三维激光扫描测量技术探究及应用

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1、万方数据科技信息O科教前沿OSCIENCE＆TEcI州0LOGYINFORMATION2014年第5期三维激光扫描测量技术探究及应用刘昌霖(中石化石油工程设计有限公司。山东东营257000)【摘要】作为一种空间信息数据获取的新技术手段，三维激光扫描测量技术与传统的以全站仪和GPS等类型为主的点位测量方式相比具有无可比拟的优势。由于自然界空间对象的复杂性和新时期对信息数据的多样性，三维激光扫描技术的研发和应用备受各行业关注。本文从三维激光扫描技术的原理、三维激光扫描仪的分类、三维激光扫描仪的应用领域和缺陷出发，阐述三维激光扫描技术的应用现状．并指出该技术的未来发展趋势。【关键词】三维激光扫

2、描测量；原理；应用；缺陷；前景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”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。在传统的测量方式中，普遍采用的是以点为基准进行大地测量，比如全站仅的三角测量法和GPS的定点测量，而三维激光扫描技术的测量方式，主要是采用云数据测量的方法，通过将大量的点分布于被测量面，从而获取大量的数据点集合，最终实现精密的面测量。三维激光扫描技术的主要特点为适应环境广泛、数据采集时效性强、可以实现动态测量。相比传统点测量方式获取数据后的繁琐计算与数据处理，利用三

3、维激光扫描测量技术获取的测量数据经过简易的处理就能够使用，使得测量技术的操作技术性进一步降低，从而将三维激光扫描技术推向了更广泛的领域。同时，三维激光扫描测量技术在进行面测量时，并不需要与被测物体产生实际的接触，使得其应用受限条件进一步放宽，如果与传统的点测量技术配合使用，将获得更加理想的空间测量效果。1三维激光扫描测量技术概述1．1三维激光扫描测量技术原理三维激光扫描测量技术的代表型产品就是三维激光扫描仪，虽然当前市面上存在的三维激光扫描仪存在着不同的型号，宣传的主要功能也存在差异性，但是其核心技术还是三维激光扫描，只是在具体点参数设置方面进行了调整，并不存在关键技术的创新。基本运行过

4、程就是通过激光测距仪进行观测，并在高速激光测距仪前端放置反射棱镜组合，在进行测量时由扫描仪主动发射激光，然后利用激光测距仪测量被测物体与激光端口距离；再通过调整棱镜组合来改变激光位置和方向，从而测量出被测物体表面的空间分布规律，最后获得所有扫描点的空间坐标集合，最终完成被测物的表面空间分布合成。1．2三维激光扫描测量仪分类三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载f或星载1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可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为以下几种。1．2．1短距离激光

5、扫描仪其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0．6一1．2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，精度可达零点几个毫米。例如：美能达公司出品的VIVID910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。1．2．2中距离激光扫描仪中距离的三维激光扫描仪主要应用领域为室内场所的物体测量，或是较大规模的静物测量，一般为立体雕像类物体测量，其最长扫描距离不大于30m，因此其应用主要以小型商用为主。1．2．3长距离激光扫描仪扫描距离大于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、站场、大型土

6、木工程等的测量。例如：奥地利Rie对、瑞士Leica、美国Faro等都属于这类扫描仅，扫描距离达到100—1000m左右。1．2．4航空激光扫描仪扫描距离通常大于1000m，并且需要配备精确的导航定位系统，可用于大范围的地形扫描测量，即通常所称的机载Lidar系统，该系统主要是通过激光雷达来发射脉冲信号至被测物，反射后的信号传递至Lidar系统，然后根据后台数据分析获得被测物的各项目标数据。该系统使得测量数据的获取和处理更加快捷，因此得以广泛的在形测绘、环境检测、三维城市建模、地球科学、行星科学等多领域广泛应用。以上分类标准主要是基于三维激光测量仪器的扫描距离，因为激光测量的距离限制了三

7、维激光扫描仪的测量范围，在实际应用过程中，测量范围关系着该三维激光扫描测量仪的使用环境和测量广度，只有激光测量距离更长，才能够获得更广泛的应用，但是在一些领域，不需要过长的激光测距，因为过长的激光测距容易降低激光测量的精度值，所以高精度测量领域大多选用测距短的三维激光扫描测量仪。这就导致了不同测距的三维激光测量扫描仪的产生。2三维激光扫描测量技术主要应用领域随着三维激光扫描技术的不断进步，三维激光扫描技术的产业化研究也在不断深入，各