三维激光扫描技术及其在测量领域的应用

武兴岩（河北水文工程地质勘察院，河北 石家庄 050021）



三维激光扫描技术及其在测量领域的应用

武兴岩
（河北水文工程地质勘察院，河北 石家庄 050021）

摘 要：三维信息获取技术，也称为三维数字化技术。它探究怎样得到物体表面空间坐标，获得物体三维数字化模型的办法。就三维激光影像扫描仪的单点精度而言，通常都能达到的水平为毫米级，并且它建模以后的测量精度绝对不比传统测量办法逊色。效率高是三维激光扫描最关键的意义所在，激光扫描内外业需要的时间一般就只有传统办法测量的1/20。所以，探讨其原理继而对其技术实施运用非常关键。

关键词：三维激光扫描技术；点云数据；测量

三维激光扫描技术是对激光测距技术原理实施运用并以此得到数据的一种新型技术，普遍运用于变形监测、管线测量、地形测量、断面与体积测量等范围，具备一些优势，包含不用棱镜配合、测量精度相对高、数据采集密度相对高、工作效率相对高和全数字特点等。其庞大优点就在于能够迅速扫描被测物体，不用反射棱镜就能直接得到高精度的扫描点云数据，这样一来能够高效地对真实世界实施三维建模与虚拟重现。

1　三维激光扫描技术介绍

1.1工作原理。三维激光扫描技术经过内部向目标发射激光脉冲的是激光脉冲发射器作用，在检验到目标被测以后，信号接收器再把目标物发射回来的激光脉冲收集到其中，经过这样的反射、接收，从激光脉冲发射出去到返回的时间就能估算到，就是被扫描物体间距扫描点的距离，获得相关地物的三维点云数据；同时开启扫描控制模块作用，其测量目标物的三维坐标这样来估算出，继而改变成为坐标系中的三维模型，得到获得最后的数据图形。

1.2运用优点。和陈旧的测量技术比较，三维激光扫描技术具备高的精准度、高的分辨率、速度快等几种运用优点，其特征关键体现在下面3个方面：（1）数字化。经过三维激光扫描技术得到的数据信息全部都展现出全数字的特征，特别容易分析、解决和显示。同时其友好的用户界面，可以非常好的完成和别的软件的数据共享和交换，例如说和GPS、外接数码相机配合应用等等，具备非常好的拓展性。（2）分辨率高。三维激光扫描技术能够非常好的完成高质量、高密度的实施数据信息收集，这样来完成高分辨率的基本目标。（3）运用性强。对于应用条件没有高要求的三维激光扫描技术，所以有相对强的环境适应能力，合适用于野外测量，能够对大面积或者是表面繁杂的物体实施准确的测量，所以在每一个项目或者是道路建设等每一区域中都有相对广泛的运用。

2　三维激光扫描运用工作流程

2.1测站设计。依据扫描目标的部位、大小、形态与需要得到的核心属性，设计各扫描站与控制标靶的部位。需要每站中间最少有3个控制标靶重合，经过控制点的强制符合，以确定两个测站点云数据跟所需的7个自由度相符，让点云数据最后可以统一到一个仪器坐标体系下。

2.2扫描。把扫描仪架设在选定的测站上，仪器的姿态调整好。把扫描仪与笔记本应用网线连接，把扫描仪的电源打开。开启Cy2clone软件，建设笔记本和扫描仪的通讯，扫描经过由Cy2clone软件控制，经过集成的数码相机拍摄扫描对象的影像，在影像上选择扫描范围。扫描仪依据软件环境中布置的参数自动实施扫描。

2.3控制标靶中心的获得。结束每测站的扫描后，精细扫描都需要对控制标靶实施。这经过选择扫描过程控制标靶范围内的点，为每一个标靶布置唯一的标识，之后控制标靶的中心点是经过精细扫描范围确定，相同的控制标靶在不一样测站中的标识必须相同。

2.4配准坐标。基本有3种的坐标配准办法：配对形式、全局形式与绝对形式。属于比较形式是前2种，它基准为某一扫描站的坐标系，这站的坐标体系都是别的个站的坐标体系转换到来的。这2种形式的相同特征是：在实施扫描的经过中，所布置的控制点或标靶在扫描前其坐标都不知道。而第3种方式，则在扫描前，已经被测定控制点的坐标值，在处理扫描数据时，每一个测站都需要转换到掌控点所在的坐标系中。

3　三维激光扫描仪外业数据采集

扫描前需要准备的工作关键包括2部分：控制网布设是第一部分，扫描站点布设是第二部分。而控制网的布设关键思考到控制点中间的通视性与控制网的几何图形，同时要联合实地不一样的状况需要实施适当的选点。在控制网布设好的基础上，能够建设站点，站点的设计既要确保可以完全采集所需要的对象的数据，还要可以与控制网联立起来，方便转换全体距离影像配准及和坐标。结束设站后，就可以进行扫描数据收集了，直到设置范围内景物扫描结束完成。一般情况下由于扫描物范围太大，或者被扫描物体的形状比较复杂，一次设站经常不能够完成物体的扫描，这就需要多次迁站，反复上述过程，以让整个物体的扫描结束。

4　三维激光扫描技术的数据解决

运用三维激光扫描仪得到的点云数据组建实体三维几何模型时，运用对象不一样、点云数据的特征不一样，三维激光扫描数据解决的途径与方法也不尽一样。总的来说，整个数据解决途径包含数据收集、数据预处理、重建几何模型与可视化模型。数据收集是重建模型的前提，数据预处理为重建模型供应可靠精选的点云数据，把重建模型的复杂度降低，把重构模型的精确度与速度提升。数据预解决阶段牵涉的内容包含滤波的点云数据、平滑的点云数据、缩减的点云数据、分割的点云数据、不一样站点扫描数据的配准和融合等；重建模型阶段牵涉的内容有三维重建的模型、重建模型后的平滑、解决残缺的数据、简化模型与纹理映射等。现实运用中，要依据三维激光扫描数据的特征和建模要求，选用有关的数据处理措施与办法。

结语

三维激光扫描技术作为快速发展的测量技术，它具备较传统测量手段无与伦比的优势，表现在速度快、精度高、应用方便、自动化程度高、劳动强度低、受外界环境影响小等方面，所以它的广泛运用将大大降低生产成本与提升工作效率。在测绘工作人员很难到达的测绘范围，运用三维激光扫描体系进行数据采集较传统测量具有明显的优势，在一定程度上也是对传统地形测绘工作的有力补充。

参考文献

[1]张会霞，朱文博.三维激光扫描数据处理理论及应用[M].北京：电子工业出版社，2012（12）.

[2]赵晓明，洪波.三维激光扫描仪应用技术研究[J].价值工程，2010（09）.

中图分类号：TP274

文献标识码：A