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【维激光扫描测量技术的应用】三维激光扫描测量系统 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。 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! 资料链接： 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； 6.扫描范围：最短距离分辨率、最长距离分辨率。 任何一台扫描仪并非适合所有的工作，因此用户需要根据自身工作的侧重点、参数需求的不同选择最适合自身工作扫描仪。 第 6 页 共 6 页