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淺談三維激光掃描技術的測量原理及其應用
三維激光掃描影像數據是數據庫與GIS系統更新一個重要的信息來源，下面是小編搜集整理的一篇探究三維激光掃描系統的論文范文，供大家閱讀查看。
[摘要]通過三維激光影像掃描儀獲得的數據來組成的立體模型，能非常精確測量出建筑物和物體的尺寸，是可取代傳統的測量方式。就三維激光影像掃描儀的單點精度來說，一般都可達到的水平為毫米級，而且它建模之后的測量精度絕對不比傳統測量方法遜色。效率高是三維激光掃描最重要的意義所在，激光掃描內外業需要的時間通常就只有傳統方法測量的1/20。物體部分點的數據是傳統的方法就能夠測到的，而物體的全部細節則需利用激光掃描才可測量到。因此，探討其原理繼而對其技術進行推廣應用十分重要。
[關鍵詞]三維激光掃描系統 測量原理 數據采集 精度
0引言
三維激光掃描系統是可深入到所有復雜的現場環境和空間中，透過三維激光掃描可以將各種大型的、不規則、復雜的、非標準或標準等實景或實體的三維數據完整地采集到電腦上，快速地重構目標的三維實體模型，在采集的三維激光點云數據也能把目標的完整數據應用在各種后處理工作對稱應用的工具。
1三維激光掃描儀的測量原理
三維激光掃描儀是在激光的相干性、方向性、單色性和高亮度等特性的基礎上，在同時注重操作簡便和測量速度上，從而保證了測量的綜合精度，而其測量的原理是主要分為有測距、掃描、測角、定向這四個方面。
1.1三維激光掃描儀的測距原理
由于激光測距是激光掃描技術十分重要的組成部分，對于激光掃描的定位以及獲取空間三維信息是具有十分重要的作用。現階段的測距方法主要是有：相位法、三角法、脈沖法。
測距方法都有其優缺點，而主要是集中在測程和精度的關系上，脈沖測量的距離最長，可是精度會隨距離的增加而降低。相位法用于中程測量，具有比較高的測量精度，可它是通過兩個間接測量才能夠得到距離值，三角測量測程最短，可是精度最高，適用于近距離、室內的測量。
1.2三維激光掃描儀的測角原理
區別于常規儀器的度盤測角方式，激光掃描儀是通過改變激光光路而獲得掃描角度。把兩個步進電機與掃描棱鏡安裝在一起，進而分別實現水平和垂直方向掃描。步進電機也是一種將電脈沖信號轉換為角位移的控制微電機，它能夠實現對激光掃描儀的精確定位。
1.3三維激光掃描儀的掃描原理
對于三維激光掃描儀是透過內置的伺服驅動馬達系統的精密控制的多面掃描棱鏡的轉動，決定著激光束的出射方向，能夠讓脈沖激光束能夠沿著橫軸方向與縱軸方向進行快速的掃描。掃描的控制裝置為：擺動掃描鏡和旋轉正多面體掃描鏡。對于擺動掃描鏡是一個平面反射鏡，是由電機的驅動來進行往返振蕩，這種測距方式就是一種間接測距的方式，通過檢測發射和接收信號之間的相位差，從而獲得被測目標的距離。測距精度較高，主要應用在精密測量和醫學研究，精度可達到毫米級。
1.4三維激光掃描儀的定向原理
三維激光掃描儀掃描的點云數據都在其自定義的掃描坐標系中，但是數據的后處理要求是大地坐標系下的數據，這就需要將掃描坐標系下的數據轉換到大地坐標系下，這個過程就稱為三維激光掃描儀的定向。
2三維激光掃描技術的應用現狀
2.1三維激光掃描技術原理
三維激光影像掃描技術又稱“實景復制技術”，全部所采集的三維建模數據和三維點云數據都能夠通過標準接口的格式轉換更為方便地為各種工程軟件來直接使用。
2.2三維激光掃描技術應用現狀
應用范圍非常廣泛，主要有建筑物、地形以及其他對象進行的高精度測量。
2.2.1能夠塑造出高精度的數字地面模型以及城市模型
三維激光掃描影像數據是數據庫與GIS系統更新一個重要的信息來源。其所采集到的三維點云數據在經過拼接與合并之后，從而進行數據的預處理剔除粗差，而應用數據濾波與分類算法而得到地面高程數據以及地物數據。地面高程數據是應用在塑造高精度的一個數字地面模型，地物數據在經過目標識別的處理和提取就可以實現建立城市三維模型。
2.2.2帶狀地形的測圖數據采集
地面三維激光影像掃描儀能夠進行野外局部帶狀地形區域的分段掃描。在具有一定重復掃描的區域內，可進行三維影像合并與拼接從而生成了帶狀影像圖。亦可以透過一些測量控制點來轉換到城市或國家坐標系中，利用地物和地形三維點云數據來建立模型，進而帶狀地形圖亦可以生成。而對于公路、鐵路、大渠大江兩岸部分不規則的呈帶狀地形圖的測量，可比常規的測量速度還要快、精度還要高。
2.2.3古文物建筑物測量和逆向工程的應用
地面三維激光影像掃描技術能夠為三維測量及逆向工程、三維數字化設計、快速模具制造等相關技術方面而提供相應的服務。也能夠快速高精度地完成復雜的古建筑結構測量，大型景觀(如建造大佛景觀)三維數字設計與模板制作。
2.2.4其它方面的應用
此外，地面三維激光影像掃描儀也可以應用在復雜工業設備的建模與測量、房產圖測量與房屋建模、災害三維實時監測、工程建筑物變形監測、礦山及隧道測量、事故災害評估和大型水利工程安全監測與研究等方面。
3結語
(1)三維激光掃描系統是具有快速、細致以及高精度的這些特點。而如果讓其應用在地形測繪的領域，就可以減輕測繪工作人員的作業強度，和減少作業時間，進而提高測繪效率，而且測繪也能夠得到一個讓人滿意的結果。
(2)運用三維激光掃描系統在進行地形的測繪成圖的工作時，也需要GPS、全站儀等設備來進行配合，從而空間每一個測站的位置也就確定了。
(3)若利用三維激光掃描系統得到的地形測繪成圖的質量也會受到很多外在的因素影響，例如與測站的定位精度和目標物體的反射面有關的誤差以及一些外界環境條件等。所以在使用的過程中就要盡可能地減少外在的因素對整個掃描質量的影響，從而獲得更高質量的測繪成果圖。
(4)三維激光掃描系統進行地形測繪成圖的工作，是對于傳統地形測繪工作的有力補充，這個系統是在測繪工作人員難以到達的區域而開展數據采集方面占有十分大的優勢。
參考文獻
[1]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).
[2]徐曉雄，劉松林，李白.三維激光掃描測量技術及其在測繪領域的應用[J].中國測繪.2009(02).
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