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三维激光扫描仪范文1
RIEGL VZ-4000三维激光扫描技术是现在国际获取空间多目标三维数据最先进的长距离影像测量测量技术，由于它是将传统测绘系统的测量扩展于到了面测量，能够深入到复杂的空间和现场环境中进行扫描测量，直接将各种复杂的、大型的目标物体所扫描的点云数据完整地输入到计算机中，然后构出目标物体。
1 RIEGL VZ-4000扫描系统组成
RIEGL VZ-4000是地面型激光扫描系统的固定式三维激光扫描仪，其扫描系统组成包括以下：
（1）超长测程。高速、高分辨率提供高达4公里的超长测程以及竖直60°，水平360°的广阔视场角范围。采用不可见的对人眼安全的一级激光。
高精度以及可信赖的超远测程是基于RIEGL VZ系列扫描仪独一无二的数字化回波和在线波处理功能，即使在沙尘、雾天、雨雪等能见度非常差的天气作业时，也能按需获取高精度测量及多重目标回波的识别。
（2）波形数据输出（可选的）。数字化回波信号，也被称为波形数据，通过VZ-4000获取用于进行波形分析。
表1操作模式
Laser PRR 30 kHz 50 kHz 150 kHz 300kHz
有效测量速度
目标反射率：p≥90%
目标反射率：p≥20% 23000点/秒
4000m
2300m 37000点/秒
3100m
1700m 113000点/秒
2400m
1200m 222000点/秒
2400m
1200m
目标回波接受的最大数量 无限次回波m
（3）内置数码相机。内置分辨率为2060×1920 pixels（5M）像素的数码相机，自动曝光控制。数码相机视场范围为7.2°×5.5°（垂直×水平）可通过棱镜旋转获取覆盖整个视场一定数量的高分辨率的全景照片，与扫描测量成果相结合，创建三维数字模型，为地质、岩土、公路设计的调查提供相应的服务保障。
（4）内置双轴倾斜补偿和GPS。利用集成的GPS接收机（L1）或者外接GPS接收机，内置双轴倾斜传感器（补偿范围±10°，精度±0.008°）。
（5）内置数字磁罗盘。
（6）内置大容量数据存储。
（7）内置激光铅锤。
（8）外接电源。
（9）反射片。
（10）RIEGL软件包。
2 RIEGL VZ-4000扫描仪的基本原理
三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经目标表面漫反射后，沿几乎相近的路径反向传回到接收器，计算目标点与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量是仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直，得P的坐标。
图1扫描仪三维计算示意图与公式。
3 RIEGL VZ-4000扫描仪外业数据采集
外业数据采集采用自由架站的方法进行，即不输入扫描站的坐标和定向坐标，使用RTK或全站仪采集反射片的坐标。
外业数据采集包括反射片及控制点布设与测量、数据全景扫描和外业扫描精的控制三部分工作。
3.1反射片布设及测量
在外业数据采集时，需要在测站位置周围3米外7米内布设3个以上不在同一条线上反射片。由于扫描仪与被扫描目标所形成的夹角不同、分辨率不一样，夹角越小，分辨率越低；对于不同的扫描距离，点的精度也不同；另外还存在有障碍物不能通视的情况，因此有很多测站扫描的数据拼接到一起完成。为了拼接和数据管理方便，把反射片的点名与扫描站的站数命名一致，如扫描站默认第一站站名为ScanPos001，那么反射片点名为K001-1、K001-2、K001-3。默认第二站为ScanPos002， 那么反射片点名为K002-1、K002-2、K002-3， 以此类推。使用RTK或全站仪测量反射片坐标。
3.2确定采样间隔和数字化回波信号频率
采样间隔和数字化回波信号频率设置很重要，采样间隔大，给数据处理精度造成影响；采样间隔小，则采集到的点云数据量庞大，给数据的传输、保存以及后期的数据处理带来很大的麻烦。扫描仪内设有扫描脉冲时间60和80。
数字化回波信号频率有 30 kHz 、50 kHz、150 kHz、300 kHz四种模式。通视条件好的情况下，保证相邻测站间有一定的点云重叠区域，通视条件不好，则应选择适当位置增加扫描站数，直至需要测量的目标全部扫描完成经验值配对表。
表2经验值配对表
距离 脉冲时间 数字化回波信号频率
500米以内 80/60 300 kHz
距离 脉冲时间 数字化回波信号频率
1000米以内 60/80 150 kHz
1000-2000米以内 60 50 kHz
2000米以上 60 30 kHz
3.3外业扫描精度的控制
选择晴朗、大气环境稳定、能见度高、0℃-40℃气温的环境中扫描作业，减少大气中水汽、杂质等对于激光传输路径以及传输时间的影响；对于目标对象的透射或者镜面反射表面要做处理，防止丢失信号、弱激光信号对精度的影响；避免非静态因素的影响。例如：人、下雪、下雨、等等。
4 RIEGL VZ-4000扫描仪内业数据处理
RisCAN PRO是奥地利Riegl公司为RIEGL仪系三维扫描仪开发的软件，它具有强大的数据配准功能，能够将模型导出多种比较通用的数据格式。
外业扫描到的点云数据量非常大，既包含有用的数据，也包含车辆、行人、雪、雨等无用的数据，这些无用的数据，我们称之为噪点数据。这些点云数据必须要经过处理。从点云到测绘成果的实现包括扫描数据分区、反射片的选取、建立扫描站点云数据模型、点云拼接、坐标转换、数据抽隙、去噪点、格式转换、生成南方CASS坐标数据文件。
4.1 扫描站数据分区
根据地形和精度的限制，本工程把测区扫描站分了18个区块。
4.2反射片的选取
一般在2D视图下，灰度模式中的点云数据中选取反射片，灰度值软件根据爆光度计算。在3D视图中拖入标记的反射片来检查标记的反射片位置是否正确-，若发现反射片选取偏离，可在扫描站中的TPL中删除改点，在3D视图中重新选择。为了拼接和数据管理方便，把点云数据反射片的点名与扫描站的站数命名一致，如扫描站默认第一站站名为ScanPos001，那么反射片点名为TP001-1、TP001-2、TP001-3。默认第二站为ScanPos002， 那么反射片点名为TP002-1、TP002-2、TP002-3以此类推。
4.3建立扫描站点云数据模型
建模设定参数主要有三个：
（1）max plane error=0.02m、（设置最大平面的误差）；
（2）max edge lenth=2m、 （设置最大三角形边长）；
（3）reference range=150m。（设置最站与站重叠长度或测程的一半）。
4.4点云数据拼接
把从各个扫描站上扫描得到的点云数据，找出正确的排列关系，使它们能够拟合成一个整体的点云数据，即把不同基准下的点云数据转换到同一基准下的点云数据，这个过程叫做点云数据拼接。其实质是把不同的坐标系下的点云数据进行坐标变换。点云数据拼接技术按过程分为，粗略拼接和精确拼接。
4.4.1粗略拼接
将不同坐标系下的点云数据大致转换到同坐标系下，为精确拼接提供出始值。通过点云数据反射片坐标TPL（socs）与RTK所测的直角坐标TPL（GLCS）进行点与点匹配。设置的容差和匹配点个数，如果无法匹配的时候首先检查容差设置和匹配点数量的设置，如果还不行，打开3D点云看选取的位置是否在所要选取的位置上，这个过程叫粗略拼
4.4.2精确拼接
通过迭代优化一组坐标转换参数，实现拼接误差最小。设置的参数（设置搜索半径，半径大小根据粗略拼的结果来定；设置误差递减，幅度不要太大。打开多站点拼接命令，选取一个扫描站作为这个区块的基准后锁定，在拼接过程中一定要一站一站拼接。根据计算的结果，重复设置更小参数直至达到最优结果；检查点云数据，看无明显分层即可。
4.4.3点云数据拼接精度控制
点云数据的拟合处理，是不同坐标系统之间转换，转换误差主要是反射片的选取、控制网的精度、测量仪器的精度。
测量控制网精度控制在cm级，扫描站之间可通视的情况下，可以选择点拟合特征点的方式拼接，选取高精度的测量仪器和测量方法，可提高成果精度。
4.5坐标转换
首先需要删除TPL（prcs）里的所有点，之后将每一站TPL（socs）中的点计算后复制到TPL（prcs），打开TPL（prcs）进行点对点匹配（坐标转换）。以下是各个区的坐标转换精度表；
（1）Correspong tiepingts（精拼坐标与RTK实测量坐标配对、坐标转换的总点数）
（2）Standard deviation（扫描点拼接后区块的中误差）
用RTK对18个区块进行高程内插检测，最小差±0.10cm，最大差±100cm，因为是高寒区允许误差为±120cm。满足地质矿产勘查测量规范要求。
4.6数据抽隙
在OBJECTS里面的POLYDATA中新建一个POLYDATA文件，然后再出现的对话框中选择所要合并的文件，并在设置中点击octree命令在increment栏中确定抽希的间隔距离，勾选Conbine命令合并选择的数据。如果认为所采集到的点云数据或者局部数据相对于工程本身过于密集，还可以对数据进行抽隙处理。
4.7去噪点
在点云数据采集过程中，由于车辆、行人、树木等因素的影响，我们采集到了很多无用的数据，这些数据称作噪声数据，将这些数据的剔除过程叫做数据滤波。噪声数据与有用数据点云的区别在于噪声数据是不连续的、无规律的、比较稀疏而杂乱。利用这一特点可以将噪声数据剔除。打开精确拼接后的点云数据，通过正视图、侧视图等删除躁点；部分选取数据，点击terrian filter 按钮，设置vegetation 剔除植被、mining-object剔除矿上上的物体、mining-points below terrain为剔除低于地面的点。在运行剔除植被之后，所有被软件认为是植被的点将处于选择状态，在这当中通常会有一些坡、坎上的点，手动选择需要保留的点。对点云数据进行检查把不参与生成等高线的点手动框选删除。
4.8 MTA空间
理想状态下，激光将一束束发射，每一束激光发射和接受全部信号后，下一束激光才发射，但是由于激光发射频率和扫描距离之间的相互影响，常常当发射的第一束激光时，部分距离较远的回波还没返回到扫描仪后，第二束激光已经发射出去了，这时在第二束激光发射后，第一束激光才返回来和第二束激光返回来的回波将产生影响，需要手动区分二者。
在长距离扫描仪过程中，通常看到在扫描仪周围产生很多飞点，这些飞点并不全是噪点，有些点是由于MTA效应的影响产生的，需要手动的将这些点选择，然后点击工具栏上的“MTA Tool”工具，设置MTA ZONE值为2，将这些点划分到MTA ZONE 2中去，现这些点在远处显示成了真实的地物或者地表点。有时受到能见度的影响，扫描仪测程不能达到预期效果，这时选取后的点将在远处形成球面形状，这些点意为噪点可直接删除。不使用这些点，在数据处理时可当植被点或者噪点剔除。
4.9 数据处理
拼接后点云数据在去噪处理时采用自动化和手工相结合的方式对误差影响不大。后续数据处理尽可能减少格式转化，基于点云数据的三维模型制作采用“测量――建模”模式。二维图件制作必须在测量对象的逻辑结构上进行制图。
4.10动画展示
RiSCAN PRO 软件画面中开启所欲制作动画的数据，于主要工作窗口按下右键，选择 Create NewAnimation，即可进入产生动画设定画面。将主画面数据旋转至欲制做动画的角度，按下 Add Pose 键后即可设定为第一视角，以此类推设定后续视角，软件可计算出各点飞行距离，并可设定飞行时间、速度等参数，并可预视其飞行路径；参数设定完毕后设定影片大小及压缩格式即可产生动画档案。输出档案无需专业点云处理软件亦可于其他计算机上播放（使用Windows 系统软件内建的 Media player 即可），此动画档的传输将有利于了解现场测绘的完整情形。
5 结语
三维激光扫描技术能获取目标的空间信息，具有大面积、高自动化、高速率、高精度的测量的特点，采集过程安全简单、节省人力并且具有强大的数据理能力，几乎可以提供任何位置、任何细节的信息，作业成果完全能满足高寒地区地形测量。
通过实践，发现地面三维激光扫描技术的普及也存在以下不足：
（1）数据采集过程当中受现场条件限制较多，如视场角、植被、地物，数据后处理较复杂，外业完成后需要较长时间的数据处理，耽误后续工程的人员投入；
（2）仪器设备价格昂贵，进口的基本都在200万元左右，现阶段一个生产单位完全由传统测量方式向三维激光扫描测量方式转型不太现实。
（3）仪器自身和精度检校困难，基准值求取复杂，精度不好评定。
（4）精度、测距与扫描速率存在矛盾关系。
基于这些不足，提出三维激光扫描仪的发展趋势有以下几个方面：
（1）三维激光扫描仪国产化，生产单位能用普遍使用。
（2）点云数据软件处理公用化、多功能化。
（3）进一步扩大扫描范围，实现全圆扫描，获得空间目标点云数据。
相信随着技术的发展，企业生产成本的降低，三维激光扫描技术这种“所见即所得”的测量方式必将在道路工程测量、文物、模具、军事、航天、石化、医学、交通等领域得到广泛应用。
参考文献：
[1]张正禄 [等]编著.工程测量学[M].武汉大学出版社，2005.
三维激光扫描仪范文2
关键词：三维激光扫描；隧道收敛；误差分析
中图分类号：U456.3；P234.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0118-02随着科学技术的不断发展，人们渐渐将对客观事物的认知从平面二维层面转向三维立体方向，测绘工程中的三维激光扫描技术应运而生，实现了测绘过程中对物体三维层面的要求，摆脱了传统测量仪器的局限性，是直接获取所要高精度三维数据、实现可视化的三维重要手段，极大的降低了测量的成本，时间上更节约，使用更方便，而且范围应用的更广，在森林和农业、战场仿真、文物保护、工程测量、变形监测、医学研究等领域都有很大的l展空间。三维激光扫描技术的出现和应用，大大地拓宽了测量的领域，提高了测量的效率，简化了测量的强度，是目前迅猛发展并广泛应用的新技术之一。
1 三维激光扫描技术的原理
三维激光扫描仪含括了多种先进的测量技术，可以在不接触物体的状态下主动对物体进行测量，在获取点云形式之后测量到复杂的地形及物体的表面，由点集成的三维数据，协同多种测距法的作用下计算出每个点的三维坐标，其中经常用到的测距方法有三角测距法、脉冲测距法以及相位测距法。
三维激光扫描系统根据工作原理大致分为以下三类：
（1）径向三维激光扫描仪。运用脉冲测距技术在固定中点顺着视线进行距离测量，测量到的距离可超过100m，每秒可以测得大于1000个点。
（2）相位干涉法扫描系统。通过连续的激光发射波，利用光学干涉原理得到干涉相位的测量方法，此方法适合短距离的测量，测量范围通常不超过50m，每秒钟可以成功测的10000至50000个点。
（3）三角法扫描系统。在获得两条光线信息的基础上，通过立体相机与机构化的光源，建立出立体的投影关系。此方法适合短距离的测量，测量范围在2m以内，每秒可测得100个点。
2 三维激光扫描仪测量误差分析及校检
2.1 三维激光扫描仪测量误差分析
三维激光扫描仪避免不了在测量过程中会产生误差，其中可分为两类分别为系统误差与偶然误差，系统误差可以通过多种方式来削弱，但是偶然误差是随机发生的，没有办法控制只能进行多次的重复来减少发生这样的误差。
2.2 三维激光扫描仪的校检
检测激光扫描仪测量距离的精度，经常用到的方法包括基线比较法和六段解析法。基线比较法的模型是对加常数和乘常数两个参数同时进行解算。而六段解析法消除乘常数相关影响，加常数的检测精度较高，但只能检测加常数。
校检的模型包括以下三类：六段解析模型（1971年由H.R.Schwendener首次提出，也叫做六段全组合法，这种方法不需要标准基线，通过全组合方式就能获得观测数据）；基线比较模型；角度校检模型。
校检的实验测试分为以下几个步骤：实验仪器的准备以及校检场的建立。校检实验在完成测距实验、测角实验、温度环境实验等才能对结果进行分析。
测距精度和测角精度是地面三维激光扫描仪扫描数据精度的两个主要方面，在运用相关的校检模型改正观测量后，其测距与测角精度得到了明显的提高，不同地方的环境因素对激光扫描仪的影响以及目标物体对观测结果的影响还需要我们进一步的研究。
3 三维激光扫描技术在地铁隧道收敛中应用的基本思路
隧道收敛变形中用到的激光扫描技术其关键就是数据的处理，因此下面对数据处理研究进行侧重介绍。其整个过程按照以下的技术路线进行：
3.1 数据的采集
（1）提前准备好导线与水准的测量方案，以激光扫描仪性能、参数和现场环境作为参照设计出扫描站的间距及扫描点的密度，得到一些扫描重叠的点。
（2）按照测量方案对隧道内的导线及水准进行测量，将三维坐标进行传递。传递方式通过标靶进行，测量导线及水准与观测标靶同时进行。
（3）对隧道进行三维激光扫描，同时取得隧道内壁的三维点云数据，以及标靶点云数据。
3.2 数据的预处理
（1）对靶标的三维坐标进行计算：结合导线及水准测量结果，得到靶标的三维坐标。
（2）对点云产生的三维坐标数据进行归算：建立统一的三维坐标系，将各个标靶的三维点云数据归算到一起。
（3）将数据中的噪音除去：根据隧道设计数据，除去隧道中的噪音数据。
（4）将比较重要的管壁点云数据提取出来：关闭的点云数据密度并不均匀，可能是因为扫描的角度和扫描的距离造成的，我们在进行下一步数据处理之前，需要去掉那些点云密度大的范围中一些可能多余的数据点，然后在根据一定的密度将某些点云数据提取出来，这样可以大大提高进一步数据处理的速度。
3.3 三维模型的建立
以预处理之后的点云数据为参考生成地铁隧道内壁的三维模型。
3.4 成果的输出
（1）根据地铁隧道收敛变形测量要求，对指定管片（或每个管片、或一定间隔的管片）截取三维模型断面，对断面数据进行高次样条（多项式）曲线拟合，将其与设计的断面理论值进行比较，计算出管片一周的变化量曲线，将其中的特征点进行输出，例如形变最小的的上、下、左、右或者是等角度处（如每隔10°）变形量的差值。（2）将包括每管片一周的收敛变形报告输出。
3.5 成果的管理
三维激光扫描的成果管理最主要的形式之一就是建立数据库，这样不仅能对较大量的断面数据、多次测量结果进行有效的管理，还能够大大地提高成果管理的效率。将每个管片测量成果进行数据库管理，并达到成果的浏览与分析效果。其主要的目的有以下几点：
（1）该数据库可以用于浏览每个管片断面的变化量曲线及变形量差值。
（2）该数据库中的测量成果可以通过地铁隧道中轴线方向的变形影响整个趋势，因此用来找到其他变形量大的区段。
（3）该数据库可以建立历史数据，帮助解决今后同一区段的变形趋势的问题。
（4）可以根据变形的限值，建立分析预警的模型。
4 三维激光扫描技术在隧道收敛测量中的优势
4.1 传统收敛测量方法的难点
隧道在发生形变之后，我们很难判断其是相对形变还是绝对形变，所谓绝对形变是隧道环片相对于设计或者施工时各环片的绝对变化位移，这种情况是很难测定的；二相对形变是隧道的钢体结构相对于设计或者施工初期的相对变化位移，我们所介绍的隧道收敛变形测量指的就是测定隧道的相对形变量，来进一步判断隧道形变的程度。
隧道收敛测量中经常用到布设传感器和使用全站仪测量收敛的方法，传感器测量隧道收敛方法虽然精度较高，但是常常受到环境的影响，尤其是在环境光源比较暗的情况下，所测量的到的结果精度不够，而且自动化程度不高。传统收敛测量的方法利用布设导线进行坐标的传递，通常在一圈管片上均匀设置若干个观测点，在通过全站仪对各点进行观测后获得的数据总结起来进行隧道的变形分析，传统方法有许多难点进行克服，主要表现在以下几个方面：
（1）传统方法在布点以及测量上无法保证各点严格地在同一条直线、共面，所以无法确定所测上下行线监测环在同一三维激光扫描仪在隧道收敛测量中的应用
高元勇1，2 崔龙1
（1.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆疆海测绘院，新疆乌鲁木齐 830002）
摘 要：三维激光扫描技术是一种高精度立体全自动的扫描技术，可以快速、有效、准确地获取三维空间信息，全天候对任意物体进行扫描并获取高精度的物体表面点三维信息及反射率信息。随着该项技术的成熟发展，三维激光扫描技术已在变形监测、建立地面模型等方面得到了广泛应用，本文将对三维激光扫描仪测量误差分析以及三维激光扫描仪在隧道收敛测量中的应用进行系统综述。
关键词：三维激光扫描；隧道收敛；误差分析
中D分类号：U456.3；P234.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）03-0118-02横断面上。
（2）传统方法效率较低、成本较高，并且不能保证每个管片都能观测的到。
（3）传统的收敛测量不能全方位的反映出隧道形变。
（4）传统的方法对成果的分析较难，测量过程中涉及到的不可控环节较多，所测得的结果精度大幅降低。传统方法不能进行大规模数据采集，更不能够第一时间获得成果上的指导。因此我们一定要采取发现新的测量技术。
4.2 三维激光扫描技术的应用特点
三维激光扫描技术之所以被称为“实景拷贝技术”，是因为它可获取任何复杂的现场环境及空间目标的三维立体信息，还能够快速重构目标的三维模型及线、面、体、空间等各种带有三维坐标的数据，从而再现客观事物真实的形态特性。
（1）在现代工程建筑领域，快速准确获取建筑三维数据，不但极大程度上丰富了三维数据展示的效果，由于其每个点都有三维坐标，可提供可量测的画面数据，为建筑工程的检测与分析提供新的手段；
（2）其非接触的数据获取方式可以有效地减少传统操作中不必要的破坏和损伤，为检测保护与维护施工提供准确、科学的数据，发挥高新技术的积极作用；该技术可以支撑一个快速、高效、节约成本的解决方案。
（3）三维扫描技术采集隧道点云数据，对点云数据快速分割生成切片，针对切片中的散乱点提出了一种多点坐标平差计算圆心方法拟合切片圆心，对拟合的圆环与设计值进行比较，分析变化情况。本文系统地提出了基于三维激光扫描的隧道点云的收敛变形分析方法，对三维扫描技术在隧道中的应用有一定的意义。
4.3 扫描的数据用于断面测量还将会在以下两个方面得到更好的发展和应用
（1）3D建模。根据预处理后的点云数据生成地铁隧道内壁（包括隧道内目前已有的附属设施）三维模型，为今后的隧道维护恢复提供相对原始的数据资料。
（2）轴线变化和趋势预测。将轴线与设计值的三维关系进行比对，在测量标志球位置真实的三维坐标后，拟合得到的隧道轴线就相当于真实的轴线，进而可以对隧道轴线整体变化的情况趋势进行预测。
5 结论与展望
三维激光扫描技术是一种高效、便捷、节约成本的技术，高于常规测量的收敛精度，能够为隧道收敛测量提供准确、科学的依据。本文在介绍三维激光扫描仪原理、误差产生及仪器校检的基础上，对三维激光扫描仪在隧道收敛测量中的应用及优势进行了详细阐述。应用三维激光扫描技术在隧道的收敛方面，在保证扫描距离及点云密度的条件下，数据结果一般就能满足隧道收敛的要求，而且该技术可以快速、完整的采集隧道内部的表面数据，提高了数据采集的速度及数据处理的效率，尤其是在隧道运营时间间断不能过长的情况下，采用三维激光扫描技术快速实现作业目标。
参考文献
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三维激光扫描仪范文3
【关键词】三维激光扫描；场景扫描；点云；拼接；数据处理；DEM
外业数据采集：
中图分类号：C37 文献标识码：A
1、首先对场景周边信息进行仔细的现场踏勘，确定待测范围，选择最佳设站位置，初步制定施测线路。
2、选择通视效果较佳的位置摆放标靶并将标靶进行固定，然后使用RTK进行标靶真坐标的采集。
3、架设三维激光扫描仪按照初定施测线路进行场景点云数据的多站采集及全景拍照。在仪器作业过程中我们尽可能的避免人为因素干扰仪器视野而影响扫描数据质量。
4、现场绘制测量过程草图。对于范围大或地形复杂的场景，绘制架站点及标靶位置的草图可以保证内业数据拼接处理时不发生错误。
5、对场景拍摄连续可拼接的照片，便于配合扫描草图了解场景概况。
图1 场景照片
点云数据处理：
1、多站数据的拼接及坐标转换
在外业进行的数据采集的多站数据是每站独立的坐标系统，内业数据处理的时候通过外业采集的各站之间标靶信息及标靶的真坐标在Cyclone软件中进行自由坐标与真坐标之间的拼接转换。拼接完成后对点云数据进行抽稀及障碍地形数据的剔除。
2、Truview制作
在Cyclone软件中利用采集的点云数据及架站点信息及扫描仪拍摄的全景照片制作可在IE中浏览的Truview数据。
图2 Truview浏览
3、场景DEM制作
在MicroStation V8中使用Terra scan工具对导出的点云数据进行最优化的坐标分类建立地面模型并进行点云数据筛选处理。
图3 模型的建立
4、场景三维点云和大场景DEM融合
利用三维激光扫描仪可以迅速获取场景TIN模型及等高线数据，将生成的TIN模型或者等高线数据和已有的大场景DEM进行融合，从而获取场景最新现状数据。
图4 融合到大场景里(效果图)
经验总结：
1. 做好现场注释，规划图和扫描日志。详细的现场注释，规划图和扫描日志对于所有的扫描操作都是非常重要的。现场注释或规划图应该包含扫描区域的一个计划草图，显示扫描仪和标靶的位置，以及包含每站中标靶位置的标靶信息列表。另外，应该画出具有透视关系的规划图，显示从扫描仪的位置看到的扫描的景象，以及扫描出的对象和标靶。现场注释，规划图和扫描日志能让你有序地记录所有的扫描和扫描中生成的标靶，这些信息也非常有助于后期的拼接和建模。
2. 在有些环境条件不允许的情况下，无法进行RTK测量标靶坐标的时候，可以利用扫描仪进行标靶信息的传递，建立测站之间联系。
参考文献
三维激光扫描仪范文4
关键词：激光雷达 靶标探测 三维数据 轮廓扫描
中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0017-05
Abstract： A moving 3D laser scanning system is introduced in this paper， aiming at the contour detection of the contour shape of the tree target. The laser radar is equipped with a movable vehicle platform， and the spatial 3D information is collected by the distance data obtained from the laser radar scanning and the displacement data of the vehicle scanning platform. The data is sent to the host computer by serial communication， and the data processing software is designed and written by Visual Studio 2008. Finally， the spatial profile of the laser radar profile in the upper computer is realized. The 3D cloud data acquired can provide technical support for 3D modeling of objects.
Key Words： LADAR； Target detection； Three-dimensional data； Profile scanning
自20世纪以来，激光扫描技术愈加受到重视。随着硬件技术的不断发展和点云处理技术的不断进步，激光扫描在越来越多的领域得到了应用。在林业资源勘查领域，往往采用人工测量方法测量树木胸径的信息，测量材积时更是需要将整棵树伐倒，造成了诸多的不便。
由于上述问题的存在，三维激光扫描技术在林业方面有了越来越多的应用，北京林业大学在2004年组织实验，首次将三维激光扫描系统引入森林资源调查，对单株样木的测量因子进行了三维激光扫描检测方法和传统的中央断面区分求积法实测材积，发现精度满足森林资源调查的精度要求[1]。刘伟乐等人利用三维激光扫描仪对样地的钍鹘行扫描，利用得到的点云数据提出一种自动、高效提取单木胸径的算法[2]。韦雪花等人针对树冠形状不规则，树冠体积难以测量和计算的问题，提出一种基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法――体元模拟法[3]。王佳等人利用三维激光扫描仪获取单株树木的点云数据，通过点云数据的处理提取测树因子，经实验结果发现此方法与传统方法相比更符合树木实际情况[4]。
以上所提出的利用三维激光扫描仪测取树木数据的方法，均采用地面三维激光扫描仪，此类激光扫描仪造价高、体积大、携带不便；同时需要在多点多站采集数据，单木的数据采集工作量就已十分庞大。虽减少了对树木的损伤，但仍十分不便。吴宾等人利用车载激光扫描仪，获取多株行道树的点云数据，提出一种基于分层网格点密度的单株树信息提取方法[5]。上述研究将地面三维激光扫描仪与汽车相结合，提高了采集效率，但也增加了设备成本，难以普及，在某些领域仍使用不便。
该文采用普通二维激光扫描仪配合自行设计的车载平台方案，体积小巧，操控简便，可以进入林木覆盖较为密集的树林内部进行单木的轮廓扫描作业，解决了室内环境、树木轮廓等点云数据的获取与处理的问题，以较低的成本实现了较高精度的三维激光扫描。
1 车载激光雷达扫描仪的系统设计与分析
1.1 车载激光雷达扫描系统的测量原理
激光雷达发射的激光束对Y-Z平面进行点扫描，获取的剖面数据作为Y轴和Z轴数据，车载平台上的姿态传感器和车速计算后得到的距离数据作为X轴数据，相结合组成整套系统的三维数据部分。通过运动控制和激光雷达的扫描，可得到物体的三维坐标数据。
1.2 车载激光雷达扫描系统硬件设计
车载激光雷达扫描系统是将低成本二维激光扫描仪与可移动的车载平台相结合，实现空间三维信息的采集，其主要是由激光雷达、车载控制板、无线通信模块、姿态传感器、电源与总线接口模块、四轴驱动器、伺服电机、底盘支架等组成，系统框图如图1所示。
（1）数据采集模块。
该系统使用的扫描仪可在6 m范围内完成360°扫描。使用的STM32F407VET6高性能32位处理器的车载控制板，可以读取姿态传感器MPU6050的测量数据，实时获取车载平台行进过程中的姿态角。激光雷达扫描获取的剖面数据以及姿态传感器和车速计算后得到的距离数据相结合，组成整套系统的三维数据部分，实现数据采集功能。
（2）通信模块。
系统使用的车载控制板可通过无线通信模块nRF24L01接受无线手柄的遥控指令，控制车载平台的移动速度和方向，使用的通信模块HC-05和上位机进行串口通信，实现数据传输功能。
（3）电机驱动模块。
底盘采用45号钢制作而成，强度较高，可原地转弯，可适应室内、室外普通路面及泥泞路面。车载底盘搭载的四轴驱动器模块用于驱动四路直流有刷伺服电机，集成了四轮差动运动控制算法，可以通过RS232串口、CAN总线通信，实现对底盘整体或单个电机的运动控制。
1.3 车载激光雷达扫描系统软件设计
（1）下位机程序。
平台下位机由Keil uVision4编写。车载扫描平台里的车载控制板可接受无线手柄遥控的行动指令，控制车载平台的移动速度和方向，通过激光雷达采集空间坐标信息，并与上位机、手柄进行串口通信，可将扫描获取数据发送给上位机，完成数据采集功能。下位机程序流程图如图2所示。
（2）上位机程序。
上位机数据处理软件由Visual studio 2008设计编写，主要对收集数据进行简单的处理，点击上位机数据处理软件选择串口，设置高度和角度，点击启动测试按钮，可在线实时描绘扫描平台所在剖面的空间轮廓，上位机程序流程图如图3所示。
1.4 车载激光雷达扫描系统的实验与分析
扫描系统所使用的激光扫描仪有效探测距离为6 m，而且室内的空间环境较为复杂，不同形状的物体会造成不同程度的遮挡，所以，在进行室内模拟实验时，应选择铁柜和走廊等较为典型的物体进行实验。
首先进行系统平台稳定度的探究。以走廊环境为扫描对象，选定一起点，开启扫描角度180°～360°，控制平台以0.2 m/s的速度沿直线向前行进10 m，扫描图像保持不变，如图4所示。
为探究扫描系统的可行性与探测精度，选取铁柜为扫描对象，如图5所示，并以不同的平台运行速度进行检测，将扫描结果与人工精确测量的结果相对比，研究平台的测量精度，扫描结果如图6所示。
表1为物体扫描实验结果，先人工y量相关参数，再将系统进行10次扫描获得数据求取平均值作为扫描结果，通过分析实验结果可知，扫描系统的测量精度较高，保持在93%以上。
为进一步探测系统对非规则物体轮廓的探测情况，对连续盆栽进行轮廓扫描实验。将多个盆栽间隔20 cm摆放成列，另一侧为平整玻璃或墙壁，使平台可以从中间形成的通道中穿过。车载平台从一端出发，沿盆栽列以0.2 m/s的速度匀速前进，依次通过三个盆栽后停止，在上位机软件上可以在线显示出来盆栽的外形轮廓，如图7所示。
根据上位机软件显示的图像可以发现，当平台运行速度较小时，扫描到的数据很稳定且精度很高，表明平台与系统运行可靠且测量精度高。
1.5 车载激光雷达扫描系统的创新点
（1）可靠性好，测量精度高。车载激光雷达扫描仪将一般的低成本二维激光扫描仪与可移动的车载平台相结合，以较低价格实现空间三维信息的获取。在模拟实验测试过程中，根据上位机软件显示的图像可以发现，当车载扫描平台运行速度较小时，扫描到的数据很稳定且精度很高，测量误差在93%以上。
（2）反馈及时、扫描范围可控。通过串口通信，可将扫描数据发送给上位机，借助设计的数据处理软件，可以实时动态观测扫描对象的外形轮廓。显示范围可以对显示框进行放缩，角度调节选择关闭或开放某一角度的扫描图像，方便及时调整平台的扫描角度。
（3）无需可见光源。车载激光扫描仪使用的激光雷达，采用的是三角测距原理，无需可见光源，能在各类室内环境及无日光照射的环境下工作，拓宽了工作适用范围。
2 结语
该文提出的车载三维激光扫描仪实现了对竖直平面的切割扫描，灵活地利用二维激光扫描仪实现了三维激光扫描仪的功能，可应用于管道、室内房间、林业勘查等领域的点云数据的获取与处理，为三维激光扫描点云数据采集领域提供一种新的思路。然而，该方案还有许多不足之处，例如：车载底盘由于缺少水平方向的点云信息，仍需手动遥控行进；车载底盘不够灵活且定位修正能力仍有欠缺等，对此，仍有许多方面有待改进，如，加入车载底盘自动算法，使得车载地盘实现简单自主移动；可以将车载底盘设计地更加紧凑，采用圆形底盘，将车载芯片、电机驱动等竖直叠加放置等。
参考文献
[1] 邓向瑞，冯仲科，罗旭.三维激光扫描系统在林业中的应用研究[J].北京林业大学学报，2005（S2）：43-47.
[2] 韦雪花，王永国，郑君，等.基于三维激光扫描点云的树冠体积计算方法[J].农业机械学报，2013（7）：235-240.
[3] 王佳，杨慧乔，冯仲科.基于三维激光扫描的树木三维绿量测定[J].农业机械学报，2013（8）：229-233.
三维激光扫描仪范文5
[关键词]三维激光扫描技术 基坑变形 问题 办法
[中图分类号] TV551.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-182-1
随着城市化进程的加快，我们周围涌现了很多基坑工程，为了保证施工人员在建设施工过程中拥有安全保障，我们必须使用三维激光扫描技术来对基坑进行监测，当基坑出现变形的情况时，及时采取合理恰当的措施来解决基坑变形的问题，从而为施工人员提供安全的施工环境，加快城市化的进程。
1在对基坑进行检测的过程中三维激光扫描技术如何发挥作用
1.1三维激光扫描仪的工作原理
在对工程进行监测的过程中，使用的三维激光扫描仪不仅能够测量建筑物的距离，还能够对建筑物的地形以及复杂表面进行三维数据的描述。三维激光扫描仪还有数字摄影和内部自检系统，是集测量距离、描述事物、摄影于一体的测量仪器。
当今时代，三维激光扫描仪是使用高速激光对建筑物进行时间的记录以及距离的测量，测量距离的方法大多数都是采用TOF脉冲测距法，计算方法大多为三维激光点坐标法。
1.2三维激光扫描技术在使用过程中存在哪些误差
在使用三维激光扫描技术对基坑进行扫描时，可以出现系统误差和偶然误差。系统误差是三维激光扫描技术在应用过程中不可避免的，也是由于机器在使用过程中受使用条件的约束而导致的误差。偶然误差主要是测量人员在使用三维激光扫描仪的过程中产生的误差。误差主要有仪器产生的系统误差、建筑物产生的测量误差以及自然环境产生的测量误差，下面就让我们看一下三维激光扫描仪出现各种误差的因素是什么。
1.2.1仪器产生的系统误差的影响因素
三维激光扫描仪在使用的过程中，扫描仪在使用时内部的各个零件间出现的测距和测角的误差即为仪器使用中产生的系统误差。
测距误差主要是因为激光在测距的过程中会带来不可避免的误差，尤其是在对激光脉冲回波信号进行分析处理的过程中，因为三维激光扫描仪中脉冲计时存在误差以及测距技术本身存在的缺陷而产生的误差。
测角出现误差主要是因为三维激光扫描仪在使用的过程中，扫描的角度对测量数据产生影响。三维激光扫描技术在对建筑物进行扫描时，扫描镜镜面发生微小的变动以及镜面平面角出现误差以及扫描电机的不规则运动都会导致测量数据失真。
1.2.2建筑物的自身特性造成测量误差
在对建筑物进行三维激光扫描时，建筑物自身的一些特性，比如建筑物表面的光滑程度以及建筑物在施工过程中的倾斜程度等特性，都将影响到三维激光扫描仪测量数据的准确性。当建筑物与扫描光束之间的夹角比较小时，在仪器中显示出来的数据就会失真，如果建筑物表面比较粗糙时，三维激光扫描仪发出的扫描光束将会发生漫反射，导致反映在三维激光扫描仪上数据与事实不符。
1.2.3自然环境产生的误差
我们的环境不仅影响我们的健康，还影响着我们对居住的建筑物进行测量。影响测量数据的自然因素主要有温度、压强及空气的质量。众所周知，物体都有热胀冷缩的特性，所以在使用三维激光扫描仪的过程中，如果温度过高或过低都将会造成三维激光扫描仪测量数据的失真，另外仪器在使用的过程中，周围的压强发生改变，进而产生风，那么风力将会对反射光束造成影响，从而影响测量数据。如果空气质量很差，那么将会腐蚀三维激光扫描仪器，因而不能测量出准确的数据。
2三维激光扫描技术的应用情况
2.1三维激光扫描技术在工程变形方面的应用现状
与国外相比，我国的三维激光扫描技术相对来说比较落后，不能够将三维激光扫描系统灵活的应用在医学、工业模具制造、应用等领域中，也没有比较成熟的三维激光扫描的数据处理理论和方法，因而我国的工程质量无法与国外的工程质量进行较量，进行工程建设的企业无法在世界上名列前茅，所以就引起了我国的众多企业重视起三维激光扫描技术的研发与创新。有的企业已经拥有自己独特的三维激光扫描系统，而且三维激光扫描系统能够在一些领域取得不错的效果，例如三维激光扫描系统可以对古文物进行修复，为城乡的规划提供三维数据，为交通路线的修复及建设提供数据。
由于我国科学技术的落后，三维激光扫描技术在变形中的应用仍然存在着很多的问题，一些专家都致力于在变形中应用三维激光扫描技术的研究，力求促进我国科技的发展。
2.2三维激光扫描技术在基坑工程的应用现状
在基坑工程中使用三维激光扫描技术，要根据基坑的形状来设定三维激光扫描的密度，从而对基坑有一个相对全面的认识，并且能够有效地减少工作的时间。在对基坑变形进行检测时，首先要在基坑设置几个观测点，并对其进行监控，然后再使用三维激光扫描技术来对基坑进行一次较为全面的扫描，经过一段时间之后再次使用三维激光扫描仪进行扫描，通过分析两次获得的扫描数据，即可了解基坑变形的程度。通过将两种数据进行对比的方法，我们可以简单、直观地发现基坑变形的程度，为修复基坑变形问题提供数据。
3如何让三维激光扫描技术发挥作用
3.1改进三维激光扫描的设计
为了让三维激光扫描仪的误差更小，我们必须改进三维激光扫描仪的设计，从而降低系统误差。使用物理性质更加稳定的材料去设计仪器，让仪器不受温度等自然因素的影响。增加人性化的设计，降低偶然性误差。
3.2努力创新
国家有关方面要加大三维激光扫描技术的研究，从而为使用三维激光扫描仪提供更加可信的理论基础，开拓创新，让三维激光扫描仪应用到更多的领域。
4结语
经济不断发展，工程的建设施工成为我们生活的一部分，但是在工程的建设施工的过程中存在着基坑变形的问题，这一问题危害了施工人员的生命健康安全，为了保证施工人员在施工过程中的生命安全，我们必须对基坑工程进行监测，这时我们要使用三维激光扫描技术来对基坑工程进行扫描，由此来判断基坑是否发生变形，或者研究基坑变形的程度，从而寻找办法来解决基坑变形这一问题，来为施工人员提供安全的施工环境，促进我国经济的发展。
参考文献
[1]白成军，吴葱，张龙.建筑工程预算与造价管理探讨[J].中国房地产业，2011.12（10）：111-112.
三维激光扫描仪范文6
一、应用背景
如何快速、准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，人们对空间三维信息的需求更加迫切。
基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。
随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世界转换为二维影像的过程中，不可避免地会丧失部分几何信息，所以从二维影像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。
因此，上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。
二、扫描原理
三维激光扫描仪按扫描原理可划分为基于相位式以及基于脉冲式的，基于相位式的三维激光扫描仪扫描速度快，精度高，点云密度高、质量好，但是相对的来说，扫描射程较短，在150米以下；基于脉冲式的三维激光扫描仪扫描射程长大于200米，最远的甚至达到6，000米，但是扫描速度慢，精度较差，点云较少。由于相位式及脉冲式的不同特点，其适用于的行业领域也有所不同，相位式的三维激光扫描仪适用于数字工厂(石油、天然气、化工、汽车、重工业、等工厂，轮船、飞机)的生成，交通事故和犯罪现场重建、铁路轨道扫描和隧道扫描；而脉冲式的三维激光扫描仪适用于室外应用，如滑坡监测、河水和海水对港口码头和堤坝的侵蚀变化，公路测量等。
三、应用范围
三维激光扫描测量技术有着广泛的应用。激光扫描技术与惯性导航系统(INS)、全球定位系统(GPS)、电荷耦合(CCD)等技术相结合，在大范围数字高程模型的高精度实时获取、城市三维模型重建、局部区域的地理信息获取等方面表现出强大的优势，成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。
现在在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例，如断面三维测绘、绘制大比例尺地形图、灾害评估、建立3D城市模型、复杂建筑物施工、大型建筑的变形监测等。随着三维激光扫描测量技术、三维建模的研究以及计算机硬件环境的不断发展，其应用领域日益广泛，如制造业、文物保护、逆向工程、电脑游戏业、电影特技等，逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。
四、文物保护
在三维激光扫描技术出现之前，考古勘察需要使用全站仪记录主观选择的三维位置、此后又在CAD中使用“连接点”方法产生正视图和二维图纸。
三维激光技术从根本上改变了这一切。按预先确定的分辨率在所选区域记录三维位置，产生数百万个高精度坐标。经扫描构造的表面用点云来表示，可以利用三维方式表示它的形状。点云还包括因高度或安全原因不可能进入的区域，从而考古学家不在受传统全站仪骨骼测量的限制，其进入的是整个“虚拟”环境，而不仅仅依赖图纸。
五，数字工厂
三维激光扫描系统可以提供真三维、真尺寸的工厂改造数据模型。加快设计的进度，在真实尺寸下得到最佳设计方案。
工厂改建：早期的工厂后经过了多次技术，现要进行扩大产能的改扩建，需要拆除、更换、新增大量的设备和管线。现有的比较完整的图纸只有当年的最原始装置的管道轴测图，厂里的多次技改和多年工厂运营维护的相关资料并不完整，并且也与实际有较大出入。而改扩建设计质量的关键取决于对现状的了解程度，而已有图纸与现状不符，现场情况复杂，给设计带来了很大难度，所以如何获取到准确的工厂现状资料就是第一个要解决的问题。
虚拟安装：从点云生成的竣工模型与原设计的对比，进行碰撞检测，查找出冲突，尽早发现施工中发生的问题。
六，隧道测量
隧道与采矿工程师现在遇到的问题是怎样准确验证隧道方向、评估隧道剖面超挖／欠挖以及准备却计算喷混凝土的厚度以便加固。
考虑到地下矿刚刚完工采矿场存在的潜在危险以及对勘察人员产生的风险，有必要拥有一件能让他们在最少时间内获得最多信息的工作。
三维激光扫描仪以更快的速度和更广的扫描范围可以保证在短时间内获得隧道墙面的3D数据，极其复杂的表面依然可以毫不费力的制作成表面模型，可进行开挖土方量计算，开挖隧洞壁平整度分析，隧洞的断面分析，超／欠挖分析，隧道掘进方向效验等。
七、灾难和事故现场测量
在犯罪现场评估前期，法医调查员很少能够确定哪些信息重要，经常对哪些东西需要测量和记录以及哪些不需要测量和记录做出主观决定。尸体、蛋壳、枪支和血滴都是明显东西，很容易定位，但是却遗漏一些不明显但是对破案关键的物体。
三维激光扫描技术获取所有光线能到的地方，捕获犯罪现场或者事故现场详细信息，可以在任何时候还原成三维情景。模型可以在计算机中模拟灾难事故的现场，便于分析、推理案情。
事实上，三维激光扫描仪的应用还远远不止本文所罗列的这些，水土保持，概念汽车设计，森林计测……以及各种你想象不到的领域。因此，有业内人士曾指出，三维激光扫描技术的应用，只局限于你的想象!
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如何选择三维激光扫描仪
目前市场上生产基于相位式三维激光扫描仪的厂家有美国的Faro、德国的z&F，德国的Callidus；生产基于脉冲式三维激光扫描仪的厂家有奥地利的Reigl，瑞士的Leica，加拿大的Optech等。面对市场上如此多款的三维激光扫描仪，用户如何选择呢?
工作效率是选择三维激光扫描仪的重要因素，影响扫描仪工作效率主要因素有：
1.便携性：直接影响设备的携带、工程施工速度及人员投入；
2.扫描速度：直接影响单测站扫描时间；
3.扫描视窗：直接室内及全景扫描的站点数，节省扫描时间；
4.设备架设：三维激光工程大部分时间浪费在架站过程中，架设简便性直接影响外业时间；
5.设备操作：设备操作简单与否对效率的影响等同速度因素；
