RIEGL VZ-1000扫描仪测量不同反射面精度研究

李凯，黄承亮，张均

(重庆市勘测院，重庆 400020)

RIEGL VZ-1000扫描仪测量不同反射面精度研究

李凯∗，黄承亮，张均

(重庆市勘测院，重庆 400020)

对RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪扫描不同反射面的测量精度进行了研究，介绍了RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪特性，采用了扫描仪与全站仪同时测量墙面并拟合平面的试验方法，分析了水泥、瓷砖和保温复合材料墙面的试验数据，最终得出了RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪对不同反射面的测量精度。

RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪；反射面；精度

1 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”。与单纯的测绘技术不同，它主要面向高精度逆向工程的三维建模与重构。三维激光扫描数据能够在计算机中精细地描述三维模型实体的表面特征。目前，三维激光扫描技术的测量能力、自动化程度、人工作业的劳动强度、测量的速度、数据处理的效力均明显地高于其他的测量技术。在工业、计算机视觉、医学等领域中，三维激光扫描技术已经得到了广泛的应用。

在国内，三维激光扫描技术在建筑物三维建模中的应用比较广泛。当前在建筑物修建时，其采用的表面材料各不相同，三维激光扫描仪发射的激光对不同材料的反射率也不一样，因此获得的点云数据精度不同，由于扫描点云数据精度直接决定建筑物三维建模的精度，因此为了全面了解激光扫描仪对不同材料表面的测量精度，本文选择了水泥、瓷砖、保温隔热复合板、玻璃4种具有代表性的建筑物表面材料进行试验。并通过实验得到三维激光扫描仪对不同材料反射面建筑物的测量精度。技术和实时全波数字化处理和分析技术，每秒可发射高达300 000点的纤细激光束，提供高达0.000 5° (1.8″)的角分辨率。除此以外，基于RIEGL独特的多棱镜快速旋转扫描技术，它能够产生完全线性、均匀分布、单一方向、完全平行的扫描激光点云线。VZ-1000定位精度为±5 mm/100 m，测距精度为2 mm/50 m，扫描视场角为360×100。并且该仪器外置了独立的1 200万像素单反相机，并可以对相机进行升级，获得更高像素的照片。

图1 RIEGL VZ-1000

2 仪器介绍

目前市场上的三维激光扫描仪主要是徕卡、天宝和RIEGL三个公司的产品，每个公司的三维激光扫描仪都有各自的特点和应用范围。本文根据研究要求及仪器性能选择RIEGL VZ-1000(以下简称VZ-1000)三维激光扫描仪作为试验仪器。

图1所示扫描仪为本次试验使用的VZ-1000三维激光扫描仪，其拥有RIEGL独一无二的全波形回波

3 实验方案

通过测试发现，水泥、瓷砖、保温隔热复合板可以较好地反射激光信号，而玻璃对激光的反射信号较差。因此本文主要针对水泥墙面、瓷砖墙面和保温隔热复合板墙面进行扫描。为了获得较好的扫描效果，在墙面选择时尽量选择表面光滑、平整的立面进行试验。

扫描时，在距离墙面100 m左右的位置布设基准点，采用VZ-1000扫描仪对墙面进行4次扫描，再采用TCA2003全站仪(0.5″，1+1PPm)对相应墙面上的特征点进行测量，然后通过坐标转化，把两种仪器的测量数据合并到同一坐标系下，对扫描仪采集的点云数据进行平面拟合，获得拟合平面，并对不同材质的拟合平面进行分析，得出三维激光扫描仪对不同材质建筑物表面的扫描精度。墙面与特征点的相互关系如图2所示。

图2 不同材质墙面与特征点的位置示意图

4 数据处理与分析

4.1 水泥墙面扫描的数据处理与分析

对水泥墙面扫描的4次点云数据进行平面拟合，得到每次扫描点云的平面模型，如图3所示，每种颜色代表一个拟合平面。把全站仪测量的8个特征点与拟合平面进行坐标配准，把特征点的坐标转换到拟合平面所在的坐标系统，通过配准使两者在同一坐标系下，得到两者之间的相互关系，如图4所示，并计算特征点到各拟合平面的垂直距离，如表1所示。

图3 四次扫描拟合平面示意图

图4 特征点与拟合平面位置关系示意图

水泥墙面数据处理结果 表1

从表1可以看出，各拟合平面与特征点平均距离约为3 mm～4 mm，说明每次扫描数据之间的误差约在1 mm以内，同时可以得出激光扫描仪对水泥材质墙面扫描误差约为3.8 mm。

4.2 瓷砖墙面扫描的数据处理与分析

对瓷砖墙面进行4次扫描，扫描得到的点云数据如图5所示。对每次扫描的点云数据进行平面拟合，得到每次扫描点云的平面模型。把全站仪测量的3个特征点与拟合平面进行坐标配准，得到两者之间的相互关系，并计算特征点到各拟合平面的距离，如表2所示。

图5 特征点与瓷砖墙面位置关系示意图

瓷砖墙面数据处理结果 表2

从表2可以看出，各拟合平面与特征点平均距离约为1 mm左右，说明每次扫描数据之间的误差约在0.5 mm以内，同时可以得出激光扫描仪对瓷砖材质墙面扫描误差约为1.1 mm。

4.3 保温隔热复合板墙面扫描的数据处理与分析

对保温隔热复合板墙面进行4次扫描，扫描得到点云数据如图6所示。对每次扫描的点云数据进行平面拟合，得到每次点云的平面模型。把全站仪测量的3个特征点与拟合平面进行坐标配准，得到两者之间的相互关系，并计算特征点到各拟合平面的距离，如表3所示。

图6 特征点与保温隔热复合板墙面位置关系示意图

保温隔热复合板墙面数据处理结果 表3

从表3可以看出，各拟合平面与特征点平均距离约为2 mm左右，说明每次扫描数据之间的误差约在0.3 mm以内，同时可以得出三维激光扫描仪对保温隔热复合板材质墙面扫描误差约为2.2 mm。

综上所述，VZ-1000三维激光扫描仪对水泥、瓷砖、保温隔热复合板材质的墙面扫描误差均在4 mm以内，其中扫描瓷砖材质墙面的误差能达到1 mm，扫描保温隔热复合板材质的墙面误差达到2 mm，对水泥墙面扫描误差为3.8 mm。同时可以得出，在三种材料中激光对瓷砖的反射率最好，对水泥的反射率较弱。

5 结 语

三维激光扫描技术能够快速地获取高密度、高精度的目标空间信息，在三维表面重建和测量方面具有显著的优势。本文得出了RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪对不同反射面的测量精度。

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The Research of Surveying Different Reflecting Plane Precision Based on RIEGL VZ-1000 Laser Scanner

Li Kai，Huang Chengliang，Zhang Jun
(Chongqing Survey Institute，Chongqing 400020，China)

This paper researches precision of survey different reflecting plane of riegl vz-1000 laser scanner，introduced features for riegl vz-1000 laser scanner，used scanner and total station measuring wall，and fitting planemeth0d，analyzed concretewalls，ceramic tilewall，keep warm internal compositewall experimental data，finally abtained sruveying precision of different reflecting plane of riegl vz-1000 laser scanner.

RIEGL VZ-1000 laser scanner；reflecting plane；precision

1672-8262(2013)04-130-03

P234.4

B

2012—09—30

李凯(1979—)，男，工程师，主要从事GPS、变形观测和工程测量等工作。