浅谈地形测量中3D扫描仪的有效应用

文/田玮、吴姝君 包头市测绘院 内蒙古包头 014030

浅谈地形测量中3D扫描仪的有效应用

文/田玮、吴姝君 包头市测绘院 内蒙古包头 014030

目前我国的经济科技正在不断的进步发展中，在工程建筑方面的技术也得到了很好的完善，其中主要的建筑技术就是对工程地形的测量。地形的测量工作在工程建造中占据着非常大的作用，地形测量的结果很大程度上决定着工程的质量与效率。现在我国测量地形时主要使用3D扫描仪来进行勘测，3D扫描仪能够精准快速的测量出地形的具体情况，大大提高测量工作的效率。文章主要分析3D扫描仪的工作原理、数据处理方法以及步骤等。

地形测量；3D扫描仪；工作原理；方法

对地形的勘测工作是在工程建造前就必须要进行的，测量的结果影响着工程的建造计划，由此可见，地形测量工作在工程建造中非常重要。如今，科学技术的不断进步，人们在地形的测量工作中加入了更加高科技的3D扫描仪设备，这样就使得地形的测量工作更加高效的完成，所以如何正确的在地形测量中运用3D技术对工程的建造是非常重要的，直接影响着测量结果的质量。

1、3D激光扫描仪的工作原理

3D激光扫描仪具有很多的扫描棱镜，这些棱镜起到了精准扫描的作用，在进行地形勘测时，3D扫描仪能够在最快的速度获得所需要的地形信息，并且信息的准确性很高。相比较于其他的地形测量仪器来说，3D扫描仪在与被测物体有着一定距离时仍可以进行准确的测量，其他的仪器很难做到这一点。另外3D扫描仪在测量地形时对外界的条件要求很低，有些地形测量仪器必须在有光源的情况下进行测量，而3D扫描仪无论在黑暗还是光明的情况下都能对地形进行准确测量，甚至还能获得一些被测物体的特殊情况数据，给工程带来更好的效果。

1.1结构解析

为了满足地形测量工作中的需要，3D扫描仪中安装了高科技的探测器以及扫描棱镜，扫描结果通过棱镜的不断反射获得，而且在扫描过程中可以调节棱镜来控制扫描的速度。另外根据反射原理可以改变棱镜的位置来对物体进行不同方向的测量，以此来获得物体全面的信息数据，提高测量的质量。

1.2工作原理

3D扫描仪的工作原理是在确定的距离下，获得物体信息所需要的时间来进行测量计算。即扫描线经过棱镜的不断反射到达被测物体，将获取的物体信息在反射回来的过程。

2、3D数据处理的步骤以及方法

在使用3D扫描仪测量物体时，主要测量获取的是被测物体的部分情况信息，无法一次性将物体的信息全部获取，所以我们需要不断的调节扫描棱镜的位置角度来对物体进行全方位的扫描测量，再将每次的测量结果进行收集整理，以此来获得所测物体的性质。

2.1点云连接

每次使用3D扫描仪对物体进行测量时获得的数据都是在不同的坐标空间中，这样的数据我们无法进行比较整理，所以我们需要将不同的数据整理变换到同一坐标空间中，以便分析获取所测物体的全面信息。目前主要使用的变换数据的方法有共轭面转换法、测站后视棱镜法、曲面匹配法以及磁性觇标控制点法。

（1） 共轭面转换法：工作人员使用计算机将获得的测量数据点移到平面坐标上，再找出不少于三个共轭面，将共轭面上的坐标点进行整理变换，这种变换方法的适用条件是存在三个不平行的共轭面，优点是在测量过程中不需要使用其他步标，降低了测量工作的难度。

（2） 磁性觇标控制点法：在被测物体重复扫描测量的物质安置觇标，使用3D扫描仪进行测量时能够根据觇标的性质准确的找到控制点，在找到足够多的控制点后，就能够将数据进行转换获得。

（3） 测站后视棱镜法：在对物体进行扫描测量时，扫描线经过棱镜时会产生反射情况，这种反射能够被识别，所以我们可以将获取到的棱镜、测站以及所测物体的坐标数据与地面坐标进行合理的变换。这种方法在地形测量时一般使用全球仪来辅助进行。

（4） 曲面匹配法：曲面匹配法一般适用于测量结果有较大起伏变化的情况。这种方法所涉及的知识理论太广，目前无法进行自动化，所以在使用这种方法时必须进行人工操作，获取最好的数据结果。

2.2 3D数据处理的步骤

使用3D扫描仪测量获取物体的数据信息后，我们需要从这些数据中分析寻找出一些准确有用的信息性质等，通常使用的方法有线性回归。在对工程建筑进行信息分析时，主要的步骤如下：首先我们需要对测量获得的建筑数据进行整理计算，并画出数学分析图，根据图形以及相关的知识来分析判断数据的准确性以及可靠性。第二步，根据上一步的分析结果对测量仪器进行调整，使测量的结果更加全面准确，获得能够反映所测物体所有性质的数据；第三步，将第二步获得的数据重复第一步的计算过程，进行分析整理。最后，根据以上的数据分析整理过程，将工程中出现的一些问题进行解决，并分析探讨所测物体的特征性质，据此来完善工程的建设。

2.3三维数据的获取

使用3D扫描仪对物体的数据进行测量获取后，需要对所测数据进行分析处理，再重新对物体进行二次测量，这样获得的数据就是三维数据。三维数据能够更好的反映出所测物体的性质，减小测量结果的误差，提高测量的质量。

2.4点云模型化

在根据上面步骤获取到所测物体的三维数据后，我们可以建立一个三维的坐标空间，将所得数据放置坐标空间中，这样就便于对数据进行比较分析，找出所测物体的特性。另外我们在建立坐标空间时一般基于点、三角形以及格网等建模方法，也可以将其中的任意两种方法结合起来建立。

结语：

根据以上的分析探讨可知，3D扫描激光技术是一项高科技的高效的地形勘测技术，3D扫描仪的运用大大提高了地形测量的质量与效率，能够更好的获得被测物体的相关性质。同时从3D激光测量到3D数据的获取分析，这是一个非常复杂并且重要的过程，我们必须很好地掌握3D扫描仪的工作原理、数据获取的方法以及处理数据的步骤，正确的使用3D扫描技术，这样才能高质量的完成地形测量工作。

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