浅谈三维激光扫描系统在测绘中应用

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1、浅谈三维激光扫描系统在测绘中应用　　摘要：三维激光扫描系统可深入到所有复杂的现场环境和空间中，透过三维激光扫描可以将各种大型的、不规则、复杂的、非标准或标准等实景或实体的三维数据完整地采集到电脑上，快速地重构目标的三维实体模型，在采集的三维激光点云数据也能把目标的完整数据应用在各种后处理工作对称应用的工具。关键词：三维激光扫描系统；测绘；应用中图分类号：TH761文献标识码：A1三维激光扫描技术的应用现状1.1三维激光扫描技术原理三维激光影像扫描技术又称“实景复制技术”，全部所采集的三维建模数据和三维点云数据都能够通过标准接口的格式转换

2、更为方便地为各种工程软件来直接使用。1.2设备分类及性能6三维激光扫描设备可分为机载类和地面类。地面扫描设备根据扫描的方式不同可以分为车载、地面和船载。地面扫描设备按其功能可以分为ILRIS—3DVP、ILRIS—3DER、ILRIS—36D和ILRIS—3DMC四种型号。ILRIS—3DVP是最基本的扫描设备，使用范围比较广；ILRIS—3DER距离增强型,能够远距离进行工作；ILRIS—36D的扫描空间比较广，面积达，可以旋转扫描；ILRIS—3DMC适合于车载和船载进行移动扫描。1.3系统组成三维激光扫描设备由软件和硬件组成，硬件

3、为三维激光扫描仪，软件包括点云影像后处理系统。1.4三维激光扫描技术应用现状应用范围非常广泛，主要有建筑物、地形以及其他对象进行的高精度测量。此外，地面三维激光影像扫描仪也可以应用在复杂工业设备的建模与测量、房产图测量与房屋建模、灾害三维实时监测、工程建筑物变形监测、矿山及隧道测量、事故灾害评估和大型水利工程安全监测与研究等方面。2实例分析——脉冲式三维激光扫描技术在地形测绘中的应用2.1脉冲式三维激光扫描仪的测量原理如下：距离测定6脉冲式三维激光扫描仪的测距方式和常用的免棱镜全站仪的激光模式很类似，都是由激光发生器发射出CLASSⅠ级

4、激光脉冲，投射到被测量物体上后，由接收器接受到反射光，参考高精度时钟记录下激光脉冲往返时间差.测距仪与被测物之间的距离即为光速和时间差乘积的一半。光速的精度可以通过准确测量影响大气折射率的几个条件（气温、气压等）来提高，时间的精度可通过一系列的判别技术来提高。脉冲式测距较远，但随着距离的增长，精度也会逐步降低，目前常规的脉冲式三维激光扫描仪，扫描距离为100米时，点位精度为±2mm～±10mm。角度的控制和测定脉冲式三维激光扫描仪测定激光脉冲的垂直角和水平角时，采用了内置伺服马达控制系统，这与常规测量手段中度盘的作用类似，但不同的是借助

5、全反射来实现的。水平角的改变主要是由正多面体扫描棱镜的旋转来完成的。激光脉冲射向扫描棱镜镜体产生全反射，棱镜旋转带来入射角度的变化，从而改变脉冲的反射角度。激光脉冲的垂直角则由摆动扫描镜来调整，同样是通过镜体的旋转来改变入射角度，但角度变化小，不需要完成360o旋转。调整单一点位的激光脉冲出射角度，只需要通过电脉冲信号完成驱动棱镜的微电机精确控制即可，记录电脉冲信号同时也就是记录了与激光脉冲的实时角度。常规的扫描仪测角精度为±1”～±12”。通过马达控制系统，激光脉冲完成以激光发射器为中心，球形区域的地貌扫描。为了提高扫描效率，同时也为

6、了减小垂直激光点云的光斑变形，大部分扫描仪在垂直方向上有极限角度，一般为70o左右。2.2脉冲式三维激光扫描仪的全景扫描正是上述两种手段的结合来实现全景扫描的。6扫描出的空间点云数据是以激光发射器为中心的自定义空间极坐标系中，所以还需要通过预处理，将其转换为实地的测量坐标。转换通常借助常规测量或GPS为空间极坐标系原点赋予x,y,z坐标和正北方向，通过处理软件求出平移和旋转参数。常规的脉冲式三维激光扫描仪的扫描速率在10000点/s～50000点/s，点位采集间距可达到数厘米，可在一个小时里完成数平方公里高密度空间云数据的采集，与常规测

7、量方式相比较，作业效率显著提升。又因为使用全景测量的方式，大范围内的点位相对精度和可信度很高。脉冲式三维激光扫描技术可与影像采集技术相结合，即时实现三维模型的构建。通过处理软件，首先，使用采集到的影像作为检测和修正参考，进一步提高空间点云数据的精度；其次，依据处理过的空间点云数据为被测区域建立三维空间模型；最后，对影像进行处理，作为三维空间模型的纹理，在短时间内实现了数据采集到成果输出的过程。6脉冲式三维激光扫描作为一种新测量技术，与其它测绘技术相比，发展时间并不长，所以不可避免的存在部分不足，这导致其在地形图测绘上应用十分狭窄,只是作

8、为一种辅助的测量手段，配合常规测量使用。激光脉冲会因为过高的入射角度，导致投射到被测物上的光斑变形，精度下降；由于依靠反射脉冲信号测区，对一些反射率比较低的物体，测量效果下降，甚至产生点盲区；检校方式单一，