浅谈三维激光扫描仪在测量中的应用

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1、浅谈三维激光扫描仪在测量中的应用　　0引言在测量逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观性是二维无法表示的。三维激光扫描仪就是近年来迅速发展起来的先进测量仪器，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现是测绘领域继GPS技术之后的又一次突破性技术革命。它突破了传统的单点测量方法，能够提供扫描物体表面的三维点云数据，通过对观测对象进行多角度的立体扫描、得到被测对象的位置及高度等信息，然后对这些信息进行处理、建模，拼接成图，即可获取高精度高分辨率的数字模型。三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X，Y，

2、Z点的信息，还包括R，G，B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。1三维激光扫描仪分类三维激光扫描仪种类很多，按照扫描平台的不同可以分为：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。按照有效扫描距离可分为：6（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，不仅扫描速度快且精度较高，适合用于小型模具的量测。（2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。（3）长距离激光扫

3、描仪：扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如，奥地利Riegl公司出品的LMSZ420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra技术有限责任公司出品的Cyrax2500激光扫描仪等，属于这类扫描仪。（4）航空激光扫描仪：最长扫描距离通常大于1公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。要保证扫描数据的精度，就必须根据项目的需要，在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。2三维激光扫描仪外业数据采集6要进行外业数据的采集，首先要选择合适的位置设置测站。选取视野开阔，行人车辆较少的地方，架好三脚架，将三维激

4、光扫描仪固定在三角架上，再选择合适的位置（或者已知点）摆放球状标靶，并依次对其进行编号，以便于后期点云数据的编辑操作。首先要开机预热约5分钟左右，然后在仪器设置中输入工程名称，量取仪器高，并将仪器高及标靶的坐标、高程等数据输入仪器，选择扫描方式，可以进行全景扫描，也可以指定角度范围进行扫描。设置好后保存，完成设站。设站完成后，就可以进行扫描数据采集了，直到设置范围内景物扫描完毕。一般情况下由于扫描物范围过大，或者被扫描物体的形状较复杂，一次设站往往不能完成物体的扫描，这就需要多次迁站，重复上述过程，以完成整个物体的扫描。为了拼接建模的需要，各测站中，要保持三个以上公共点。3扫描数据的内业处理3

5、.1扫描数据的预处理野外数据采集完成后，回到室内，将点云数据传入电脑，应用相应专业软件对扫描数据进行预处理。由于外业环境较为复杂，在数据采集过程中避免不了人员及车辆的通过。人员及车辆的数据信息就会被采集到仪器中，数据量大大增加，对于三维建模没有用处，且会影响程序的运行速度，需要将其剔除，这就是点云数据的去噪声。点云数据采集的是海量数据，数据量过大会影响程序的运行速度，因此在不影响曲面模型重构和保持一定精度的前提下需要对采集的数6据进行适当删除精简。常用的精简方法有：平均精简即原点云中每n个点保留1个；按距离精简即删除一些点后使保留的点云中点与点间的距离均大于某值。3.2三维建模对空间信息进行可

6、视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。扫描时往往在一站不能测出所有数据，而需要从不同位置、多视角进行多次扫描，即多次设站。各测站采集的点云就需要对齐、拼接。点云对齐、拼接可以通过在物体表面布设同名控制点（各测站间的重合标靶）来实现。为了真实地还原扫描物体，需要将扫描数据用准确的曲面表示出来，这个过程叫曲面重构。常见曲面有以下几类：三角形网格、细分曲面、明确的函数表示、暗含的函数表示、参数曲面、

7、张量积B样条曲面、NURBS曲面、曲化的面片等。曲面重构完成后，下一步就可以进行扫描物体的三维建模，还原扫描物体的本来面目，点云数据处理步骤基本完成。4注意事项进行三维激光扫描测站的选择，应注意该选在视野相对开阔的地方，四周遮挡物较少，这样扫描范围广，减少测站的设置，提高工作效率，加快工作进程。6其次测站的选择离观测对象不宜过近，以免仰角太大，影响成像的效果。在扫描过程中，人员尽量减少在仪器前的走