chapter04_地面三维激光雷达误差分析及检校
图 4.1 不同基座引起的坐标原点误差
1
（2）测距误差 测距的误差因所采用的测距方法的不同而不同。采用脉冲法测距产生的测 距误差主要包括扫描仪脉冲计时的误差（即 t 的误差），以及测距技术中不确定 间隔的缺陷引起的误差 （可能造成数据的突变）；而采用相位法的测距误差主要 由调制光的频率误差 ∆f 引起，由于调制光的频率与实际光的频率不符，因而导 致实际距离与测量值之间存在一个比率误差。 （3）测角误差 激光光束的方向变换构成角度测量值。对于摄影式扫描仪，横向和纵向角 度均来自镜面转角，并由角位置传感器记录。对于全景式扫描仪，横向角度来 自激光扫描仪头部在步进电机绕竖轴旋转。因此地面三维激光扫描仪与全站仪 的测量方式近似，是一种高速动态测角（水平角和垂直角）、无合作目标测距的 高性能全站仪。不同的是，扫描仪本身没有人工目视照准功能，也不能进行人 工控制单点 （特定目标点） 测量。地面三维激光扫描仪构成极坐标测量系统，它 是由横轴，纵轴和照准轴组成的一个三轴系统，因此地面激光扫描仪的测角误 差和全站仪的测角误差相同。测角误差包括视准轴误差、水平角误差和垂直角 误差。视准轴误差是仪器视准轴与横轴非正交而产生的测角误差，水平角误差 是仪器横轴与竖轴非正交而产生的测角误差，垂直角误差是仪器竖轴偏离铅垂 线方向而产生的测角误差。国外已有的研究中列举了几个典型地面三维激光扫 描仪的测角误差检定结果（表 4.1），尽管误差值大小不一，但说明地面三维激 光扫描仪存在固有的测角误差。
4 地面三维激光雷达误差分析及检校
作为一种获取空间数据的手段，地面三维激光扫描也受到各种系统误差和 偶然误差的影响。本章将介绍地面三维激光扫描系统获取点云数据的误差的来 源和地面三维激光扫描仪的检校方法。最后通过实验进行了点云点位精度影响 因素的验证和地面三维激光扫描仪各系统误差的检校。4Βιβλιοθήκη 1地面三维激光雷达误差分析
表 4.2 扫描点位误差验证结果 靶标号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 测距误差(mm) -3.466797 -2.833008 -0.061523 -1.726563 1.113281 -2.368164 -1.496094 -2.55957 0.128906 -1.866211 3.783203 0.539063 3.796875 -1.371094 -0.501953 -1.056641 -1.472656 1.390625 -1.011719 0.310547 垂直角误差(°) 0.000002 -0.000045 0.000097 -0.000101 0.000069 0.000006 0.000062 -0.000024 0.000068 -0.000123 0.000036 0.000036 0.000034 -0.000042 -0.000008 -0.000014 0.000007 0.000002 0.000005 0.000078 水平角误差(°) 0.000204 -0.000069 -0.000082 -0.000137 -0.000084 -0.000056 -0.000147 -0.000071 0.000145 -0.000126 -0.000164 0.000145 -0.00013 0.000056 -0.000104 0.000058 0.00006 -0.000105 0.000093 0.0002 实际点位误差(mm) 4.069687 3.018176 1.44623 2.776854 1.677287 2.487058 2.668281 2.787359 3.517578 3.284588 5.437293 3.773744 5.203625 2.545432 3.19184 2.142269 2.389768 3.531138 3.095553 4.050384
(式 4-1)
2 2 2 2 2 2 σP = σX + σY +σZ = σL + L2σ θ2 + L2σ ϕ cos 2 θ
(式 4-2)
点位精度不仅与测距精度和测角精度有关，还与扫描距离 L 和垂直角 θ 有 关，而与水平角 φ 无关。 （1）坐标原点误差 扫描仪基座水平轴误差是引起系统误差的重要因素之一。由于模具制造工 艺水平和仪器工作时发生的力学作用，当扫描仪绕竖轴旋转时，仪器中心发生 微小偏移。 下图是在各种不同的基座上进行实验得到的结果，反映了仪器原点偏差随 水平角的变化。很明显可以看出误差曲线呈正弦振荡。
4.3.1 扫描点位测量不确定度分析
验证实验所用检校场为一约 25m×25m×3m 的场地，三面墙面上均匀布设
4
了 20 个直径为 100mm 的人工平面靶标，平均扫描距离约为 15m。所选仪器是一 台地面三维激光扫描仪和一台高精度全站仪，全站仪的测量精度远高于地面三 维激光扫描仪，可以将全站仪测量值作为真值，将地面三维激光扫描仪测量值 作为观测值，进行各系统误差的检校。实验中首先对人工平面靶标进行激光扫 描，获取白色圆形区域点云，通过拟合得到几何中心坐标，然后用全站仪直接 照准白色圆形区域的十字丝中心获得坐标。扫描点位误差验证结果如表 4.2 所 示。
4.4
靶标拟合精度分析
地面三维激光扫描误差分为仪器相关误差，环境相关误差，目标相关误差
和配准方法误差，也可分为内部误差和外部误差，即地面三维激光扫描误差是 多种复杂因素共同影响的结果。
4.1.1 地面三维激光雷达空间定位误差
2 σ X cos 2 θ cos 2 ϕ L2 sin 2 θ cos 2 ϕ L2 cos 2 θ sin 2 ϕ σ L2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 σ Y = cos θ sin ϕ L sin θ sin ϕ L cos θ cos ϕ σ θ 2 2 2 L2 cos 2 θ 0 σ Z sin θ σ ϕ
Leica HDS 3000 Leica HDS 2500 Imager 5003 iQsun 880
4.1.2 与目标物体反射面有关的误差
这一部分误差主要与测量表面的粗糙程度、颜色、曲率半径和倾斜度有 关： （1）表面粗糙程度。如果扫描目标表面较粗糙会使照射在凸凹表面上的同 一激光束产生不同的回波而引起较大误差甚至无法测量；而若扫描目标表面过 于光滑，则又会造成激光束在目标表面产生镜面反射而影响反射信号的接收。 在一般情况下，被测表面的粗糙度在 0.4~3 µ m 范围内对测量精度的影响不大， 在这个范围外则需考虑数据补偿或对其表面进行预处理。 （2）表面材质（颜色）。由于不同材质的表面对激光的吸收程度不同，导 致激光接收器对经不同表面反射不同强度回波信号的响应差异，从而影响精 度。目前地面三维激光扫描仪较多采用的是近红外激光器 ( 波长在 900—1550 nm)，实验表明，频率在这一范围的激光当被测物体表面是红色或者灰色时精 度最高，在表面为黑色时精度最低。 （3）表面曲率。因为激光投射在被测物表面会形成一定大小的光斑，当被 测物表面曲率较大时，会使光斑发生变形而影响测量的精度。相关资料表明， 对常用的直径为 1mm 左右激光束而言，曲率半径小于 1.2mm 时，测量结果的误 差可达到 0.4mm，而当曲率半径大于 4mm 时，测量误差小于 30 µ m 。实际测量 中，曲面的曲率半径一般都比较大，因此对测量误差的影响不显著。对曲率较 小的曲面进行测量时，可根据需要，采用不同的插值方法进行补偿，实际应用 中常用四次多项式插值补偿。 （4）表面倾斜度。扫描目标物体倾斜使扫描目标物体表面切平面法线与激 光光束方向不重合，引起激光脚点的偏移，从而造成测量误差。 3 环境引起的误差。环境对地面三维激光扫描的影响主要体现在温度和大 气的影响。环境温度变化会引起光学元件的特性变化和传感器外壳尺寸的伸 缩，扫描作业中风会引起扫描仪器的轻微晃动；另外，温度和湿度还会引起激 光传播路径中折射率的不均匀，也会造成误差。
4.3
点云质量评价
对于点云数据在数字测图、工业设计、逆向工程等方面的应用，其模型的
不确定度主要由于是由点云扫描获取，点云配准，面拟合重建三个主要因素引 起的。因此， 本部分主要从点云数据获取的点位测量不确定度、点云配准误差 以及点云曲面拟合精度三个方面来对点云数据质量进行评价。 在点云数据质量评价过程中，首先分析了激光扫描仪进行点云获取的点位 不确定度，在通过配准实验分析了由于点云配准引起的不确定度，最后对扫描 点云选择样区并通过面拟合重建分析了面拟合的不确定度，通过不确定度来衡 量点云质量。
上表为是利用地面三维激光扫描仪采集 20 个平面靶标点云后，进行点位误 差的验证结果。从上表中，可以清晰的看出，在扫描距离为 15m 时，扫描点位 误差期望值不超过 4mm，故由于扫描点云造成的点位测量相对不确定度为：
= u1 4 /15000 = 2.67 ×10−4
(式 4-4)
4.3.2 点云配准不确定度分析
其中， α ( xi , yi , zi ) 具有一定的规律，通常可以采用标定的方法将其基本消 除； g S ( xi , yi , zi ) 和 β ( xi , yi , zi ) 具有随机性，可看作是随机函数。随机函数表现 为两种：（1）强干扰，即脉冲噪声，这种噪声的特点是：①振幅大。噪声处的 强度远大于被测信号的强度。②频率高。在被测信号中占极小一段，甚至仅仅 是一个点。脉冲噪声可通过人机交互的方法去除，当数据量较大时，则可采用 滤波的方法予以去除。(2)随机噪声，又称为起伏噪声，其频率与被测物体表面 变化频率相近，表现为测量数据中的“毛刺”，则需进行平滑滤波，其方法主 要有模糊加权滤波法、随机噪声滤波法、曲线平滑拟合法等。
3
4.2
点云噪声来源及特性
点云噪声即真实点云数据中不合理的噪声点，它的来源主要有两个，一是
被测物体表面的粗糙程度或反射特性的影响；二是测量系统本身的影响，如激 光散斑、系统的电噪声、热噪声的影响等。 假设某一点的空间坐标值为 f ( xi , yi , zi ) ，它可由测量坐标值 g ( xi , yi , zi ) 和测 量误差 e( xi , yi , zi ) 组成。其中 g ( xi , yi , zi ) 由被测表面的理想数值 g Q ( xi , yi , zi ) 和由 于表面粗糙度等产生的与理想表面的偏差 g S ( xi , yi , zi ) 组成， e( xi , yi , zi ) 则可分 为测量系统本身产生的确定性误差 α ( xi , yi , zi ) 和由激光散斑、系统电噪声、热 噪声等引起的随机误差 β ( xi , yi , zi ) 两部分，即
三维激光扫描技术的数据处理及误差分析
其中， ｃ为光 速 。
２点云数据处理
３三维激光扫描仪的测量误差分析
描 系统 ； 地面 型 激光 扫描 系统 ， 据 测量 方 根 式 还 可 细分 为移 动 式 激 光 扫 描 系 统 和 固 定 式 激 光 扫描 系 统 ；手 持 型 激 光 扫 描 系 统 。 地 面 型 固 定式 三 维 激 光 扫 描 系 统 是 目前 最 为 常 用 的 三 维激 光 扫 描 装 置 。 地 面 型 三 维 激 光 扫 描 系 统一 般 由三 维 激 光 扫 描 仪 、 数 码 相机 、扫描 仪旋 转 平 台 、软件 控 制 平 台 、 电源 及 其 他 附 件 组 成 。 １． 地 面型 三维激 光扫描 系统工 作原理 ２ 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 ， 以计 算 目标 点 Ｐ 可 与 扫描 仪距 离 。精 密时 钟 控制 编 重 构 。 曲面 常 见表 示 种 类 有 ： 角形 网格 ， 分 曲面 ，明确 的 函数 表 三 细 示， 暗含 的函数表 示 ， 参数 曲面 ， 张量积 Ｂ 样 条 曲面 ， ＮＵＲＢｓ曲面 ， 曲化的面 片等 。 ‘ 经过 曲面 重构 数后 ， 可 以进 行 三维 建 就 模， 还原 扫描 目标 的 本来 面 目， 云数 据 处 点
Ｑ
Ｑ １ ：９
Ｓｃ ｅｎｃ ｉ ｅ ａ Ｔｅｃｈ ｏｇｙ ｎ ｎｄ ｎｏｌ ｌｎｏｖｅ ｏｎ ｔｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
高 新 技 术
三维激光扫描 技术 的数据处 理及误 差分析
孙树芳 方 源敏 （ 昆明 理工大学 国土 资源工程学 院 昆明 ６ ０ ９ ） ５ ０ ３
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。
三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析
三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析发表时间：2020-12-07T07:28:40.205Z 来源：《中国科技人才》2020年第23期作者：周志雄[导读] 三维激光扫描主要是利用内部的脉冲发射器对着被监测目标发射脉冲激光，通过反光镜旋转，将已经发射出的激光直接扫过被监测目标的信号接收器，从而接受来自被监测目标反射回来的激光，利用激光脉冲从发射通过对备件扫描，建立坐标系，逆向建模，可以生成三维模型或者三维空间坐标，从而生成二维图。
包钢钢联股份工程服务公司内蒙古包头市 014080摘要：三维激光扫描主要是利用内部的脉冲发射器对着被监测目标发射脉冲激光，通过反光镜旋转，将已经发射出的激光直接扫过被监测目标的信号接收器，从而接受来自被监测目标反射回来的激光，利用激光脉冲从发射通过对备件扫描，建立坐标系，逆向建模，可以生成三维模型或者三维空间坐标，从而生成二维图。
关键词：三维激光扫描仪；测量误差；应用前言由于现在在测绘过程中，异型件、曲面件逐渐增加，简单机加件逐渐减少，传统的测绘方式很难满足现在的需求，三维扫描仪的出现，推动了工业发展，预测着提供了一种新的技术手段。
1三维激光扫描仪工作原理通过观察投影到表面上的激光线来完成表面采集。
激光扫过表面后，设备根据通过三角测量法确定的位置记录数据。
激光线在部件上的可见度是数据采集成功与否的关键因素。
激光线的可见度受颜色和材料类型影响。
反射率高的部件易产生慢反射，导致难以读取部件上的激光线。
黑色会吸收光线，也会因缺乏对比度而导致激光线难以读取。
通过调整快门参数可抵消黑色、反射和透明物体的影响。
完善的部件准备工作也会带来更好的扫描结果。
2三维激光扫描仪校准确保校准板附近没有标点；如果条件允许，将校准板置于手提箱内保存；确保校准板附近没有反射物；在执行校准时请放松，手势速度要慢；如果探测到错误、损坏或错放的标点，校准过程可能会失败。
扫描仪必须指向校准板中心，即圆圈所示的位置，并应将红线（扫描仪的高度和方向）对齐到绿色矩形内。
地面三维激光扫描仪误差分析及标定
第33卷第11期传感技术学报Vol.33No.11 2020年11月CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS Nov.2020 Error Analysis and Calibration of Terrestrial3D Laser Scanner"XIA Guisuo1,NIU Zhisheng2,LIU Fang1,FU Yanjun1(1. Ministry of Education Key Laboratory of Nondestructive Testing, Nanchang Hangkong University,Nanchang Jiangxi330063 ,China；2.Hebei Special Equipment Supervision and Inspection Institute Handan Branch,Handan Hebei056000,China)Abstract:A calibration method based on distance error identification was proposed for ground3D laser scanner.The structure and optical system of the instrument were introduced,and various system errors of the instrument were analyzed,and the error correction algorithm was designed.In the calibration process,multiple targets were arranged in a large range,and the space coordinates of the targets were measured at different positions from the targets by the terrestrial3D laser scanner.Then the distance between any two targets were calculated,and the instrument correction parameters were identified according to the calibration algorithm.The calibration method neither to obtain the spatial coordinates of the target,nor to perform the conversion between the scanner coordinate system and the world coordinate system can greatly reduce the number of calibration parameters.The calibration test and the accuracy verification test showed that the measurement accuracy of the points near10m,20m,and30m from the instrument were respectively±2.7mm,±2.9mm,±4.1mm,and met the accuracy index requirements of±(2+L/10000)mm.The calibration method was easy to operate,had low requirements for calibration conditions,and had strong practicability. Key words:terrestrial3D laser scanner；calibration；distance;targets;parameter identificationEEACC：7230doi：10・3969/j・i s sn.1004-1699・2020・11・014地面三维激光扫描仪误差分析及标定*夏桂锁"，牛志盛2,刘芳打伏燕军1(1.南昌航空大学无损检测教育部重点实验室，江西南昌330063；2.河北省特种设备监督检验研究院邯郸分院，河北邯郸056000)摘要：提出一种基于距离误差辨识的地面三维激光扫描仪标定方法。
地面三维激光扫描仪的测量误差分析
三维激光扫描仪测量原理
扫描仪集成了多种高新技术，采用非接触式主
动测量方式，以获取点云的形式测量地形及复杂物 体表面点集的三维数据。三维激光扫描仪主要采 用脉冲测距法来计算出点的三维坐标。 三维激光扫描仪内部坐标系统由横向扫描面 内的Ｘ，ｙ轴以及纵向扫描面内的ｚ轴组成，其中ｘ
扫描角度观测值中误差为ｍ。，竖直扫描角度观测 值中误差为ｍ。。其中，ｎ为观测次数，秽是观测值的 改正值。Ｓ，五，舀分别为算术平均值。
盯ｖ
２±
￣／（ｃｏｓｐｓｉｎａ）２盯。２＋（｜ｓｃｏｓ踟ｏｓａ）２盯。２＋（ｓｓｉｎｐｓｉｎａ）２盯口２
（１４）
∑晚 ｓ＝鼍｝，五＝型一，舀＝型Ｌ 凡
ｎ ｎ
∑ｓｉ
∑ａｉ
ｄ＝Ｄ＋２×Ｓ×ｔａｎｄ
弋：≥
Ｆｉｇ．６
孔径Ｄ———＇
ｄｍａｘ
（３）
图６目标物体反射面粗糙引起的误差
Ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔａｒｇｅｔ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａＣｅ ｃｏａｒｓｅ
当目标物体反射面发生倾斜时，倾斜面与原反 射面形成夹角。假设反射面倾斜时量测的距离为
∥，可知：
ｏｂｊｅｃｔ
螂＝酱
（４）
（５）
由于玟非常小，因此ｓｉｎａ一位，若出为激光光 斑引起的最大偏差，则
击划”。。蕊面羲面一ｓ
标物体反射面倾斜角度口变化而变化。
（６）
可以看出误差随距离Ｓ、激光发散角度２ ａｃ、目 郑德华等（２００５）得出目标物体反射面倾斜引
起的最大偏差掘：，，一。：一奠三＿譬出盟，其中
７是激光发散角，Ｓ为发射孔径到目标物体表面的
唧：甄蠡＝轰犏
为了方便计算，假设孔径Ｄ为Ｏ，
浅析机载激光雷达测量系统的误差检校方法
【 关键词 】 机载激光 雷达 检校 Ｉ ＭＵ精准度
到 机 载 激 光 雷 达 系统 ．最 引 人 瞩 目的 是 在 机 载 雷 达 系统 上 安
能 力迅 速 有 效
放 角检 校 的 问题 ，而 通 过 研 究 和 探 索 中基 本 上 都 是 用在 航 检
校技术 ， 其 技 术 却 是 高飞 行 、 大光斑、 小 密度 的缺 点 ． 导 致 误 差 的增大 ， 不具有可靠性。
些 误 差 被 称 之 为 定 位 误 差
２ ． ３ ． ２ 测 距误 差
达 测 量 系统 的 主要 以这 三种 技 术 为基 础 而集 成的 综 合性 系统
２ ． １ 激光 雷 达系 统 的组成
一
般 的激 光 雷达 系统通 常是 由全球 定位 系统 、 惯 性 导航 系
统、 激光测距、 扫描 单 位 和控 制 存储 单位 等 几 量技 术 的特 点
机 栽 激 光 雷 达 测 量 技 术 因 为其 优 势 ，在 发 展 时 间 较 短 的
已经 受 到 人 们 普 遍 的 重 视 ． 下 面就 介 绍 下 其 优 势 ： 工 后 于其 他 国 家 ． 但是近年来 ． 由 于 我 国对 激 光 雷达 测 量 系统 的 情 况下。 作 时不 分 昼 夜 ． 具 有 长 久持 续性 的 获得 检 测 区 信 息 ： 对 地 形 数 注重 ， 展 开 了相 当 系统 的 研 究 ， 重 要 研 究 方 向 是 车载 、 机 栽 和 控 制点的数量 少： 数 据 处 理 的 星载三种。 随 着 科 学技 术 的进 步 ． 激 光 雷 达 扫描 系统一 直延 伸 据 不通 过 其 他 介 质 就 可 以取 得 ：
三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析
三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析摘要：随着社会的发展与进步，重视三维激光扫描仪及其测量误差影响对于现实生活具有重要的意义。
本文主要介绍三维激光扫描仪及其测量误差影响因素的有关内容。
关键词：三维激光扫描仪；误差测定；影响因素；中图分类号： r814 文献标识码： a 文章编号：引言三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术。
又称为“实景复制技术”，主要面向高精度逆向工程的三维建模与重构。
它可以高效地采集大量的三维点。
少则几万个，多则几百万个。
它可以深入到复杂的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完整地采集到电脑中，从而快速重构出目标的三维点云模型。
此外，它所采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。
这对于有限元分析、工程力学分析、流体动力分析等是非常重要的。
这种逆向工程的数据获取方式目前在我国还是个薄弱的领域。
一、三维激光扫描仪的概念三维激光扫描技术是测绘领域继gps技术之后的一次技术革命。
三维激光扫描仪通过高速激光发射器运用激光测距原理，瞬时测得空间三维坐标值的测量仪器。
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。
二、地面型三维激光扫描系统工作原理三维激光扫描仪运用了激光的方向性、单色性、高亮性、相干性等特点，实现了测量速度快，操作简单，测量精确度高等目的。
对地面三维激光扫描仪来说，采用的是仪器坐标系统，即所采集到的物体表面点的空间信息是以其自身的坐标系统为准的。
系统以激光束发射处为坐标原点；z轴位于仪器的竖向扫描面内，向上为正；x 轴位于仪器的横向扫描面内；y轴位于仪器的横向扫描面内且与x 轴垂直，如图1-1，由此可得点坐标的计算公式：图1采用脉冲测距法的三维激光点坐标图2 目标物体倾斜引起测距偏差二、点云数据的误差来源及分析从误差理论来分析，径向扫描系统测量误差可分为系统误差和偶然误差。
地面三维激光扫描仪数据的误差分析
Ｅｒ ｏ ａｙ ｉ ｏ ｔ ｆＴｅ ｒ ｓｒａ Ｄ ｓ ｒ Ｓ ａ ｎ ｒ ｒ ｒ Ａｎ ｌｓｓｆ ｒＤａａ ｏ ｒ ｅ ｔｉｌ３ Ｌａ ｅ ｃ ｎ ｅ
ＬＵ ｏ ＨＡＮ ｏ ｇｙ ｎ ，Ｆ ＮＧ Ｊ ｎ Ｉ Ｈａ ，Ｚ Ｇ Ｄ ｎ －ａ ｇ Ｅ ｉ ａ
（ｃｏｌｆＥ ｒ ｉ ｃ ｎ ｎｉ ｅｎ Ｓｈｏ ｏ ａｔ Ｓ ｅ ｅ ｄＥ ｇｎ ｒｇ；Ｈ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ，Ｎ ｎｎ ，Ｊ ｎｓ １０８ ｈ ａ ｈｃ ｎ ａ ｅｉ ｏａ Ｕ ｉ ｒｔ ｖ ｓｙ ａｆ ｉ ｇ ｉ ｕ２０９ ，Ｃ ／ ） ａ ｇ ｎ
ａｄｈｒ ｏｔ ｎ ｅａｅ ａ ｅ ｅｒｔａ ｙ ａｄｔｅ ｒ ｒ ｉｒ ｕｉ ｌ ｉ ａ ｏｓｍ ａｉ ｄ Ｓ ｃ ｅｍ ｎ ｕ ｒ ｉ ｎ ｏ ｚｎ ｌ ｇ １ｍ ｄ ｏ ｉ ｌ ． ｒ ｓ ｂ ｔ ｎｒ ｅ ｓｌ ｍ ｒ ｅ ． ｉ ｅｔ ｉｉ ｍ ｔ ｍ － ｉ ａ ａｌ Ｊ ｈ ｔ ｅ ｃｌ ｎ ｈ ｅｏｄｔ ｉ ｏ ｕ ｓ ｕ ｚ ｎ ｈ ｍ ｅ
第 １卷第 ４ ｏ 期
２０ ห้องสมุดไป่ตู้ ２年 ８月
水利 与建 筑工程 学 报
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｔ ｅ ｕｃｓａｄＡ ｃｉ ｃ ｒｌ ｏｒａ ｏ ｅ Ｒ ｓ ｒｅ ｎ ｒ ｔ ｔ ａ Ｗａ ｒ ｏ ｈｅｕ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ． １１ ４ ＾ ｇ．， Ｌ ｕ ２０１２
三维激光扫描技术及其误差影响因素分析
三维激光扫描技术及其误差影响因素分析［摘要］本文在阐述了三维激光扫描技术的测量原理及其扫描特点的基础上，进一步分析了其测量误差的影响因素，以供参考。
［关键字］三维激光扫描技术误差影响因素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的新突破。
它以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。
能够快速、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。
具有快速性，不接触性，穿透性，动态、实时、主动性，高精度、高密度，自动化、数字化等特性。
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。
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。
1三维激光扫描仪的测量原理三维激光扫描仪是在激光的相干性、方向性、单色性和高亮度等特性基础上，同时注重操作简便和测量速度，从而保证测量的综合精度，测量原理主要为有测距、扫描、测角、定向四方面。
应用扫瞄技术来测量工件尺寸及形状等原理来工作。
主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物在无技术文档情况下，可快速测得物体轮廓集合数据，加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。
2快速扫描技术特点快速扫描是扫描仪诞生的概念，常规测量中，对每一点测量花费时间在2-5秒，而有时对一点的坐标进行测量更达到几分钟的时间，当下对于此测量速度已经十分落后了，而改变了这一现状的正是由于三维激光扫描仪的诞生，脉冲扫描仪（seanstation2最快速度可达到每秒50000点，而相位式扫描仪Surphaser最高速度已超120万点每秒，这种扫描技术是对物体详细描述的基本保证，深入测量的领域包括古文体，工厂管道，隧道，地形等。
激光雷达测量误差分析和修正方法探讨
激光雷达测量误差分析和修正方法探讨激光雷达作为一种高精度、高分辨率的测量工具，被广泛应用于地图绘制、自动驾驶、机器人导航等领域。
然而，在实际应用中，激光雷达的测量结果往往会受到各种误差的影响，这些误差会对测量结果的准确性和可靠性产生重大影响。
本文将探讨激光雷达测量误差的来源，以及一些常见的修正方法。
激光雷达测量误差主要可以分为硬件误差和环境误差两类。
硬件误差包括系统误差和器件误差。
系统误差主要源自激光装置、光电探测器和信号处理等方面，如发射器的非线性、接收器的失真、时间同步误差等；器件误差主要是由于激光雷达的机械部件和电子部件的不完美制造或老化引起的，如激光发射器与接收器的对准误差、光电元件的非均匀性等。
环境误差则包括大气折射误差、噪声干扰、多路径效应等因素。
因此，在进行激光雷达测量时，我们需要对这些误差进行分析和修正，以提高测量结果的精确度。
针对激光雷达的硬件误差，我们可以通过标定和校准来进行修正。
标定是指通过实验或者比对相对准确的参考数据，将激光雷达的测量结果与实际数值进行对比，从而建立误差模型。
校准则是根据误差模型对测量结果进行修正。
常见的标定方法包括距离标定、角度标定和强度标定等。
距离标定是通过已知距离的目标物进行标定，来校准激光雷达的测量距离值。
角度标定则是通过已知角度的目标物进行标定，来校准激光雷达的测量角度值。
强度标定则是通过已知反射率的目标物进行标定，来校准激光雷达的测量强度值。
标定后，可以建立误差模型，并通过相应的算法对每个测量值进行修正，从而提高测量结果的精确度。
对于激光雷达的环境误差，我们可以通过滤波算法进行处理。
滤波算法主要用于去除测量结果中的噪声和异常值，从而提高测量结果的可靠性。
常见的滤波算法包括均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波等。
均值滤波是通过取多次测量值的平均值来降低误差和噪声的影响，适用于噪声比较平稳的情况；中值滤波则是通过去除最大值和最小值，取剩余值的平均值来达到去除异常值的效果；卡尔曼滤波则是一种递归最小二乘估计滤波算法，通过预测和更新步骤，对测量结果进行动态修正，适用于需要实时跟踪目标位置和速度的场景。