東英測繪——三維激光掃描儀應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)原理

一、什么是三維激光掃描儀

三維激光掃描技術(shù)是一種先進(jìn)的全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，又稱為 “實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，三維激光掃描儀是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項(xiàng)測繪技術(shù)革新，將使測繪數(shù)據(jù)的獲取方法、 服務(wù)能力與水平、數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)入新的發(fā)展階段。

三維激光掃描儀激光測量的有效距離是三維激光掃描儀應(yīng)用范圍的重要條件，所以我們可以對(duì)其進(jìn)行了分類。

按照掃描平臺(tái)的不同可以分為：機(jī)載(或星載) 激光掃描系統(tǒng)、地面型激光掃描系統(tǒng)、便攜式激光掃描系統(tǒng)。

按照三維激光掃描儀的有效掃描距離可分為：短距離激光掃描儀、中距離激光掃描儀、長距離激光掃描儀、超長測程激光掃描儀

二、工作原理

無論掃描儀的類型如何， 三維激光掃描儀的構(gòu)造原理都是相似的。三維激光掃描儀的主要構(gòu)造是由一臺(tái)高速精確的激光測距儀， 配上一組可以引導(dǎo)激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡。激光測距儀主動(dòng)發(fā)射激光， 同時(shí)接受由自然物表面反射的信號(hào)從而可以進(jìn)行測距，針對(duì)每一個(gè)掃描點(diǎn)可測得測站至掃描點(diǎn)的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一掃描點(diǎn)與測站的空間相對(duì)坐標(biāo)。

如果測站的空間坐標(biāo)是已知的，那么則可以求得每一個(gè)掃描點(diǎn)的三維坐標(biāo)。以徠卡某型號(hào)三維激光掃描儀為例，該掃描儀是以反射鏡進(jìn)行垂直方向掃描，水平方向則以伺服馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)儀器來完成水平360度掃描，從而獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

地面型三維激光掃描系統(tǒng)工作原理：三維激光掃描儀發(fā)射器發(fā)出一個(gè)激光脈沖信號(hào)，經(jīng)物體表面漫反射后， 沿幾乎相同的路徑反向傳回到接收器， 可以計(jì)算日標(biāo)點(diǎn) P 與掃描儀距離 S，控制編碼器同步測量每個(gè)激光脈沖橫向掃描角度觀測值 α和縱向掃描角度觀測值 β。三維激光掃描測量一般為儀器自定義坐標(biāo)系。X軸在橫向掃描面內(nèi)， Y 軸在橫向掃描面內(nèi)與 X 軸垂直，Z 軸與橫向掃描面垂直。獲得 P 的坐標(biāo)。

整個(gè)系統(tǒng)由地面三維激光掃描儀、 數(shù)碼相機(jī)、后處理軟件、 電源以附屬設(shè)備構(gòu)成，它采用非接觸式高速激光測量方式， 獲取地形或者復(fù)雜物體的幾何圖形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)。最終由后處理軟件對(duì)采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換成絕對(duì)坐標(biāo)系中的空間位置坐標(biāo)或模型， 以多種不同的格式輸出， 滿足空間信息數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源和不同應(yīng)用的需要。

目前階段，需要通過兩種類型的軟件才能使三維激光掃描儀發(fā)揮其功能： 一類是掃描儀的控制軟件；另一類是數(shù)據(jù)處理軟件。前者通常是掃描儀隨機(jī)附帶的操作軟件，既可以用于獲取數(shù)據(jù)， 也可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理， 如Leica掃描儀附帶的軟件 Cyclone；而后者也有一部分是第三方廠商提供， 主要用于數(shù)據(jù)處理。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

目前三維掃描設(shè)備也逐漸商業(yè)化，三維激光掃描儀的巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，   不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這樣一來可以高效地對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，其已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一， 并在文物數(shù)字化保護(hù)、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

（1）測繪工程領(lǐng)域 ：大壩和電站基礎(chǔ)地形測量、公路測繪，鐵路測繪，河道測繪，橋梁、建筑物地基等測繪、隧道的檢測及變形監(jiān)測、大壩的變形監(jiān)測、隧道地下工程結(jié)構(gòu)、測量礦山及體積計(jì)算。

（2）結(jié)構(gòu)測量方面：橋梁改擴(kuò)建工程、橋梁結(jié)構(gòu)測量、結(jié)構(gòu)檢測、監(jiān)測、幾何尺寸測量、空間位置沖突測量、空間面積、體積測量、三維高保真建模、海上平臺(tái)、測量造船廠、電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設(shè)備的測量；管道、線路測量、各類機(jī)械制造安裝。

（3）建筑、古跡測量方面：建筑物內(nèi)部及外觀的測量保真、古跡（古建筑、雕像等）的保護(hù)測量、文物修復(fù)，古建筑測量、資料保存等古跡保護(hù)， 遺址測繪，贗品成像，現(xiàn)場虛擬模型，現(xiàn)場保護(hù)性影像記錄。

（4）緊急服務(wù)業(yè)：反恐怖主義，陸地偵察和攻擊測繪，監(jiān)視，移動(dòng)偵察，災(zāi)害估計(jì)，交通事故正射圖，犯罪現(xiàn)場正射圖，森林火災(zāi)監(jiān)控，滑坡泥石流預(yù)警，災(zāi)害預(yù)警和現(xiàn)場監(jiān)測，核泄露監(jiān)測。

（5）娛樂業(yè)：用于電影產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，為電影演員和場景進(jìn)行的設(shè)計(jì)，   3D 游戲的開發(fā)，虛擬博物館，虛擬旅游指導(dǎo)，人工成像，場景虛擬，現(xiàn)場虛擬。

以上就是三維激光掃描儀應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)原理講解，如果你還有什么不了解的地方，歡迎留言或者在線咨詢，我們會(huì)及時(shí)與您聯(lián)系。東英測繪儀器有限公司提供RTK/GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、無人機(jī)等測繪儀器的銷售、租賃、檢定、校正、維修等服務(wù)，也承接測繪培訓(xùn)與各種內(nèi)外業(yè)工程測量任務(wù)，有相關(guān)的需要了解都可以留言或者在線咨詢我們，我們將詳細(xì)為你解答。