地面三維激光掃描儀匯總

1、地面維激 光 掃 描 儀 匯 總一、地面三維激光掃描儀的組成地而三維激光掃描儀是一種集成了多種高新技術(shù)的新型測繪儀器，其主要構(gòu) 造是激光掃描系統(tǒng)，它是由高精度的激光測距儀，配上一組可以引導(dǎo)激光并以均 勻角速度旋轉(zhuǎn)的反射棱鏡構(gòu)成，同時也集成了時間計數(shù)器、控制電路板，部分掃 描儀還集成了數(shù)碼相機(jī)和GPS等。二、地面三維激光掃描儀的分類地面三維激光掃描儀按測距原理可分為：基于脈沖、基于相位差和基于光學(xué) 三角測量三種。其中脈沖式三維激光掃描儀使用脈沖測距技術(shù)從固定中心沿視線測量距離, 其掃描速度較慢，測距范圍一般可達(dá)到幾T米，掃描精度受光線影響較小，適用 于室外測量，如地形地貌測星、古建筑數(shù)字化等?；?/p>

2、于相位差的掃描儀利用光學(xué) 干涉原理進(jìn)行測量，該類掃描儀掃描速度較快，測距范闈一般為兒米到兒白米, 掃描精度受光線影響較大，主要用于科研、考古、工業(yè)測量等，在隧道檢測領(lǐng)域 己有應(yīng)用。基于光學(xué)三角測量原理的掃描儀主要利用立體相機(jī)和結(jié)構(gòu)化光源，通 過獲得兩條光線建立立體投影關(guān)系進(jìn)行測量，掃描距離一般為兒米到數(shù)十米，主 要用于工業(yè)測量。三、地面三維激光掃描儀的主要參數(shù)評價一個地面三維激光掃描儀主要考慮以下幾個參數(shù)：測速、測程、視角范 圍、精度以及穩(wěn)定度。1）測速：決定數(shù)據(jù)采集的效率和外業(yè)工作量脈沖式三維激光掃描儀從掃描儀激光發(fā)射器一點(diǎn)一點(diǎn)地發(fā)射激光脈沖，激 光接觸物體后再反射回來，通過測最激光發(fā)射出去

3、和反射回來的時間來測最距 離，如圖1所示。掃描速率與脈沖激光發(fā)射頻率有關(guān)，一般激光脈沖的發(fā)射頻率 越高，激光掃描的角度遞增越小，完成一個全景（360度水平）掃描所需要的 時間越短。因此在選擇激光掃描儀時，要挑選脈沖激光的發(fā)射頻率PRR （Pulse Repetition Rate）高或測速快的儀器，以提高工作效率。同時，也要選擇角度 分辨率高的儀器，以求達(dá)到較高的點(diǎn)密度。To pulse圖1脈沖式三維激光掃描儀測距原理相位式三維激光掃描儀連續(xù)發(fā)射激光波，激光波接觸物體后再反射回來.通 過計算相位波的時間差來計算距離，如圖2所示。因此，掃描速率較快。Single ChannelMeasuredZ

4、A /Aw/ w/ObjeaPh* )i Acre nee = TimeofRj!tw -D.wtiMvlnkmic1IMK360 4cg phiM $hiil VUk jiiAiiibiicoiftt IXsUicc(N +W)c© c（N;r + A0） c厶=ct 12 =2co 4"4/圖2相位式三維激光打描儀測距原理2）測程：脈沖式三維激光掃描儀：測量較長，數(shù)白米兒米：相位式三維激光掃描 儀：測程較短，兒十米兒百米。在有效的測程內(nèi)，可以保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。掃描儀的最大掃描距離與光線強(qiáng)弱、物體反射率等相關(guān)，一般用反射率為90% 的物體作為參考。但一般隧道內(nèi)部材質(zhì)的反射率

5、小于50%,因此在實(shí)際應(yīng)用中， 設(shè)備的最大掃描距離會減小。3）視角范圍掃描儀單站單次掃描的視角范偉I。影響外業(yè)采集效率和數(shù)據(jù)的完整型。4）精度掃描儀各精度間的關(guān)系圖如圖3所示：:測距精度測角精度光斑大小J L點(diǎn)位赭度J .角分辨率距離掃描角度圖3掃描儀各類輔度間的關(guān)系脈沖式三維激光掃描儀的精度測最重復(fù)性好，受光線影響小?；谙辔徊畹?三維激光掃描儀的精度因?yàn)槭芄饩€、物體反射率和掃描角度的影響，會經(jīng)常波動 和變化。目前徳國的Z&F和美國的Surphaser精度較高，在理想條件下，10m內(nèi)精 度可控制在lmm左右，20m內(nèi)精度可控制在3mm左右，20m以后，掃描精度隨距離的 增加下降較快。

6、地鐵隧道屬于狹長形建筑，當(dāng)測站間距較大時，激光在隧道表面 的入射角&過大，反射回來的激光較少，點(diǎn)云的質(zhì)最較差。D. D. Licht i的試驗(yàn)表 明，當(dāng)入射角大于65°時誤差才開始急劇上升。由圖4中的兒何關(guān)系可得： = arctanI ,其中1為測站間距的一半，r為隧道半徑。當(dāng)&= 65時，1 = 2.1r ,r如果實(shí)驗(yàn)對象是半徑為275m的隧道，則掃描儀的站間距為21«11.6111,在這段距離內(nèi)基于相位差的三維激光掃描儀的精度基本能夠滿足測量要求。圖4隧道打描示意圖5）穩(wěn)定度掃描儀的穩(wěn)定度主要體現(xiàn)在其工作溫度、儲存溫度、防沖擊等級、防水防塵 等級IP （

7、Ingress protect ion»防護(hù)等級IP由2個數(shù)字組成，第一位代表儀 器防塵等級，第二位代表儀器防水能力，數(shù)字越大表示其防護(hù)能力越高）等方面。四、主流的地面三維激光掃描儀目前，市場上主流的地面三維激光掃描儀有以下兒個廠家：FARO（美國）、Z+F（徳國）xLeica（徳國）、Riegl（奧地利）.nimble（美國）.Surphaser（美國） Optech（加拿大）、I-Site（澳大利亞）等，如圖5所示。Optech °Oimble Surptaser圖5主流的地面三維激光掃描儀廠家 這些廠家的三維激光掃描儀的主要產(chǎn)品如下：1)FAROFOCUS 3DX13

8、OFARO三維激光掃描儀2) Z+F2010IMAGEK501020111WE1LER 901220121MAGEK 5010CI®5006 EX前爲(wèi)貝2009IMAGHt2007 PROFILER 600020031998Scene Modeller20062002 wgex 5006 DIAGER 3003JB-A儀2002* S圖7 Z+F三維激光掃描儀3) LeicaScanStation P16ScanStation P202012ScanStation P30 P402006圖8 Leica三維激光掃描儀20154) RieglTT Illvz系列VZ-400(600m)

9、VZ1000(1400m)VZ4000 (4000m)VZ6000 (6000m)VZ2000(2050m)LMS系列LMS-Z390/ Z390i(400m)LMS-Z420/Z420i (1000m)LMS-Z620/ Z620i(2000m)LPM-321(6000111)圖9 Riegl三維激光掃描儀5) nimblenimble GX TYimble FX圖io TOmble三維滋光掃描儀6) Smphaser25 HSX7) Optech50 HSX100 HSX圖11 Suqjhaser三維激光掃描儀Optech ILRIS 系列(ILRIS-3D. ILRIS-3D-ER. I

10、LRIS-HD. ILRIS-HD-ER. ILRIS-LR)圖12 Optech三維激光掃描儀8) I-SiteISite4400中海達(dá)LS300STONEX X300迅能光電VS200迅能光電VF1000圖14國產(chǎn)三維激光掃描儀I-Site8800 I-Site8810 I-Site8820圖13 Optech三維激光掃描儀國外品牌一直壟斷了中國三維激光掃描儀市場，使得這些儀器價格昂貴，不 利于三維激光掃描技術(shù)的普及。為此國內(nèi)的一些儀器公司進(jìn)行了大量研究，自主 生產(chǎn)了以下兒款三維激光掃描儀，如圖14所示。五、主要地面三維激光掃描儀的參數(shù)對比相位式三維激光掃描儀和中距離脈沖式三維激光掃描儀（

11、最大測程小于 2000m）是隧道檢測領(lǐng)域的較好選擇。為此對以上廠家較新的和位式和中距離脈 沖式三維激光掃描儀的主要參數(shù)進(jìn)行對比，見表1。-名隊HERSM*視場角()角度分卿卓()標(biāo)利度長徑定性儀ftg憐機(jī)時刮A)內(nèi)相機(jī)配豪軟件FAROR>cu$3DX33O相位式976JDOO06-3XH360V300WVOD092血(90%)ckssl1550匸作 »«：a-5ox?5J5FARO SCENEFARORxw3DX13097fij00006-130H3(5OV300WV00092omlttai(90%)chnl15 JOrn»K(：a-5ov5J5mo丿n&#

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