浅析三维激光扫描技术在测绘工程中的应用

赵云贵

宁波冶金勘察设计研究股份有限公司

摘要：三维激光扫描测量技术是一种新型测量技术，可以深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作，并直接将各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准等实体或实景的三维数据完整的采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。比传统的测量和数据处理方法具有简单、精确、高效等特点。

关键词：三维激光扫描；测绘工程；应用

正文：

引言

三维激光扫描技术已在测绘领域的应用中发展了近十年，随着科技的发展，它已凭借着成本低、快速性、应用范围广、便于操作、主动性、高密度、全天候、以及非接触性等优势，解决了传统测绘技术的缺陷，它很好地改善了外业测绘的工作环境，提高了其工作效率，给测绘行业带来了很多的改变。因此，对三维激光扫描技术的应用与发展进行研究具有重要的意义。

1三维激光扫描技术的现状应用

进入21世纪，随着科技的进步，各种新型技术不断出现，推动着各行各业的快速发展。近十几年期间，在测绘行业，三维激光扫描技术成为继GPS之后又一项技术新突破。它通过激光扫描测量的方法，可以大面积快速采集被测对象表面的三维坐标数据和空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。目前，三维激光扫描测绘技术的应用是一个主要的发展趋势。但是对技术的应用研究还处于初级阶段，期待随着研究的深入以及与其他测量技术的结合，三维激光扫描在测绘行业更广泛的应用。

2三维激光扫描的测量的原理

三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面点的三维坐标、反射率和纹理等信息生成点云数据，从而在复杂实体或实景中重建目标的全景三维数据及模型。三维激光扫描系统一般由扫描仪、控制器（计算机）和电源供应系统三部分构成。激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统。在仪器内，通过两个同步反射镜快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测量每个激光脉冲从发出经被测物表面再返回仪器所经过的时间（或者相位差）来计算出目标点P到扫描仪的距离S，并测得横向扫描的角度α和纵向扫描的角度值θ。计算出P点的三维坐标。原理如下图：

图1测量点坐标计算

3三维激光扫描的测量的特点

3.1快速扫描：传统测量方法基本都是单点测量模式，外业采集速度慢，费时，费时，对与一些地形复杂地形测量或者不规则物体测量时难度很大，而三维激光扫描仪采样点速率可达到数千点/秒，甚至可以达到数十万点/秒。而且可以高密度、全天候、不受气候和环境的影响，这些都比传统测量有很大的优势。

3.2非接触测量：三维激光扫描技术采取物体表面的三维数据生成点云数据，无需接触扫描目标，无需反射棱镜，对一些不规则或者不能接触的物体能直接采集物体表面的三维数据，生成三维模型，具有传统测量方式难以完成的技术优势

3.2应用的广泛性：最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

4三维激光扫描技术在测绘领域的主要应用　　

三维激光扫描技术为人们提供了一种全新的获取空间信息的方法。传统的人工单点获取数据精度差、速度慢，如今的连续自动化优点使其应用范围扩展到了工业测量、地形测绘、智能交通等诸多方面。其在测绘领域的应用一般主要有以下方面。　　

4.1在立面测量中的应用　　

在传统的测量中，立面测量用全站仪进行测量，费时，而且很多不规则的建筑物给测量带来很大的难度。而三维激光扫描，可以快速精准的扫描建筑物的立面，获得点云数据，然后通过专们软件处理切割简化，导入CAD进行里面绘制，不管在外业还是内业方面，都带来了很大的改变。

4.2在土方测量中的应用　　

传统的土方测量中主要是采用RTK、全站仪等仪器进行测量，内业利用南方CASS软件建立方格网法和DTM法，计算填挖方量。传统的方法不仅速度慢，费时费力，而且遇到复杂的地形不易测量或计算出来的土方量与实际方量误差大。三维激光扫描仪可以快速、全面的测出高精度的三维坐标，全天候，受天气及复杂环境的影响小，测算出来的土方精度大大提高。　　

4.3在古建筑物测绘中的应用　　

由于古建筑结构复杂，层次多样，传统的测量方式存在许多难度，而用三维激光扫描技术测量古建筑时，非接触的测量方式不会对古建筑造成损伤，在技术层面上加强了对古建筑的保护力度。而且三维激光扫描技术可以更快速地采集到点云数据，绘制出完整的古建筑三维图。

4.4在地质灾害中的应用

目前地质灾害中常见的就是滑坡和危岩，传统的测量方法费时费力，存在监测人员人身安全的问题，而且无法可靠的获得它们的变形数据。使用三维激光扫描仪采集数据，可以有效的解决这些问题。在数据处理方面可建立边坡模型，可以更好的分析滑坡和危岩的变形情况。

结语

三维激光扫描技术凭借其自身速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字化的特点，可以快速获取真实三维场景数据，彻底改变了传统测绘的单点测量的数据获取方式，为用户提供了全新的三维实景记录的手段，更为测绘成果应用的多样性提供了可能。虽然目前三维激光扫描技术在测绘工程中的应用还处于起步阶段，但它自身所具有的独特技术优势，必将成为测绘技术发展的一个新方向。

参考文献

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