；测试方法1、前言三维激光扫描仪是目前三维空间信息获取中最先进的仪器，但商业三维激光扫描仪价格昂贵，限制了其广泛应用。
随着扫描仪技术的日趋成熟，尚缺少与便携式激光扫描仪分辨率指标相关的国际或国家标准出台。
国内外对分辨率的研究主要倾向于对分辨率影响因素的研究。
如通过对比不同种类扫描仪测试结果来分辨扫描仪分辨率优劣，分析扫描仪扫描距离和角度对扫描仪分辨率的影响，以及利用计算公式来计算一定面积上点云的密度与扫描仪分辨率间的关系。
但通过研究扫描仪分辨率的影响因素，仍不能给出一个简单、直观、可操作的仪器使用判别方法。
本文在进行大量试验的基础上，借助科学的统计方法，给出了一种可行的方案。
2、测试方法2.1三维扫描仪的结构原理便携式的激光扫描仪扫描系统主要由扫描仪、控制器和电源供应系统三部分组成。
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，也集成了CCD以及仪器内部控制和校正等系统。
三维激光扫描仪所采用的最基本的方法有飞行时间法（timeofflying，ToF）和三角测量法。
飞行时间法利用激光发射到接收之间的时间延迟来计算距离。
但由于光波的飞行速度达3×108m/s，为达到较高的距离测量精度，对于定时系统的时间分辨率有特别高的要求，较难在技术上得到实现。
三角测量法则以传统的三角测量为基础。
由于三维面型对结构照明光束产生的空间调制改变了成像光束的角度，即改变了成像光点在接收装置阵列上的位置，因此通过对成像光点位置以及系统光路的几何参数的确定，可最终计算出扫描对象与激光发射器的距离。
三维激光扫描技术的使用方法与技巧分享
三维激光扫描技术的使用方法与技巧分享引言：近年来，随着科技的不断发展，三维激光扫描技术逐渐成为各行各业中广泛使用的工具。
其快速、精确、高效的特点，使得它在建筑、工程、文物保护、制造业等领域得到广泛应用。
本文将为您介绍三维激光扫描技术的使用方法与技巧，希望能给您带来一些帮助。
一、三维激光扫描的概念与原理三维激光扫描是一种通过激光束对目标物体进行快速扫描，获取其表面点云数据的技术。
其原理是利用扫描仪发射激光束，经过物体表面反射后由接收器接收，通过计算反射光的飞行时间和角度，确定目标物体表面的坐标信息。
通过扫描仪不断改变位置和方向，最终得到整个目标物体的三维点云数据。
二、三维激光扫描的设备与软件选择在进行三维激光扫描前，需要选择适当的设备和软件。
设备方面，可以选择具有高精度和高分辨率的激光扫描仪，以确保扫描结果的准确性。
软件方面，市场上有许多三维激光扫描软件可供选择，如Faro Scene、Leica Cyclone、Autodesk Recap等。
选用合适的软件可以帮助您更好地处理和分析扫描数据。
三、三维激光扫描的前期准备工作在进行三维激光扫描之前，需要进行一些前期准备工作。
首先，要确定扫描区域的范围和目标物体的特征，以便选择合适的扫描仪和扫描参数。
其次，应清理扫描区域，去除杂物和遮挡物，以确保扫描结果的准确性和完整性。
另外，为了提高扫描效果，可以使用反光贴纸或标记物来增加目标物体的纹理特征。
四、三维激光扫描的操作技巧在进行三维激光扫描时，需要一定的操作技巧。
首先，要保持扫描仪与目标物体的适当距离，以避免过近或过远造成扫描结果的失真。
其次，要控制扫描仪的移动速度和角度，以获取更全面、均匀的扫描数据。
另外，要注意扫描仪的角度和位置，避免光线反射或阴影的干扰。
此外，应注意扫描数据的重叠与衔接，以获得连续、无缝的扫描结果。
五、三维激光扫描数据的处理与分析在进行三维激光扫描之后，还需要对扫描数据进行处理与分析。
三维激光扫描仪的使用教程及效果展示
三维激光扫描仪的使用教程及效果展示现如今，随着科技的不断进步与发展，我们生活的方方面面都得益于现代科技的蓬勃发展。
其中，三维激光扫描仪作为一种先进的测量工具，正在被广泛应用于各行业中。
本文将为您详细介绍三维激光扫描仪的使用教程，并通过实际案例展示其出色的效果。
一、三维激光扫描仪简介三维激光扫描仪是一种使用激光测距原理进行三维信息采集与处理的仪器。
它通过发射激光束来扫描物体表面，通过接收激光反射回来的信号来测量物体的位置与形状，从而实现对物体的全方位测量与重建。
相比传统的测量工具，三维激光扫描仪具有测量速度快、精度高、操作简便等优势，被广泛应用于建筑、工程、制造、文化遗产保护等领域。
二、三维激光扫描仪的使用教程1. 准备工作在使用三维激光扫描仪之前，首先需要进行一些准备工作。
确保仪器处于正常工作状态，检查扫描仪的设备连接，确保电源充足，以便正常进行扫描操作。
另外，还需选择合适的扫描场景与扫描模式，根据实际需求确定扫描范围与精度。
2. 扫描操作开始扫描之前，我们需要将三维激光扫描仪放置在固定位置，并确保其稳定。
接着，在扫描软件中设置扫描参数，例如分辨率、角度等。
然后，根据扫描仪的指示，将激光束对准目标物体进行扫描。
在扫描过程中，需保持稳定的手持，保持扫描过程的连贯性和准确性。
3. 数据处理与重建一旦扫描完成，我们可以将扫描的数据导入到计算机中进行进一步处理与重建。
主要的数据处理步骤包括点云配准、深度图像处理、三维模型生成等。
通过配准技术，可以将多次扫描的数据进行对齐，形成一个完整的三维模型。
根据实际需求，可以对三维模型进行编辑、修复、优化等操作，以得到更加精确的模型。
三、三维激光扫描仪的效果展示随着三维激光扫描仪的普及与应用，其出色的效果也逐渐展现出来。
下面将通过几个实际案例展示三维激光扫描仪的应用效果。
1. 建筑测量与设计三维激光扫描仪可以快速准确地获取建筑物的外部结构与内部空间信息，方便进行建筑测量与设计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
X2i
n
Xi Yi
n
X
i
∑
n
X
i
Z
i
i=1
国 .c ∑
n
Xi Yi
中 w i=1
w ∑
n
Xi
i=1
i=1
n
∑ Y2i
i=1
n
∑Yi
i=1i=1 ∑源自∑ nYi
i=1
∑ N
a0
a1
a2
=
度为 6mm@ 50m。 2. 1 点位精度检验
误差为阈值，若距离差值大于阈值，则剔除该点。
使用三维激光扫描仪分别扫描 1 号点 （ Pt1） 、
（ 3） 拟合平面
2 号点 （ Pt2） 、3 号点 （ Pt3） 和 4 号点 （ Pt4） 获
噪声点剔除后的数据再次拟合平面，过程同初 取球面点云数据，应用重心类方法获取拟合点的中
选取具有一些明显特征点的空地，采用测站 / 后视的扫描方式逐站扫描并获取三维点云数据和影 像数据。在影像数据上选取并标注路面上的特征 点［13］。使用高 精 度 全 站 仪 观 测 已 标 注 特 征 点， 获 取其坐标数据。然后对点云数据进行后处理，提取 特征点的三维坐标信息，将其与全站仪观测值进行 对比分析，若两者最大差值超过限值，则点云拼接 精度不满足工程需要。
Z 14. 0947 14. 0783 14. 0549 14. 1579 14. 1368 14. 1080 14. 0778
［DOI］ 10. 13532 / j. cnki. cn11－3677 / td. 2016. 02. 030
［基金项目］ 中国矿业大学 （ 北京） 大学生创业训练项目 （ 201511413077） ； 中国矿业大学 （ 北京） 大学生创新训练项目 （ C201502027）
［作者简介］ 段龙飞 （ 1985－） ，男，山西长治人，在读博士生，从事 3S 及其应用研究。
i=1
n
Z
i
Y
i
i=1
n
Zi
i=1
（ 3）
w 解此可求出 a0 ，a1 ，a2 ，即可求出平面的表达
依据点位精度检验计算所得中心坐标，计算各 个点之间的距离，并与全站仪计算所得相应点间距 进行对比分析，若互差超过限值，则仪器测距精度 不达标，应进行重新检校。 1. 3 点云拼接精度检验
谢宏泉采用六段解析模型，并通过 Matlab 编程验 获得足够点云数据来拟合中心位置坐标，试验设计
证了徕卡 C10 在 50m 测距范围内和 50m 测距范围 了一个下向凹陷的磁块作为支撑台，凹陷的部分保
外的测距精度变化规律［5］； 刘春分析了激光扫描 证与靶标相互吻合。如图 1 所示黑色长方体为磁性
产生误差，误差来源主要有 3 种： 仪器系统误差、
a 目标反射物产生的误差和外部环境造成的误差［3］。 期 c 仪器系统误差必须通过日常的仪器检校工作使其影 炭 a 响最小化。因此，当地面三维激光扫描仪经过长时 in 间使用、磨损、震动或其他原因导致其测量精度降 煤 h 低甚至发生测量错误时，必须对地面三维激光扫描 国 .c 仪做定期精度检校工作。
心坐标的差值来判断地面三维激光扫描仪点位精 维扫描仪本身精度的局限性，设站位置的不同，外
度。通过对比数据可以得出，地面三维激光扫描仪 界环境的影响，公共靶标中心反射率的强弱、靶标
的点位精度满足其标称精度，可以进行正常的工程 应用数据采集工作。
的材质和粘贴、靶心提取的误差等因素，都会影响 点云数据的拼接 精 度［14］。 按 照 测 站 后 视 的 方 法 依
地面三维激光扫描仪具有快速获取海量点云数 用高精度基线场，通过基线比较计算扫描仪的加、
据的能力，为测绘等领域提供基础数据。现今主流 的地面三维激光扫描仪如拓普康 GLS－2000 的测量
t 精度 为 4mm @ 150m，徕 卡 P20 为 6mm @ 100m， 网 e FAＲO X330 为 2mm@ 25m 等，精度可以达到毫米 刊 j.n 级［1－ 2］。但是，扫描仪在获取数据时不可避免地会
［引用格式］ 段龙飞，李培现，李雪松，等 . 三维激光扫描仪测量精度的快速检查方法 ［J］ . 煤矿开采，2016，21 （ 2） ： 114－117.
114
段龙飞等： 三维激光扫描仪测量精度的快速检查方法
2016 年第 2 期
～ 90°之间。
1. 1. 3 点位测量精度检验
首先将靶标放置在①号点位置上，扫描①号点
中误差及乘常数的影响。该方法对于测距精度的检 1. 1. 1 点位精度检校试验平台的设计
验精度较高，但是相对比较繁琐。国内的许多学者
选择 140mm 直径的靶标及其配套的棱镜作为
对六段解析法进行了研究，如蔡庆生应用六段解析 扫描仪及全站仪观测的目标对象［9－11］。为了保证靶
法检定了徕卡 C10 的精度满足出厂的精度要求［4］； 标能够平稳地放在凹陷区域，同时保证扫描仪可以
次拟合平面。
心坐标。利用全站仪获取球体中心坐标值，两者之
（ 4） 重心类提取中心坐标
间的差值见表 1。
取所有点云坐标数据的平均值为靶标的中心坐
表 1 位置观测误差值
标值，即
n
n
n
x = ∑Xi /n； y = ∑Yi /n； z = ∑Zi /n （ 4）
i=1
i=1
i=1
点号 Pt1 －Pt2 Pt1 －Pt3 Pt1 －Pt4
获取球面点云数据，通过软件处理拟合出球体中心
位置信息。然后再顺序扫描②、③和④号点位置，
获取②、③和④号球体的中心位置信息。取下扫描
仪，放置全站仪并对中 整 平。类 似 地 分 别 在 ①、
②、③和④位置上放置配套棱镜 （ 球形靶标和球
型棱镜的半径大小相等，以保证获取的点位坐标一
致） ，顺序观测 4 个棱镜位置，记录全站仪的观测
X 4404083. 1388 4404086. 9015 4404090. 9298 4404079. 6797 4404084. 5715 4404084. 5715 4404081. 6750
Y 459649. 7598 459653. 9419 459658. 2717 459653. 3079 459661. 2055 459655. 2603 459563. 4359
图 1 点位精度检验设计台
值。为了减少观测误差，采用多次观测取平均值作
为真实的观测值。
1. 1. 2 靶标中心位置坐标提取方法
以全站仪数据为基准，通过比较其与 1. 1. 2 节
靶标中心坐标提取过程步骤为： 初次拟合平 计算所得靶标中心坐标数据，对点位测量精度进行
面； 噪声点剔除； 拟合平面； 重心类提取中心坐 检校。
全站仪斜距值 / m 扫描仪斜距值 / m 误差值 / mm
7. 7325
7. 7299
2. 6
7. 6219
7. 6203
1. 6
7. 6825
7. 6812
1. 3
115
总第 129 期
煤矿开采
2016 年第 2 期
通过求取两种手段获取的基准点和检校点的中 精度足够好的公共靶标点云坐标。但是由于地面三
位距离计算公式计算基准点和离散靶标点之间的斜
距值，见表 2。
表 2 靶标测量距离值
m
观测数据 Pt0－Pt1
Pt0 －Pt2
Pt0 －Pt3
Pt0 －Pt4
平距
0. 055
0. 258
0. 406
1. 576
图 2 拼接后的点云数据
斜距
19. 718
49. 524
50. 033
51. 261
t 使用全站仪顺序观测所有靶标位置的三维坐标 网 e 信息，通过点位距离计算公式计算基准点和离散靶
目前国内针对地面三维扫描仪的测距检测方法
中 w 比较单一，通常采用六段解析法来检定三维激光扫 w 描仪的测距精度。六段解析法是一种不需要知道基 w 线的精确长度，而采用全站仪本身的测量成果，通
乘常数，给出误差改正模型［7］； 张启福提出了基 于简易六段解析法的测距精度检校方法，并通过 ＲIEGL VZ－400 验证了该方法的精度［8］。本文通过 三维激光扫描仪扫描特定靶标球，应用重心类方法 获得球体的中心位置信息，然后将获得的目标点位 置求差获得斜距值，通过对比不同基线之间的斜距 值来分析扫描仪的距离观测精度，从而达到快速检 验地面三维激光扫描仪点云数据精度的目的。
第 21 卷 第 2 期 （ 总第 129 期） 2016 年 4 月
煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY
Vol. 21No. 2 （ Series No. 129） April 2016
三维激光扫描仪测量精度的快速检查方法
段龙飞，李培现，李雪松，谢艳清，詹佳琪
（ 中国矿业大学 （ 北京） ，北京 100083）
标。
1. 2 测距精度检验
（ 1） 初次拟合平面
平面的一般方程表达式为：
t z = a0x + a1y + a2
（ 1）
网 e 令 S 最小，则：
刊 j.n S
ak
=
0（
k
=
0，1，2）
a n－1
期 c S
=
Σ（
i=0
a0 x12
+
a1 y12
+
a2
－
z12 ）
2
（ 2）
a 即
煤炭 in ∑ ∑ ∑ h
［摘 要］ 地面三维激光扫描仪作为一种高精密的测量仪器，可以为测绘等领域提供海量基础 数据。为了实时快速对其测量精度进行检验，基于实践经验，在应用重心类方法获取球体中心坐标信 息的基础上，通过对比高精度全站仪和三维激光扫描仪相应数据，对三维激光扫描仪的点位精度、测 距精度和点云拼接精度进行了快速检验。