三维激光扫描技术
三维激光扫描技术
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。
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。
三维激光扫描技术
通过三维激光扫描技术获取城市的点云数据，可 以快速建立城市的三维模型，为城市规划和管理 提供数字化基础。
环境监测
利用三维激光扫描技术对环境进行实时监测和数 据采集，为环境保护和治理提供依据。
04
三维激光扫描技术的优 势与挑战
优势
高精度测量
三维激光扫描技术能够实现高精度的 测量，获取物体表面的详细三维数据。
三维激光扫描技术
contents
目录
• 三维激光扫描技术概述 • 三维激光扫描系统 • 三维激光扫描技术的应用 • 三维激光扫描技术的优势与挑战 • 三维激光扫描技术案例分析
01
三维激光扫描技术概述
定义与特点
定义
三维激光扫描技术是一种通过激 光测距原理快速获取物体表面点 云数据的高科技手段。
特点
地形地貌测量
01
地形地貌数据获取
利用三维激光扫描技术快速获取地形地貌的高精度三维数据，为地理信
息系统（GIS）提供基础数据。
02
地形地貌动态监测
实时监测地形地貌的变化情况，如山体滑坡、地面沉降等自然灾害或人
为活动引起的地形变化。
03
土地资源调查与规划
基于地形地貌数据进行土地资源的调查、规划和利用，为土地管理和城
快速数据获取
扫描过程快速，可以在短时间内获取 大量数据，提高了工作效率。
非接触测量
该技术是非接触式的，不会对被测物 体造成损害，特别适合对脆弱或易碎 物体的测量。
实时数据处理
扫描的同时可以实时获取初步的三维 数据，便于及时调整和优化。
挑战
01
遮挡问题
当扫描过程中存在遮挡时，可能会 造成数据的丢失或失真。
设备成本
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。
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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
集，经过处理对BIM设计模型校核，消除设计与施工现场的误差，提供可用可交付的bim模型，这在机电安装预制化过程中起到关键作用。
在管线综合中，除了软件里的软碰撞检查，机电模型与现场点云模型的硬碰撞也至关重要。
三维激光扫描仪在工程建设中最本质的应用就是现场数据的获取，区别于传统的点测量，它是建筑工程的大数据，任何测量、实测实量、施工节点对比、模型校正、竣工交付，数据留存、质量检查等都是依托于这一大数据，也就衍生出很多的应用。
三维激光扫描技术在BIM 施工流程中应用示意图表
通常的扫描应用方案总体可以分为三个阶段，现场实测扫描、点云数据处理、高级三维检测。
处理后的数据可以直接导入到CAD、revit等软件辅助建模。
下图，是分阶段的工作流程图：
三维激光扫描技术在工程建设中的应用
（1）规划设计阶段：三维激光扫描技术在工程建设规划初期可以完美的提供工程建设现场1:1的真彩色三维点云模型，包括地形地貌，交通线路，周边建筑（及其细节信息，如步行广场的平台、走廊、楼梯的位置、坡道；入口和出口点；紧急通道和通风设施；楼层之间的连接等，相比较无人机航拍更具细节信息），获取更加全面的基础信息。
为规划设计提供准确依据。
另外，设计的建筑模型可以匹配到扫描的点云数据中，来进一步检查设计与现场周边环境的冲突。
而Trimble扫描的点云模型被作为多维架构的开端，进行AEC规划、设施资产清单整理，三维框架的应急计划和房地产计划等。
Trimble的三维扫描技术无论在建筑施工进程前期、中期、后期的各个阶段都可随时对工程进行扫描，得到实测实量的高精度点云模型。
依据这些点云数据：可以辅助设计人员对模型、图纸做合理的调整与变更；可以帮助管理人员对工程质量及状态进行检查；对工程施工做完整的3D 记录、存档，为后期运维提供真实的数据依据。
（2）旧改项目中的应用：随着城市的发展，几乎都会面临旧改的问题，由于设计及施工的时间跨度大、旧改时期很难找到完全和现场情况比配的结构图纸资料，这为接下来的房建设计施工等工作带来不利因素。
如果以传统的测绘手段重新测量获取现场数据将是一个几乎不能完成的任务，在这种情况下使用三维激光扫描技术获取现场实际三维点云数据，为设计方提供真实可靠的数据进而很好地解决这个问题。
➢数据采集、几何测量
➢施工质量检测、结构检查
➢工程记录、隐蔽验收
➢空间位置冲突检测 ➢土方测定、容积检测 点云数据处理
高级3D检测
依据点云建模
在工厂复杂环境中的应用
应用案例
地铁七号线南站站通风机房三维激光扫描项目
中铁一局项目
在机电安装进场时，南站站由于土建施工时间久，且经历多次施工单位施工造成遗留问题土建和设计图纸偏差较大，无法按图施工，业主方工期催促时间紧，现场结构复杂，室空间杂物较多影响常规测量速度与质量。
后采用天宝三维激光扫描技术进行解决。
现场外业数据采集两小时，完成现场测量工作。
后业处理，迅速提交现场点云模型，设计图纸修改所需相关现场尺寸，均在点云模型中获取，模型硬碰撞等均在办公室处理完成。
Realworks中点云模型
点云模型与设计模型匹配
Realworks中点云模型与设计模型在横梁部位存在碰撞
Navisworks 中机电模型与点云模型碰撞检测华润湾国际商业中心春笋项目钢结构扫描测量
中建三局作为总包单位，在针对于做钢结构的分包单位就钢结构偏离设计的问题上，存在纠纷。
通过采用三维激光扫描技术，出具量化的，先进性的数据依据来卡下面的钢结构分包单位。
现场扫描
钢结构的角度，长度，空间几何形态测量
结合天宝bim放样机器人形成全套bim施工流程，在机电安装中配套应用，如下图：。
华润湾国际商业中心项目BIM综合应用.pdf
某国道隧道扫描demo
总包方因需要对不同隧道挖掘方式的土方量进行精确测算，进而对成本管控，选取最有的工作方式，及对不同施工节点进行三维激光扫描测量，做好数据留存，便于后期点云数据叠加分析。
点云数据展示
在对采集到的点云数据进行分析处理，得出所需要的横断面轮廓线，及土方量。
横断面轮廓线
剖面线，纵断面分析
根据需求不同，可分段对隧道局部提取进行分析，计算，测量。
隧道分段切显示土方量计算为7478.01m³。