工程測(cè)量新技術(shù)-三維激光掃描技術(shù)（智慧工程測(cè)量）

任務(wù)二三維激光掃描技術(shù)6.2.2三維掃描儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作過程3、內(nèi)業(yè)處理4、后續(xù)處理1、準(zhǔn)備工作2.外業(yè)掃描制定掃描方案的作用測(cè)繪工程項(xiàng)目多數(shù)都有技術(shù)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。在我國(guó)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用還處于初級(jí)階段，多數(shù)應(yīng)用項(xiàng)目屬于實(shí)驗(yàn)研究性的，只有少數(shù)應(yīng)用技術(shù)路線相對(duì)成熟，項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)還未當(dāng)成必要環(huán)節(jié)來要求，而且目前我國(guó)掃描儀檢測(cè)與應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范還沒有開始制定。但是由于三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的核心是準(zhǔn)確獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，依據(jù)目前一些學(xué)者的研究成果，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度影響因素較多。所以，為了控制誤差累積，提高掃描精度，三維激光掃描測(cè)繪和傳統(tǒng)測(cè)繪一樣，測(cè)繪前首先要進(jìn)行基于精度評(píng)估的技術(shù)設(shè)計(jì)是非常有必要的，對(duì)于項(xiàng)目的順利完成將起到非常重要的作用。野外掃描方案設(shè)計(jì)制定掃描方案的主要過程：1）明確項(xiàng)目任務(wù)要求。當(dāng)掃描項(xiàng)目確定后，承包方技術(shù)負(fù)責(zé)人必須向項(xiàng)目發(fā)包方全方位細(xì)致的了解項(xiàng)目的具體任務(wù)要求，這是制定項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2）現(xiàn)場(chǎng)勘查。為了項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)能合理并順利實(shí)施，全面細(xì)致的了解項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境雙方相關(guān)人員必須到掃描現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘。踏勘過程中注意查看已有控制點(diǎn)位置、保存情況以及使用的可能性。根據(jù)掃描對(duì)象的形態(tài)、空間分布、掃描需要的精度以及需要達(dá)到的分辨率確定掃描站點(diǎn)的位置、標(biāo)靶的位置等。根據(jù)掃描站點(diǎn)位置考慮掃描模型拼接方式，繪制現(xiàn)場(chǎng)草圖，對(duì)主要掃描對(duì)象進(jìn)行拍照。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查以及照片信息找到整個(gè)掃描過程中的難點(diǎn)，并對(duì)其提出相應(yīng)的解決方法。野外掃描方案設(shè)計(jì)3）

制定技術(shù)設(shè)計(jì)方案。完整的技術(shù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括項(xiàng)目概況、技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)、測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)方案、掃描儀選擇與參數(shù)設(shè)置、掃描數(shù)據(jù)拼接方案、數(shù)據(jù)處理方案、提交成果、項(xiàng)目工作進(jìn)度計(jì)劃、人員分組、后勤保障等。野外掃描方案設(shè)計(jì)掃描方案的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：A.掃描儀選擇與參數(shù)設(shè)置。目前，掃描儀的品牌型號(hào)較多，在激光波長(zhǎng)、激光等級(jí)、數(shù)據(jù)采樣率、最小點(diǎn)間距、模型化點(diǎn)定位精度、測(cè)距精度、測(cè)距范圍、激光點(diǎn)大小、掃描視場(chǎng)等指標(biāo)方面各有千秋，為項(xiàng)目實(shí)施選擇儀器提供了較大空間，一般應(yīng)根據(jù)儀器成本、模型精度、應(yīng)用領(lǐng)域等因素綜合考慮。儀器選擇時(shí)首先考慮項(xiàng)目任務(wù)技術(shù)要求、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素，再結(jié)合儀器主要技術(shù)參數(shù)確定項(xiàng)目使用的儀器，多數(shù)情況下需要有一臺(tái)儀器能夠滿足作業(yè)需求，但是在特殊情況下（比如項(xiàng)目任務(wù)量較大、工期較短、掃描對(duì)象有特別要求），需要多臺(tái)儀器參與掃描，甚至使用分辨率不同型號(hào)的儀器。野外掃描方案設(shè)計(jì)B.測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)方案。掃描儀本身在掃描過程中會(huì)自動(dòng)建立儀器坐標(biāo)系統(tǒng)，在無特殊要求時(shí)能滿足項(xiàng)目需要。但是為了將三維激光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)（國(guó)家，地方或者獨(dú)立坐標(biāo)系）下，需要使用全站儀或其他測(cè)量?jī)x器配合觀測(cè)，這樣在點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接后就可以通過公共點(diǎn)把所有的激光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)下，方便以后的應(yīng)用。測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)要考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、點(diǎn)位精度要求等，這些都可以參考測(cè)繪相關(guān)技術(shù)規(guī)范。測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)有如下兩種。野外掃描方案設(shè)計(jì)目前，不同品牌儀器的性能參數(shù)還不統(tǒng)一，在選擇儀器前應(yīng)充分了解儀器的相關(guān)標(biāo)稱精度情況，結(jié)合項(xiàng)目技術(shù)要求選擇相應(yīng)的參數(shù)配置，比如最佳的掃描距離、每站掃描區(qū)域、分辨率等指標(biāo)。參數(shù)選擇的原則是能夠滿足用戶的精度需要即可，精度過高會(huì)造成掃描時(shí)間增加，、工作效率下降、成本上升、增加數(shù)據(jù)處理工作量與難度等后果。野外掃描方案設(shè)計(jì)a.對(duì)簡(jiǎn)單建筑物變形監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)原則：①控制網(wǎng)的精度要高于建筑物建模要求的精度。②控制網(wǎng)布設(shè)的網(wǎng)形合適，要能滿足三維激光掃描儀完全獲取建筑物數(shù)據(jù)的要求。③控制網(wǎng)中各相鄰控制點(diǎn)間通視良好，要求一個(gè)控制點(diǎn)至少與兩個(gè)控制點(diǎn)通視。④為了提高測(cè)量精度，要求控制點(diǎn)與被測(cè)建筑物之間的距離保持在50m以內(nèi)。野外掃描方案設(shè)計(jì)b.復(fù)雜建筑物建模觀測(cè)控制網(wǎng)布設(shè)原則：①觀測(cè)控制網(wǎng)建設(shè)精度高于復(fù)雜建筑物模型要求精度的一個(gè)等級(jí)。②控制網(wǎng)各控制點(diǎn)平面坐標(biāo)采用高精度全站儀實(shí)施導(dǎo)線測(cè)量，高程采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，并進(jìn)行嚴(yán)格平差計(jì)算。③控制網(wǎng)網(wǎng)形合適，滿足三維激光掃描儀完整獲取建筑物數(shù)據(jù)的要求。對(duì)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)加密變形監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)使掃描時(shí)能更好的獲得掃描數(shù)據(jù)。④控制網(wǎng)中各相鄰控制點(diǎn)間通視良好，要求一個(gè)控制點(diǎn)至少與兩個(gè)控制點(diǎn)通視。⑤為了提高測(cè)量精度，要求控制點(diǎn)與被測(cè)建筑物之間的距離保持在50m以內(nèi)或者更近的距離。野外掃描方案設(shè)計(jì)4)野外掃描方案設(shè)計(jì)在整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)中，野外掃描方案是最重要的組成部分掃描之前要做全面仔細(xì)的方案設(shè)計(jì)。根據(jù)測(cè)量場(chǎng)景大小、復(fù)雜程度和工程精度要求，確定掃描路線，布置掃描站點(diǎn)，確定掃描站數(shù)及掃描系統(tǒng)至掃描場(chǎng)景的距離，確定掃描分辨率。儀器參數(shù)的確定，將直接影響到掃描精度和效率，分辨率一般根據(jù)掃描對(duì)象和需要獲取的空間信息進(jìn)行確定。野外掃描方案設(shè)計(jì)3.掃描設(shè)計(jì)方案主要內(nèi)容：1)標(biāo)靶

掃描儀的內(nèi)部有一個(gè)固定的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)掃描站上不能測(cè)量物體全部而需要在不同位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，或者需要將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到特定的工程坐標(biāo)系中時(shí)，都要涉及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。為此，就需要測(cè)量一定數(shù)量的公共點(diǎn)來計(jì)算坐標(biāo)變換參數(shù)。為了保證轉(zhuǎn)換精度，公共點(diǎn)一般采用特制的球面（形）標(biāo)志（也稱球星標(biāo)靶）和平面標(biāo)志（也稱平面標(biāo)靶），在變形監(jiān)測(cè)時(shí)一般采用貼片固定在監(jiān)測(cè)對(duì)象上。野外掃描方案設(shè)計(jì)放置標(biāo)靶時(shí)注意：標(biāo)志能夠被良好識(shí)別，不要被物體遮擋；不要將標(biāo)靶放在一條直線上，否則會(huì)降低拼接精度；安放位置要確保穩(wěn)定；標(biāo)靶之間應(yīng)有高度差。為滿足點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接要求，相鄰測(cè)站至少要求有三個(gè)公共點(diǎn)重合，因此購(gòu)置儀器時(shí)一般至少要配置四個(gè)標(biāo)靶。如果有條件，可以多配置，這樣，掃描時(shí)每站的掃描范圍就會(huì)加大，同時(shí)也會(huì)提高工作效率。野外掃描方案設(shè)計(jì)2).測(cè)站設(shè)置。根據(jù)掃描實(shí)施方案，設(shè)置站點(diǎn)要保證三維激光掃描儀在有效范圍內(nèi)發(fā)揮最大的作用，科學(xué)的設(shè)置站點(diǎn)可大幅提高測(cè)量效率。需要掃描標(biāo)靶的情況下，換站前要計(jì)劃好下站位置，確定下站也能看到標(biāo)靶；若不需要標(biāo)靶，測(cè)站的位置要保證盡量多的看到特征點(diǎn)，方便后續(xù)點(diǎn)云拼接。野外掃描方案設(shè)計(jì)測(cè)站設(shè)置一般遵守的原則：①使得掃描儀所架設(shè)的各個(gè)測(cè)站可以掃描到目標(biāo)區(qū)域的全部范圍；②對(duì)測(cè)站數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證采樣率的前提下采用最小的設(shè)站數(shù)量，最大的覆蓋面積減小拼接次數(shù)，減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接誤差和數(shù)據(jù)總量；③相鄰兩站之間有不少于三個(gè)可清晰識(shí)別標(biāo)靶或特別標(biāo)志，掃描儀至掃描對(duì)象平面的距離要在儀器標(biāo)稱測(cè)距精度的最佳工作范圍，一般要與掃描對(duì)象平面垂直。④在可視范圍內(nèi)，保證90%以上數(shù)據(jù)的完整性，站站之間重復(fù)率20%~30%左右，可以保證研究對(duì)象整個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性和不同測(cè)站點(diǎn)間拼接的最低要求。針對(duì)古建筑的特殊部位，要進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充，保證完整性。對(duì)于大型的復(fù)雜建筑，尤其是具有一定高度的建筑，應(yīng)采用其它輔助手段，保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)完整性。野外掃描方案設(shè)計(jì)3).大范圍區(qū)域掃描方案設(shè)計(jì)。當(dāng)掃描范圍比較大，掃描站數(shù)較多時(shí)，采用一種拼接方式可能會(huì)有較大的累積誤差。目前大范圍區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接是研究的熱點(diǎn)問題，直接影響野外掃描方案的制定。野外掃描方案設(shè)計(jì)1.掃描的基本步驟。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)是重要的組成部分，獲取完整符合精度要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是后續(xù)建模與應(yīng)用的基礎(chǔ)。掃描開始前要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，主要包括儀器、人員組織、交通、后勤保障、測(cè)量控制點(diǎn)布設(shè)等。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)一個(gè)側(cè)站上掃描的基本步驟為：a.儀器安置。對(duì)于集成度較高的掃描儀，儀器安置主要工作包括電源（鋰電池或者交流電源）、對(duì)中（在需要條件下）、整平，這些操作需要的時(shí)間非常短。對(duì)于掃描控制與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用筆記本電腦的分體式掃描儀，需要將各個(gè)部件連接完整，就需要一定的時(shí)間內(nèi)，一般是半小時(shí)以內(nèi)。b.儀器參數(shù)設(shè)置。在確認(rèn)儀器安置無誤后，可以打開儀器電源開關(guān)，一般開機(jī)可能需要幾分鐘時(shí)間。當(dāng)開機(jī)完成后，可以進(jìn)行掃描參數(shù)設(shè)置，主要包括工程文件名，文件存儲(chǔ)位置，掃描范圍，分辨率，標(biāo)靶類型等。其中與精度相關(guān)參數(shù)設(shè)置要與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相符。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描儀的安置1、將三腳架打開并將基座聯(lián)結(jié)好，整平，準(zhǔn)備安放掃描儀。2、將掃描儀放置到基座上并鎖定。3、打開掃描頭鎖，以便掃描頭可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。4、連接電源電纜（在儀器和電池之間）掃描儀的安置5、連接通訊電纜（在儀器和電腦之間）6、打開電源并啟動(dòng)掃描頭掃描儀的安置c.開始掃描。當(dāng)確認(rèn)儀器參數(shù)設(shè)置正確后，可以執(zhí)行掃描操作。儀器在掃描過程中會(huì)有掃描進(jìn)程顯示，完成掃描的剩余時(shí)間，如有問題可以暫?；蛘呷∠麙呙?。當(dāng)儀器掃描結(jié)束后，可以檢查掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量，不合格需要重新掃描，依據(jù)掃描方案，還可以進(jìn)行照相（也可用專業(yè)相機(jī)），掃描標(biāo)靶，測(cè)量標(biāo)靶坐標(biāo)等。為了保證后續(xù)工作順利完成，在測(cè)站上應(yīng)做好觀測(cè)記錄，主要內(nèi)容包括掃描測(cè)站位置略圖，掃描儀品牌型號(hào)，掃描時(shí)間，掃描操作人，測(cè)站編號(hào)，參數(shù)設(shè)置等，可自行設(shè)置表格填寫。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)d.換站掃描。當(dāng)確認(rèn)測(cè)站相關(guān)工作完成無誤，可以將儀器搬到下一測(cè)站，是否關(guān)機(jī)決定于儀器電源情況，兩站之間距離，儀器操作要求等因素。當(dāng)儀器搬移到下一測(cè)站后，可以重復(fù)前三個(gè)步驟的工作。注意與前一個(gè)測(cè)站需要相同的工程文件名稱，分辨率等特殊指標(biāo)參數(shù)設(shè)置。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)2.掃描中主要注意事項(xiàng)：由于儀器本身及掃描外界環(huán)境等因素，對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度有一定影響，為保證獲取精度都符合要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在野外掃描中注意：a.在可能的條件下，應(yīng)該使用最佳距離和角度。在室內(nèi)掃描或者掃描距離較短的情況下，不同的角度會(huì)有不同的接收率，并不是正直掃描時(shí)接收率最高。b.防止在儀器工作溫度以外使用。如果天氣較熱的情況下，應(yīng)盡可能地將設(shè)備放在陰涼環(huán)境下，或者在儀器上部搭一塊濕布，幫助儀器散熱。c.儀器內(nèi)部安裝了高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，因此在設(shè)定掃描機(jī)位點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意不要將設(shè)備直接對(duì)著太陽光。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)d.儀器在掃描操作時(shí)，應(yīng)盡量避免風(fēng)、施工機(jī)械影響造成的地面顫動(dòng)等造成的三腳架晃動(dòng)。還有掃描范圍內(nèi)人員走動(dòng)、空氣中浮塵等造成三維數(shù)據(jù)的噪音，應(yīng)選擇合適的時(shí)機(jī)盡量避免，無法避免時(shí)在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行消除。e.激光在穿透濕度高的空氣時(shí)，會(huì)有很大程度的衰減，所以盡量避免在潮濕區(qū)域作業(yè)。特別是封閉潮濕的環(huán)境，空氣中的水汽不僅會(huì)吸收激光，而且被測(cè)目標(biāo)表面的水也會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，這樣會(huì)使掃描儀的測(cè)量距離降到非常小的范圍。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)3.掃描儀全站化實(shí)施方案隨著儀器性能不斷提高，與傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，如GPS，IMU，全站儀等，提高了獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度。野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)地面三維激光掃描儀在數(shù)據(jù)采集過程中容易受到外界因素的干擾，這些因素將會(huì)在某種程度上影像點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，影響測(cè)量精度。錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或誤差較大的數(shù)據(jù)對(duì)用戶而言是沒有意義的。只有獲得了有用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（精度較高的數(shù)據(jù)）才能建立精確的實(shí)體三維模型。所以，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析是有必要的。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析1.點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源掃描系統(tǒng)誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差引起三維激光掃描點(diǎn)的坐標(biāo)誤差，可以通過公式改正或者修正系統(tǒng)予以消除或減小。所以，偶然誤差仍是激光掃描系統(tǒng)的主要誤差來源，經(jīng)綜合分析，包括儀器自身的誤差，儀器架設(shè)產(chǎn)生的誤差，數(shù)據(jù)去噪建模產(chǎn)生的誤差，距離誤差，植被覆蓋處的噪音誤差。地面三維激光掃描系統(tǒng)掃描過程中，影響最終獲取數(shù)據(jù)精度的誤差是多方面的，誤差包含粗差，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差三部分。許多誤差來源也是傳統(tǒng)測(cè)量工作中普遍出現(xiàn)的。如激光束發(fā)散特性，導(dǎo)致在掃描測(cè)量中的角度定位的不確定性，掃描系統(tǒng)各個(gè)部件間的連接誤差等，這些不確定性因素都會(huì)造成最終的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中含有誤差。系統(tǒng)誤差傳播同樣遵循測(cè)量誤差傳播的基本規(guī)律。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析在操作中，造成獲取數(shù)據(jù)含有誤差的因素包括：a.軸系之間的相互旋轉(zhuǎn)引起的測(cè)距和測(cè)角誤差；b.掃描系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)的棱鏡鏡面來發(fā)射激光束到目標(biāo)實(shí)體表面，鏡面的旋轉(zhuǎn)同樣會(huì)引起測(cè)距誤差。c.在掃描系統(tǒng)提供的各種外置設(shè)備，如GPS或者數(shù)碼相機(jī)，這種儀器之間的綁縛會(huì)導(dǎo)致最終點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度降低；點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析d.對(duì)具有絕對(duì)定向功能的激光掃描系統(tǒng)，測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)定位定向精度會(huì)影響著掃描獲取數(shù)據(jù)的精度，如掃描儀整平對(duì)中操作中，人為因素造成的誤差也是制約數(shù)據(jù)精度的一個(gè)重要原因；e.掃描系統(tǒng)內(nèi)置或外置的相機(jī)的校對(duì)誤差，相機(jī)的標(biāo)定誤差；f.外界環(huán)境，如溫度、氣壓、的影響，實(shí)體的反射特性等因素造成點(diǎn)云數(shù)據(jù)含有誤差。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析由于激光掃描儀的測(cè)量特點(diǎn)，有些誤差的影響顯得尤為重要。許多學(xué)者對(duì)激光掃描儀的誤差分類有著不同的研究結(jié)果。如瑞士聯(lián)邦大學(xué)的Zogg博士將三維激光掃描儀的系統(tǒng)誤差分源總結(jié)為由激光掃描儀本身、反射目標(biāo)及環(huán)境條件等三方面。a.掃描激光儀本身（成為儀器誤差）包括距離測(cè)量、激光束的擴(kuò)散效應(yīng)、角度測(cè)量、多傳感器數(shù)據(jù)同步、軸系穩(wěn)定性、校準(zhǔn)及其他。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析b.儀器誤差一般是可以通過儀器生產(chǎn)廠家來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，計(jì)量檢定人員采用一定的檢定設(shè)備進(jìn)行檢查后對(duì)儀器進(jìn)行改善。大氣環(huán)境引起的誤差源包括折射、大氣漩渦、大氣灰塵、障礙物、目標(biāo)的背景及其他。除了個(gè)別誤差源（如大氣折射）可以進(jìn)行改正外，其他誤差源只能夠通過儀器儀器使用者本身通過選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和時(shí)間來減小其影響。c.反射目標(biāo)包括大小、表面形狀、材質(zhì)、反射面曲率及其他。目前反射目標(biāo)對(duì)測(cè)量成果的影響，還只能通過了解其影響規(guī)律利用工作經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際工作中盡量避免。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析誤差對(duì)精度影響分析

三維激光掃描的精度一般是指掃描點(diǎn)云的坐標(biāo)精度，它包括絕對(duì)定位精度和相對(duì)定位精度兩種，當(dāng)然，精度還與掃描儀的測(cè)程有很大關(guān)系。點(diǎn)云的絕對(duì)中誤差與距離測(cè)量、垂直角測(cè)量和水平角測(cè)量的精度有關(guān)。掃描的誤差來源對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度的影響規(guī)律：1.儀器誤差A(yù).角度測(cè)量。與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀相似，激光掃描儀的軸系也必須滿足以下條件：水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）應(yīng)垂直于視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）；水平軸應(yīng)垂直于垂直軸（第二旋轉(zhuǎn)軸）；（帶傾斜補(bǔ)償器的儀器）垂直軸應(yīng)當(dāng)鉛直；當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，垂直度盤的天頂距讀數(shù)為90°；視準(zhǔn)軸、水平軸及垂直軸相交于儀器中心。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析在三維激光掃描儀測(cè)角系統(tǒng)中，需要考慮以下誤差源：a.垂直度盤指標(biāo)差。當(dāng)視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）水平時(shí)，如果垂直度盤的天頂距讀數(shù)不為90°，那么其差值就是垂直度盤指標(biāo)差。目前有些三維激光掃描儀帶有傾斜補(bǔ)償器，有些激光掃描儀則不帶。因此，不同類型儀器的垂直度盤指標(biāo)差會(huì)具有不完全相同的含義。b.視準(zhǔn)軸誤差。當(dāng)水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）與視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）不垂直，或者當(dāng)垂直軸（第二旋轉(zhuǎn)軸）與水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）不垂直，這種不垂直的偏差被稱為視準(zhǔn)軸誤差。當(dāng)存在視準(zhǔn)軸誤差時(shí)，激光掃描儀掃出的扇面將會(huì)不同，從而給后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來非常大的麻煩。c.偏心差。在理想情況下，第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸垂直同時(shí)與視準(zhǔn)軸相交，三軸的交點(diǎn)為儀器中心。但是實(shí)際上，因?yàn)槭芨鞣N誤差的影響，使得上述條件不能滿足，產(chǎn)生偏心差。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析B.距離測(cè)量a.周期性誤差。目前部分激光掃描儀采用相位式進(jìn)行距離采樣。當(dāng)采用相位式進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，測(cè)距成果中自然包含周期誤差，這是原理性誤差。周期誤差主要由反射及接收之間的電信號(hào)、光串?dāng)_而引起的?，F(xiàn)代儀器采用了如數(shù)字分析信號(hào)在內(nèi)的多項(xiàng)新技術(shù)，從而使得周期誤差振幅的幅值越來越小。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析b.加常數(shù)誤差。加常數(shù)為電磁波測(cè)距儀的固有系統(tǒng)誤差，測(cè)距儀及全站儀中加常數(shù)已經(jīng)為眾多儀器使用者所熟悉。與傳統(tǒng)的全站儀相比激光掃描儀不需要反射棱鏡就能夠進(jìn)行距離測(cè)量，這樣就無法使用反射棱鏡的常數(shù)來補(bǔ)償激光器偏心；激光束經(jīng)過了系統(tǒng)轉(zhuǎn)向后再投射到被測(cè)物體上，由被測(cè)物返回，再由接收光學(xué)系統(tǒng)接收，這樣必然存在接收起算點(diǎn)的問題，通常情況下是將激光束的發(fā)射點(diǎn)以及接收點(diǎn)共同形成的點(diǎn)稱作激光掃描儀測(cè)距的零點(diǎn)；同時(shí)第一旋轉(zhuǎn)軸與第二旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)為三維激光掃描儀中心。因此，三維激光掃描儀的加常數(shù)是指測(cè)距的起算點(diǎn)與儀器中心之間的差值。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析c.相位不均勻性誤差。造成相位不均性的原因包括儀器性能及使用兩個(gè)方面：從使用儀器方面來講，由于反射面將反射回測(cè)距激光束的信號(hào)，也會(huì)給測(cè)距結(jié)果帶來誤差。這種因激光束位置不同進(jìn)行距離測(cè)量造成的誤差稱相位不均勻性誤差；而從儀器性能方面來講，因?yàn)榘l(fā)光管的發(fā)光面上各點(diǎn)發(fā)出的光的延遲不同（針對(duì)相位式測(cè)距儀而言），或者由于發(fā)光面上各點(diǎn)發(fā)出的光的時(shí)間不一致（就脈沖式測(cè)距儀而言），都將會(huì)給測(cè)距結(jié)果帶來誤差。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析d.比例改正誤差。無論是采用脈沖法還是相位法，均需要儀器產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)基準(zhǔn)頻率當(dāng)做儀器距離測(cè)量的基準(zhǔn)。當(dāng)基準(zhǔn)頻率偏離設(shè)定值時(shí)，則將會(huì)對(duì)測(cè)距結(jié)果產(chǎn)生與所測(cè)距離成相應(yīng)比例的改正誤差。e.幅相誤差。三維激光掃描儀與全站儀（免棱鏡）的最大區(qū)別是前者無測(cè)距信號(hào)強(qiáng)度控制裝置。隨著被測(cè)物體的位置、材質(zhì)、反射面的平整度、離儀器的遠(yuǎn)近等變化，激光掃描儀接收到的信號(hào)必然將發(fā)生劇烈變化，劇烈變化的測(cè)距信號(hào)不但會(huì)給測(cè)距結(jié)果帶來誤差，可能甚至出現(xiàn)不能夠完成測(cè)距的后果。因此，幅相誤差是三維激光掃描技術(shù)的難點(diǎn)之一。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析2.外界條件及反射面引起的誤差A(yù).氣象條件的影響。掃描儀所處環(huán)境的空氣折射率不同，通過對(duì)觀測(cè)的距離進(jìn)行氣象改正數(shù)計(jì)算完成。B.“彗尾”現(xiàn)象。當(dāng)激光束投射到待測(cè)物體棱角處時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“彗尾”現(xiàn)象。激光束是一條既有長(zhǎng)度也有橫截面積的圓柱體。當(dāng)這條有一定的橫截面積的柱狀激光束投射至被測(cè)物體的棱角地帶時(shí)，已經(jīng)碰觸待測(cè)物體表面的一部分激光束直接返回，另一部分沒有碰觸的則繼續(xù)向前飛行至碰觸到其他表面為止才開始返回。那么測(cè)量激光束行進(jìn)的距離則變?yōu)檫@兩部分激光束的平均值，如果我們預(yù)想是測(cè)定距離較近的表面的距離，那么無疑這個(gè)平均后的距離比真值要大；反之則小。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析在進(jìn)行建筑物測(cè)量時(shí)，常常需要測(cè)量建筑物的拐角點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為“角點(diǎn)”現(xiàn)象，它與“彗尾”現(xiàn)象具有相同的原理。拐角點(diǎn)的測(cè)量通常分為內(nèi)角點(diǎn)測(cè)量與外角點(diǎn)測(cè)量。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析C.激光束入射角度引起偏差。當(dāng)激光束發(fā)射投到被測(cè)物體表面時(shí)，其入射角度是千差萬別的。如果激光束垂直射到入射表面，那么激光束在其上形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形光斑；如果以其他角度投射到入射表面那么激光束必定形成一個(gè)橢圓。這樣的偏差可以通過利用所有反射激光束的加權(quán)平均進(jìn)行消除（權(quán)：返回激光束的強(qiáng)度）。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析D.“黑洞”現(xiàn)象。如果激光束投射到表面平整的待測(cè)物表面，根據(jù)鏡面反射原理，光束返回方向與法方向的夾角將與入射夾角相同，在入射角度一般極小的情況下，出射角度同樣也非常小。因此，反射光束容易被掃描儀接收到。而如果當(dāng)待測(cè)物體表面不平整、粗糙不平時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“漫反射”現(xiàn)象，此時(shí)返回的激光束雜亂無章。在接收返回激光不足的情況下，掃描儀是無法根據(jù)少量激光束的數(shù)據(jù)獲得掃描儀至待測(cè)物體之間的距離的，如果該距離無法測(cè)出，那么其他的點(diǎn)云坐標(biāo)信息自然也就無法獲取。這樣的情況就稱為“黑洞”現(xiàn)象。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析E.反射面不同引起的偏差。廠家在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇的條件無疑是較為理想的狀態(tài)。其中所選用的待測(cè)物體材質(zhì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這包括被測(cè)物體的材質(zhì)、顏色、反射面的光滑度等狀態(tài)。這些條件狀態(tài)主要影響測(cè)量距離范圍以及儀器常數(shù)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析地面三維激光掃描儀本身的精度是制約儀器應(yīng)用的主要因素，儀器檢校方面主要問題有：a.儀器參數(shù)不統(tǒng)一，指標(biāo)不一致。b.實(shí)際精度與標(biāo)稱精度不一致。c.國(guó)內(nèi)對(duì)儀器檢校無國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。掃描儀檢校存在的問題

任務(wù)二三維激光掃描技術(shù)6.2.1三維激光掃描儀的認(rèn)識(shí)

隨著科技不斷發(fā)展,測(cè)繪技術(shù)不斷更新，地形測(cè)量的方法由傳統(tǒng)的平板白紙測(cè)圖、經(jīng)緯儀測(cè)圖等，發(fā)展到現(xiàn)在的全站儀、GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等，近幾年，地形測(cè)量一體化技術(shù)飛速發(fā)展，測(cè)量領(lǐng)域的高精度儀器越來越多。三維激光掃描儀就是其中的一種，它的發(fā)展更推動(dòng)了地形測(cè)量向高科技立體圖形的發(fā)展。傳統(tǒng)地形測(cè)量平板白紙測(cè)圖經(jīng)緯儀測(cè)圖現(xiàn)今地形測(cè)量全站儀測(cè)圖GPS-RTK測(cè)圖數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量地形測(cè)量一體化·三維激光掃描數(shù)字測(cè)圖技術(shù)的發(fā)展三維激光掃描技術(shù)的概念三維激光掃描儀（3Dlaserscanner

）通過發(fā)射激光來掃描獲取被測(cè)物體表面三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)度的儀器。三維激光掃描技術(shù)(3DLaserScanningTechnology)

三維激光掃描技術(shù)，是通過三維激光掃描儀獲取目標(biāo)物體的表面三維數(shù)據(jù)；對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算、分析；進(jìn)而利用處理后的數(shù)據(jù)從事后續(xù)工作的綜合技術(shù)。三維激光掃描技術(shù)又稱為“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，它不同于單純的測(cè)繪技術(shù)，主要面向高精度逆向工程的三維建模與重構(gòu)。

三維激光掃描系統(tǒng)（3DLSS），也稱為三維激光成圖系統(tǒng)，主要由三維激光掃描儀和系統(tǒng)軟件組成，其工作目標(biāo)就是快速、方便、準(zhǔn)確地獲取近距離靜態(tài)物體的空間三維模型，以便對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的分析和數(shù)據(jù)處理。其應(yīng)用范圍與近景攝影測(cè)量大致相同，但激光掃描系統(tǒng)具有精度高、測(cè)量方式更加靈活、方便的特點(diǎn)，

三維激光掃描可廣泛應(yīng)用于如下的一些方面：（1）建筑物、構(gòu)筑物的三維建模，如房屋、亭臺(tái)、廟宇、塔、城堡、教堂、橋梁、高架橋、立交橋、道路、海上石油平臺(tái)、煉油廠管道等；（2）小范圍的數(shù)字地面模型或高程模型，如高爾夫球場(chǎng)、摩托車障礙賽賽車場(chǎng)、巖壁等；（3）獨(dú)立物體的三維模型，如飛機(jī)、輪船、汽車、塑像等。（4）自然地貌的三維模型，如巖洞等。三維激光掃描技術(shù)的概念采用非接觸目標(biāo)的方法，無需反射棱鏡，對(duì)掃面目標(biāo)物體不需進(jìn)行任何表面處理，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實(shí)可靠。非接觸測(cè)量采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)測(cè)量的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù),脈沖式激光掃描方法的采樣點(diǎn)數(shù)可達(dá)到數(shù)千點(diǎn)/秒,而相位式的激光測(cè)量更可高達(dá)數(shù)十萬點(diǎn)/秒。數(shù)據(jù)采樣率高三維激光掃描技術(shù)可以不受掃描環(huán)境的影響主動(dòng)發(fā)射激光,通過自身發(fā)射的激光的回波信息來解得目標(biāo)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。主動(dòng)發(fā)射掃描光源三維激光掃描可以快速的獲取高精度,高分辨率的海量的點(diǎn)位數(shù)據(jù),就可以高效率的獲取目標(biāo)物表面點(diǎn)的三維坐標(biāo),從而達(dá)到高分辨率的目的。高分辨率、高精度通過直接獲取數(shù)字信號(hào)采集數(shù)據(jù)的,所以具有全數(shù)字特征,方便進(jìn)行后期處理和輸出,且它的后期處理軟件與其他軟件有很好的共享性。數(shù)字化兼容性好多學(xué)科融合涉及現(xiàn)代電子、光學(xué)、機(jī)械、控制工程、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程等技術(shù)，是多種先進(jìn)技術(shù)的集成。三維激光掃描技術(shù)的特點(diǎn)傳統(tǒng)工程測(cè)量中，對(duì)三維數(shù)據(jù)的獲取主要有：RTK定位皮尺量測(cè)全站儀特征點(diǎn)采集基于光學(xué)攝影測(cè)量原理的近景攝影測(cè)量、航空攝影測(cè)量等;采用三維激光掃描技術(shù)的方法：無需設(shè)置反射棱鏡進(jìn)行無接觸測(cè)量，在人員難以企及的危險(xiǎn)地段使用優(yōu)勢(shì)明顯;突破單點(diǎn)測(cè)量方式，以高密度、高分辨率獲取掃描物體的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)目標(biāo)描述細(xì)致、采樣速率高，傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)；三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的區(qū)別B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23B1001F23三維激光掃描儀可以獲取高密度的觀測(cè)目標(biāo)的表面海量數(shù)據(jù)，采樣速率高，對(duì)目標(biāo)的描述細(xì)致。三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的區(qū)別三維激光掃描儀按掃描平臺(tái)機(jī)載激光掃描系統(tǒng)地面型激光掃描系統(tǒng)便攜式激光掃描系統(tǒng)有效掃描距離短距離激光掃描儀中距離激光掃描儀長(zhǎng)距離激光掃描儀航空激光掃描儀其最長(zhǎng)掃描距離不超過3m，適合用于小型模具的量測(cè)，不僅掃描速度快且精度較高最長(zhǎng)掃描距離小于30m，多用于大型模具或室內(nèi)空間的測(cè)量掃描距離大于30m，主要應(yīng)用于建筑物、礦山、大壩、大型土木工程等的測(cè)量掃描距離大于1km，并且需要配備精確的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可用于大范圍地形的掃描測(cè)量三維激光掃描儀的分類1.生產(chǎn)廠家較少，三維激光掃描儀市場(chǎng)近乎壟斷；2.新技術(shù)的前期應(yīng)用伴隨著高投入；3.三維激光掃描儀的使用單位較少；

三維激光掃描儀作為測(cè)繪界的最新技術(shù)和儀器，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還處于起步階段，有以下幾個(gè)方面的問題和發(fā)展趨勢(shì)：越來越多的國(guó)內(nèi)外測(cè)繪儀器廠家開始涉足三維激光掃描儀的研發(fā)生產(chǎn)工作，越來越多的生產(chǎn)施工單位開始熟悉并使用三維激光掃描儀，儀器的價(jià)格會(huì)隨之下降。儀器價(jià)格較昂貴難以滿足普通用戶的需求精度檢測(cè)沒有形成完整體系硬件得到進(jìn)一步改進(jìn)，激光掃描儀有更高的測(cè)量精度，應(yīng)用精度會(huì)不斷提高，各系統(tǒng)之間的融合性會(huì)逐步加強(qiáng)。工程應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還未出臺(tái)；數(shù)據(jù)精度處理算法應(yīng)用滯后；各品牌儀器的數(shù)據(jù)兼容性差；數(shù)據(jù)處理方法較繁瑣點(diǎn)云數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理相對(duì)繁瑣；數(shù)據(jù)處理方法尚未完善；數(shù)據(jù)處理軟件功能會(huì)不斷加強(qiáng)，三維建模的方法會(huì)不斷優(yōu)化。三維激光掃描技術(shù)存在的問題與發(fā)展趨勢(shì)三維激光掃描技術(shù)的組成核心是激光發(fā)射器、激光反射鏡、激光自適應(yīng)聚焦控制單元、CCD技術(shù)、光機(jī)電自動(dòng)傳感裝置等。利用激光測(cè)距的原理，通過記錄被測(cè)物體表面大量的密集的點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，獲取大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)。系統(tǒng)組成工作原理三維激光掃描系統(tǒng)的組成和原理

由激光器對(duì)被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光脈沖，然后接收系統(tǒng)接收目標(biāo)反射回來的光脈沖，通過測(cè)量光脈沖往返的時(shí)間來算出目標(biāo)的距離：

t的測(cè)量：在確定時(shí)間起始點(diǎn)之間用時(shí)鐘脈沖填充計(jì)數(shù)。t開始結(jié)束t=NT時(shí)鐘脈沖測(cè)距方法——脈沖激光測(cè)距三維激光掃描系統(tǒng)的組成和原理

采用無線電波段的頻率對(duì)激光束進(jìn)行幅度調(diào)制并測(cè)定調(diào)制光往返一次所產(chǎn)生的相位延遲，再根據(jù)調(diào)制光的波長(zhǎng)，換算此相位延遲所代表的距離，即用間接方法測(cè)定出光經(jīng)往返所需的時(shí)間。t短距離、高精度，精度可達(dá)毫米級(jí)。測(cè)距方法——相位差測(cè)距三維激光掃描系統(tǒng)的組成和原理

測(cè)量過程中由投影裝置把光柵圖像投影到被測(cè)物體表面,同時(shí)使用相機(jī)拍攝下經(jīng)被測(cè)物體表面調(diào)制而發(fā)生變形的光柵圖像,然后通過對(duì)變形的光柵圖像進(jìn)行處理,計(jì)算出代表物體高度的相位信息。測(cè)距方法——結(jié)構(gòu)光測(cè)距三維激光掃描系統(tǒng)的組成和原理

原理

參數(shù)飛行時(shí)間結(jié)構(gòu)光脈沖法相位差法激光發(fā)射裝置固體激光器（紅寶石、YAG）連續(xù)光源激發(fā)器（He-Ne）連續(xù)光源激發(fā)器（He-Ne）測(cè)量距離遠(yuǎn)近非常近測(cè)量精度低高非常高掃描速度慢快慢測(cè)距方法——不同測(cè)距原理技術(shù)的對(duì)比三維激光掃描系統(tǒng)的組成和原理準(zhǔn)確度Accuracy：是指測(cè)得值與真實(shí)值之間相符合的程度。精密度Precision：指在相同條件下N次重復(fù)測(cè)定結(jié)果相符合的程度。

鑒于不可能獲得真實(shí)值，只能用更精密儀器的測(cè)量值作為近似真實(shí)值，且精確度與準(zhǔn)確度之間有一定的相關(guān)性，故實(shí)際中用精確度Accuracy來衡量?jī)x器的測(cè)量性能。三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)——準(zhǔn)確度與精密度

掃描儀提供的精度參數(shù)點(diǎn)位精度距離精度角精度表面建模精度標(biāo)靶獲取精度主要技術(shù)參數(shù)——分辨率掃描分辨率包含以下參數(shù)：

光斑大小點(diǎn)間距距離分辨率一般來說，分辨率越高，表面建模精度越高，重建得到的模型越精細(xì)。分辨率隨測(cè)距原理、實(shí)測(cè)距離的變化而變化：

距離越遠(yuǎn)光斑越大距離越遠(yuǎn)點(diǎn)間距越大三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)物理定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)掃描物體的長(zhǎng)度廠商定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)射（接收）激光點(diǎn)數(shù)（受散射等原因，激光發(fā)射/接收裝置發(fā)射N個(gè)激光點(diǎn)僅能接收到N/3—N/5個(gè)點(diǎn)）主要技術(shù)參數(shù)——掃描速度主要技術(shù)參數(shù)——激光發(fā)射頻率

激光發(fā)射頻率—PRR(Pulse

Repetition

Rate)激光脈沖的發(fā)射頻率越高，在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的激光點(diǎn)的數(shù)量越多主要技術(shù)參數(shù)——激光發(fā)射頻率

反射率—投射到物體上面被反射的激光能量與投射到物體上的總激光能量之比,直接影響到激光

掃描儀的實(shí)際測(cè)距能力。三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)當(dāng)PRR=f

時(shí)，發(fā)射相鄰兩個(gè)激光點(diǎn)的間隔時(shí)間：則單位時(shí)間內(nèi)可以發(fā)射的激光點(diǎn)數(shù)量N為：這與廠商的掃描速度定義相同因此也有廠商將激光發(fā)射頻率稱作掃描速度PRR與單位時(shí)間發(fā)射點(diǎn)數(shù)N的關(guān)系三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)當(dāng)PRR=f

時(shí)，發(fā)射相鄰兩個(gè)激光點(diǎn)的間隔時(shí)間：光速為C，則掃描儀理論最大掃描距離D為：頻率越高，射程越近這也是相位式掃描儀普遍射程偏近的原因PRR與掃描距離（激光射程）的關(guān)系三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)掃描距離越遠(yuǎn)，分辨率越低為了獲取更精確的模型，就需要增加PRR以增加發(fā)射激光點(diǎn)數(shù)量相應(yīng)地也就增加了掃描時(shí)間分辨率與表面建模精度有關(guān)與測(cè)量精度無關(guān)，廠商往往將之混為一談掃描距離（激光射程）與精度的關(guān)系掃描距離（激光射程）與分辨率的關(guān)系精度與分辨率的關(guān)系掃描距離越遠(yuǎn)，精度越低三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)當(dāng)反射率、掃描距離固定時(shí)，可以來衡量三者之間的關(guān)系：由于對(duì)于實(shí)際的待測(cè)物體，反射率與掃描距離總是固定點(diǎn)，對(duì)任何品牌的掃描儀都是這樣，而分辨率則由用戶具體需求確定，也可認(rèn)為是固定值，因此：PRR越高的掃描儀，其掃描速度越快。這也是相位式掃描儀宣稱速度快的原因。分辨率越高，掃描速度越慢PRR越高，掃描速度越快PRR、分辨率與掃描速度的關(guān)系三維激光掃描系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)三維激光掃描系統(tǒng)的工作過程1、系統(tǒng)組成一個(gè)典型的完整系統(tǒng)包括：掃描主機(jī)（掃描頭）三角基座三腳架通訊電纜和電源電纜電池筆記本電腦（處理軟件）儀器箱掃描主機(jī)的部件名稱（以LeicaHDS300為例）工作過程3、內(nèi)業(yè)處理4、后續(xù)處理1、準(zhǔn)備工作2.外業(yè)掃描激光掃描和處理軟件概述三維激光掃描儀的工作過程，實(shí)際上就是一個(gè)不斷重復(fù)的數(shù)據(jù)采集和處理過程，它通過具有一定分辨率的空間點(diǎn)（坐標(biāo)x，y，z，其坐標(biāo)系是一個(gè)與掃描儀設(shè)置位置和掃描儀姿態(tài)有關(guān)的儀器坐標(biāo)系）所組成的點(diǎn)云圖來表達(dá)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物體表面的采樣結(jié)果。掃描儀的安置1、將三腳架打開并將基座聯(lián)結(jié)好，整平，準(zhǔn)備安放掃描儀。2、將掃描儀放置到基座上并鎖定。3、打開掃描頭鎖，以便掃描頭可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。4、連接電源電纜（在儀器和電池之間）掃描儀的安置5、連接通訊電纜（在儀器和電腦之間）6、打開電源并啟動(dòng)掃描頭掃描儀的安置激光掃描原理

掃描儀的發(fā)射器通過激光二極管向物體發(fā)射近紅外波長(zhǎng)的激光束，激光經(jīng)過目標(biāo)物體的漫反射，部分反射信號(hào)被接收器接收。通過測(cè)量激光在儀器和目標(biāo)物體表面的往返時(shí)間，計(jì)算儀器和點(diǎn)間的距離。三維激光掃描與近景攝影測(cè)量的比較1、原始數(shù)據(jù)格式不同2、拼合各測(cè)站間數(shù)據(jù)的方式不同3、測(cè)量精度不同4、對(duì)外界環(huán)境的要求不同5、TIN模型建立方式不同6、對(duì)實(shí)物材質(zhì)的獲取方式不同應(yīng)用案例例1：清華二校門激光掃描例2：儲(chǔ)油罐激光掃描1、確定掃描范圍應(yīng)用案例2、掃描建立點(diǎn)云應(yīng)用案例3、賦色應(yīng)用案例4、修飾渲染創(chuàng)建表面應(yīng)用案例5、建模應(yīng)用案例6、形成工程用圖——2D平面圖、正面圖、斷面圖應(yīng)用案例

任務(wù)二三維激光掃描技術(shù)6.2.3三維激光掃描儀在工程中的應(yīng)用三維激光掃描系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域從應(yīng)用領(lǐng)域上分：從用途上分：工廠數(shù)字化三維設(shè)計(jì)改造數(shù)字城市管道三維工程改造重新設(shè)計(jì)數(shù)字文物（大佛雕塑景觀小區(qū)）存檔礦區(qū)土方開挖斷面和體積量測(cè)建立三維數(shù)字化多源數(shù)據(jù)庫(kù)地形測(cè)量土地資源調(diào)查建筑物平、立、剖面圖的制作船舶外形測(cè)量考古現(xiàn)場(chǎng)記錄事故現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工程施工質(zhì)量監(jiān)控，規(guī)劃，管理采礦業(yè)、測(cè)繪工程、結(jié)構(gòu)測(cè)量、逆向工程、數(shù)字城市、數(shù)字工廠、文物保護(hù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)、娛樂業(yè)、土木工程等。數(shù)值計(jì)算形變分析——重建目標(biāo)三維模型——距離測(cè)量、面積計(jì)算、體積計(jì)算、容積計(jì)算——前后測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比，分析表面形變?nèi)S重建礦山、油罐、土石方，是三維激光掃描最強(qiáng)的領(lǐng)域，以海量的真值計(jì)算體積，可以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的測(cè)量并上傳。體積的計(jì)算：三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用建立數(shù)字三維城市：從測(cè)繪的角度，建立厘米級(jí)、真彩色、真三維的數(shù)字城市模型。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用考古文物保護(hù)：考古挖掘現(xiàn)場(chǎng)記錄、文物數(shù)字化模型、文物復(fù)原。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用大比例測(cè)圖：以三維激光的面線點(diǎn)方式取代傳統(tǒng)測(cè)量的點(diǎn)線面，進(jìn)行地形測(cè)量，尤其適合帶狀地形、斷面和破碎地塊。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用土地調(diào)查：權(quán)屬調(diào)查、農(nóng)村土地三權(quán)調(diào)查，以三維掃描的高效率作業(yè)方式替代傳統(tǒng)的地籍測(cè)量。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用事故現(xiàn)場(chǎng)快速素描：記錄交通等事故現(xiàn)場(chǎng)，便于事后勘定、記錄、分析。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)字工廠：建立工廠數(shù)字模型，通過模擬流程與資源分配，提高產(chǎn)品管理水平與生產(chǎn)效率。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用娛樂業(yè)：用于電影產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，為電影演員和場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)，3D游戲的開發(fā)，虛擬博物館，虛擬旅游指導(dǎo)，人工成像，場(chǎng)景虛擬，現(xiàn)場(chǎng)虛擬。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用橋梁改建建筑測(cè)量結(jié)構(gòu)測(cè)量：橋梁改擴(kuò)建工程、橋梁結(jié)構(gòu)測(cè)量、結(jié)構(gòu)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、幾何尺寸測(cè)量、空間位置沖突測(cè)量、空間面積、體積測(cè)量、三維高保真建模、海上平臺(tái)、測(cè)量造船廠、電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設(shè)備的測(cè)量；管道、線路測(cè)量、各類機(jī)械制造安裝。三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用電力設(shè)施：變電站和電力輸送系統(tǒng)，往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)所處的環(huán)境危險(xiǎn)，利用傳統(tǒng)的測(cè)量手段，很難搜集到完整的數(shù)據(jù)信息。通過三維激光掃描儀可以縮短時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)采集三維激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用大型設(shè)備制造：曲面線性分析，高精度模型擬合，為大型制造業(yè)提供可靠分析數(shù)據(jù)，虛擬拆裝，軍工制造，為高精度測(cè)量提供有力保