工程测绘中三维激光扫描技术应用

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1、工程测绘中三维激光扫描技术应用　　摘要：空间信息获取技术是当前地球空间信息科学研究的热点问题之一,由于自然界空间对象的纷繁复杂,传统的地学三维数据采样率较低,难以准确地表达地学对象的真实状况,使得三维数据实时获取在空间信息科学领域显得尤为重要。随着计算机技术的快速发展和科学技术的不断进步,将现实世界的实体信息快速地转换为计算机可以识别处理的数据已经不再是人类的梦想。科技的创新、不断涌现的新技术为空间数据采集提供了各种各样的新方法和新手段,推动三维空间数据获取向着集成化、实时化、动态化、数字化和智能化的方向发展。三维激光扫描技术就是这个信息获取时代的产物,该技术作为获取

2、空间数据的有效手段,能够快速的获取反映客观事物实时、动态变化、真实形态特性的信息。关键词：工程测绘；三维激光扫描；技术；应用中图分类号：TB2文献标识码：A引言7在空间数据的测量中，获取三维数据是一个重要的工作，三维测量目标包括空间精细的物件，也可以是高大的建筑物或庞杂的地形地貌等现实世界的各种形体。如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表面数据，进而能快速地变成高质量的计算机软件中的三维数学模型目前仍然存在很大的障碍。三维激光扫描技术可以应用于文物保护、城市测绘、GIS数据获取、工程测量、地形测量等各种测量领域，可发挥较大的经济和社会效益。1三维激光扫描技术的应用

3、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

4、；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7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：距离测定脉冲式三维激光扫描仪的测距方式和

5、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7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

6、规测量手段中度盘的作用类似，但不同的是借助全反射来实现的。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

7、，同时也为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。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。7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，与常规测量方