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三维扫描范文1
中图分类号P5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0164-02
1 三维激光扫描技术概述
三维激光扫描技术是科技界的一次新的革命，是在GPS定位技术之后的又一次重要的科技进步[1]。三维激光扫描技术又叫做实景复制技术，顾名思义，其对实景的捕捉功能是很强大的。三维激光扫描技术，是对传统的单点测量的一次重大突破，在对实景进行测量的时候，具有明显的高效率性和高精度性[2]。三维激光扫描技术可以获得高分辨率的数字地形模型，因此在矿业发展中有很重要的地位[3]。三维激光扫描技术有很多的优点，比如其快速的测量，不接触性，强的穿透性等，而且能够实现对扫描物体的实时动态监测，其效果好，效率高，全自动化等优点，使得其应用的范围更加广泛。
2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用
2.1 三维激光扫描仪的工作原理
三维激光扫描仪的主要组成部分包括扫描仪、控制器以及电力供应三个部分[4]。其中，扫描仪的组成主要有激光测距系统以及激光扫描系统，同时含有仪器的内部控制系统和校正系统。在仪器的内部，由2个同步反射镜的高速和有规律的转动，来改变激光脉冲发射体所发出的窄速激光脉冲的方向，依次扫描被测位置，由时间长短来计算路程的远近。由扫描控制部分来控制和测量每个脉冲激光的角度，计算三维坐标。其工作原理图如图1所示。对于激光扫描的观察数据，主要是水平方向的夹角α和天顶距值θ，由脉冲激光的传播时间计算，根据路程公式计算从检测到物体的距离S，以及扫描位置的反射强度I。一般的坐标划分为横向扫描面内的X轴，与X轴垂直的Y轴和Z轴（图2）。由公式1计算得到激光点的三维坐标。
2.2 三维激光扫描仪在地质矿产的应用
三维激光扫描仪在地质和矿业方面的应用非常广泛。在地质方面的应用，包括对地质填图的编录，在探矿工程方面的地质编录，以及一些样本的采样编录。通过三维激光扫描仪的使用，能够对矿区的地形、地貌等进行扫描计算以及绘制，建立相关的数据库。通过对地形地貌的测量绘制以及数据库的建立等，可以使得一些后期的勘探设计，具体操作安排等都可以通过数据库而得到信息，减少了大量的外出采集数据的程序，在室内就可以很好的完成，由此而极大程度的提高了工作的效率和精确度[5]。
三维激光扫描仪在矿业方面的应用也是非常广泛的。在矿床的勘探方面，三维激光扫描仪能够用于矿体取样的指导，矿体矿床的质量评定，对矿体结构进行勘探预测，以及数据储备和质量分析等方面的应用研究。三维激光扫描技术在矿山方面的应用也很多，对于矿山的数据处理，能够采用三维激光扫描技术进行矿山的数据采集，绘制云图，然后经过数字化的矿山软件实现高效经济的矿业工作。三维激光扫描技术能够对巷道进行精确的三维测量，对于其修复变形监测等都具有实际的指导作用[6]。三维激光扫描技术能够完成采矿设计，空区的充填以及安全方面的工作预测，对多个方面都有科学的指导意义。对于一些沉陷等事故，三维激光扫描技术能够快速准确的检测到，对安全生产提供强有力的保障。
3 结论
三维激光扫描仪在地质矿产方面的应用非常广泛，其发挥的作用也是其它技术所不可比拟的。对于三维激光扫描技术的研究，在未来的地质矿产方面的应用，有深远的意义。如何更好的进行地质勘探和矿产探测，一种好的方法是很重要的，其对于地形地质的研究提供有价值的参考，对于矿产的鉴别等，都有很重要的意义。相信在科学技术不断的发展的道路上，三维扫描技术将会发挥自己更大的作用，其对于地质矿产的应用研究，将会有新的突破。
参考文献
[1]毛方儒，王磊. 三维激光扫描测量技术[J].宇航计测技术，2005，25（2）：1-6.
[2]张国辉等.基于三维激光扫描仪的地形变化监测[J].仪器仪表学报，2006，6（27）.
[3]徐进军，张民伟.地面3维激光扫描仪： 现状与发展[J].测绘通报，2007（1）：47-50.
[4]宋宏.地面三维激光扫描测量技术及其应用分析[J].测绘技术装备，2008，2（10）.
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【关键词】三维激光扫描；应用；测量
引言
三维激光扫描技术是对激光测距技等原理进行利用并以此获得数据的一种新型技术，广泛应用于变形监测、工程测量、地形测量、断面和体积测量等领域，具有一些优势，包括无需合作目标、精度较高、密度较高、效率较高以及全数字特征等。三维激光扫描技术能够真实描述扫描对象的整体结构，以及形态特性，能够迅速准确的生成三维数据模型，防止基于点数据的分析方法导致的片面性。把三维激光扫描技术和控制策略相互结合在一起，能够得到扫描目标的坐标。本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。
1 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术选用的是非接触式高速激光测量的方法，对相关物体几何数据及影音资料进行获取，最后利用后处理软件对数据进行处理和分析，转换成具有坐标系的三维空间坐标及模型，并能够用多种数据格式输出，满足空间数据库的数据源，以及三维激光扫描技术的不同应用需求。
1.1 系统组成
（1）三维激光扫描仪；（2）数码相机；（3）后处理软件；（4）电源以及附属设备。
1.2 工作原理
三维激光扫描技术利用设备内部的激光脉冲发射器，向相关目标物体发射一束激光脉冲，通过反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫描目标，信号接收器接收反射回来的激光脉冲，对相关数据进行记录，包括每个激光脉冲从发射到被测物表面，然后返回设备所经过的时间，以此获取目标到扫描中心的距离，除此之外扫描控制模块对每一个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β进行控制，最后经过后处理软件自动解算，得出目标的相对三维坐标，也就是云点，经过转换后，在绝对坐标系中表现为三维空间位置坐标或者模型。
1.3 三维激光扫描技术的特点
三维激光扫描技术的特点，可以总结为高精度、高速度、高分辨率、非接触式以及优良的兼容性等优势，甚至称之为测绘领域继GPS技术之后的一次具有影响力的技术革命。利用和传统测量技术进行对比，包括全站仪、近景摄影测量以及航空摄影测量等，具体而言具有以下特点：
（1）非接触式
三维激光扫描技术是一种非接触式的高速激光测量手段，无需布置反射棱镜，直接扫描目标体即可，通过对目标体表面云点的三维坐标数据进行采集。假如被测目标处于环境恶劣、人员甚至无法到达现场的情况，常规测量技术无法胜任此项任务，那么三维激光扫描技术的优势就被凸显出来。
（2）数字化程度较高、可扩展性
三维激光扫描技术所获取的数据均为数字信号数据，具有较高的数字程度，处理起来较为简便，可以便利的用于数据的分析、输出以及显示，后处理软件人机友好的用户界面，可以和其它软件及时进行数据共享，能够和外接数码相机、GPS等设备相互配合使用，从而拓宽了各自的应用范围，因此三维激光扫描技术具有较好的可扩展性。
（3）高分辨率
三维激光扫描技术的分辨率较高，能够方便快捷的采集高质量、高密度的数据，这是高分辨率数据的基础。
（4）广泛的应用
三维激光扫描技术的技术优势，使得其在工程建设等领域具有广泛的应用，还具有较强的环境适应性。
1.4 三维激光扫描流程
在对控制网进行布设过程中，要先对现场进行勘察，选择出合适的测站点，然后开始进行控制测量，选用全站仪法或者GPS设备，由于测站点精度对点云坐标精度存在一定的影响，所以尽可能选用全站仪对控制网进行布设，而且要符合闭合导线的形式，利用GPS进行控制网的布设时，可以选用水准测量法进行准确测量，以确保高程方向精度，具体的三维激光扫描流程图如图一所示。
2 三维激光扫描技术的应用分析
2.1 工程应用
（1）大型土木工程测量
三维激光扫描技术在大型土木工程测量方面的应用，主要是在道路、桥梁、地下坑道等施工工程现场，对施工之前的地形图进行扫描，提高准确的数据支持，建立施工后目标三维图形，对施工进行质量上的把控，并进行相关数据的记录。比如，在道路工程数据测控中，通过三维激光扫描技术，得到点云数据，进行处理后，经过测量、建模等步骤，在众多工程案例中，达到道路设计要求。
（2）复杂工业设备测量
三维激光扫描技术可以应用与较为复杂的工业设备测量中，工业设备一般管线林立，纵横交错，因此对工业设备进行规划、改造过程中，可以对三维激光扫描技术进行利用，生成高精度3D模型，为数据测量提供依据。
（3）地质应用
三维激光扫描技术也可以在地质方面的地质调查、编录、环境监测、安全监测以及裂缝研究中提供技术支持，以上应用中假如使用传统的、常规测量手段，一般效率和精确度都比较低，而三维激光扫描技术可以提供非接触、安全、高效的目标坐标，建立模型并分析处理。
（4）变形监测
常规变形监测一般选取的方法包括常规测量、GPS测量、传感测量等，这些测量方法首先需要进行监测点的布设，然而监测点的数量是有限制的，而且测量效率也不高，容易收到天气的影响，在雨天、雾天等天气下，能够得到的准确数据很有限，无法准确的体现出变形的情况。如果使用三维激光扫描技术，最主要的是得到精度均匀、密度高的数据，可以发现许多细节变化，数据中包含任意截取断面，能够对目标的整体稳定性分析。
2.2 文物保护
三维激光扫描技术在文物保护方面的应用，主要是对文物的大小、形状、安全性等方面进行综合考虑，而且无法在目标物品上粘贴测量标志，也就是需要进行无接触测量，因此三维激光扫描技术是最为适当的测量方法。以往是采取全站仪、近景摄影测量系统的方法，尽管能够对文物进行数字化，
但是却无法详细表达其三维信息，三维激光扫描技术弥补了这个缺点，得到的数据精度和密度都比较高，可以建立精细表面模型，能够对文物上任何点进行测量，假如文物破损后可以及时提供修复数据，这些技术对于我国文物保护提供巨大帮助。
2.3 事故现场模拟
三维激光扫描技术能够对交通事故现场、犯罪现场进行细节测量，按照事故现场建立三维模型，生成动画模拟效果，让事故现场的真实情景再现。
2.4 其他应用
三维激光扫描技术还有一些应用，比如考古测量、数字城市建模、油气田设计以及沙丘监测等。
3 结语
总而言之，三维激光扫描技术是现阶段较为新颖的技术，具有高效、数据量大、速度快等诸多优点，因此在大型工程、文物保护、事故现场等方面得到广泛应用，本文对有关三维激光扫描技术及其应用进行分析和探讨，以期对于我国三维激光扫描技术的推广，起到一定的促进作用。
参考文献：
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【关键词】三维激光 扫描仪 测绘 应用
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.
三维扫描范文4
[关键词]三维激光扫描技术；考古勘探；应用分析；优势探讨
我国是一个历史悠久的国家，长期的历史发展使我国形成了大量的文物，是我国的宝贵文物资源，而对于考古工作者来说，又是不小的挑战。因为年代久远，文物信息逐渐丧失，我们依据仅存的记录很难在短时期内勘探到并准确的测绘，给予结论。传统的测绘方法耗时耗力，更不能保证勘测信息的科学与准确性。直到三维激光扫描技术的出现，为我国的考古勘探事业打开了前进的道路，其高速、准确、分辨清晰的优点逐渐得到业内人士的肯定与青睐，广泛的应用于我国的考古勘探中。
一、三维激光扫描技术的实际工作原理分析
三维激光扫描技术之所以能够实现考古与文物的勘探与检测，最重要的工作原理就是采用了脉冲测距与相位测距两大原理。前者主要是依据激光脉冲的飞行时间来进行检测点与扫描仪之间的距离，进而借助这段距离数据获取被检测点的三维坐标信息。后者的相位测距主要是通过发射一段连续性的激光，借助反射回激光与激光之间的距离数据进行被检测点的距离值估算。正是基于这两大基本原理，扫描仪进行被测物体的信息采集与抽样，进而获取到每一个采样点的空间坐标点集合。这就是所谓的“点云”。利用专业的数据对这个“点云”进行数据处理，进而快速生成三维数据模型。
二、三维激光扫描技术早我国考古勘探中的应用分析
前面我们提到过三维激光扫描技术借助三维模型，在展示上更加直观与清晰，即使在对不规则物体进行测绘时也能准确迅速的进行测绘与定位。随着三维激光扫描技术的发展，三维模型不仅仅是信息存档的手段，更是后期学科研究的重要资料来源，成为信息研究的重要参考，在考古应用中发挥着越来越多的作用。
（一）三维激光扫描技术在石窟寺文物考古中的应用分析
我国石窟众多，是文物保护中的重点研究对象，因为涉及到建筑、雕塑、绘画多个方面，对于我国研究同时期的文学、历史、宗教都是有利的突破口，在当今具有极高的研究意义与保护价值。但是石窟造型一般多样，传统的测绘方式个很难做到准确、精密，误差测量导致的数据错误严重影响到后期的整理与记录，也无法为文物的保护建立完整的档案信息。应用时，首先建立三维模型，根据三维模型建立生成剖面图、正色图，根据图上所显示出的信息机型地质结果的分析与对照，进而通过对特征匹配初步确定石窟佛像的最初位置，对比之前的数据，找出二者之间的明显差异，从而保证获取数据的准确性。需要注意的是在数据的处理过程中，因为石窟整体数据比较庞大，已经超出了现有计算机的计算极限，我们可以考虑进行分割计算，每一部分之间进行一定数据的重合，在对分割的数据进行处理之后进行最终模型的整合与数据的汇总。
（二）三维激光扫描技术在我国壁画等文物中的应用分析
除了在石窟建筑中有广泛的应用，三维激光扫描技术还应用于壁画文物的勘探中。我国壁画文物历史悠久，是我国文物保护与研究中的重要组成部分。但是壁画在长期的侵蚀过程中，往往会出现不同程度的脱落与裂缝，严重影响到壁画的完整保存。传统的人工描摹耗时耗力，效果不明显。随着科技的发展，三维激光扫描技术广泛的应用于壁画的勘测与保护中。借助三维激光扫描技术可以对目标物体进行不接触的测绘，有效的获取壁画的现存情况与病害分析情况。
利用扫描数据形成一定的三维模型、壁画表面的高度模型、表面纹理图形及横截面的边缘曲线等，总结已经建立的三维模型数据，建立完整的映射模型，借助近景摄影测量技术与三维激光扫描技术，在纹理映射的过程中采用选取图像和模型映射获取重大的数据信息，建立分层的数据库，对数据进行计算研究。通过数据分析，三维激光扫描技术的优势得到了最大程度的发挥，获取时间端，信息准确度高。但是目前图像的定位上还需要借助手动设置来进行连接，对于那种不规则与面积数量庞大的数据进行拼接时需要人工操作，这是三维激光扫描技术今后改进的重要内容之一。
（三）三维激光扫描技术在我国古建筑文物保护中的应用分析
我国古建筑群众多，材料的选取上也比较多样，木结构、石结构等。在长期的侵蚀与磨损下，我国的建筑群破损现象十分严重，我国对于古建筑的修缮与保护一直十分重视。传统的古建筑测试方法局限性比较大，获取的二维图像立体感不强，数据精准度上也很难获得保证。而在古建筑中采用三维激光扫描技术可以有效的规避这些缺点，获取最科学准确的测量数据。通过无接触性的检测获取数据，可以最大限度的保护古建筑测量过程中的损坏。依据云点数据有效生成平面图形，在分析平面图形的基础上获取建筑三维模型，为建筑的结构分析提供立体数据对象，从而实现古建筑物中的定位与检测。缩短时间，提高测量准确度。
四、结束语
通过上面的分析，我们不难看出三维激光扫描技术在我国文物考古的勘探与检测中得到了广泛的应用。作为一种新技术，在使用的过程中要注意对适用条件的分析，在发扬其优势的同时，最大限度降低损害。在使用中学会多方法的结合，多学科的融汇，有力的推动我国考古行业的发展，帮助做好重要文物的修缮与保护。
参考文献：
三维扫描范文5
关键词：三维激光扫描技术；地籍测绘；建模
DOI：10.19354/ki.42-1616/f.2016.17.145
早在2000多年前，在我国就有地籍测绘技术，但由于受当时生产力的限制，常规的地籍测绘方法存在周期长、工作强度大等缺陷。随着科技的发展，三维激光技术的诞生和发展为地籍测绘工作带来了新的曙光。三维激光扫描技术作为一种新兴技术具有采样速度快、定位精确、兼容性好等特点。三维激光扫描技术已经成为地籍测绘的主要技术。
一、什么是三维激光扫描技术
三维激光扫描技术属于GPS技术中的一种，是一种能够全自动、高精度的立体建模技术。该系统由五部分组成，分别是激光发射器、激光自适应聚焦控制单位、计算机、接收器及光路调节装置等。它的工作原理十分简单，首先获取测量对象的三维坐标，然后提取地表信息并对其进行三维场景搭建。三维激光扫描技术的优势在于采样速度快、并不需要接触测量对象，对环境条件的要求比较低。因此，三维激光扫描技术经常被应用于文化遗产、结构测量、建筑估计测量等多种领域。三维激光扫描技术被应用于地籍测绘中大大减少了测绘流程，节省了时间和成本，同时也提高了地籍测绘的效率。
二、地籍要素调查
宗地作为地籍要素调查的基本单位，其主要内容是对地界及其所有权进行调查，并绘制出宗地草图，并填写地籍调查表，签订相关合同等。接下来对地籍要素调查的主要内容进行介绍。首先，在地籍要素调查前要做一些必备的准备工作，包括对地籍区及地籍子区进行划分，收集、并整理土地权属的相关资料，对宗地代码进行预编制等。其次要调查清楚地籍的权属界址。调查土地权属状况主要包括土地权利人是谁、土地的来源等进行调查。然后绘制宗地草图，该图应包括界址线、宗地位置、而且要对相邻宗地之间进行必要的文字描述。填写地籍调查表是最后一步，要严格按照要求和格式来填写。
三、数据库建设
地籍信息管理系统是一种通过计算机技术创建的一种管理地理信息的系统，该系统的主要功能是将地籍信息、图件等存储于系统中，并能够在系统中检索、分析日常地理管理数据。该系统的好处是对地籍信息的管理更加方便、快捷。在以往的地籍测绘管理工作中，我国由于技术相对滞后，在对地籍的管理时，通常采用比较落后的技术手段，这就导致出现了地籍测绘耗时时间长、测量到的数据并不十分准确，人工工作量比较大的情况，严重阻碍了地籍测绘工作的开展。地籍测绘作为土地管理工作的重中之重，只有将地籍测绘技术与高科技结合起来，才能使地籍测绘工作高效、全面的开展起来，提高地籍测绘的工作效率，建立数据全面的地籍测绘信息系统。
四、地籍测绘中三维激光扫描技术的应用
地籍测绘是国家为了征收土地税而对土地进行丈量记录，然而随着社会的不断发展进步，地籍的含义也变得越来越广泛，延伸出许多其他的含义，例如对土地的产权保护和对土地日常的管理、规划等方面的工作等。改革开放以后，国家对土地越来越重视，出台了许多关于地籍的政策。在对地籍的管理中，需要记录测绘工作中所测量的数据，测量数据精度的高低直接影响后期地籍的测量结果。与传统测量方式相比，3D激光扫描仪具有明显的优势，它可以通过快速激光测距仪迅速得出扫描点的三维坐标，可以全方位的对地籍进行测绘，获取海量数据。
对于地势高低不平或者林木丛生的地域，传统的测绘方法很难精确测出其三维坐标。但对于三维激光扫描仪而言这并不是个问题。本文将着重介绍三维激光扫描仪获取地理坐标和图像信息的过程。
首先介绍三维扫描仪在进行地籍测绘之前的准备工作。由于三维激光扫描仪在测量地理位置时并不需要直接接触测量对象，自身较小，且受地理环境因素的影响也比较小，因此在前期的准备工作中，只需要勘查目标区域，并在实际操作时选择合适的地理位置即可，那么，准备工作就做完了。接下来是对测区站点的设置。与常规全站仪类似，三维激光扫描仪在站点设置十分灵活，既可以选择地势较高的地方，也可以选择视觉效果较好的地方。三维激光扫描仪主要采用独立坐标系的方式进行站点的设置，为了实现站与站之间数据的有效连接，当选好控制点后，还要在测量路线上设置一些觇标。设点设置完成后，就可以利用三维激光扫描仪进行扫描操作，通常对一个站点的扫描需要4到6分钟。操作者可以实时的在显示屏上查看测量的数据，如果测量出的数据并不理想，还可以通过调节精度的方式进行改进，并重新扫描一次。在利用三维激光扫描仪时可以直接设置GPS测量仪器，以便能够直接获取测区的坐标系统。在转扫时，通常把建筑物作为主要的扫描对象，但如果测量对象是街巷时，则需要在房屋密集区域设置一些站作为辅助，这时因为在这样的环境中，GPS信号不稳定。为了能够得到精度高的地理区域数据，既要寻求合理的作业方式，又要在后期测量中合理运用免棱镜全站仪。在距离测量控制点之间距离不远的情况下，对定位坐标均匀测量，以便坐标系统在后期数据处理中能很快的将不同数据拼接起来。对数据的处理过程是三维扫描仪技术在地籍测绘中的一个重要环节。在数据拼接时，将某一站点的数据作为参照点，然后加载相邻站点及其他站点的数据，三维激光扫描系统能够完成初步的数据拼接工作，能够查看最终拼接的整个效果和误差的大小。由于拼接后数据量非常庞大，受技术限制，计算机的计算速度有限，因此若想提高测量区域的精度，就对数据进行分块处理。
下面将为大家介绍一种快速、高效的测绘技术，即SSW车载移动测量系统。该系统在地籍测绘中发挥了巨大的作用。在实际的地籍测绘工作中，可以将SSW车载移动测量系统与三维激光扫描仪结合起来使用，强强联合，大幅度提高地籍测绘的工作效率。为了能够方便、快捷的获取坐标数据，人们开始将信息收集装置添加进车载移动设备中，这种设备的扫描效果非常不错，受到业界的一致好评。通常的车载系统的前身是越野车，在此基础之上安装数码摄像系统和激光扫描装置，就形成了新的扫描系统，即车载一定测量系统。在该系统中，利用GPS来调节整个系统各个部件之间的结构关系，通过移动扫描或定点扫描的方法来采集数据，该数据包含地理区域的地理坐标和纹理信息等。
五、三维激光扫描技术的发展前景
三维激光扫描技术作为GPS技术的一种新型技术，可以全方位、自动化的获取空间的三维坐标。与传统的地籍测绘技术相比，三维激光扫描技术有其强大的优势。其优势主要体现在以下几个方面：其一、三维激光扫描技术在进行数据采样时速度快且精度高；其二，三维激光扫描技术是一种无需接触被测物体的地籍测绘技术，因此对地理环境的要求不高；在地籍测绘技术中应用三维激光扫描技术，其获取的数据能够真实的反映地理信息。到目前为止，三维激光扫描技术是地籍测绘中运用最为广泛的技术，也是测量方法最为精确、技术最为全面的。
总结：综上所述，三维激光扫描技术在地籍测绘的应用中将越来越广泛。三维激光扫描技术的主要特点是采用速度快、精度高，对环境的要求低，操作流程更加便捷。随之三维激光扫描技术的不断发展，其应用前景将会变得越来越广阔。因此，加强对三维激光扫描技术在地籍测绘中的研究是十分必要的，希望本文能够对地籍测绘工作有用。
参考文献：
三维扫描范文6
【关键词】 地面三维激光扫描 文物测绘 关键技术
文物是古代人民的劳动结晶，通过研究文物可以获得较为丰富的研究成果，对于了解古代人民的生活劳动方式具有重要意义。对文物进行测绘是其他文物工作开展的基础，随着现代技术的发展，空间扫描成像技术及计算机数据处理技术已经被广泛应用到文物测绘工作中，且在不断向集成化、数字化、精细化等方向发展。地面三维激光扫描技术可以利用计算机相关技术对文物的三维空间属性进行测绘，不仅消除了传统接触式测绘方式对文物的损害，还能够更加精确地将文物面貌、属性等信息真实准确的反映出来，是一种非常具有实用价值的文物测绘技术。
1 地面三维激光扫描技术概述
1.1 基本实现原理
地面三维激光扫描技术是一种集光、电、计算机数据处理等多种技术为一体的高精度空间测量技术，该技术通过发射多束激光对扫描对象进行空间照射，配合使用脉冲测距法获取激光测量过程中的多种返回数据如被测单位的距离值、每束激光的横纵向扫描角度观察值、每一接收点所接收到的激光反射强度等，进而利用性能强大的计算机对所获得的数据进行处理和建模等操作，最终获得被扫描对象的试题信息。
1.2 实现流程
相较于传统的文物测绘技术而言，该技术可以在不接触文物的前提下完成数据的采集和处理，且所采集到的数据精度更高更丰富，配合高性能计算机的使用可以即时的完成测绘任务，特别是在某些测绘难度较高的环境中，该技术更能够发挥其性能特点。
其中，准备工作主要用于确定被扫描文物的空间分布、形态以及对扫描点位置的选取、扫描精度的确定等进行分析和确认，进而制定相关的扫描方案并根据扫描方案选取相应的仪器和设备。
在准备工作完成后即可启动相关设备和软件对被测绘文物进行数据扫描获得“点云”数据，这些“点云”数据是一系列三维坐标及颜色属性的集合，无法直接使用，而是需要通过相关的数据处理算法和建模方法等将这些数据转化为文物的三维立体影像。经过上述过程后，一次文物测绘工作就基本完成了。
2 文物测绘中的关键技术分析
2.1 点云数据的预处理
三维激光扫描设备在对文物测绘过程中会生成大量的数据信息，这些数据信息既包含有用的文物信息，还包含无用的干扰信息等，为提升后续操作的精度需要对这些点云数据进行预处理，如去噪、平滑、简化等。其中去噪和平滑主要是对点云数据中的误差进行校正或消除，简化主要是对数据信息进行筛选和压缩。
2.2 点云数据的分割
只有按照某种规则分割后的点云数据才能够进入处理阶段，目前常用的分割方法有两种，基于边的区域分割方法可以按照文物的边点属性对采集到的数据进行检测，然后按照所检测到的边点信息对点云数据进行连接或拟合；基于面的区域分割方法则是首先对需要使用的网格大小和位置等进行分类，然后在利用该分类对采集到的点运输局进行聚类等操作，最后形成多个数据域。
2.3 点云数据的三维建模
三维建模是利用测绘信息构成文物三维模型的核心环节，该过程的实现主要有两种：三角网格面模型重建技术和样条曲面模型重建技术。鉴于前者所建立的模型具有更好的边界适应性和构造灵活性，故得到了非常广泛的应用。
3 地面三维激光扫描技术在文物测绘中的应用
当文物的三维扫描模型被建立后可用用于进行以下几方面研究。
3.1 三维信息存留
文物具有稀缺性和唯一性，对文物进行信息存留是文物保护的一项重点工作，后续的文物修复、文物研究等工作的开展都要以此为基础。
传统的文物信息存留工作中需要综合应用多种信息存储手段对文物的多种属性信息分别记录，如应用常规测绘技术对文物的形态尺寸等进行记录、应用影像技术对文物的外观纹理等信息进行记录等。这种信息存留方式不仅实现复杂，而且可应用性不高。
而地面三维激光扫描技术可以对文物信息进行高精度数据采集，然后依照采集后“点云”的数据属性进行后期处理，最终获得结构完整的、数据精度高的文物三维信息，这些信息基本包含了被测绘文物所有特征信息。
3.2 文物的虚拟修复
多数文物在被发现时或在保存过程中容易出现残缺等问题，地面三维激光扫描技术可以为文物构建逼真的三维空间模型。利用该模型，相关文物专家可以依照模型结构和数学分析手段等对文物在计算机端进行修复，这种修复方式可以在不损坏文物的前提下为文物修复专家提供多种修复效果供其选择和分析，对于文物保护具有非常实用的价值。
以敦煌莫高窟为例，在莫高窟的多个图像采集点使用三维激光扫描仪对其进行扫描获得点云数据，对这些点云数据进行噪声消除等处理去除数据采集过程中出现的曲面变形、图像噪声等，然后按照设定的模型对点云数据进行三角化处理、模型对齐和拼接化处理等实现三维模型的建立。与此同时对照片中的颜色进行校正后在模型中添加颜色信息、纹理信息、材质信息等构成最终的三维扫描模型。该模型可用于指导相关文物专家开展文物跟踪、保护以及修复等工作。
3.3 文物的监测
经过测绘后的文物会生成存留信息，利用该信息可以对文物进行检测与管理。对已经完成测绘工作的文物等一方面可以利用存留信息对文物保护效果进行跟踪和评估，进而根据评估效果确定和完善文物保护方案等；另一方面，利用存留信息可以对文物的状态进行分析，便于及时发现和修复文物可能发生的潜在问题等。
参考文献：
[1]张学文.地面三维激光点云处理关键技术与实现[D].北京：北京建筑工程学院，2008（1）.
