淺談三維激光掃描技術(shù)的測量原理及其應用

　　三維激光掃描影像數據是數據庫與GIS系統更新一個(gè)重要的信息來(lái)源，下面是小編搜集整理的一篇探究三維激光掃描系統的論文范文，供大家閱讀查看。

　　[摘要]通過(guò)三維激光影像掃描儀獲得的數據來(lái)組成的立體模型，能非常精確測量出建筑物和物體的尺寸，是可取代傳統的測量方式。就三維激光影像掃描儀的單點(diǎn)精度來(lái)說(shuō)，一般都可達到的水平為毫米級，而且它建模之后的測量精度絕對不比傳統測量方法遜色。效率高是三維激光掃描最重要的意義所在，激光掃描內外業(yè)需要的時(shí)間通常就只有傳統方法測量的1/20。物體部分點(diǎn)的數據是傳統的方法就能夠測到的，而物體的全部細節則需利用激光掃描才可測量到。因此，探討其原理繼而對其技術(shù)進(jìn)行推廣應用十分重要。

　　[關(guān)鍵詞]三維激光掃描系統 測量原理 數據采集 精度

　　0引言

　　三維激光掃描系統是可深入到所有復雜的現場(chǎng)環(huán)境和空間中，透過(guò)三維激光掃描可以將各種大型的、不規則、復雜的、非標準或標準等實(shí)景或實(shí)體的三維數據完整地采集到電腦上，快速地重構目標的三維實(shí)體模型，在采集的三維激光點(diǎn)云數據也能把目標的完整數據應用在各種后處理工作對稱(chēng)應用的工具。

　　1三維激光掃描儀的測量原理

　　三維激光掃描儀是在激光的相干性、方向性、單色性和高亮度等特性的基礎上，在同時(shí)注重操作簡(jiǎn)便和測量速度上，從而保證了測量的綜合精度，而其測量的原理是主要分為有測距、掃描、測角、定向這四個(gè)方面。

　　1.1三維激光掃描儀的測距原理

　　由于激光測距是激光掃描技術(shù)十分重要的組成部分，對于激光掃描的定位以及獲取空間三維信息是具有十分重要的作用�，F階段的測距方法主要是有：相位法、三角法、脈沖法。

　　測距方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，而主要是集中在測程和精度的關(guān)系上，脈沖測量的距離最長(cháng)，可是精度會(huì )隨距離的增加而降低。相位法用于中程測量，具有比較高的測量精度，可它是通過(guò)兩個(gè)間接測量才能夠得到距離值，三角測量測程最短，可是精度最高，適用于近距離、室內的測量。

　　1.2三維激光掃描儀的測角原理

　　區別于常規儀器的度盤(pán)測角方式，激光掃描儀是通過(guò)改變激光光路而獲得掃描角度。把兩個(gè)步進(jìn)電機與掃描棱鏡安裝在一起，進(jìn)而分別實(shí)現水平和垂直方向掃描。步進(jìn)電機也是一種將電脈沖信號轉換為角位移的控制微電機，它能夠實(shí)現對激光掃描儀的精確定位。

　　1.3三維激光掃描儀的掃描原理

　　對于三維激光掃描儀是透過(guò)內置的伺服驅動(dòng)馬達系統的精密控制的多面掃描棱鏡的轉動(dòng)，決定著(zhù)激光束的出射方向，能夠讓脈沖激光束能夠沿著(zhù)橫軸方向與縱軸方向進(jìn)行快速的掃描。掃描的控制裝置為：擺動(dòng)掃描鏡和旋轉正多面體掃描鏡。對于擺動(dòng)掃描鏡是一個(gè)平面反射鏡，是由電機的驅動(dòng)來(lái)進(jìn)行往返振蕩，這種測距方式就是一種間接測距的方式，通過(guò)檢測發(fā)射和接收信號之間的相位差，從而獲得被測目標的距離。測距精度較高，主要應用在精密測量和醫學(xué)研究，精度可達到毫米級。

　　1.4三維激光掃描儀的定向原理

　　三維激光掃描儀掃描的點(diǎn)云數據都在其自定義的掃描坐標系中，但是數據的后處理要求是大地坐標系下的數據，這就需要將掃描坐標系下的數據轉換到大地坐標系下，這個(gè)過(guò)程就稱(chēng)為三維激光掃描儀的定向。

　　2三維激光掃描技術(shù)的應用現狀

　　2.1三維激光掃描技術(shù)原理

　　三維激光影像掃描技術(shù)又稱(chēng)“實(shí)景復制技術(shù)”，全部所采集的三維建模數據和三維點(diǎn)云數據都能夠通過(guò)標準接口的格式轉換更為方便地為各種工程軟件來(lái)直接使用。

　　2.2三維激光掃描技術(shù)應用現狀

　　應用范圍非常廣泛，主要有建筑物、地形以及其他對象進(jìn)行的高精度測量。

　　2.2.1能夠塑造出高精度的數字地面模型以及城市模型

　　三維激光掃描影像數據是數據庫與GIS系統更新一個(gè)重要的信息來(lái)源。其所采集到的三維點(diǎn)云數據在經(jīng)過(guò)拼接與合并之后，從而進(jìn)行數據的預處理剔除粗差，而應用數據濾波與分類(lèi)算法而得到地面高程數據以及地物數據。地面高程數據是應用在塑造高精度的一個(gè)數字地面模型，地物數據在經(jīng)過(guò)目標識別的處理和提取就可以實(shí)現建立城市三維模型。

　　2.2.2帶狀地形的測圖數據采集

　　地面三維激光影像掃描儀能夠進(jìn)行野外局部帶狀地形區域的分段掃描。在具有一定重復掃描的區域內，可進(jìn)行三維影像合并與拼接從而生成了帶狀影像圖。亦可以透過(guò)一些測量控制點(diǎn)來(lái)轉換到城市或國家坐標系中，利用地物和地形三維點(diǎn)云數據來(lái)建立模型，進(jìn)而帶狀地形圖亦可以生成。而對于公路、鐵路、大渠大江兩岸部分不規則的呈帶狀地形圖的測量，可比常規的測量速度還要快、精度還要高。

　　2.2.3古文物建筑物測量和逆向工程的應用

　　地面三維激光影像掃描技術(shù)能夠為三維測量及逆向工程、三維數字化設計、快速模具制造等相關(guān)技術(shù)方面而提供相應的服務(wù)。也能夠快速高精度地完成復雜的古建筑結構測量，大型景觀(guān)(如建造大佛景觀(guān))三維數字設計與模板制作。

　　2.2.4其它方面的應用

　　此外，地面三維激光影像掃描儀也可以應用在復雜工業(yè)設備的建模與測量、房產(chǎn)圖測量與房屋建模、災害三維實(shí)時(shí)監測、工程建筑物變形監測、礦山及隧道測量、事故災害評估和大型水利工程安全監測與研究等方面。

　　3結語(yǔ)

　　(1)三維激光掃描系統是具有快速、細致以及高精度的這些特點(diǎn)。而如果讓其應用在地形測繪的領(lǐng)域，就可以減輕測繪工作人員的作業(yè)強度，和減少作業(yè)時(shí)間，進(jìn)而提高測繪效率，而且測繪也能夠得到一個(gè)讓人滿(mǎn)意的結果。

　　(2)運用三維激光掃描系統在進(jìn)行地形的測繪成圖的工作時(shí)，也需要GPS、全站儀等設備來(lái)進(jìn)行配合，從而空間每一個(gè)測站的位置也就確定了。

　　(3)若利用三維激光掃描系統得到的地形測繪成圖的質(zhì)量也會(huì )受到很多外在的因素影響，例如與測站的定位精度和目標物體的反射面有關(guān)的誤差以及一些外界環(huán)境條件等。所以在使用的過(guò)程中就要盡可能地減少外在的因素對整個(gè)掃描質(zhì)量的影響，從而獲得更高質(zhì)量的測繪成果圖。

　　(4)三維激光掃描系統進(jìn)行地形測繪成圖的工作，是對于傳統地形測繪工作的有力補充，這個(gè)系統是在測繪工作人員難以到達的區域而開(kāi)展數據采集方面占有十分大的優(yōu)勢。

　　參考文獻

　　[1]趙曉明，洪波.三維激光掃描儀應用技術(shù)研究[J].價(jià)值工程，2010(09).

　　[2]徐曉雄，劉松林，李白.三維激光掃描測量技術(shù)及其在測繪領(lǐng)域的應用[J].中國測繪.2009(02).

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