三维激光扫描与近景摄影测量的区别
浅谈三维激光扫描技术原理及应用
浅谈三维激光扫描技术原理及应用摘要：三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术，被称为“实景复制技术”。
本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点，探讨了三维激光扫描技术的应用。
关键词：三维激光扫描技术工作原理技术特点应用1、引言近年来，随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求，传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。
相比这些传统的测量技术，三维激光扫描技术具有极大的技术优势，特别是在数据采集方面，具有高效、快捷、精确、简便等特点，被广泛的应用于各个领域。
2、三维激光扫描技术随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。
这种技术采用非接触式高速激光测量方式，来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型，既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式，做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。
2.1 三维激光扫描系统组成整个系统通常由以下四部分组成：1)三维激光扫描仪；2）数码相机；3）后处理软件；4)电源以及附属设备。
如图1：图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系2.2 三维激光扫描仪的分类三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为：机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。
三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具，按照其有效扫描距离可进行如下分类：(1)短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6～1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点，精度至±0.018mm。
例如:美能达公司的VIVID 910，手持式三维数据扫描仪FastScan等，属于此类。
三维激光扫描技术与无人机摄影测量技术在土方算量中的对比与应用
三维激光扫描技术与无人机摄影测量技术在土方算量中的对比与应用维激光扫描技术在建筑施工过程中，对土方量的精确计算是非常重要的环节。
然而，土方堆积具有不规则性，获取较为准确的土方数据比较困难。
传统的测量方式不仅耗费大量的人力以及时间，而且获取的数据也不完善。
三维激光扫描技术以其海量的点云数据弥补了这一缺陷，它能更加精确地展现出土方的实际情况。
同时，三维激光扫描获取数据的速度更快，可在短时间内获取几百万个点，操作简单，不仅可节省大量的时间，也可节省人力，极大地提高了工作效率。
在后期处理方面，应用专业的点云数据处理软件，结合地理信息处理软件或建模软件，可得到多种数据产品，以满足工程需要。
针对大面积的研究区域，无人机的优势更加明显，其获取数据的速率更快，甚至可在短时间内获取完整的工作区信息，通过后期处理生成的密集点云可用于土方计算。
某项目占地面积大，植被分布较稀疏，现场地形采集时间紧，本次采用无人机进行全部场区地形采集，三维激光扫描进行部分区域加密采集，采用GNSS–RTK进行校正采集工作，为土方计算提供基础数据。
土方计算原理土方量内业计算有方格网法、断面法和数字高程模型法。
1.方格网法方格网法首先根据工作区的具体情况布设方格网，一般以10m或5m为宜，然后使用GPS对每个方格网的交叉点的高程进行测量，最后经加权计算土方量。
这种方法适用于大面积土方估算，在坡度平缓、地形起伏较小的地方，方格网法精度较高。
2.断面法断面法适用于地形起伏较大、填挖深度大且不规则的区域。
断面法将工作区域按照一定的间隔划分成若干个截面，将截面面积与间隔长度相乘并累加计算土方体积（图1）。
图1 断面法示意计算公式：V=（S1+S2）×L/2 （1）式中：V为两个相邻垂直截面之间的场地挖方或填方的体积；S1、S2分别为两个相邻垂直截面的面积；L为两个相邻垂直截面之间的间距。
3.数字高程模型法数字高程模型法的基本思想是根据工作区的数字高程模型生成三角网，求取每个三角网覆盖区域的体积并加以求和计算土方量。
测绘工程中三维城市测量技术的应用分析
测绘工程中三维城市测量技术的应用分析摘要：在工程建设中，测量属于一项非常重要的工作，因为涉及到的内容比较多，所以具有一定的应用性与复杂性，工程测量水平与整个社会经济发展之间有着密切联系。
目前，在现有的工程测量技术中，三维测绘技术有着非常广泛的应用。
本文主要针对测绘工程中三维城市测量技术进行了深入分析，并结合实际情况提出了一些有效的应用策略，希望能为相关人员提供合理的参考依据。
关键词：测绘工程；三维城市测量技术；应用策略如今，基于新形势发展背景下，科学技术水平有了很大提升，对工业领域发展起到了重要的推动作用，工程建设领域市场专业化细分与技术集约化发展已经成为未来主要的发展趋势，以往的工程测绘技术已经无法满足未来经济发展要求。
在对信息化技术使用的基础上，形成了三维城市测量技术，可以使测量工作满足一定的自动化以及数字化等要求，实现对信息数据的全面收集。
1、三维城市测量技术重要性如今，随着现代化城市进程不断推进，开始面向数字化以及信息化的方向不断发展，对于各地国土部门以及测绘部门而言，需要对信息技术使用引起重视，在更大程度上提升基础地理信息能力。
在数字城市规划过程中，通过应用城市三维测量技术，可以获取到更加准确的数字信息，与以往的测量技术相比，可以发挥出非常明显的优势。
在现代化城市发展中，测绘属于非常重要的技术支撑，构建城市高精度三维城市测量基准，能保证城市平台坐标系统与高程系统之间的统一性，能第一时间对测量结果进行更新，并做好测量数据保存工作，为经济建设提供重要的参考数据。
要想形成三维城市测量基准，就必须实现对网络技术的充分利用，形成移动定位、动态连续的空间参考框架与地球动力学服务。
在数字化城市建立过程中，数据在其中发挥着重要的基础作用，在现代城市建设规模不断拓展的基础上，以往的城市平面控制系统已经无法满足测绘工程发展要求，只有应用三维城市测量技术，才能提供更加精准的测绘数据服务。
2、测绘工程三维城市测量技术使用2.1 卫星定位测量系统GPS网控制在构建过程中，主要是在对计算机技术、数据通信技术以及互联网等技术充分使用的基础上，形成网络系统，及时为用户提供动态化的测量数据。
论摄影测量与激光雷达测量之比较
论摄影测量与激光雷达测量之比较摘要:在航空航天行业内所使用的飞机数字化水平测量技术已经经历了数几十年的发展，已形成了相当完整系统的产业模式。
近年来也备受人们的关注，当我们谈论飞机数字化水平测量技术时，或多或少会谈到igps和激光雷达。
实践中总有人问：这两种方法哪个更好？为了更好的解答这个问题，本文便针对激光雷达测量和igps从工作原理，技术特点，适用性等方面进行对比。
关键词:igps；激光雷达测量；技术特点；适用性1.引言飞机水平测量又称飞机的特征点测量，通过测量这些特征点来检测飞机总体装配质量。
目前飞机水平测量工作使用的测量工具包括水平仪、光学经纬仪、全站仪、激光跟踪仪等。
传统飞机水平测量方法是采用水平仪、光学经纬仪对水平点进行测量。
该方法采用人工读数、记录和手工计算，需对飞机调整水平状态，测量过程复杂、人为误差大、自动化程度低。
近年来，激光跟踪仪、全站仪等先进数字化仪器在飞机水平测量中的广泛应用，一定程度的提高了飞机水平测量的精度、自动化程度，降低了劳动强度。
但全站仪作水平测量时需辅助设备单棱镜配合使用，测量精度无法满足特殊机型的高精度测量要求。
激光跟踪仪测量精度高，但其测量时易断光、接触式测量、需转站等问题，使其不适合对大型飞机的测量。
本文介绍的飞机数字化水平测量技术具有精度高、效率高、工作量小等优势，尤其适合于大飞机。
测量系统的多功能、高扩展性等特点，使其可扩展应用到飞机型面检测、动态对接等技术上，且具有良好的应用前景。
2.iGPS测量技术的概念iGPS采用基于三角定位法的测量技术，iGPS测量系统类似“卫星”网络（“卫星”就是发射器）。
接收器通过接收来自发射器的信号进行处理和计算从而进行定位。
每个iGPS发射器的测量范围有40m，任意数量的iGPS发射器可以用来组建连续的iGPS测量空间，而iGPS的系统误差在整个测量空间是近似均匀分布的。
iGPS定位精度最高可达0.2mm(2σ)，测量范围可根据配置情况无限延伸，这使得iGPS在测量大型部件时能一次完成所有的测量任务而无需多次转站。
地面三维激光扫描与工程摄影测量比较
地面三维激光扫描与工程摄影测量比较
（一）相同点：
（1）都属于非接触测量手段：摄影测量是通过摄影经纬仪或量测数码相机拍摄像片；三维激光扫描采用非接触式高速激光测量方式。
（2）整体外业作业模式类似：都可以自由设站或者固定设站，都需要像控点来进行绝对定位。
（3）都属于高密度测量技术：相对于单点测量技术，三维激光扫描和工程摄影测量都属于连续高密度测量技术。
（二）不同点：
（1）原始数据格式不同：扫描所得到的点云数据，包含每个点的xyz三维坐标、点的亮度值以及颜色信息，可以直接在点云中进行空间量测；而摄影测量所得到的数据是影像照片，单独的一幅影像照片则无法进行空间量测。
（2）拼合各测站间数据的方式不同：扫描系统采用坐标匹配方式，而摄影测量则采用相对定向和绝对定向方式。
（3）测量精度不同：采用激光扫描直接测量得到的测点精度高于摄影测量中的解析点，且精度分布均匀。
（4）对外界环境的要求不同。
激光扫描在白天和黑夜都可以工作，光亮度和温度对于扫描没有影响，而摄影测量的要求相对地要高一些（如高温会产生影像变形，夜晚无法进行摄影等）。
（5）对实体纹理信息的获取方式不同。
扫描系统由反射强度来匹配与真实色彩相类似的颜色或从数码影像中获取，在模型上加贴定制的材料；而摄影测量则根据影像照片直接获得真实的色彩。
（6）模型建立及数据处理方式不同。
在扫描系统中可以直接进行，而在摄影测量中，则首先需要用特定的软件进行相片间的匹配处理。
测绘技术中的近景摄影测量方法
测绘技术中的近景摄影测量方法近景摄影测量方法是测绘技术中一种重要的测量手段，它通过使用相机捕捉地物的图像，结合测量数据，计算地物的位置、形状和尺寸。
本文将介绍近景摄影测量方法的原理、应用以及未来发展方向。
一、原理近景摄影测量方法依赖于相机与地物之间的几何关系。
当相机拍摄地物图像时，相机光轴与地物交点确定了相机中心，而图像上的地物点与相机中心之间的距离则反映了地物的深度信息。
通过对相机光轴与地物交点的测量，以及对图像上地物点的测量，可以推导出地物的三维坐标。
在具体实施中，首先需要建立相机的内部和外部参数模型。
内部参数模型包括焦距、主点位置等相机内部参数，外部参数模型包括相机姿态和位置等相机外部参数。
然后，在地面上选择一些已知点，通过测量这些已知点在图像上的位置，以及相机和已知点之间的距离，就可以计算出相机的内外参数。
二、应用近景摄影测量方法在测绘领域有着广泛的应用。
首先，它可以用于地形测量。
通过拍摄地面图像，结合高程数据，可以实现对地形的准确测量。
这对于城市规划、环境保护等领域具有重要意义。
其次，近景摄影测量方法可以用于建筑测绘。
通过拍摄建筑物的图像，可以测量建筑物的尺寸、形状等参数。
这对于房地产开发、建筑设计等有着重要的作用。
此外，近景摄影测量方法还可以用于文物保护。
通过拍摄文物的图像，可以实现对文物的三维重建，包括形状、纹理等信息。
这对于文物保护、文物研究等具有重要的价值。
三、未来发展方向近景摄影测量方法在近年来得到了快速的发展，但仍然存在一些挑战和改进的空间。
首先，精度问题是一个需要解决的关键问题。
随着测量需求的增加，对于测量精度的要求也越来越高。
因此，需要研究更精确的参数估计方法，以提高近景摄影测量方法的精度。
其次，数据处理的效率也是一个需要改进的方面。
近景摄影测量方法产生的数据量庞大，需要进行大规模的数据处理。
因此，需要研究高效的数据处理算法，以提高数据处理的速度和效率。
此外，近景摄影测量方法还可以与其他测量技术结合，以实现更全面的测量。
三维激光扫描技术与应用实例
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College of Surveying And Geo-Informatics
三维激光扫描技术与传统测量技术的区别
传统工程测量中，对三维数据的获取主要有： RTK定位 皮尺量测 全站仪特征点采集 基于光学摄影测量原理的近景摄影测量、航空摄影测量等; 采用三维激光扫描技术的方法： 无需设置反射棱镜进行无接触测量，在人员难以企及的危险地段使用优势 明显; 突破单点测量方式，以高密度、高分辨率获取扫描物体的海量点云数据， 对目标描述细致、采样速率高，传统方法难以实现；
三维激光扫描系统的主要技术参数
PRR与扫描距离（激光射程）的关系
当PRR=f 时，发射相邻两个激光点的间隔时间：
光速为C，则扫描仪理论最大扫描距离D为：
频率越高，射程越近 这也是相位式扫描仪普遍射程偏近的原因
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三维激光扫描系统的主要技术参数
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三维激光扫描系统的组成和原理
测距方法——脉冲激光测距 由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标反射回 来的光脉冲，通过测量光脉冲往返的时间来算出目标的距离：
ct d 2
t 的测量： 在确定时间起始点之间用
三维激光扫描测量技术
科技信息2009年第31期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 近年来，随着三维激光扫描技术的不断完善与发展，该项技术在数据采集方面显示出高效、快捷、准确、方便等优点。
本文首先介绍了空间数据、空间数据采集技术及其特点。
然后介绍了三维激光扫描技术的基本原理、技术构成以及几种常用的扫描模型。
接下来全面介绍了三维激光扫描测量系统的工作原理、系统组成、一般工作流程、系统的一些特征。
1．研究意义三维激光扫描系统作为一种技术成熟，应用刚刚起步的产品，在某些具体的应用中还存在许多的问题需要研究解决。
对三维激光扫描系统集成的多个传感器部件的融合应用给扫描结果带来误差进行分析，研究激光光斑的发散性对实体边缘和角落信息识别的影响，扫描点云数据的误差传播规律，激光光源对特定的材料的物体反射不敏感或者具有强反射特性的区域使得扫描数据出现“盲区”的现象，扫描视场的局限性等。
如何应用点云数据建立实体表面模型以及评价模型的精度，三维纹理信息的粘贴匹配，评估模型的建立及方法的选择，三维激光扫描系统校正体系不完善等问题都是目前地面三维激光扫描技术应用中亟待解决的。
针对三维激光扫描技术在应用中存在的问题，客观的评价三维激光扫描系统的价值，采取有效的手段弥补应用中的缺陷不足，尽可能的为后续研究人员提供参考借鉴，为推广该技术应用提供客观正确的依据。
借助于该技术的优势实现三维数据实时廉价获取，海量数据的快速存储与快速处理，建立完整的三维空间数据模型，进行精确的地理空间数据表达，都具有重要的意义。
2．三维空间数据与数据采集技术综述2．1三维空间数据采集技术利用天文测量、全站仪、GPS 接收机等其他常规的地面测量方式和激光雷达技术逐点或逐断面地采集地表点的空间坐标及其属性。
2.1.1天文测量技术2.1.2大地测量技术：经纬仪、全站仪、水准仪2.1.3惯性测量技术：惯性测量仪器由陀螺稳定平台、加速度计和微机组成，可安装在运动体（如汽车、飞机、船舶）上，能同时测定空间某点的经纬度、高程、垂线偏差分量和重力异常等6个大地元素。
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ATR需要一块棱镜配合进行目标识别，在每 一次ATR测量过程中，十字丝中心相对棱镜 中心的角度偏移量都重新测定，并相应改 正水平方向和垂直角。
当使用ATR方式进行测量时，由于其望远镜 不需要对目标调焦或人工照准，因此，不 但加快了测量速度，并且测量精度与观测 员的水平无关，测量结果更加稳定可靠。
经纬仪的测角精度主要取决于轴系误差和 读数误差。
我国光学经纬仪系列分为J07、J1、J2、J6 等型号，J为经纬仪汉语拼音的第一个字母， 下标表示仪器的精度指标。
4.1.2 水平角观测
测回法 全圆测回法（方向观测法） 全组合测角法
在工程测量实际应用中，相邻边长有时 相差悬殊，很难做到“一测回中不调焦” 的规定。这时，可按下列程序进行测角：
自动化陀螺经纬仪一般由自动陀螺仪和电 子经纬仪组成。
① 盘左，粗略瞄准一个目标；
② 仔细对光，消除视差；
③ 精确瞄准目标，取水平度盘读数；
④ 不动调焦镜，盘右，精确瞄准目标， 取水平度盘读数；
⑤ 对于下一个目标，重复上述操作。
4.1.3 垂直角观测
竖直角观测的具体操作程序如下： ① 盘左，按上、中、下三根水平丝的顺序依次照 准同一目标各一次，并分别读竖盘读数； ② 盘右，同①一样的观测； ③ 分别计算三根水平丝所测得的指标差和竖直角， 并取竖直角的平均值作为一个目标的一测回之值。 该观测方法称为“三丝法”，若仅使用中间水平 丝进行观测，则称为“中丝法”。
用于电子经纬仪的角度传感器主要有两种， 编码度盘和动态测角系统。
图4-4 Grey码盘
0 LR LS
图4-5 动态测角原理
4.1.5 目标照准自动化
20世纪90年代中叶，自动目标识别与照 准技术的出现，突破了角度测量中需要人 工照准目标的缺陷，使角度测量发生了质 的飞跃，实现了真正的自动化。
垂直角与指标差的计算：
1 2
i 1
R L 180 R L 360
2
4.1.4 电子经纬仪
用电子度盘替代光学模拟度盘，实现度盘读 数的自动化，则成为电子经纬仪。
在电子经纬仪中，虽然实现了度盘读数的自 动输出，但在角度观测的操作方法上，基本 上沿用光学经纬仪的一般要求。
ATR自动识别并照准目标主要有三个过程： 目标搜索过程、目标照准过程和测量过程。
在人工粗略照准棱镜后，启动ATR，首先 进行目标搜索过程。在视场内如无发现棱 镜，望远镜在马达的驱动下按螺旋式或矩 形方式连续搜索目标，ATR一旦探测到棱 镜，望远镜马上停止搜索，即刻进入目标 照准过程。
图4-7 ATR目标搜索方式 图4-8 ATR角度修正与照准
当已知或直接测出真北方向，通过角度测量还可 得到方位角。
角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪 和电子经纬仪二大类。
4.1.1 光学经纬仪的基本结构
主要包括照准部、基座和三脚架部分，核心是照准部。 照准部又可分为照准、读数、轴系和安平几部分。照准部
主要是带十字丝的望远镜，十字丝与物镜组中心的连线称 为视准轴。读数部分包括水平度盘、竖直度盘，以及为精 确读数服务的光路系统和测微装置。 轴系包括竖直轴（简称竖轴）、水平轴（简称横轴）和视 准轴，竖轴是照准部水平旋转的中心轴，横轴是望远镜在 竖直方向旋转的中心轴。 经纬仪观测要求竖轴铅垂、横轴正交于竖轴、视准轴正交 于横轴，其不正交误差称为三轴误差。 安平设备主要指水准管，其主要用途是将竖轴铅垂，另外 还要使竖直度盘的指标线位置正确。
自动目标识别（ATR）部件被安装在经 纬仪的望远镜上，红外光束通过光学部件 被同轴地投影在望远镜上，从物镜发射出 去，反射回来的光束，形成光点由内置 CCD相机接收，其位置以CCD相机中心作 为参考点来精确地确定，假如CCD相机中 心与望远镜光轴的调整是正确的，则可从 CCD相机上光点的位置直接计算并输出以 ATR方式测得的水平角度和垂直角。
第四章 工程测量的仪器 和方法
本章内容
角度测量 距离测量 高程测量 准直测量 坐标测量 其他测量
4.1 角度测量
角度是几何测量的基本元素，包括水平角和竖直 角。
水平角是一点到两目标点的方向线垂直投影在水 平面上所构成的角度；
竖直角是一点到目标点的视线与水平面的夹角， 若方向线在水平面之上，竖直角为正，为仰角， 否则竖直角为负，为俯角。竖直角也称垂直角、 俯仰角或高度角，而方向线与铅垂线的夹角称为 天顶距。
4.1.6 全自动陀螺经纬仪
经纬仪与陀螺仪配合使用，成为陀螺经纬 仪。
利用陀螺仪可以寻找真北，因此利用陀螺 经纬仪可以测出某一方向与真北方向的夹 角，也就是该方向的地理方位角。
目前，陀螺经纬仪的自动化程度已得到较 大提高，在工程测量的应用更为广泛。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ GYROMAT2000
AGP1
图4-9 自动化陀螺经纬仪
目前，自动化陀螺经纬仪的主要产品有德国威斯 特发伦采矿联合公司（WBK）的Gyromat2000和 日本索佳公司（SOKKIA）的AGP1等。
自动化陀螺经纬仪在无需人工任何干预的情况下 可快速高精度地实现定向观测。如Gyromat2000 陀螺经纬仪，在不足10分钟的时间内可达到优于 ±3.2″的定向精度。
图4-6 带ATR望远镜结构示意图
与人工照准目标存在视准差一样，ATR同样 存在视准差。ATR视准差的校准是提高其测 量精度的重要环节。
测定ATR视准差时，必须人工将望远镜对准 棱镜中心，望远镜十字丝提供的视准线与 CCD相机中心之间的水平和垂直方向上的 偏差由仪器计算并存贮下来，用于ATR方式 测量时的角度改正。
为了通过观测陀螺轴的摆动，测定陀螺轴摆动的 平衡位置来实现子午北（真北）定向，以往的光 学陀螺经纬仪一般以人工的方式按逆转点法或中 天法进行。
由于人工观测，对观测员的操作技术要求较高， 并且存在效率低，易出错等缺陷。
随着科学技术的发展，上个世纪八十年代以来， 世界上开始研制并使用全自动的陀螺经纬仪。