東英測繪——三維激光掃描儀應用領(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)是一種先進的全自動高精度立體掃描技術(shù)，又稱為 “實景復制技術(shù)”，三維激光掃描儀是繼GPS空間定位技術(shù)后的又一項測繪技術(shù)革新，將使測繪數(shù)據(jù)的獲取方法、 服務能力與水平、數(shù)據(jù)處理方法等進入新的發(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用范圍的重要條件，所以我們可以對其進行了分類。

按照掃描平臺的不同可以分為：機載(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)造是由一臺高速精確的激光測距儀， 配上一組可以引導激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡。激光測距儀主動發(fā)射激光， 同時接受由自然物表面反射的信號從而可以進行測距，針對每一個掃描點可測得測站至掃描點的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一掃描點與測站的空間相對坐標。

如果測站的空間坐標是已知的，那么則可以求得每一個掃描點的三維坐標。以徠卡某型號三維激光掃描儀為例，該掃描儀是以反射鏡進行垂直方向掃描，水平方向則以伺服馬達轉(zhuǎn)動儀器來完成水平360度掃描，從而獲取三維點云數(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)出一個激光脈沖信號，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， 可以計算日標點 P 與掃描儀距離 S，控制編碼器同步測量每個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。

整個系統(tǒng)由地面三維激光掃描儀、 數(shù)碼相機、后處理軟件、 電源以附屬設備構(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采集的點云數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)進行處理轉(zhuǎn)換成絕對坐標系中的空間位置坐標或模型， 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附帶的操作軟件，既可以用于獲取數(shù)據(jù)， 也可以對數(shù)據(jù)進行相應處理， 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、應用領(lǐng)域

目前三維掃描設備也逐漸商業(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云數(shù)據(jù)。這樣一來可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，其已經(jīng)成為當前研究的熱點之一， 并在文物數(shù)字化保護、土木工程、工業(yè)測量、自然災害調(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)、測量礦山及體積計算。

（2）結(jié)構(gòu)測量方面：橋梁改擴建工程、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、測量造船廠、電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設備的測量；管道、線路測量、各類機械制造安裝。

（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）的保護測量、文物修復，古建筑測量、資料保存等古跡保護， 遺址測繪，贗品成像，現(xiàn)場虛擬模型，現(xiàn)場保護性影像記錄。

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

（5）娛樂業(yè)：用于電影產(chǎn)品的設計，為電影演員和場景進行的設計，   3D 游戲的開發(fā)，虛擬博物館，虛擬旅游指導，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，我們會及時與您聯(lián)系。東英測繪儀器有限公司提供RTK/GPS、全站儀、水準儀、經(jīng)緯儀、無人機等測繪儀器的銷售、租賃、檢定、校正、維修等服務，也承接測繪培訓與各種內(nèi)外業(yè)工程測量任務，有相關(guān)的需要了解都可以留言或者在線咨詢我們，我們將詳細為你解答。