车载三维激光扫描系统简介
三维激光扫描分类及工作步骤
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) 数据预处理数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点云数据和影像数据进行预处理，应用过滤算法剔除原始点云中的错误点和含有粗差的点。
对点云数据进行识别分类，对扫描获取的图像进行几何纠正。
2)数据拼接匹配一个完整的实体用一幅扫描往往是不能完整的反映实体信息的，这需要我们在不同的位置对它进行多幅扫描，这样就会引起多幅扫描结果之间的拼接匹配问题。
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。
徕卡三维激光扫描系统介绍
1
徕卡HDS三维激光扫描系统介绍
测绘仪器发展历程
徕卡HDS三维激光扫描技术及其原理
徕卡HDS三维激光扫描系统的产品系列及组成 徕卡HDS三维激光扫描系统的主要应用案例
2
B1001F23
你能看出这座桥吗？
B1001F23
B1001F23
B1001F23 B1001F23 B1001F23
B1001F23
B1001F23
B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23 B1001F23
25
徕卡HDS的主要应用——地形测绘
26
徕卡HDS的主要应用——公路测量
扫描点云 扫描点云 整条公路点云数据 清除路面噪音数据
27
线画图
徕卡HDS的主要应用——桥梁
管道设计分析
To 3D Model
化工设备和装置
To Accurate 2D Drawing
J-Tech Design LTD – Ingersoll, Ontario, Canada
三维数据存档
54
Areva / Framatome-ANP Lynchburg, Virginia USA
13
现场扫描工作流程
选点
14
设站
连接电源
15
量仪器高
选取扫描范围
车载三维激光测量仪单臂扫描系统的设计
（ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｏ ｐ ｔ ｏ — Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ １ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｖｅ ｈ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ － Ｄｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌａ ｓ ｅ ｒ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ Ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
实现 三维激光测量仪 ３ ６ ０ 。 无 遮挡扫描 ， 动静平衡 ， 运转稳定 ， 保证设备高速旋转扫描 ， 并获取精确的扫描数据。
关键 词 ： 激光技术 ； 激光测量仪 ； 扫描 中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ４ — ７ ０ １ ８ （ ２ ０ １ ３） ０ ９ － ０ ０ ２ ９ － ０ ４
集 以及 数据 处理 业 务 需求 与 日俱 增 ， 给 地 理 信 息产 业 市场 带来 了巨大 的 机 遇 和挑 战 ， 城 市 数 字 化 是 中
内高速公 路 、 高速铁 路 的建设 的推进 ， 对Ｇ Ｉ Ｓ数 据进 行 应用 的需求 越 来越 多 ， 我国 Ｇ Ｉ Ｓ数 据应 用 正 在进 人 一个需 求 旺盛期 。
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ３ Ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｅ ｒ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｓ ｃ ｎｎ ａ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ． Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｅ ｒ ，３ ６ ０ 。ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ
SSW车载激光建模测量系统
每组包含若干类，例如杆组包含9个类， 为节省篇幅，其它组不一一列举
序号 组别 包含的类名 路栏栅 挡车柱 挡光板 类码 440100 440200 440300 对应的文件名 路栏栅-440100 挡车柱-440200 挡光板-440300 建模方式 矢量 符号 铺设
路灯（杆+灯）
电杆 5 杆组 树干 行道树树干 树整体 其它栅栏：不含路栏 栅的栏栅(包含公交站 栏栅、树栏栅、单位 围墙栏栅、水边栏栅、 立交桥匝道和盘桥栏 栅，空调栏栅不表现)
1 建筑物
①建筑物的框架模型；②树叶（植物组） ①挡音墙；②金属隔离带；③水泥隔离带；④篱笆 树；⑤路肩；⑥混合隔离带（铁杆+水泥墩）；⑦ 电线
2 3
4 5
沿路组
为TQTQ服务的路边线矢量
地路面 杆组
①地面；②路面 ①树干；②电杆；③路灯；④挡车柱；⑤*光板； ⑥路栅栏；⑦路栅栏以外的其它栅栏
6
7 8
rx7
rx8 rx9 rx10 rx11 rx12 rx13 rx14
428966.59
428966.222 428965.494 428965.889 428963.403 428963.007 428962.251 428962.645
4415744.548
4415744.79 4415752.167 4415751.941 4415746.444 4415746.667 4415754.073 4415753.849
mh 按公式：
vv 计算得到高程测量中误差为： n
mh=±0.014m
2. 在GPS信号正常地带进行绝对坐标高台转扫，可以达到3cm
行政区名称：冶陶镇
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 点号 1--2 1--1 1--10 1--4 1--7 1--8 2--4 2--7 2--10 3--1 3--2
RIEGL VZ-1000 三维激光扫描成像系统 说明书
LASER MEASUREMENT SYSTEMS®Preliminary DatasheetRIEGL VZ-1000®三维激光扫描成像系统拥有RIEGL 独一无二的全波形回波技术(waveform digitization)和实时全波形数字化处理和分析技术(on-line waveform analysis)，每秒可发射高达300,000点的纤细激光束，提供高达0.0005°的角分辨率。
这种高精度高速激光测距及可同时探测到多重乃至无穷多重目标的细节信息技术优势，是传统单次回波反映单一物体技术所无法比拟的。
除此以外，基于RIEGL 独特的多棱镜快速旋转扫描技术，它能够产生完全线性、均匀分布、单一方向、完全平行的扫描激光点云线。
的高质量制作水准和密封等级使它能够在恶劣的环境条件下完成高难度的测量分析任务。
具有轻便、坚固耐用等显著优点，其安装和操作也极其简单：通过自带的控制面板即可设置参数，控制扫描，无需携带笔记本电脑，并可使用iPhone 或PDA 进行远距离的遥控操作，将全部数据都储存在设备附带的存储卡中。
操作模式：●无需笔记本即可单机获取数据，并利用内置用户界面进行基本配置及输入命令。
●通过有线或无线网络端口，在笔记本上经由RiSCAN PRO 进行远程遥控操作。
●将命令提示整合到移动激光扫描系统中。
●提供连接后处理软件接口。
使用界面：●整合人机交互界面(HMI)，在设备上进行单机操作。
●使用320x 240像素、3.5寸高分辨率TFT 彩色液晶显示屏，防刮防反射并配备多语言菜单。
●防水抗污键盘，按钮设计便于控制。
●通过扩音器可获取声音信号。
RIEGL VZ-1000VZ-1000VZ-1000长距离、高精度、快速度、轻巧便携的三维激光扫描成像系统 ●超高速数据采集●广阔的扫描视场角，可控性强●能够识别多重目标●在恶劣环境下卓越的测量能力●标配高精度数码相机安装底盘●集成倾角传感器和激光铅锤●内置GPS 天线●多种端口(LAN,WLAN,USB 2.0)●设备本身具备内部数据存储能力●超长距离，高达１４００米●建筑和正射影像测量●建立考古和文化遗产档案●隧道测量●土木工程应用及工程监测●城市三维建模●数字城市建模和车载激光扫描成像系统●地形和矿产测量系统构成软件包用于扫描仪的操作和数据处理数据存档：以目录树结构存储为XML 文件格式核查，智能视图和特征抽取拼接方式：提供包括全球坐标系拼接在内的全自动和半自动四种拼接方式高精度、低畸变的专业单反数码相机(4,256×2,832pixel)(4,288x 2,848pixel) ●自动生成高分辨率的贴图纹理网格●自动生成三维正射影像、数字高程图和等高曲线图●实时定位、距离、面积和体积的测量将扫描仪、软件和数码相机结合，能够实现Ø 200 mm308 m m3Preliminary Datasheet扫描仪通讯和数据接口●LAN 10/100/1000MBit/s 接口位于旋转头里●LAN 10/100MBit/s 接口位于底部●WLAN 接口位于顶部天线处●USB 2.0用于外部驱动存储（闪存●USB 2.0用于连接数码相机●GPS 天线连接器●两个用于额外电源供给的接口●GPS 脉冲同步接口（1PPS 扫描数据存储●内置32G 闪存存储●外部有USB 2.0存储驱动接口（可接/RIEGL VZ -1000®2)Laser PRR (Peak) 70 kHz100 kHz 150 kHz 300 kHz2)Effective Measurement Rate 29 000 meas./sec.42 000 meas./sec.62 000 meas./sec.122 000 meas./sec.3)Max. Measurement Range 4)for natural targets ρ ≥ 90%1200 m 1000 m 800 m 450 m for natural targets ρ ≥ 20%560 m470 m380 m270 m5)Max. Number of Targets per Pulse practically unlimited 6) 8)Accuracy 8 mm 7) 8)Precision 5 mmCLASS 1 LASER PRODUCT1)with online waveform processing4)limited by PRR 2)rounded values, selectable by measurement program 5)details on request3)Typical values for average conditions. Maximum range is 6)Accuracy is the degree of conformity of a measured quantity to its actual (true) value.specified for flat targets with size in excess of the laser7)Precision, also called reproducibility or repeatability, is the degree to beam diameter, perpendicular angle of incidence, and for which further measurements show the same result.atmospheric visibility of 23 km. In bright sunlight, 8)One sigma @ 100 m range under RIEGL test conditions.the max. range is shorter than under an overcast sky.9)0.3 mrad correspond to 30 mm increase of beamwidth per 100 m of range.Minimum Range 1.5 mLaser Wavelength near infrared 9)Beam Divergence 0.3 mrad10) frame scan can be disabled, providing 2D operation11) selectable, minimum stepwidth increasing to 0.004° @ 70 kHz PRRLASER MEASUREMENT SYSTEMS®0100200400500800Target Reflectivity [%]M a x i m u m M e a s u r e m e n t R a n g e [m ]w e t i c e , b l a c k t a r p a p e rd r y s n o wc o n i f e r o u s t r e e sd r y a s p h a l td e c i d u o u s t r e e st e r r a c o t t ac l i f f s , s a nd , m a s o n r yw h i t e p l a s t e r w o r k , l i m e s t o n e30051015202530354045505560657075801400w h i t e m a r b l e9085standard clear atmosphere: visibility 23 km light haze: visibility 8 kmc o n s t r u c t i o n c o n c r e t e9001000110012001300600700150 kHz100 kHz70 kHzrange limited by PRR300 kHz技术参数物理参数激光产品分类一级安全激光制造依照IEC60825-1:2007The following clause applies for instruments delivered into the United States:Complies with 21CFR 1040.10and 1040.11except for deviations pursuant to Laser Notice No.50,dated Jul 26,2001.温度范围：0℃~40℃（使用）；-10℃~50℃（存放）保护等级：IP64，防尘，防雨水重量：9.8KG1)Range Performance 100°(+60°~-40°)旋转反射棱镜3线/秒~120线/秒0.0024°≤∆ϑ≤0.288°优于0.0005°(1.8arcsec)内置，专门用于扫描仪垂直位置的变化定位实时同步扫描数据的采集时间控制扫描仪同步旋转0°~360°旋转激光头0°/秒~60°/秒0.0024°≤∆φ≤0.5°优于0.0005°(1.8arcsec)扫描角度范围扫描机制原理扫描速度角度步频率∆ϑ（垂直），∆φ（水平）角度分辨率倾角传感器：内置同步计时器：同步扫描（可选）：11)11)10)假设具备以下条件：平面目标大于激光光束；入射角垂直于目标且亮度平均。
车载三维激光扫描仪
作之后，图表 9 中显示了所有处理和输出数据的主要步骤：
加拿大 OPTECH 产品技术电子文档第十六期 -10-
制定计划 系统准备
测量 下载数据 计算 SBET 处理 Lynx 数据 检查点云 输出数据
在ApplanixPOS/LV420导航系统中， Lynx系统还拥有高精度的IMU，双 GPS天线和一个DMI（距离测量系统）来收集导航数据。双GPS天线的设计可以 在加速在高纬度地区航向角计算的速度。同时，DMI可以提供高精度的车速更新 数据。这可以使得在GPS信号质量很差的情况下可获得相对精度较高的航迹线。 此外，DMI还可以在汽车静止的时候为系统更新实时速度信息（ZeroVelocity Updates ZUPT).
测区分类
表格 1:关于使用 Lynx Mobile Mapper 进行道路测量的若个例子
位置
测区范围 平均车速
所测地物
成果
高速公路
科林斯—— 雅典 希腊
120km 2条车道
60
2条车道和重建
km/hr 精密3D模型
点云数据
点云数据
道路旁侧状
州际高度公 路
16km 北向 洛杉矶，加州 16km 南向
LynxMobileMapper 工作流程
加拿大 OPTECH 产品技术电子文档第十六期 -11-
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
- 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)。
一、系统简介
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。
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，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。
近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪，车载三维激光扫描仪是将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性测量装置、里程计、360°全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机集成并封装于汽车的刚性平台之上，在汽车移动过程中，快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据，通过统一的地理参考和摄影测量解析处理，实现无控制的空间地理信息采集与建库。
汽车、三维激光扫描仪、数据处理软件，这三部分共同组成了车载三维激光扫描系统。
图1.车载三维激光扫描系统图2.系统工作原理图
二、发展状况
随着地理空间信息服务产业的快速发展，地理空间数据的需求也越来越旺盛。
地理空间数据的生产，成为世界经济增长的一大热点。
目前世界上最大的两家导航数据生产商NavTech和Tele Atlas均将车载三维激光扫描系统作为其数据采集与更新的主要手段，并将该技术视为公司的核心技术。
我国在车载三维激光扫描系统测图领域的研究起步较早，现已在多传感器集成、系统误差检校、直接地理参考技术、交通地理信息系统等方面取得突破性的进展，其中最具代表性的有李德仁院士主持、立得空间信息技术有限公司研制的LD2000-RM车载道路测量系统和刘先林院长主持、首都师范大学研制的SSW车载测图系统。
三、国内的应用
经过多年的发展和应用，车载三维激光扫描系统已在我国基础测绘、应急保障测绘、街景导航地图测绘、三维数字城市建设、矿山测绘、公路GIS与公路路产管理、电力GIS数据采集与可视化管理、铁路GIS与铁路资产管理、公安GIS数据采集等项目中得到广泛应用。
较为成功案例有黑龙江测绘局基于移动道路测量系统的数字道路采集生产、武汉市汉阳沌口经济技术开发区电子地图测制、韩国高速公路公司道路设施调查维护、湖北楚天
高速公路全程测绘、青藏铁路（格尔木-拉萨段）铁路设施以及相关地物采集与建库等项目。