时间：2023-05-30 10:37:39
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维激光扫描仪，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
[中图分类号] O343.2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-220-2
随着我国科学技术的快速发展，激光扫描技术得到进一步的提高，高端的三维激光扫描仪器逐渐进入普通人的视野。地面三维激光扫描仪是近年来出现的一种新型仪器，在国内越来越引起研究领域的关注。它具有高精确、快速、无接触测量等优点，可以以无接触形式快速获取地球表面及其上面各种目标海量的三维点云数据，这使得三维激光扫描仪的应用领域由传统的建筑、制造和室内设计向工程测量、变形监测等测绘领域逐渐发展。目前，在三维激光扫描仪应用于变形监测工作当中，许多新的技术方法、数据处理研究方法需要随之跟上，如何利用好这项先进的技术做变形监测工作也成为测量人员有待深入研究的话题。本文针对三维激光扫描仪变形精度研究进行探讨，希望对推广这项技术的应用有所帮助。
1数据获取方法
本实验采用索佳精密监测全站仪SOKKIANET1和徕卡三维激光扫描仪LeicaScanStation2来获取被监测对象的变形数据。数据获取流程为：（1）进行现场踏勘，（2）布设控制点和标靶点，如图1所示。
其中A、B、C和D为变形监测控制点，是稳固不变的点，用于将扫描的点云数据从仪器独立坐标系转换到测量坐标系或局部坐标系下面，同时，它们也可以作为标靶点用来做拼接使用；1～8号点是布设在变形体表面的标靶点，一是点云配准使用，二是作为变形体变形特征点使用（用于分析变形量及其精度评价）。
以上准备工作完成之后，接下来进行三维点云数据的获取。SOKKIANET1全站仪集成了全站仪的最新技术，最小距离显示为0.1mm。在无棱镜的条件下，其测量精度也达到了1mm的量级。LeicaScanStation2的单点定位精度（50m距离）形成模型表面的精度±2mm，标靶获取精度±1.5mm。实验获取的是被监测对象的表面三维点云数据（两期数据，每期有多站测量数据）以及所有控制点和标靶点的高精度三维全站仪坐标数据。三维点云数据的拼接、去噪、平滑和抽稀是在徕卡Cyclone6.0软件中完成的，Cyclone三维数据处理软件的主要模块有Cyclone-SCAN、Cyclone-REGISTER、Cyclone-MODEL、Cyclone-SURVEY等模块，可控制徕卡扫描仪完成点云数据采集、自动扫描测量标靶点、依据标靶或点云实现点云拼接、可以导入和输出DXF、TXT等多种数据格式等强大的功能。
接下来我们把用全站仪所测量的控制点（A、B、C、D点）的测量坐标以txt文本进行存储，并在Cyclone6.0中以标靶点云的形式导入，以它为基准进行每期点云数据的坐标转换，这样整个点云数据就都在标准测量坐标系或者局部坐标系的下面，然后我们就可以进行变形分析信息的提取和误差分析。
2点变形分析与精度评估
三维点云数据经过控制点转换后，所有坐标就转换到测量坐标或者局地坐标系下面。每一个标靶点都具有三维激光扫描转换坐标和全站仪实测坐标两个坐标值，并且全站仪实测坐标值的精度要比三维激光测量精度高一个数量级。本文以全站仪坐标值为真实值来评价三维激光点的精度。根据测量中误差公式：
现将变形监测结果和精度评价列于表1。
通过表中数据可以看出，三维激光扫描测量标靶点变形监测有很高的精度，观测点的点位精度中误差分别是Mx=±0.0004，My=±0.0006，Mz=±0.0006，观测点平面误差Dxy=±0.0008，Dxz=±0.0007，Dyz=±0.0009，观测点的三维误差为Dxyz=±0.0010。
3线变形分析与精度评估
三维激光扫描是变形测量的代表，能很好的反映监测对象整体的变形信息，除去标靶点外，很难在两期点云数据之间找到其他的同名点。基于此，我们根据数值分析中插值的思想，采用三次样条插值函数拟合三次样条曲线，这样就可以得到被监测对象任何一点的变形值。首先我们以一个垂直于z轴的平面剖割点云（为了研究的方便，剖线是依据标靶点z坐标来剖割的，并且具有一定宽度的剖割），然后将剖出的点云数据以txt格式导出，最后在MATLAB软件中实现三次样条曲线的拟合。
三次样条函数的拟合是在MATLAB软件中实现的，主要代码如下：
clear
A=importdata（′C：＼Users＼lyg＼Desktop＼11。txt′）；
m=A（：，1）；
n=A（：，2）；
x=m′；
y=n′；
xx=-98.6163：0.0001：-96.7838；
yy=spline（x，y，xx）；
plot（x，y，′o′，xx，yy）
pp=spline（x，y）；
[breaks，coefs，nploys，ncofs，dim]=unmkpp（pp）；
经过上面的过程，我们就可以拟合出所需要的曲线，并对曲线进行分析。为了表示一般性，拟合过程中需要事先把标靶点剔除，这样就可以对三维激光曲线拟合的一般性进行讨论了。我们拟合出标靶点的坐标并和标靶点实测值对比，如表3。
计算的出拟合精度中误差为m=0.001377。
这样，我们在拟合的曲线y=f（x），x每间隔100mm取一个变形点，这样就可以得到线上每一个点的变形，达到我们研究被监测对象上面任何一点变形信息的研究目的。变形结果如表4。
4结语
综上所述，三维激光扫描仪的变形监测与传统的变形监测相比有很大的不同，主要体现在监测仪器、数据获取方式和数据分析的方法等方面。本文通过探讨地面三维激光扫描仪的变形精度研究工作，提出了利用三次样条插值来解决三维激光扫描变形监测中非标靶点的点变形数据处理，其结果可靠，相信在往后的变形监测中会有更为广阔的应用前景。
参考文献
关键词：三维激光扫描仪；控制测量；标靶测量；
文物作为一个国家、一个民族文明程度的有效载体，代表着这个国家的历史和底蕴，显示着这个民族的渊源和风采，文物保护工作对两个文明建设有着十分重要的意义和作用。天龙山石窟是全国重点文物保护单位,是列入世界文化遗产保护名录的国宝。
天龙山佛像实体与三维模型
1 控制网的布设方案
本次天龙山石窟三维激光扫描项目,目的是利用激光三维扫描技术对天龙山石窟进行数字化，实现其再现、保护和仿制，具有重要的社会和经济意义。由于扫描之前没有现成的高等级的控制点可用，因此我们需要首先对天龙山石窟作整体控制测量，以服务后边的标靶点测量。整个控制测量分两部分，平面控制和高程控制。平面控制拟采用城市一级导线测量，高程控制拟采用二等水准测量。
2三维激光扫描仪的特点及原理
三维激光影像扫描仪是一种集成多种高新技术的影像扫描测量系统。主要包括激光测量系统、激光扫描仪、可便携三角架、线缆、便携电脑及控制装置、定标球及标尺、测控软件、信息后处理软件等，同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。三维激光扫瞄仪是内含扫瞄棱镜的快速激光测距仪，可以快速方便准确地获取近距离静态物体的空间三维模型，以及对模型进行进一步的分析和数据处理。它不需反射棱镜即可精确测得扫瞄点的三维坐标，其扫瞄速度目前可达数万点/秒。其主要优点有：非接触式主动测量，可操作空间小，便于架设。不需要可见光源，所以在黑暗中也可进行测量，这种特点对坑道或自然洞穴的测量非常有帮助；在有可见光源时，可同时获取被测点的色彩值，形成三维影像，可方便建立虚拟实境。三维激光影像扫描仪的核心技术有两个：其一是空间点阵扫描技术，其二是激光无反射棱镜长距离快速测距技术。
三维激光扫描仪的工作过程实际上就是一个不断重复的数据采集和处理过程。它通过具有一定分辨率的空间点坐标x y z 其坐标系是一个与扫描仪设置位置和扫描仪姿态有关的仪器坐标系所组成的点云图来表达系统对目标物体表面的采样结果。三维激光扫描仪所得到的原始观测数据主要是： (1)激光束的水平方向值和竖直方向值(2)仪器到扫描点的距离值(3)扫描点的反射强度等。
前两种数据用来计算扫描点的三维坐标值的,反射强度则用来给反射点匹配颜色脉冲。
3求解三维坐标原理
非接触式三维数据获取方法按其测量原理的不同，大致分为光学测量、超声波测量，电磁波测量等。其中，超声波测量和电磁波测量在医学应用中比较广泛，在空间信息科学领域里，光学测量方法应用最普遍且一般采用激光作为光源。本文研究的主体就是三维激光扫描仪。激光三维数字化仪利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息。
原理：基于脉冲飞行时间测距。此类三维激光扫描仪利用激光脉冲发射器周期地驱动一激光二极管向物体发射近红外波长的激光束，然后由接收器接收目标表面后向反射信号,产生一接收信号，利用一稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，又光的速度是常量，所以可测得被测目标至扫描中心的距离S，精密时钟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θ。激光扫描系统一般使用仪器自己定义的坐标系统：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(如图1所示)。内部伺服马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿X、Y两个方向快速扫描,实现高精度的小角度扫描间隔、大范围扫描幅度。通过一个线元素和两个角元素计算空间点位的X、Y、Z坐标，空间点坐标的计算公式如下：
4 标靶的布设方案及实施
扫描仪标靶是一种扫描仪配套的能精确识别其中心的像竖着的乒乓球拍形状的标靶，分为底座和标靶面两部分，标靶面可以绕着标靶中心旋转。标靶点作为转换坐标和控制误差的控制点，一般要分布均匀，保证有足够的密度，能控制整个建筑而且易于扫描和短期保留。在布设时需要根据实际需求，针对需要扫描的目标确定标靶的个数和位置。为了方便标靶辨认，我们对所测标靶点统一编上号，这样每个标靶都有自己的编号，这样扫描完内业处理时就不会认错标靶。
水平角观测：在角度测量中，为了消除视准轴误差、水平轴倾斜误差、照准部转动时的弹性带动误差等仪器误差，需要用盘左和盘右两个位置进行观测。为了有效减弱各种误差影响，保证观测果的必要精度，水平角观测采用全圆方向观测法。测量时，由于标靶距离一般都比较短，所以为了减少照准误差，我们在后视点上竖上一枚大头针，这样就大大减少了后视的照准误差。
竖直角观测：用十字丝横丝横切目标于某一位置，竖直角观测有两种方法：中丝法和三丝法，我们用的是中丝法，即只用十字丝的中丝瞄准目标。在测站上安置仪器，对中、整平量取仪器高，测水平角的同时测量竖直角。
距离和高差测量：在瞄准目标后，测出测站到标靶点中心的水平距离，并且按三角高程测量计算出测站和标靶中心间的高差，显示到全站仪屏幕上。
结束语：
三维激光扫描仪最大的特点就是能建立高清晰的三维数字模型，不仅能对古迹当时的真实面貌进行再现，而且可将扫描数据直接转换成CAD数据资料。这就很好地解决了长久以来文物古迹保护的难题：没有用于维护和翻新的古迹的CAD数字资料。模型建立后，可对物体上的任意点、尺寸进行量测量，通过扫描的精度比较可以看出，用三维激光扫描仪扫描的数据结果可以非常精确地测出建筑物及物体的尺寸，完全可以代替传统的测量方法。与传统的古建测量相比，三维激光测量能在不损伤建筑物的条件下，快速采集建筑物外部表面的精确数据，节省了大量的人力物力，可以做到花最合理的价格，最大效率地完成所需的工作。
参考文献
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[4]《控制测量学》，杨国清等编著，黄河水利出版社，2005
[5]《测量学》，陆国胜等编著，测绘出版社，2002
关键词：三维激光扫描仪 数字城市三维模型应用
Abstract: In this paper, through the use of three-dimensional laser scanner to obtain building geometry data, to build a the digital city three-dimensional model method research, preliminary tests showed that the method can be applied to the field of three-dimensional modeling of the Digital City, is a three-dimensional model to build a digital citymore advanced means of a technique.Keywords: three-dimensional laser scanner; digital city three-dimensional model; application;
中图分类号：O343.2 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
“数字城市”是以信息技术为基础，以宽带网络为纽带，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类三维描述的系统。数字城市以地理空间框架为基准，集成城市自然、社会、经济、人文、环境等综合信息，基于网络基础设施实现城市信息的广泛共享。数字城市代表了城市信息化的发展方向，是推动整个国家信息化的重要手段。国家测绘局于2006年启动了“数字城市建设示范工程”项目，在全国选择若干具备条件的城市作为试点，开展数字城市地理空间框架建设，并在最近几年内在市、县两级逐渐推广。在数字城市地理空间框架中构建三维模型，有助于提高城市的综合管理水平，提升城市的形象，在城建、规划、旅游、国土、消防等众多领域发挥了积极作用。如何快速准确的获取构建三维模型所需要的空间几何数据，一直是困扰人们的一个问题，也是国内外研究的重点和热点之一。三维激光扫描仪的出现和在工程领域的广泛应用,在这个方面实现了较大的突破和改进。三维激光扫描仪能够快速准确的获得建筑物的高程和立面数据，对于构建精准的三维模型发挥了重要的作用。
1 三维激光扫描仪测量原理
三维激光扫描仪的工作过程是一个不断重复的数据采集和处理过程，它采用仪器坐标系下的三维空间点组成的点云图来表达对目标物体采样的结果。三维激光扫描系统通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿横轴方向和纵轴方向快速扫描。通过测量扫描仪到目标点的距离值和激光束的水平方向值和竖直方向值计算激光脚点的三维坐标。同时，彩色CCD相机拍摄被测物体的彩色照片，记录物体的颜色信息，采用贴图技术将所摄取的物体的颜色信息匹配到各个被测点上，得到物体的彩色三维信息。
2 利用三维激光扫描仪构建三维模型的工作流程
利用三维激光扫描仪获取建筑物的空间几何数据，进行数字城市三维模型建设的工作流程主要包括：外业扫描、数据拼接、特征线提取、3D建模、格式转换几个部分。
2.1 外业扫描
首先根据扫描目标的位置、大小和复杂程度设计出各扫描站和控制标靶的位置，通常一个目标点需要多个测站才能完成。可以根据当地的GPS控制点的点位，通过全站仪进行测量定向，从而确定三维扫描仪扫描数据的坐标参考。一般采用连接点测量的方法进行扫描，连接点测量法具有高效和精确的特点，站与站的连接精度可达1毫米，适用于测量范围在300 米之内的区域。
外业测量过程中，待测对象和标靶是分开进行扫描和测量的。首选在一个测站位置上选定测量区域，指定测量距离与间距，进行自动扫描。然后选择测量标靶命令，照准标靶位置，记录点位。要保证三个标靶点位在下一测站中可见，从而保证可将扫描数据依次拼接。在扫描过程中，启用三维扫描仪的自动拍照功能，在形成点云数据的同时，采集到扫描目标的纹理照片。
2.2 数据拼接
将外业的扫描数据导入到电脑的Cyclone软件中，软件可自动识别点云、图像和标靶点，并分站放置在对应的目录树下。采用连接点拼接，只需依次选中对应的两站中的三个标靶点，软件系统可自动进行拼接。选择全部点云数据，合并到一个工作场景中。在此基础上进行删除噪声点、非测量区域点，并把导入的图像的颜色分别赋予对应的点云等处理。
2.3 特征线提取
为了方便特征线的提取，通常需要将建筑物的坐标改成正南正北状态。首先框选楼房正立面墙体上一块点云，将框内的点云拟合成mesh网格平面，在生成的mesh面片上任意选择一点，点取更改坐标命令，就可将建筑物纠正为正南正北方向。将点云数据统一化后导入到AutoCAD软件中，利用Cyclone软件的cloudworx插件打开点云数据，根据点云的形状，描绘出特征线。在提取特征线的过程中，为了避免背面的点云对描线产生影响，可以使用点云切片的功能。在描线的过程中还可以使用刷新点云的功能使点云的轮廓更加清晰。
图1 坐标纠正之前状态 图2坐标纠正之后状态
图3根据点云提取模型的特征线
2.4 3D建模
将特征线文件导入3DMAX软件中，作为底图或立面高程数据的参考，进行三维建模和纹理贴图工作。利用3DMAX软件的拉伸、挤出、旋转、变形等命令进行模型，将数码相机实地采集的纹理照片或三维扫描仪拍摄的照片修饰成贴图纹理，并将纹理指定给选定对象上，完成三维建模工作。构建模型时应遵循真实性、美观性、代表性三个原则。
图4 特征线导入到3DMAX中建模图5 建成的三维模型
2.5 格式转换
现在的数字城市地理空间框架建设多是以NEWMAP软件作为平台的。该软件对导入的三维模型的格式是有要求的。一般要求数据格式为*.x格式(DirectX的压缩格式) ，模型能用微软的Directx viewer工具打开，且不缺失纹理，模型的面应尽量少。模型中用到的纹理图片应为dds(DXT3)格式，纹理尺寸采用MIP MAP 模式 (即2的n次幂 ×2的m次幂)。所以要将3D模型通过转换工具转换成上述要求的标准格式，才能导入到数字城市地理空间框架平台中。
3 结束语
本文通过对利用三维激光扫描仪扫描构建三维模型方法的研究，分析了三维激光扫描仪的工作原理，探索了构建三维模型的基本的工作流程，初步试验表明了该方法可以应用于城市建筑物的三维建模，是构建数字城市三维模型的较为先进的技术手段。另外，庞大的点云数据，如何管理和处理海量数据，并保证数据在处理过程中精度不受损失是需要进一步解决的问题。获取的三维点云数据如何能够自动拟合形成实体模型或自动提取出特征线，是三维扫描仪在软件处理方面亟待解决的内容，也是下一步研究的重点和难点问题。
参考参考文献
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[2]张立明．AutoCAD2002精彩创意实例讲解[M]．海洋出版社，2002年．
[3]范海英，李畅．Cyra三维激光扫描点云数据在AutoCAD中的处理方法研究[J]．辽宁科技学院学报，2007，(3)
[4]王彬华．AutoCAD2002中文版实例教程[M]．电子科技大学出版社，2002年文献
关键词：三维激光扫描技术；应用原理；数据处理；建筑物测量；数据建模 文献标识码：A
中图分类号：TP274 文章编号：1009-2374（2017）05-0172-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.05.083
近年来，在各种技术的支撑之下，激光扫描技术也获得了新的发展，三维激光扫描技术也应运而生。该技术的优势鲜明，能够进行各种复杂物体的扫描，并能够克服各种复杂环境的限制。由于其典型的优势特征，目前三维激光扫描技术已经被应用于工程测量、地图测井、加工检测等多种测量工作中。三维激光扫描技术能够对建筑物的三维信息进行快速扫描，并构建出合理的三维建筑模型，这为后续建模过程中的数据处理提供了丰富的资源。下面，笔者将对建筑物测量中三维激光扫描技术的应用进行深入分析。
1 三维激光扫描技术的应用原理介绍
三维激光扫描技术是新近才发展起来的，具有诸多优势，必然会在很多领域得到广泛的应用。三维建模方法通常有两种：第一，基于图像的方法；第二，基于几何的方法。前者是通过照片或者图片来建立模型的，大部分数据都来源于数码相机；而基于几何的方法则是通过激光扫描仪扫描所获得的数据来建立合理的三维模型，是利用几何信息进行建模的。三维激光扫描仪的类型多样，依据不同的扫描平台划分，有地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统以及机载激光扫描系统之分。而按照距离来分，三维激光扫描仪可以分为：长距离激光扫描仪，扫描距离在30米以上，该类仪器主要用于建筑物、矿山、大坝等的测量过程；中距离激光扫描仪的最长扫描距离小于30米，多用于室内空间及大型模具的测量过程；短距离激光扫描仪，最长的扫描距离不会超过3米，而最佳的扫描距离在1.2米左右，多用于小型模具的测量，扫描的速度快且精度高。航空激光扫描仪的最长扫描距离大都在1000米以上，需要配备精确的导航定位系统，适用于大范围地形的扫描测量工作。
三维激光扫描技术的主要作用对象是高速三维扫描仪，该设备充分运用激光扫描技术便可以在短短几分钟之内产生详细的三维图像。由于拥有触摸操作屏，激光扫描仪能够灵活地进行扫描，获得完善的扫描参数。从构造方面来说，三维激光扫描仪中配有一台高速精确的激光测距仪、可以均匀角度扫描的发射棱镜和数码相机，能够直接获得物体的整体影像，并完成对物体的全方位扫描。扫描完成之后，设备会对相关信息进行数据处理，从而获得目标表面的点云数据。从原始数据方面来说，三维激光扫描仪可以扫描到三类数据：扫描仪通过变动镜子的角度反射不同的脉冲激光；根据三维激光扫描仪器激光传播时间的不同，设定具体的位置，之后利用激光束的垂直及水平方向角得到仪器相对于扫描电的空间坐标。当然，这个坐标信息也是相对的。由于三维激光扫描的反射强度不同得到的数据不同。工作人员可以利用三维激光扫描仪的扫描点不同的反射强度匹配不同的色彩，并以此计算出某个点的三维坐标，并用（x，y，z，反射强度）来表示。由上述三数据可以看出，三维激光扫描仪技术的应用过程也就是数据信息与处理的过程，并形成空间坐标明确扫描物体与扫描点的具体方向关系。总之，要保证扫描数据准确、可靠，就要选择相应类型的扫描仪，并保证该仪器在标准范围内使用；要明确扫描对象的典型特征，明确需要通过扫描获得的数据信息，从而合理应用激光扫描仪。
2 建筑物测量中三维激光扫描技术的数据处理
正如上文所提到的，三维激光扫描技术的处理过程实际上是数据处理的过程。通过这个过程，目标位的数字模型也就建立起来。三维激光扫描技术的数据处理工作主要通过两个步骤进行：扫描数据的预处理和最终产品。下面笔者将对三维激光扫描仪的扫描数据的预处理和最终产品形成这两个环节进行深入介绍：
扫描数据的预处理工作内容相对宽泛，包括地理参考、坐标纠正、数据分割以及数据滤波等多个方面，也是直接在点云层面上进行操作。第一，地理参考的过程就是将三维激光扫描仪坐标下的云数据转换到不同的点云子集中，从而形成不同的曲面形式；第二，坐标纠正就是在三维激光扫描技术的扫描区域内设置不同的控制点，而同一区域内会包含多个同名的控制点。这些同名控制点就可以将不同的位置扫描到同一个坐标下；第三，数据滤波是滤出数据噪点，保持数据的“纯
净度”。
就目前来说，要发挥三维激光扫描仪的功能，就要合理充分应用各个控制软件，利用先进的数据处理技术。控制软件的主要作用是帮助扫描仪采集数据，并及时地给予相应处理，而各种处理技术则是由第三方厂商提供，主要是进行后续数据处理。得到数据之后，就要进行数据建模，而点云数据处理是其中最重要的部分。点云处理主要包括四个步骤：去除噪声；多视对齐；精简数据；重构曲面。第一，去除噪声就是指去除点云数据中扫描对象之外的数据，包括某些环境因素，如移动车辆等；第二，多视对齐，就是指从不同的位置和多个视角对建筑物进行多彩扫描，要在物体表面布设同名控制点，保证点云对齐的过程；第三，点云数据精简是在不影响曲面重构和精度的情况下精简数据，可以根据距离精简，也可以平均精简；第四，曲面重构就是将扫描仪获得的数据信息用曲面表现出来，从而将扫描对象的真实情况尽可能还原，如三角形网格、参数曲面等。通过以上步骤，点云数据的处理基本完成。综上所述，数据处理是三维激光扫描技术应用中的关键部分，需要先进行数据预处理，最后才能形成点云数据。
3 建筑物测量中三维激光扫描技术的应用
3.1 控制网的布设
三维激光扫描技术在建筑物建模测量中的应用中最关键的内容就是布设观测控制网。要严格按照三维激光扫描仪的扫描要求，选择合理的控制网布设方法，合理布设各个控制网的位置：第一，从精度上来说，控制网的精度不得低于建筑物建模的精度；第二，从网型上来说，控制网的形状必须合理，从而保证扫描仪能获得完整的数据信息；第三，从相邻控制点的架设要求方面来说，要保证控制点的通视良好，保证扫描过程顺利进行；第四，从距离方面来说，控制点与被测物体之间应保持50米之内的距离，从而保证检测精度。总之，在控制网布设的过程中，要努力遵循以上原则。而根据建筑物形状的不同，我们可以采用不同的控制网布设方案，目前来说，方案共有两种：第一，四面控制网布设法。该种方法适用于建筑物的长宽较大的情况，可以很好地对整面墙体进行扫描。工作人员可以在建筑物的四个角上设置控制点，使得两面墙体都能够被扫描到。多个角度扫描，同一个墙体就会被扫描多次，点云密度增加。这样一来，建筑物建模的精确度也会大大提高[如图1（a）]；第二，当建筑物的长宽相对较小时，就可以采用图1（b）布设方案。该种布设方案的扫描效果更为理想，并且能够大大节省检测时间，提高工作效率。
被测物体的夹角与扫描点精度之间存在密切关系，这也是长期工作实践的结果。如果夹角越小，精度越高。而通过上述两种方案，我们可以知道，定向边与被测墙体的夹角基本上都在45度之内，扫描点的精度还是相当高的。完成控网布设之后，工作人员可以采用较高精度的全站仪来测量建筑物的坐标，从而获得相应数据。如果控制点的距离较远时，就要在两个控制点之间增加一个控制点，使得测量的精确度进一步提高。
3.2 三维激光扫描的观测方法
要保证三维激光扫描仪的扫描效果，工作人员要做好以下四个方面的工作：第一，先选定一个控制点，然后在这个控制点上架设激光扫描仪。扫描仪要确保对中整平，并用各种数据线连接起来；第二，要将相邻控制点的距离设定在100米之内，50米左右最为合理，并保证标靶整平对齐；第三，要开启激光扫描仪的控制性软件，然后对准标靶进行认真扫描，扫描完成获得定向边的相关三维数据；之后，再次进行扫描，明确建筑物的点云数据；要重复扫描，确保数据精确合理；第四，要检查建筑物点云数据是否齐全，明确是否存在遗漏或者扫描效果不好的区域。如发现问题，必须进行再次扫描，从而确保数据安全可靠。在数据采集结束之后，就要将测得的数据转入业内数据进行处理。要保证采集到的数据合理，就要合理设置三维激光扫描仪的相应参数，避免影响扫描结果。总之，在技术应用过程中，工作人员要注意协调各方面的因素，数据扫描、分析以及建模工作等。
总之，建筑物测量中三维激光扫描技术的应用是一个相对复杂的过程，需要进行控制网的布设、需要采用合理的观测方法。工作人员要从建筑物的实际情况出发，合理应用三维激光扫描技术，确保扫描的精确度。
4 结语
三维激光扫描技术可以快速扫描被测物体，不需要反射棱镜便可以获得高精度的扫描点数据，在我国城市规划、土木工程、工业测量等领域应用较多。同时，三维激光扫描仪在复杂地形地貌的建筑物建模方面优势明显，具有广泛的发展前景。由于各种主客观限制性因素的影响，我国建筑物测量中三维激光扫描仪器的应用还存在很多不完善之处。未来相关工作人员应该加快研究工作，努力拓宽三维激光扫描技术的应用范围，提升技术的使用效率及效果。
参考文献
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关键词：三维激光扫描
Abstract: The three-dimensional laser scanning technology is the field of surveying and mapping, following the GPS after another revolutionary technological innovation to overcome the deficiencies of traditional surveying and mapping technology and equipment, freed of the heavy field work, a field data collection, can be made into a variety kind of geographic information products. After ten years of development, the three-dimensional laser scanning technology, such as topographic survey, road surveying, bridge measurements, earthwork engineering, architectural design, ancient architecture, measurement and protection of cultural relics, large-scale construction monitoring, disaster monitoring, a very good application.
Keywords: 3D laser scanning
中图分类号： O348 文献标识码： A 文章编号：
0引言
三维激光扫描技术被称为“实景复制技术”始于上个世纪九十年代中期，它的出现是继GPS技术之后测绘领域的又一次新的技术革命，三维激光扫描技术是根据全站仪的基本工作原理，记录点的三维点云数据（X、Y、Z坐标），在全站仪的基础上加上伺服马达转动仪器来自动完成水平方向和垂直方向的扫描，从而完成水平方向360度和一定垂直方向的全方位的点云数据的采集。
1三维激光扫描仪的基本工作原理
目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，典型的有瑞士的Leica公司、美国的3D DIGITAL公司和Polhemus公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、瑞典的TopEye公司、法国的MENSI公司、日本的Minolta公司、澳大利亚的I-SITE公司。它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，但它们的基本工作作原理是一致的。
基本工作原理 三维坐标计算公式
2 Lieca三维激光扫描仪的发展
从1998年全球第一台商用三维激光扫描仪开始，徕卡测量系统的HDS扫描仪产品已经更新换代了六代。速度从最初的100点/秒提升到目前的100万点/秒。目前Lieca三维激光扫描系统最新的硬件产品有：满足不同测量需求的三维激光扫描系统Scanstation C5、高效一体化三维激光扫描仪Scanstation C10 、超高速三维激光扫描仪HDS6200以及超长测程型三维激光扫描仪HDS8800。
Lieca最新三维激光扫描仪性能对比表
3 Lieca Scanstation C10三维激光扫描仪的特点
Leica ScanStaion C10是ScanStaion2的升级产品，是通过收购美国的Cyra公司后的第三代升级产品，是一款全站仪式的扫描仪。All-in-One“一体化设计”是C10的最大特点，它把所有的关键部件都集成在一个便携的测量仪器中。C10具有全视场角、高速、高精度、长距离等特点，可以满足最常见的测绘任务；具有丰富的图形控制界面和强大的相机/摄像头功能，大大提高了作业人员的可操作性和便利性；内置了80G硬盘，可以满足每天的数据量存储；装有2块热插拔的电池，2块电池可以同时使用也可以拆下1块单独使用；安装了双轴倾斜补偿器，可以在±5′的范围自动补偿，补偿精度达到，安装了激光对中器，可以大大减少仪器对中整平和迁站的时间，提高了工作效率。
4 Lieca Scanstation C10三维激光扫描仪的应用
4.1 工程项目的监测
以往在地质灾害监测、大型建构筑物的变形监测中，采用传统的测量方法或GPS测量法，往往需要在监测物表面上人工选择一些观测特征点，在上面设置标志或设置棱镜或设置仪器，考虑到成本或条件限制，所以不可能设置很多的特征点。如果监测的特征点选择不同，能够反映监测对象变形的能力就完全不同，所以对选择特征点的技术人员有较高的要求，但有些情况下，如高危的边坡、泥石流地区，人工是不能到达现场的，要如实的反映这些地区的变形，使用传统的测量方法或GPS测量法是不可能完成的任务。但是如采用三维激光扫描技术，就可以很轻松地完成这类任务，三维激光扫描是主动式测量，不用接触被监测物体，不需要在被监测对象上设置监测标志，Lieca Scanstation C10三维激光扫描仪可以在300米的地方设站，把整个监测的对象以点云的方式全部记录下，包括每个细微的特征点。Lieca Scanstation C10扫描速率最高达到5万点每秒，根据不同的设置模式，最多需要十几分钟就可以全方位扫描一个站，大大减少了工作人员在危险现场的时间。接下来的工作就是在室内利用Lieca随机的Cyclone软件，对点云数据进行处理，建成三维模型，再把新测的三维模型与以往建立的模型进行对比，可以直观求出每个细微特征点的变形情况。
4.2 历史文物古址的保护
历史文物古址是人类进程的脚印，是人类文明的象征，但由于自然灾害、人类的破坏，所以这些文物古址是不可再生和和永久长存的，怎么永久地记录下这些历史文物古址，使它们流传后世，长期以来一直困扰着考古界和文物界。以前对历史文物古址记录采用尺子丈量加素描、拓印等，由于历史文物古址的造型奇特、不规则、细节丰富等特点，所以传统的方法不能详尽和精确地记录，采用直接接触式丈量和拓印还不利于和不便于历史文物古址的保护。后来虽然采用了摄影摄像技术，可以详尽地记录下历史文物古址的形状，但是还是不能解决精确的尺寸问题。现在三维激光扫描技术的出现，克服了以前的诸多问题，实现了非接触、高精度、高密度、真三维、全息影像融合记录下了历史文物古址的全部细节。为历史文物古址的保护、修护、研究、再造提供了最全面的精确的数据。
4.3 虚拟三维环境
虚拟现实、虚拟漫游、虚拟三维展示、三维仿真等都要使用到高分辨率的3D建模技术，可以使人身临其境地在三维环境中漫游，无论在世界任何角落，只需轻点鼠标就能足不出户免费“游览”。目前的虚拟三维环境，并不是真正的三维，一般采用的是2.5维。主要是因为基础数据采集困难，现在三维激光扫描技术的出现，就可以很方便地解决这个问题。
5 结论
[关键字] 三维激光 扫描技术 误差 影响因素
[中图分类号]P24[文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-1-276-10引言
三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术的新突破。它以高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。能够快速、大量的采集空间点位信息，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。具有快速性，不接触性，穿透性，动态、实时、主动性，高精度、高密度，自动化、数字化等特性。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势.三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。
1 三维激光扫描仪的测量原理
三维激光扫描仪是在激光的相干性、方向性、单色性和高亮度等特性基础上，同时注重操作简便和测量速度，从而保证测量的综合精度，测量原理主要为有测距、扫描、测角、定向四方面。
应用扫瞄技术来测量工件尺寸及形状等原理来工作。主要应用于逆向工程，负责曲面抄数，工件三维测量，针对现有三维实物在无技术文档情况下，可快速测得物体轮廓集合数据，加以建构，编辑，修改生成通用输出格式的曲面数字化模型。
2 快速扫描技术特点
快速扫描是扫描仪诞生的概念，常规测量中，对每一点测量花费时间在2-5秒，而有时对一点的坐标进行测量更达到几分钟的时间，当下对于此测量速度已经十分落后了，而改变了这一现状的正是由于三维激光扫描仪的诞生，脉冲扫描仪（scanstation2）最快速度可达到每秒50000点，而相位式扫描仪Surphaser最高速度已超120万点每秒，这种扫描技术是对物体详细描述的基本保证，深入测量的领域包括古文体，工厂管道，隧道，地形等。
无臂式手持3D扫描系统和双摄像头传感器形成了一个独特的组合，确保在实验室和工作场所能生成最精确的测量值。这一完备且功能强大的检测方案提高了测量过程的可靠性、速度和多功能性。在铰接臂方面与其他3D扫描仪相比较，光学3D扫描系统可以完全自由移动，显著提高了工作效率和质量。
3 关于径向三维激光扫描仪的测量误差分析
通过公式改正或修正系统予以消除或减小测量系统的偶然性误差是一些随机性误差的综合体现。由误差理论来分析，径向扫描系统测量误差分为偶然误差、系统误差以及系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差。
影响三维激光脚点测量误差的因素比较多，总的来说有仪器误差、外界环境条件、与目标物体反射面有关的误差这三类。仪器本身性能缺陷造成的测量误差是仪器误差，包括激光测距的误差、扫描角度测量的误差；温度、气压等是影响外界环境条件主要因素；而目标物体反射面倾斜的影响和表面粗糙度的影响是对与目标物体反射面有关的误差的主要影响因素。
3.1 关于扫描角测量的误差。竖直扫描角度以及水平扫描角度测量是影响扫描角的测量误差。而对于扫描镜的镜面平面角误差、扫描电机的非均匀转动控制误差、扫描镜转动的微小震动等因素是对引起扫描角度误差的综合反映。关于扫描角测量精度是相对高的，如徕卡的HDS2500扫描角测量精度可达±0.5″。
3.2 关于激光测距的误差。对于激光测距信号，处理的各环节都会带来一定程度上的误差，测距技术中不确定间隔的缺陷引起的误差和扫描仪脉冲计时的系统误差是光学电子电路中激光脉冲回波信号处理时引起的主要误差。测距的凸角误差与脉冲计时的系统误差造成循环、混淆现象相类似，而造成数据突变更可能是测距技术中不确定间隔的缺陷，这些突变的误差可通过技术（如频率倍乘、微调作用）处理。测距中的固定误差和比例误差是激光测距误差综合体现，对测距误差的大小可运用仪器检定来确定。
3.3 关于温度、气压等外界环境条件的影响。扫描过程中风的震动、温度变化对精密机械结构关系的细微影响、激光在空气中传播的方向等因素是温度、气压等外界环境条件对激光扫描影响的主要体现。而对三维激光扫描数据影响较大的还有恶劣的外界环境条件。测距误差或扫描角误差是径向三维激光扫描仪测量误差的主要来源。由于测距误差包含固定误差和比例误差两部分，其影响具有一定的规律性。如HDS2500仪器的测距误差在50m以内为6mm，超过50m 后仪器测距误差随距离线性增加，在200m时达到42mm。 扫描角的误差是一种与距离有关的误差，扫描角误差对扫描点的影响随距离增大而增大。
3.4 关于目标物体反射面倾斜的影响。在扫描测距系统中，激光接收器和激光发射头两部分组成激光测距单元。 而决定激光光束起始直径的大小是用于激光发射和接收窗口的孔径直径，这直径一般小于2cm。扫描到目标物体表面形成激光脚点光斑的原因是激光发射和接收共用一条光路，且激光光束具有一定发散角。
3.5 关于目标物体反射表面粗糙程度的影响。三维激光扫描点云的精度和物体表面粗糙程度有密切关系。首次或最后反射回来的回波信号只能被某些三维激光扫描系统处理，但也有三维激光扫描系统能综合处理首次和最后反射回来的回波信号。这些都体现三维激光回波信号具有多值性特点。下面以处理首次反射回来激光回波信号为例（如图1所示），目标物体表面粗糙程度引起激光脚点位置的偏差dS1 接近于物体表面粗糙极值max 的1/2。
4 结语
三维激光扫描仪的仪器设备及测量误差的研究目前还是不够完善，在这方面还需要相关的工作人员继续努力去完善，从而使其测量精度进一步提高。
参考文献
关键词：三维激光扫描技术；成都二环路；测绘技术；测量应用
【分类号】：P234.4
随着我国科学技术的不断发展，信息技术的进步，愈加拓宽的工程测量服务领域也在不断提高对测量技术的要求，由于地处城市主干道及城市高架的影响，全站仪、GPS测量在成都二环路改造工程竣工图实测已经完全无法满足业主提出的工期要求。因此，作为新技术应用探索，三维激光扫描技术应用于该工程，其不仅具有简便、快捷、精准的应用特点，而且其获取数据速度快，方法灵活，使工期得到了保障，受到业主的一致好评。
一.三维激光扫描技术概述
三维激光扫描技术是通过激光作为测量依据，获取相对复杂物体的图形与数据，在经由处理之后形成对采集数据的分析，并通过转换成为三维坐标或三维模型，来满足各种测量领域提出的不同需求。
（一）系统组成部分
就宾得S-3180V近景三维激光扫描仪来说，其主要的组成部分包括数码相机、电源、后处理软件及各种附属设备。其自带相机起到协助判断的功能，如右图一所示主机及定向靶位。
（二）工作原理
三维激光扫描技术通过内部的激光脉冲发射器功能向目标发射激光脉冲，在检测到被测目标之后，再将目标物发射回来的激光脉冲采集到信号接收器中，通过这样的反射、接收，来计算从激光脉冲发射出去到返回的时间，就是被扫描物体距离扫描点的距离，得到相应地物的三维点云数据；同时启动扫描控制模块功能，计算出其测量目标物的三维坐标，继而转换成为坐标系中的三维模型，得到最终的数据图形。
（三）应用优势
与传统的测量技术对比，三维激光扫描技术具有精准度高、分辨率高、速度快等多种应用优势，其特点主要表现在以下几个方面：
1.数字化
通过三维激光扫描技术获取到的数据信息都集体呈现出全数字的特点，非常易于分析、处理及显示。同时其用户界面友好，能够很好的实现与其它软件的数据共享与交换，比如说与GPS、外接数码相机配合使用等等，具有很好的拓展性。
2.分辨率高
三维激光扫描技术可以很好的实现高质量、高密度的进行数据信息采集，以此来实现高分辨率的根本目的。
3.应用性强
三维激光扫描技术对于使用条件没有高要求，因此有较强的环境适应能力，适合于野外测量，可以对大面积或者是表面复杂的物体进行精准的测量，因此在各个工程或者是道路建设等各领域中都有较为普遍的应用。
4.非接触式
在三维激光扫描技术中，使用的是非接触式高速激光的测量方法，因此这就在无需反射棱镜的基础上直接对目标物体予以扫描，并采集其相关三维信息。它的应用价值就体现于当在目标物体的位置处于较危险、恶劣的环境下，工作人员无法近身的时候。
二.三维激光扫描技术的实际应用
三维激光扫描技术目前已经在各个领域都有了较为普遍的应用，包括：文物保护；工业检测，工厂数字化管理；建筑桥梁的测绘；地形、地质研究等等。以下就三维激光扫描技术在成都二环路竣工图实测工程中的应用进行分析。
就成都二环路改造竣工图实测项目中，主要使用的是宾得S-3180V近景三维激光扫描仪，实测目标为路面地物，主要包括：人行道及广场各类别地砖、盲道、各类别井盖、路灯、树池、标志标牌、休息座椅等等。其后期主要应用的技术是将多站分块扫描进行无缝拼接，以此来将整体的扫描对象以几何形态表现出来。首先根据相邻扫描站所扫描的四到六个共有定向靶位，根据后方交会建站工作模式，采用系统自带平差软件计算各扫描站的三维信息，最终实现多个扫描站之间图形的无缝拼接，以此来实现对整体带状地形地物数据的收集。
（一）三维激光扫描技术的应用优势分析
就成都二环路来说，由于受到二环高架及周边高层房屋的影响，因此无法使用GPS，只能使用全站仪进行测量，但是在实施过程中全站仪的测量速度非常慢，一般一台全站仪每天仅能测量300m左右，加之二环路的车流、人流量非常大，对工作人员会产生一些潜在的安全隐患。
相反，就三维激光扫描仪来说，其具有速度快而且省去人工操作的环节，可以将其直接架设在中间绿化带中，3-6分钟的测量时间就可以测量完一跨桥两侧的地物，在一天8小时的时间内可以测量1.5km左右。
（二）地物实测应用
1.井盖
三维激光扫描及时通过对井盖获取密度、精度较高的三维数据，对井盖的形态及特点进行监测反映，井盖原始地物如图二所示，其经过三维激光扫描仪之后的图形显示如图三所示。
2. 雨污排水口、路沿石
当然，这只是在成都二环路竣工图实测地物的一部分应用，上述例举了两个地物特征，三维激光扫描技术就是通过对地物特征的形象进行扫描，并依据各个坐标形成三维坐标，继而根据地物特征提取其特征线，如下图所示：
经CAD软件绘制之后直接得到成都二环路如下的数据图：
在整个测绘过程中，对立体点位定位及立面测量三维激光扫描的精度和图像分辨处理效果不错，能够达到三维建模的各项指标要求，但对地面的物体定性上还必须得根据初步成果图进行现场确认，以确定各类井盖特性。
结束语
随着我国科学技术的不断发展，三维激光扫描仪的测量精准度也愈来愈高，测量范围也有了极大的拓展，目前三维激光扫描技术已经可以很好的应用到精准要求极高的道路工程测量等领域，其作为一种发展迅速的测量技术，在应用领域中不仅降低了测量成本，同时还能极大的提高工作效率。虽然说目前针对三维激光扫描技术的研究还是处在初级阶段，但随着研究的深入，与其他测量技术的有效结合，相信三维激光扫描技术必将得到更广泛的应用。
参考文献：
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关键词： 摄影测量，三维激光扫描，三维定位，测量精度
Abstract: This paper described the photographic measurement principle in the three-dimensional laser scanning system, and its principles and techniques are briefly described. Then the paper focused on the three-dimensional laser scanning system in the spatial data access and protection of ancient buildings and the application of theory, briefly analyzed the key technologies.
Keywords: photogrammetry, three-dimensional laser scanning, three-dimensional positioning, measurement accuracy
中图分类号：E933.43文献标识码：A
1 引言
近年来，以激光阵列距离扫描仪(Laser Range Scanner ，又称为激光雷达) 为代表的高新技术将在多等级三维空间目标的实时获取方面产生重大突破。其中，机/星载系统结合其他定位（如INS ，GPS）及遥感等高新技术，可进行大范围数字地表模型（digital surface model，DSM）的高精度实时获取。这种系统可部分穿越树林遮挡，直接获取真实地表的高精度三维信息，这是传统的摄影测量方法无法取代的。其中，地面车载或移动系统可用于城市道路、堤坝、隧道及大型建筑物等复杂三维空间目标的实时监测与模型化，是建立三维城市GIS 最迫切需要的技术之一[1]。
在空间数据的测量中，获取三维数据是一个重要的工作，三维测量目标包括空间精细的物件，也可以是高大的建筑物或庞杂的地形地貌等现实世界的各种形体。如何准确、有效地从实物样件上采集复杂三维表面数据，进而能快速地变成高质量的计算机软件中的三维数学模型目前仍然存在很大的障碍。三维激光扫描技术可以应用于文物保护、城市测绘、GIS数据获取、工程测量、地形测量等各种测量领域，可发挥较大的经济和社会效益。
2 三维激光扫描技术原理
三维激光扫描技术属于非接触式测量方式，其主要特点是无需和被测物体接触，可以在很多复杂环境下应用，并且可以和GPS 等集合起来实现更强、更多的应用。三维激光扫描测量技术是迅速发展起来的一项高新技术，西方发达国家已将这一先进技术用于对地观测系统和快速获取特定目标的立体模型中。利用激光三维扫描仪对物体的表面进行扫描测量，就可以得到大量表面点的三维数据，这些数据是进行三维建模的依据。
三维激光扫描系统的工作过程是一个不断重复的数据采集和处理过程，它采用仪器坐标系下的三维空间点组成的点云图来表达对目标物体采样的结果。三维激光扫描系统通过内置伺服驱动马达系统精密控制多面反射棱镜的转动，使脉冲激光束沿横轴方向和纵轴方向快速扫描。通过测量扫描仪到目标点的距离值和激光束的水平方向值和竖直方向值计算激光脚点的三维坐标。
脉冲激光测距的原理是：扫描仪的发射器通过激光二极管向目标发射近红外波长的激光束。激光经目标物体的漫反射，部分反射信号被接收器接受。通过测量信号在仪器和目标物体表面的往返时间，计算仪器和点间的距离[2]。
三维激光扫描系统通过数据采集获得测距观测值S，激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。激光扫描三维测量一般使用仪器内部坐标系统，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，如图1所示。由此可得到三维激光脚点坐标的计算公式：X = S*cosθcosα，Y = S*cosθsinα，Z = S*sinθ。
图1三维激光扫描系统测量原理
3 三维激光扫描系统的应用探讨
3.1 应用工作流程
三维激光扫描系统的工作流程分为:测站设计、扫描、控制标靶中心的获取、坐标配准、三维建模几个部分[2]。主要介绍如下：
1．测站设计
根据扫描目标的位置、大小、形态和需要获取的重点属性设计各扫描站和控制标靶的位置。要求每站之间至少有三个控制标靶重合，通过控制点的强制符合，以确定两个测站点云数据符合所需的7个自由度，使点云数据最终能够统一到一个仪器坐标系统下。
2．扫描
在选定的测站上架设扫描仪,调整好仪器的姿态。将扫描仪和笔记本使用网线连接，打开扫描仪的电源。启动Cy2clone软件，建立笔记本与扫描仪的通讯，扫描过程由Cy2clone软件控制，通过集成的数码相机拍摄扫描对象的影像，在影像上选取扫描区域。扫描仪根据软件环境中设置的参数（行、列数和扫描的分辨率等）自动进行扫描。
3．控制标靶中心的获取
每测站完成扫描后，均需要对控制标靶进行精细扫描。该扫描过程通过选取控制标靶区域内的点，为每个标靶设置唯一的标识，然后通过精细扫描该区域确定控制标靶的中心点，相同的控制标靶在不同测站中的标识必须相同。
4．坐标配准
坐标配准的基本方法有三种：配对方式、全局方式和绝对方式。前两种属于相对方式，它是以某一扫描站的坐标系为基准，其它各站的坐标系统都转换到该站的坐标系统下。
这两种方式的共同表现是：在实施扫描的过程中，所设置的控制点或标靶在扫描前其坐标均未知。而第三种方式，则在扫描前，控制点的坐标值已经被测定，在处理扫描数据时，各测站都需要转换到控制点所在的坐标系中。一般说来，前两种方式的处理，其相邻测站间往往需要部分重叠，而最后一种方式的处理，则不一定需要测站间的重叠。工程应用中常用的坐标配准方法为配对方式。
5．三维建模
利用Cyclone软件提供的丰富的点云数据处理功能，通过选取、截取、围栏选定的点云数据匹配生成面和复杂形体表面的不规则三角网（TIN），建成三维模型。
3.2 古建筑保护方面的应用
古建筑数据的准确采集和处理是进行数字化文物保护的前提和基础，地面三维激光扫描技术能快速完成实体表面数据点的扫描测量工作，获得大量精确、密集的三维坐标点云数据，并将这些复杂、不规则的三维数据完整地采集到电脑中，进而构建出实体表面的三维模型。点云文件能以坐标测量、切片浏览、表面处理和三维建模四种使用方式满足文保研究工作的需求，在古建筑测量方面得到了越来越广泛的应用。
根据扫描需求，确定扫描总站数和扫描仪安放位置，依据扫描方案依次完成扫描。由其扫描所得的初步资料是一群密布点云的三维坐标群，这些点云需使用后处理软件进行拼接与去噪才能得到适用的空间信息。点云数据采集与处理以后，要对数据进行坐标转换[6]。由于大型复杂的建筑物是以分块多测站的形式扫描的，而每个测站扫描后所得到的影像都是在以测站为坐标原点的独立坐标系下的图像，所以需将所有分站扫描得到的影像归化到同一坐标系下，从而完成各测站的独立坐标系向统一坐标系的转换。进行坐标转换以后的数据，是具有精确地理坐标的点云数据模型，可以被以任意方式进行剖切表现[7,8]。点云模型还可输出导入到传统的计算机辅助绘图设计软件和GIS 软件中，如AutoCAD、ArcGIS等。
建筑物模型重建的主要目的是恢复建筑物屋顶的每一个面片的高度、形状、位置、方向，以及面片之间的关系。通过建筑物阶跃边缘特征和屋顶面片的检测处理，可以基本上提供建筑物模型重建所需的元素，然后需要将这些元素组合成为建筑物模型。阶跃边缘和屋脊线提供了建筑物的线特征，但是这些特征没有连接起来成为闭合的区域。屋顶面片提供了每一个屋顶的方向和大致的边界，但是，对于与具有规则几何形状的建筑物模型的目标之间，仍然有一定的距离[9]。
古建筑物扫描所得结果需要进行处理和保存，可以建立古建筑数据库组织和管理。该数据库应该是空间位置信息与属性信息的有机结合，即空间数据库和属性数据库，前者由栅格数据和矢量数据组成，后者可根据文物保护工作设计，如：建筑面积、材质、位置、历史文化信息等。
目前要解决的问题就是：如何利用这些特征线和屋顶面片的点，在保证面片之间邻接关系的前提下，恢复出每一个面片的边界。屋顶面片和特征线均通过自动处理获取，虽然前文采用多种手段进行处理以提高检测的效果，但总是或多或少地存在一定的问题，如：漏检测、坐标偏差，以及碎片等。也就是说，已有的数据是不完备的，需要从这些不完备的数据中恢复建筑物模型。分裂合并算法是解决这类问题的一种重要而有效的方法，武汉大学的黄先锋博士提出了利用已有的建筑物特征线，通过BSP树进行约束对屋顶面片进行分裂合并处理的建筑物模型重建方法[10]。
4 总结
三维激光扫描技术可以快速获得物体表面的三维坐标，对三维重建的质量有重要的意义，它的应用日益广泛。本文在对三维激光扫描系统原理和技术介绍的基础上，探讨了该系统在空间数据获取、古建筑物保护方面的应用，并分析了各种应用中的特点、原理和存在的主要问题。
参考文献
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关键词：地形测绘 三维激光扫描技术 应用
中图分类号：P234.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0089-01
以往的地形测绘成图是利用GPS设备、人工携带全站仪等仪器，采集野外有限个测点信息，经专业软件处理后再生成图的形式。传统方法虽然较为稳定，但测绘人员要面对一些危险性较大的区域和难以达到的高难度边坡位置，数据采集时间也较长，测绘人员工作强度大，稍不留神，容易导致意外事故。三维激光扫描技术改变了传统测绘的作业流程，缩短了外业工作时间，降低了测绘人员劳动强度和难度，提高了测绘成果的质量。
1 三维激光扫描技术相关概述
1.1 三维激光扫描技术
三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命，突破了传统的单点测量方法，它和传统的GPS测量方式比起来具有高效率、高精度的独特优势，能够提供扫描物体表面的三维点云数据，所以，一些高精度高分辨率的数字地形模型也可通过三维激光扫描技术来获取。按照测量方式可划分为基于三角测距原理、基于脉冲式和基于相位差三种，按用途可分为室内和室外，概括来说就是长短距离不同的原理。通常基于脉冲式的三维激光扫描技术测程都较长，最远可达到6公里。而基于相位差原理的三维激光扫描技术测程就不如脉冲式，它的测程较短，只有百米左右。
1.2 特点
三维激光扫描具有三维扫描和快速扫描的特点。
传统测量概念里，几乎最终输出的数据都是二维结果（如CAD出图），在目前测量所使用的仪器当中全站仪、GPS占据大量的比例，然而测量出的数据都是二维形式的。但三维激光扫描技术每次测量出的数据都涵盖大量的测量信息，如R，G，B颜色信息，X，Y，Z点的信息，甚至物体反色率的信息也能同时反应出来，是传统测量手段无法企及的。
快速扫描是扫描仪诞生产生的概念，快速扫描的测量速度能达到每秒1000点，而常规的测量手段，每一点的测量都会浪费2～5秒不等，三维激光扫描技术的出现正好改变了此现象，提高了工作效率和质量。
1.3 工作原理
三维激光扫描技术在进行探测和测距时利用了光来获取对象表面点的三维坐标，达到三维场景重建和提取地表信息的目的。完整的三维激光扫描系统需要有以下几个方面共同组成：激光测距系统、高精度动态GPS差分定位系统（DGPS）和高精度动态载体姿态测量系统（INS）。它首先由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号并经过旋转棱镜射向目标，之后运用探测器接收反射回来的激光脉冲信号，记录器将过程所产生的信号给详细的记录下来，最后转换成数据信息，测绘人员通过数据信息进行识别，将信息经软件处理后实现实体建模输出。
1.4 数据采集与处理
点云数据是指通过3D扫描仪获取的海量点数据，完整的三维激光扫描技术脱离不开INS数据，GPS数据和点云数据，三维激光扫描主要获取的是离散三维点云数据，有利于将细节信息和剧烈变化的地物和地形给展现出来。点云数据反射强度信息和地表物体对激光的作用信息，为进一步点云数据处理提供参考。数据采集中很重要的一个环节就是利用点云数据进行三维建模，最后创建出的三维模型质量也受其影响。数据采集工作流程为：现场勘查――相扫――精扫反射体――对目标区域的精扫――拍摄场景照片。数据处理流程也分为三个步骤，（1）校准；为了统一相机坐标系和扫描仪坐标系，只有统一好这个坐标系后，地贴纹理才能准确。（2）消除噪点；由于一些不可抗拒的因素或测量仪器等原因，不可避免会出现噪点，会影响数据质量，所以在操作点云数据之前，先清楚噪点。（3）点云的拼接；确定统一坐标系是点云拼接的前提，可以用项目坐标系PRGS作为统一的坐标系，及时不使用全站仪也可以。
2 三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用
（1）采集野外数据；考察测区周围环境，判断扫描仪、测站数和标靶的位置，尽量选择少的测站，使原始的数据量有所减少，保证完整的测量区域能用各扫描占最终获取的数据。同步获取纹理数据和点云数据，方便后续的数据处理匹配。选择相应的采样进度要根据不同的比列尺寸要求，扫描采用逐站的方式。
（2）数据预处理；通常激光雷达点云数据的预处理步骤包括如图1所示：
扫描的点云数据较为复杂，其获取都来自不同站点，统一至一个坐标系需要对扫描后的点云数据进行正确匹配，便于建模和定量化分析目标，正确的匹配方法也有所不同，①精确地理坐标可通过GPS提供各个扫描站点，使固定的地理坐标系中涵盖所有的点云数据，此类方法能使所有点云的真实地理位置可以准确获得，为后期数据分析提供依据。消除地形重采样和手工点云数据的噪声，通常这些噪声中包含空气悬浮物，电线杆等。分割处理的点云，利于建模处理感兴趣的目标物。
（3）地物的绘制和提取。
提取点云数据还可利用三维激光扫描技术后期处理软件，如Gyclone软件，地物特征点可以在点云视图中手工提取，之后在文本文件中输出相应的格式，如E，H，Feature等，可以直接导入测绘图软件来绘制地物。
3 结语
总之，三维激光扫描技术来可以弥补传统地形测绘工作的许多不足之处，它快速、细致和高精度的特点减少了测绘人员的作业时间和强度，使测绘效率大幅度得以提高。地形测绘中，一些难以开展数据采集的高难度区域通过三维激光扫描技术可以快速顺利完成数据采集工作。三维激光扫描技术的深入研究对国民经济的可持续发展具有重大的现实意义，但是三维激光扫描技术也有外界环境条件、点云数据与目标物体反射面等不足之处，所以在使用过程中应尽可能客服上述不足之处，以便获取高精度的测绘成果。
参考文献
[1]孙德鸿，王占超.三维激光扫描技术在地形地质研究中的应用（二）[J].测绘通报，2011，（4）：85-86.
Abstract: This paper briefly introduces the characteristics of 3D laser scanning technology and its data processing method, summarizes the application of 3D laser scanning technology in measurement field and points out the prospect of 3D laser scanning technology.
关键词： 三维激光扫描技术；点云数据；测量
Key words: 3D laser scanning technology；point cloud data；measure
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）15-0209-01
0引言
三维激光扫描技术是一项迅速发展的高新技术，它的出现为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段。三维激光扫描技术主要采用激光测距原理，瞬时测得空间三维坐标值。其巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。目前此项技术已广泛应用于变形监测、工程测量、地形测量、城市规划、智能交通、防震减灾等领域。
1三维激光扫描系统简介
三维激光扫描系统按照扫描平台的不同可以分为：机载（或星载）激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。
机载激光扫描系统是指在飞机上搭载激光雷达、数字相机和定位定姿装置，以获取具有影像真实感的高精度数字表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）的新型测绘装备。系统通过扫描装置，沿航线采集地面点三维数据，通过特定方程解算处理成适当的影像值，生成数据影像和地面高程模型。
地面型三维激光扫描系统是在地面利用激光扫描装置自动、系统、快速（准实时）获取对象表面的三维坐标的测量技术，能在几分钟内对所感兴趣的区域建立详尽准确的三维立体影像，能提供准确的定量分析。
便携式激光扫描系统使得对物体进行照相测量成为可能，所谓照相测量，就是类似于照相机对视野内的物体进行照相，不同的是照相机摄取的是物体的二维图像，而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。
2三维激光扫描技术的特点
作为一种新的测量手段，三维激光扫描测绘技术与传统的测量方法相比有如下优点：①扫描速度快，地面三维激光扫描仪可在短时间内获取空间目标的三维信息；②非接触式工作，扫描仪发射激光束在测量目标自动反射，实现了危险目标、不可达目标的测量；③数据信息丰富，可以在进行空间三维坐标测量的同时，获取目标表面的激光强度信号和真彩色信息，为目标的识别和分类提供了更多途径；④主动性工作，自动发射测量信号，不需要外部光源配合，可在白天黑夜全天侯作业，提高了作业效率；⑤高精度，地面激光扫描能以高精度的方式获取目标的表面特征；⑥高密度，激光扫描同时能以高密度的方式获取目标表面细部特征；⑦可量测，可以直接在点云上获取三维坐标、距离、方位角、表面法向量，还可以计算得到点云所表达目标的表面积、体积等。
3三维激光扫描技术的数据处理
利用三维激光扫描仪获取的点云数据构建实体三维几何模型时，不同的应用对象、不同点云数据的特性，三维激光扫描数据处理的过程和方法也不尽相同。概括地讲，整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重建和模型可视化。数据采集是模型重建的前提，数据预处理为模型重建提供可靠精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高模型重构的精确度和速度；数据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩减、点云数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等；模型重建阶段涉及的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和纹理映射等。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用相应的数据处理策略和方法。
4三维激光扫描技术在测量领域的应用
三维激光扫描技术已经成为当前研究的热点之一，并在测绘领域体现出了广泛的应用。如夏国芳等[1]就探讨了采用三维激光扫描测量技术来获取隧道的纵横断面桩号里程以及高程数据的方法。他们利用三维激光扫描技术，得到了完整的隧道点云模型,等同于对隧道真实场景的数字重现，因此在数据内业处理过程中，可以通过外业获取的点云数据灵活地绘制出隧道的横纵断面图。武汉大学的王晓昳[2]则介绍了三维激光扫描技术在地籍调查中的应用，包括高精度的宗地面积的量算，生动形象的三维图像的生成以及快速建模以辅助地籍信息系统的建设。徐进军等[3]则将该技术引入到滑坡变形监测与分析中，通过充分利用滑坡体上的大量点自然地物作为监测点，来完整监测和分析其变形，并获得了初步满意的结果，表明采用三维激光扫描测量来快速建立滑坡监测系统，可以满足临滑预报要求。丁继胜等则介绍了该技术在海岸带测量、水深测量及海洋环境监测等方面的应用，并结合空载激光扫描测量技术的国内外研究现状，对我国在该技术领域的发展给出了一定的建议。黄义敏等通过激光扫描测量技术建立了高精度的水利枢纽工程构造物三维可视化数字地面模型，可对构造物任意点、任意尺寸或角度进行量测和校验，进行有效的测量精度分析，并给出限差报告，同时还根据工程需要生成了平面图、纵、横剖面图、等高（深）线图，计算面（体）积，进行工程放样等。
5结束语
三维激光扫描技术作为迅速发展的测量技术，它具有传统测量手段无可比拟的优势，主要体现在速度快、精度高、使用方便、自动化程度高、劳动强度低、受外界环境影响小等方面，因此它的普及应用将大大降低生产成本和提高工作效率。伴随三维激光扫描技术的不断完善与发展，充分发掘三维激光扫描技术的在测量领域的利用价值，将会给测量学科带来新的发展机遇，也将给广大测量工作者创造更好的工作条件。
参考文献：
[1]夏国芳，王晏民.三维激光扫描技术在隧道横纵断面测量中的应用研究.北京建筑工程学院学报，2010，26（03）.
关键词：三维激光扫描；文物考古；点云；数字线划图；模型
中图分类号：K85文献标识码：A
三维激光扫描技术概述
三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，是20 世纪 90 年代中期出现的一种以三维激光扫描仪和扫描信息处理技术为核心的数据采集与处理技术，其革命性的数据采集方式开创了面式数据采集的新纪元，因其满足了文物考古测绘领域非接触、高速度、高密度、全数字化的数据采集要求，在短短几年时间内迅速在考古发掘、古建筑测绘等文物保护领域得到了广泛应用。
（一）工作原理
三维激光扫描技术，通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲，反光镜旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体反射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器所经过的时间可以获得被目标体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块控制和测量每个激光脉冲的水平扫描角α和竖向扫描角β，后处理软件自动解算得出被测点的相对三维坐标（云点），进而转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。
（二）三维激光扫描技术的特点
非接触式
三维激光扫描技术采用非接触式高速激光测量方式，不需反射棱镜，直接对目标体进行扫描，采集目标体表面云点的三维坐标信息。在目标危险、环境恶劣、人员无法到达的情况下，传统测量技术无法完成，此时三维激光扫描技术优势明显。
数字化程度高、扩展性强
三维激光扫描系统采集的数据为数字信号，具有全数字的特征，易于处理、分析、输出、显示。而且后处理软件用户界面友好，能够与其它常用软件进行数据交换及共享，可与外接数码相机、GPS配合使用，拓宽其应用范围，具有较好的扩展性。
高分辨率
三维激光扫描技术可以进行快捷、高质量、高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。
应用广泛、适应性强
由于其良好的技术特点，在工程建设各领域，应用广泛。对使用条件要求不高，环境适应能力强，适合野外测量。
三维激光扫描在文物考古中的实施步骤及应用成果
（一）实施步骤
三维激光扫描作为一种获取三维空间信息手段，其工作流程与传统的测量手段有很多的相似之处但也有其自身的特点。主要过程和技术要点如下图所示：
图 三维激光扫描工作流程图
（二）应注意的问题
1、现场踏勘时，认真分析现场地形、地物分布特点，合理设置扫描站点，尽量的避免扫描盲区的出现，重点保证重要的地形、地物不会在盲区中出现。
2、对古建扫描时，建议对不同的部分采用不同分辨率扫描。比如对地面或者表面平整的墙壁，天花板等可采用较小的分辨率（一般情况下2cm）。但对于体形较小，结构复杂的构建要用相对密集的点云表示（毫米级），有时候要用最大扫描密度来扫描（比如对分布在带有浮雕的墙壁、柱子等）。
3、使用外置相机系统拍摄照片时，可以在扫描之前自然光线较好的条件拍摄，因为可能在扫描完毕后，为时已晚或遇到下雨天气等情况，耽误了拍照的时机。拍照时可设置自动包围曝光，每个场景有三张照片：当前曝光值照片、正补偿值照片、负补偿值照片，然后内业在作选择。
（三）应用成果
1、点云数据
代表扫描对象的一个个“测点”形成的“点集合”构成了三维激光扫描最原始的成果，称为“点云”。点云虽然经过了扫描算法的处理，但相对于传统单点式测量方法所具有的高密度和全息化的特点，可作为原始资料进行存档。同时，点云作为扫描对象的全数字化实景模型，可实现室内的真实量测。在考古挖掘的不同阶段，对挖掘现场进行扫描，可实现考古挖掘行为的动态化管理和考古过程数字化再现。在建筑遗产保护领域，借助于高精度的地面控制网，可实现文物建筑遗产的连续性扫描监测。
2、二维数字线划图
二维数字线划图是文物保护工程领域所习用的工程语言，三维激光扫描系统为绘制不同部位、不同方向的二维数字线划图提供了强大的绘制功能，使处于前端的文物测绘调查工作和后续的保护规划制定、修缮工程设计、施工等实现了无缝对接。二维线划图的绘制根据测绘对象的特点可以采用下述几种技术路线实现:
（1）对于局部构件的绘制，直接在点云上量取绘图所需要的长、宽、高数据，然后借助绘图工具绘制二维图；
（2）对于剖面图等截割投影图，根据绘图部位和绘制精度形成绘图区域的点云“切片”，将点云切片导入 AUTO-CAD 等图形绘制软件形成二维线划图；
（3）对于空间关系不明显、不易识别的测绘对象，借助高分辨率照片形成被测对象的正摄影像，然后绘制二维线划图。
二维线划图是对被测对象高度抽象化的结果，抽象的过程不可避免地造成了大量信息损失。实际上，在许多情况下二维线划图无法完整表达边界模糊对象的真实情况，如出土器物、建筑纹样、彩画、浅浮雕等。作为二维线划图的重要补充表现方式，基于三维激光扫描点云形成的正摄影像图消除了一般相片所固有的投影误差及高程误差，同时又兼具普通相片高分辨率、易于辨识的优势，较好地解决了“边界模糊类对象”难以精细化表达的难题。利用这一特点，可实现“边界模糊类对象”的数字化监测。譬如，通过比对不同时间段内壁画的高清晰正摄影像图，可精细地描述壁画颜色、形态等的变化。
高程模型和三维模型
对雕像等这类由连续曲面构成的测绘对象，以等值线的形式表现的数字高程模型是其最基本的表现方式。相对于以往全站仪单点测绘，三维激光扫描技术高密度点云实现了等值线精细测绘和三维建模。
此外，由于三维激光扫描结合传统控制测量可以较容易得到点云统一的地理坐标属性，据此建立的三维模型可很方便实现被测对象的三维漫游。
4、平面图、立面图、剖面图
建筑物的线画图作是传统建筑测绘的成果之一，是建筑物的测绘图件，包括平面图，立面图和剖面图。这些二维的图件可以表示房屋内部的结构或构造形式、分层情况，说明建筑物的长、宽、高的尺寸，地面标高，层顶的形式，门窗洞口的位置和形式，外墙装饰的设计形式和各部位的联系、材料及其高度等。传统的测量方法是手工描绘加皮尺测量。利用点云数据，可在Auto CAD中利用Cloud worx插件，可以方便的做出建筑物的平面、立面和剖面图。不但生产速度大大提高，且更简单，能让现有CAD技术人员充分利用自有的CAD制图技术。
5、彩色点云网上
扫描的彩色点云可以在互联网上，让远方的人可以通过互联网有如置身于真实的建筑物之中。的点云不但可以网上浏览，还可以实现基于互联网的量测、标注等。有利于数据共享和现有文物、建筑物的网上展示，宣传。尤其是对于一些不宜长期向公众开放的文物景点，通过网上的彩色点云数据，可以满足公众的网上虚拟浏览的需求，也有利于文物保护工作的开展。
（三）传统测量技术与三维激光扫描技术的结合应用
三维激光扫描技术具有传统测量方法不具备的诸多优势，如变 “单点采集”为批量面式采集、实现了“外业测量内业化”、“非接触”工作方式不需要测量辅助设施、“所见即所得”的特点实现了考古过程记录的定量化和动态“回放”。无论是微观的手持式扫描仪、中观的地面扫描仪，还是宏观的机载扫描仪，为了得到扫描目标的完整点云数据，都需要从不同扫描站对同一目标的不同部分进行扫描，然后将各个扫描站的扫描点云数据拼接在一起。数据拼接是三维扫描的最核心环节，但单凭三维扫描技术本身很难实现点云高精度拼接。
将传统测量方法与三维激光扫描技术结合，是解决上述问题的基本途径。为保证最末端扫描站扫描数据的质量，同时使整个点云模型的精度均匀，除需要控制自由拼接的测站数外，还需要在扫描测绘过程中引入控制测量的思想，按照“先控制，后碎部；从整体，到局部”的基本误差限定在容许范围内。扫描测绘前，首先利用精密水准仪、电子全站仪、卫星定位仪等传统测量仪器布设三维扫描控制网，测算各个控制点的大地坐标；在外业扫描过程中同步测量拼接点的大地坐标，将单一测站的扫描数据直接纳入大地测量坐标系中，提高拼接精度的同时，保证测绘对象不同部位的精度均匀。对于三维激光扫描无法测量的隐蔽部位可充分利用传统手工测量的灵活性特点以弥补。
参考文献
[1]白成军．三维激光扫描在古建筑测绘中的应用[D].天津大学建筑学院，2007.
1工程概况及作业流程
1.1工程概况广州市南丰国际会展中心坐落于广州市海珠区琶洲岛，包括南丰汇环球展贸中心和南丰国际会展中心共两幢大楼，集商业写字楼、五星级酒店等于一体的现代商务贸易中心，验收总建筑面积为28.3万m2，如图1所示。会展中心外形独特时尚，层层交错横纵;塔楼设计又宛如随意凌乱堆放的方块叠在一起，每个方块即每一层都是错乱而有序的叠搭;裙楼设计很具有倾斜线条美，或是向外倾斜，或是向内倾斜。由于其现代几何式立面结构，采用全站仪设站方式较难以准确测量出裙楼倾斜面各楼层的平面位置，与交错重叠的塔楼各楼层平面位置以及在裙楼不同倾斜角之间和塔楼各“方块”之间进深不一的众多凹角，这给我们的传统规划验收测量带来了挑战。1.2作业流程鉴于上述对会展中心异形建筑物竣工验收的分析，项目组应用三维激光扫描技术对其进行竣工验收测量。其作业流程如图2所示，主要内容包括:控制测量、外业扫描测量、内业数据处理、竣工图核对、三维建模、建筑面积计算、平立面图绘制、竣工地形图绘制等。
2三维竣工测量数据采集
2.1控制测量为满足建筑工程规划验收测量精度的要求，本工程以《卫星定位城市测量技术规范》为依据，布设一级静态GPS控制网，共测设静态控制点4个，范围涵盖两幢大楼，并联测四等水准8km(如图3所示)。一级控制网起算点选用工程附近广州市三等以上平面控制点，为提升整网精度，起算点范围涵盖4个一级控制点，高程控制以附近二等基岩水准控制点作为起算点。采用一级GPS控制网和四等水准不仅可以保证规划验收控制测量的精度，还能将验收测量成果接入广州市平面坐标系统和高程系统。2.2激光扫描测量数据采集本工程采用RIEGLVZ－400三维激光扫描仪，其反射距离为500m。依据会展中心建筑物异形的特点，本次三维激光扫描主要采用了以下两种方式:①单站绝对定向模式:三维激光扫描测站与靶标(类似全站仪的棱镜)布设在图根点上，并设置扫描相应参数，执行扫描。②无靶标相对定向:采用无靶标方式，直接对目标建筑物进行扫描。扫描站点的坐标量测利用“广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统(GZCORS)”和广州市似大地水准面，对三维激光扫描仪中内置的GPS定位功能进行开发，使得三维激光扫描仪在扫描测量建筑物的同时测量扫描站的RTK坐标，从而提高了外业作业速度和内业配准效率。工程实施过程中，对两幢楼的扫描采用精扫模式。南丰汇环球展贸中心共扫描27站，其中10站为在裙楼上进行扫描，共采用标靶9个，贴于建筑物幕墙或者特征比较明显的电线杆等物体上。南丰国际会展中心共扫描30站，其中9站为在裙楼上进行扫描，共采用标靶10个，同时用全站仪对标靶和测站点坐标进行测定。其中南丰国际会展中心采集站点如图4所示。
3三维竣工测量数据处理
3.1扫描测量数据预处理对建筑物扫描后，需要进行点云数据的预处理，包括点云去噪与修补和点云配准等工作。(1)点云去噪与修补获取的原始点云数据，会由于灌木丛遮挡，自身遮挡，玻璃透射等原因造成了大量的空洞和噪音，致使原始点云质量较差，需要进行去噪、补洞等处理。首先在地面三维激光扫描仪的配套软件RiscanPro中去除偏差较大的噪音后，后在GeomagicStudio中进一步去噪与交互式操作补洞。(2)点云数据配准根据外业数据采集的两种方式，数据配准工作同样采用与之相对应的两种模式。①后视定向配准对于起始测站采用靶标进行配准，输入测站坐标和靶标坐标，采用RieGLRiscan中后视定向配准模块进行配准，从而确定整个点云数据的全局坐标。②站站间配准首先要进行粗配，可以采用两种方法:a、选择同名特征点的方法进行配准，该方法适用于同名点特征明显的，至少要选择4个同名点，同名点应尽量选择房屋角、线杆顶等尖锐地物点;b、根据人工交互式移动测站，使未配准站移动到已配准站的对应位置，匹配精度以能够执行自动精确匹配为准。粗配结束，采用软件自动精确精配，提高配准精度，配准误差在0.01m以内，方可进行下一站配准。如图5所示为南丰国际会展中心各测站数据配准之后的建筑物点云数据图。3.2建筑物面积测算(1)采用切片法提取特征线设计合适的切片厚度对配准之后的三维点云数据的每一层进行X－Y水平面切面处理，通过提取特征点得到建筑物每一楼层特征线，从而计算该楼层建筑面积。(2)建筑面积计算采用切片法提取得到的每一楼层特征线，并通过输出绘图交换文件(dxf格式文件)，将其导入CAD软件，在数据工程编辑状态下绘制建筑物线划图，从而计算建筑物面积。3.3立面图绘制根据建筑物竣工验收要求，核对建筑物竣工立面图是一项重要工作，本项目根据扫描点云数据绘制的建筑物竣工立面图与建设单位提供的竣工建筑物立面图进行对比，可清晰了解其立面图的实际尺寸，与现场符合情况等。本工程的立面图绘制流程如图6所示，采用项目组自主研发软件Laserscanner，对点云数据三维模型进行主立面投影，并采用三维量测模式进行量测，输出绘图交换dxf文件，将其导入CAD软件中，在规划管理工程模板下，并根据地面LiDAR部件高分辨率数码相机所获得的高清晰图片，进行立面线划图绘制。采用三维激光扫描仪进行建筑物竣工测量，其中最终产品之一的是建立目标物的三维模型，如图7所示，并可在模型上提取断面图，进行量测、面积计算等。根据点云经过建模处理之后绘制的塔楼竣工立面图，如图8所示。
4结果分析
以南丰国际中心第9层为例(如图9所示)，下图为经过X－Y水平面切面处理截留的点云平面图，并与全站仪观测数据进行比对(红色线为全站仪观测)。项目采用地面三维激光扫描仪结合全站仪观测，还以南丰国际会展中心第9层为例，对该点云数据进行再次滤波去噪处理，并将其连接成线，并与全站仪观测数对比，各角点坐标比较如表1所示。由于两幢楼塔楼各楼层中心均有中空，采用全站仪观测计算南丰国际会展中心第9层面积为3134.0km2(未扣除中空面积)，三维激光扫描仪计算面积为3133.1km2，面积相差甚小。
5总结
城市化进程中的异形建筑增多、规划管理复杂化，传统二维竣工测量已不能满足规划管理的要求。三维激光扫描仪以其自身的技术特点，能够获取一些全站仪难以采集到的建筑物角点，本文以广州市会展中心某异形建筑为工程实例，来验证三维激光扫描技术在城市建筑竣工测量中的可行性。首先对三维竣工测量作业流程进行了总体阐述，继而介绍了三维竣工测量数据采集中的控制测量和激光扫描测量数据采集流程与技术，最后对三维竣工测量数据处理中的扫描测量数据预处理、建筑物面积测算和立面图绘制三个关键过程进行了分析研究。三维竣工测量数据与全站仪观测数据进行比对分析，点位和面积结果相差甚少，能够满足建筑竣工测量需求。综上所述，本文认为三维激光扫描技术在结构复杂、超大规模建筑物验收测量中具有较好的应用价值，应该在特定的规划验收中推广使用。
作者：吕磊 邢汉发 王叙泉 单位：广州市城市规划勘测设计研究院
