三維激光掃描技術及其在測量領域的應用

武興巖（河北水文工程地質勘察院，河北 石家莊 050021）

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三維激光掃描技術及其在測量領域的應用

武興巖
（河北水文工程地質勘察院，河北 石家莊 050021）

摘 要：三維信息獲取技術，也稱為三維數字化技術。它探究怎樣得到物體表面空間坐標，獲得物體三維數字化模型的辦法。就三維激光影像掃描儀的單點精度而言，通常都能達到的水平為毫米級，并且它建模以后的測量精度絕對不比傳統測量辦法遜色。效率高是三維激光掃描最關鍵的意義所在，激光掃描內外業需要的時間一般就只有傳統辦法測量的1/20。所以，探討其原理繼而對其技術實施運用非常關鍵。

關鍵詞：三維激光掃描技術；點云數據；測量

三維激光掃描技術是對激光測距技術原理實施運用并以此得到數據的一種新型技術，普遍運用于變形監測、管線測量、地形測量、斷面與體積測量等范圍，具備一些優勢，包含不用棱鏡配合、測量精度相對高、數據采集密度相對高、工作效率相對高和全數字特點等。其龐大優點就在于能夠迅速掃描被測物體，不用反射棱鏡就能直接得到高精度的掃描點云數據，這樣一來能夠高效地對真實世界實施三維建模與虛擬重現。

1　三維激光掃描技術介紹

1.1工作原理。三維激光掃描技術經過內部向目標發射激光脈沖的是激光脈沖發射器作用，在檢驗到目標被測以后，信號接收器再把目標物發射回來的激光脈沖收集到其中，經過這樣的反射、接收，從激光脈沖發射出去到返回的時間就能估算到，就是被掃描物體間距掃描點的距離，獲得相關地物的三維點云數據；同時開啟掃描控制模塊作用，其測量目標物的三維坐標這樣來估算出，繼而改變成為坐標系中的三維模型，得到獲得最后的數據圖形。

1.2運用優點。和陳舊的測量技術比較，三維激光掃描技術具備高的精準度、高的分辨率、速度快等幾種運用優點，其特征關鍵體現在下面3個方面：（1）數字化。經過三維激光掃描技術得到的數據信息全部都展現出全數字的特征，特別容易分析、解決和顯示。同時其友好的用戶界面，可以非常好的完成和別的軟件的數據共享和交換，例如說和GPS、外接數碼相機配合應用等等，具備非常好的拓展性。（2）分辨率高。三維激光掃描技術能夠非常好的完成高質量、高密度的實施數據信息收集，這樣來完成高分辨率的基本目標。（3）運用性強。對于應用條件沒有高要求的三維激光掃描技術，所以有相對強的環境適應能力，合適用于野外測量，能夠對大面積或者是表面繁雜的物體實施準確的測量，所以在每一個項目或者是道路建設等每一區域中都有相對廣泛的運用。

2　三維激光掃描運用工作流程

2.1測站設計。依據掃描目標的部位、大小、形態與需要得到的核心屬性，設計各掃描站與控制標靶的部位。需要每站中間最少有3個控制標靶重合，經過控制點的強制符合，以確定兩個測站點云數據跟所需的7個自由度相符，讓點云數據最后可以統一到一個儀器坐標體系下。

2.2掃描。把掃描儀架設在選定的測站上，儀器的姿態調整好。把掃描儀與筆記本應用網線連接，把掃描儀的電源打開。開啟Cy2clone軟件，建設筆記本和掃描儀的通訊，掃描經過由Cy2clone軟件控制，經過集成的數碼相機拍攝掃描對象的影像，在影像上選擇掃描范圍。掃描儀依據軟件環境中布置的參數自動實施掃描。

2.3控制標靶中心的獲得。結束每測站的掃描后，精細掃描都需要對控制標靶實施。這經過選擇掃描過程控制標靶范圍內的點，為每一個標靶布置唯一的標識，之后控制標靶的中心點是經過精細掃描范圍確定，相同的控制標靶在不一樣測站中的標識必須相同。

2.4配準坐標。基本有3種的坐標配準辦法：配對形式、全局形式與絕對形式。屬于比較形式是前2種，它基準為某一掃描站的坐標系，這站的坐標體系都是別的個站的坐標體系轉換到來的。這2種形式的相同特征是：在實施掃描的經過中，所布置的控制點或標靶在掃描前其坐標都不知道。而第3種方式，則在掃描前，已經被測定控制點的坐標值，在處理掃描數據時，每一個測站都需要轉換到掌控點所在的坐標系中。

3　三維激光掃描儀外業數據采集

掃描前需要準備的工作關鍵包括2部分：控制網布設是第一部分，掃描站點布設是第二部分。而控制網的布設關鍵思考到控制點中間的通視性與控制網的幾何圖形，同時要聯合實地不一樣的狀況需要實施適當的選點。在控制網布設好的基礎上，能夠建設站點，站點的設計既要確保可以完全采集所需要的對象的數據，還要可以與控制網聯立起來，方便轉換全體距離影像配準及和坐標。結束設站后，就可以進行掃描數據收集了，直到設置范圍內景物掃描結束完成。一般情況下由于掃描物范圍太大，或者被掃描物體的形狀比較復雜，一次設站經常不能夠完成物體的掃描，這就需要多次遷站，反復上述過程，以讓整個物體的掃描結束。

4　三維激光掃描技術的數據解決

運用三維激光掃描儀得到的點云數據組建實體三維幾何模型時，運用對象不一樣、點云數據的特征不一樣，三維激光掃描數據解決的途徑與方法也不盡一樣。總的來說，整個數據解決途徑包含數據收集、數據預處理、重建幾何模型與可視化模型。數據收集是重建模型的前提，數據預處理為重建模型供應可靠精選的點云數據，把重建模型的復雜度降低，把重構模型的精確度與速度提升。數據預解決階段牽涉的內容包含濾波的點云數據、平滑的點云數據、縮減的點云數據、分割的點云數據、不一樣站點掃描數據的配準和融合等；重建模型階段牽涉的內容有三維重建的模型、重建模型后的平滑、解決殘缺的數據、簡化模型與紋理映射等。現實運用中，要依據三維激光掃描數據的特征和建模要求，選用有關的數據處理措施與辦法。

結語

三維激光掃描技術作為快速發展的測量技術，它具備較傳統測量手段無與倫比的優勢，表現在速度快、精度高、應用方便、自動化程度高、勞動強度低、受外界環境影響小等方面，所以它的廣泛運用將大大降低生產成本與提升工作效率。在測繪工作人員很難到達的測繪范圍，運用三維激光掃描體系進行數據采集較傳統測量具有明顯的優勢，在一定程度上也是對傳統地形測繪工作的有力補充。

參考文獻

[1]張會霞，朱文博.三維激光掃描數據處理理論及應用[M].北京：電子工業出版社，2012（12）.

[2]趙曉明，洪波.三維激光掃描儀應用技術研究[J].價值工程，2010（09）.

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