周博

摘要：在科技不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，在GPS定位技術(shù)之后又推出了三維激光掃描技術(shù)，隨著三維激光掃描技術(shù)在各類測量工作中的廣泛應(yīng)用，其自身的掃描速度、測量準確度和信息處理能力等方面的優(yōu)勢也逐漸顯現(xiàn)，對于一些對精確度和測量效率要求較高的測量工作來說，可以為其提供良好的技術(shù)支持。三維激光掃描技術(shù)在實際應(yīng)用的過程中，可以有效降低測量成本，提升測量效率，同時，較于原有的測量技術(shù)來說，可以充分發(fā)揮自身的數(shù)據(jù)獲取和信息處理優(yōu)勢，保證測量數(shù)據(jù)的實效性。文中就針對三維激光掃描技術(shù)在測量工作中的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；測量工作；運用

三維激光掃描技術(shù)與以往測量技術(shù)之間的差異主要表現(xiàn)在測量方法上，以往的測量技術(shù)在測量的過程中需要首先確定基點，通過基點來獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，得出最終的測量數(shù)據(jù)，是通過對點進行運算來獲取最終的測量值。而三維激光掃描技術(shù)則是通過面的方式來獲取數(shù)據(jù)值，相對來說，獲取的數(shù)據(jù)信息更加全面。三維激光掃描技術(shù)與以往的技術(shù)相比在運行方式和運行速度上具有較大的優(yōu)勢，且獲取的測量數(shù)據(jù)精確度較高，得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)無法再次運算處理，可以直接作為最終測量數(shù)據(jù)輸出。

一、三維激光掃描技術(shù)工作原理

1、三維激光掃描系統(tǒng)組成

三維激光掃描技術(shù)的系統(tǒng)組成決定了其屬于匯聚多種高科技產(chǎn)物的新型影像測量系統(tǒng)。其中主要的構(gòu)成組件包括激光掃描儀、計算機、供電系統(tǒng)等，其中的激光掃描儀器所發(fā)揮的作用有對距離的測量、對圖像的掃描以及利用數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)對相應(yīng)圖像的重建。除此之外，為了保證最終測量數(shù)據(jù)的準確性還在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)立了校正系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)的設(shè)備運行下，可以實現(xiàn)對相應(yīng)測量結(jié)果的快速輸出。

2、三維坐標測量原理

三維激光掃描技術(shù)在實際運行的過程中，主要是利用發(fā)射脈沖信號的方式來獲取最終的數(shù)據(jù)值，采用發(fā)射器向被測對象發(fā)射出脈沖信號之后，當脈沖信號接觸到物體之后便會發(fā)生一定的編號，測量系統(tǒng)可以通過分析脈沖信號的變化值來得出被測信號的相關(guān)距離信息。脈沖信號在各個被測對象之間運行一個周期之后，會再次返回到三維激光掃描測量系統(tǒng)中的接收器中，此時，便可以利用設(shè)備儀器對相應(yīng)的坐標系統(tǒng)進行構(gòu)建。

二、外業(yè)數(shù)據(jù)采集

1、現(xiàn)場踏勘

在測量的過程中，為了實現(xiàn)對三維數(shù)據(jù)的準確構(gòu)建，在實際測量之前，需要先對待測現(xiàn)場的環(huán)境和相關(guān)基礎(chǔ)信息進行全面獲取，全面了解待測區(qū)域的詳細情況，最終制定出科學有效的掃描路線和測試點，進而實現(xiàn)對相應(yīng)數(shù)據(jù)的準確測量，保證最終測量結(jié)果的準確性。

2、標靶點布設(shè)

為了保證每個測站能看到四個標靶點，標靶點要布設(shè)均勻，保持標靶點和控制點之間的通視，在掃描過程中不要改變標靶點的位置。

3、點云和影像數(shù)據(jù)采集

在已知測站上架設(shè)儀器，輸入站點坐標，后視定向，設(shè)置掃描密度參數(shù)，選取好拍攝的時間，通過彩色攝像機實時選擇測量區(qū)域，開始自動掃描作業(yè)、記錄和保存點云和影像信息。還可以通過設(shè)置分辨率來調(diào)節(jié)掃描點的個數(shù)，以控制掃描的時間效率。操作過程中，應(yīng)注意盡量與待測物體保持平視和保持統(tǒng)一焦距。

三、點云數(shù)據(jù)處理

1、點云預(yù)處理

因為在掃描過程中外界環(huán)境因素對掃描目標的遮擋等影響，如周圍的花草樹木、車流、人群等及實體本身的反射特性不均勻，需要對點云進行過濾，剔除點云數(shù)據(jù)內(nèi)含有的不穩(wěn)定點和錯誤點H。實際操作中需要選擇合適的過濾方法來配合這一過程自動完成。

2、點云數(shù)據(jù)配淮

數(shù)據(jù)配準是把不同視點的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個坐標系下面，使之成為一個整體。地面三維激光數(shù)據(jù)配準方法大致分為兩種，一種是基于特征的數(shù)據(jù)配準，另一種是迭代數(shù)據(jù)配準。為了更好的提高配準的精度，較好、方便可靠的方法就是利用控制點配準的方法。在天寶激光掃描配套數(shù)據(jù)處理軟件中提供了基于點云和基于目標的配準方式。采用三點到三點的配準方法，在掃描區(qū)域中設(shè)置至少三個控制點以便相鄰的掃描點云數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標系中。

3、點云拼接

將采集的數(shù)據(jù)導入至配套軟件時根據(jù)坐標點自動拼接，但由于存在人為操作和儀器架設(shè)誤差，一些點云接合處不太合適，這需要進行手動處理。立體模型建立以后，可對物體上的任意部位進行量測，給出特征數(shù)據(jù)，包括平面、線性距離、角度、半徑、體積和斷面。并且能夠?qū)缀螆D形轉(zhuǎn)換到CAD中進行后續(xù)處理。

四、三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、城市三維模型的建立測量

在街道上對建筑物的內(nèi)外部進行三維激光掃描，掃描的點云數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，建立高精度的數(shù)字地面模型；地物數(shù)據(jù)經(jīng)提取和目標識別處理，可實現(xiàn)城市三維模型的建立；也適用于GIS數(shù)據(jù)庫更新、虛擬現(xiàn)實制作等。

2、帶狀地形圖測量和礦山測量

以往主要用地面攝影測量、全站儀為主來完成?，F(xiàn)在同樣可以用掃描儀來快速高效地完成。即分段掃描野外的局部帶狀地形區(qū)域，在具有一定重復(fù)掃描區(qū)域內(nèi)，拼接、合并三維測量數(shù)據(jù)，生成帶狀影像圖，用地形和地物的三維點云數(shù)據(jù)建立模型，生成帶狀地形圖，高效用于線路兩旁（鐵路、公路、河流兩岸等）的局部不規(guī)則帶狀地形圖測量。同樣可以用于礦山的地形、體積、塌陷規(guī)模等測量工作。

3、建筑與文物保護測量

過去是以攝影測量為主，但現(xiàn)在更愿意用激光掃描儀來完成。測量任何的建筑物和場景，獲得高精度保真模型。這樣做成的電子文獻，易于保存，能詳細了解表面，隨時方便地得到等值線、斷面、剖面等。當建筑和文物遭到破壞后能及時而準確地提供修復(fù)和恢復(fù)數(shù)據(jù)。

4、復(fù)雜工業(yè)設(shè)備的測量

很多工廠內(nèi)管線林立，縱橫交錯，形狀各異，用攝影測量方法難以找到同名點，效率低下，其他傳統(tǒng)的方法更是低效麻煩。而利用激光掃描儀進行分段掃描，獲得在各站上復(fù)雜工業(yè)設(shè)備的三維點云數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用相應(yīng)的軟件就可以生成這些復(fù)雜工業(yè)設(shè)備的模型，為設(shè)備的制造和工廠規(guī)劃提供可視化的三維模型參考，極大提高了工作效率。

結(jié)語：

三維激光掃描技術(shù)是一種先進的全自動高精度立體掃描技術(shù)，是一項新的三維空間信息采集的技術(shù)手段，正被越來越多地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。地面三維激光掃描儀可以快速、精確和高效地測量目標的三維影像數(shù)據(jù)，隨著三維激光掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，使得測繪技術(shù)人員可以突破傳統(tǒng)測量和數(shù)據(jù)處理方法，進行新的數(shù)據(jù)挖掘和開發(fā)研究，將在測量工作中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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