三维扫描范文1
在测量逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，因为其直观性是二维无法表示的。三维激光扫描仪就是近年来迅速发展起来的先进测量仪器，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现是测绘领域继GPS技术之后的又一次突破性技术革命。它突破了传统的单点测量方法，能够提供扫描物体表面的三维点云数据，通过对观测对象进行多角度的立体扫描、得到被测对象的位置及高度等信息，然后对这些信息进行处理、建模，拼接成图，即可获取高精度高分辨率的数字模型。三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X，Y，Z点的信息，还包括R，G，B颜色信息，同时还有物体反色率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。
1 三维激光扫描仪分类
三维激光扫描仪种类很多，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。
按照有效扫描距离可分为：
（1）短距离激光扫描仪：其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6～1.2m，通常这类扫描仪，不仅扫描速度快且精度较高，适合用于小型模具的量测。
（2）中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30m的三维激光扫描仪属于中距离三维激光扫描仪，其多用于大型模具或室内空间的测量。
（3）长距离激光扫描仪：扫描距离大于30m的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、大型土木工程等的测量。例如，奥地利Riegl公司出品的LMS Z420i三维激光扫描仪和加拿大Cyra技术有限责任公司出品的Cyrax2500激光扫描仪等，属于这类扫描仪。
（4）航空激光扫描仪：最长扫描距离通常大于1公里，并且需要配备精确的导航定位系统，其可用于大范围地形的扫描测量。
要保证扫描数据的精度，就必须根据项目的需要，在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。
2 三维激光扫描仪外业数据采集
要进行外业数据的采集，首先要选择合适的位置设置测站。选取视野开阔，行人车辆较少的地方，架好三脚架，将三维激光扫描仪固定在三角架上，再选择合适的位置（或者已知点）摆放球状标靶，并依次对其进行编号，以便于后期点云数据的编辑操作。
首先要开机预热约5分钟左右，然后在仪器设置中输入工程名称，量取仪器高，并将仪器高及标靶的坐标、高程等数据输入仪器，选择扫描方式，可以进行全景扫描，也可以指定角度范围进行扫描。设置好后保存，完成设站。设站完成后，就可以进行扫描数据采集了，直到设置范围内景物扫描完毕。
一般情况下由于扫描物范围过大，或者被扫描物体的形状较复杂，一次设站往往不能完成物体的扫描，这就需要多次迁站，重复上述过程，以完成整个物体的扫描。为了拼接建模的需要，各测站中，要保持三个以上公共点。
3 扫描数据的内业处理
3.1 扫描数据的预处理
野外数据采集完成后，回到室内，将点云数据传入电脑，应用相应专业软件对扫描数据进行预处理。
由于外业环境较为复杂，在数据采集过程中避免不了人员及车辆的通过。人员及车辆的数据信息就会被采集到仪器中，数据量大大增加，对于三维建模没有用处，且会影响程序的运行速度，需要将其剔除，这就是点云数据的去噪声。
点云数据采集的是海量数据，数据量过大会影响程序的运行速度，因此在不影响曲面模型重构和保持一定精度的前提下需要对采集的数据进行适当删除精简。常用的精简方法有：平均精简即原点云中每n个点保留1个；按距离精简即删除一些点后使保留的点云中点与点间的距离均大于某值。
3.2 三维建模
对空间信息进行可视化表达，即进行三维建模，通常有两类方法：基于图像的方法和基于几何的方法。基于图像的方法是通过照片或图片来建立模型，其数据来源是数码相机。而基于几何的方法是利用三维激光扫描仪获取深度数据来建立三维模型，这种方法含有被测场景比较精确的几何信息。
扫描时往往在一站不能测出所有数据，而需要从不同位置、多视角进行多次扫描，即多次设站。各测站采集的点云就需要对齐、拼接。点云对齐、拼接可以通过在物体表面布设同名控制点（各测站间的重合标靶）来实现。
为了真实地还原扫描物体，需要将扫描数据用准确的曲面表示出来，这个过程叫曲面重构。常见曲面有以下几类：三角形网格、细分曲面、明确的函数表示、暗含的函数表示、参数曲面、张量积B样条曲面、NURBS曲面、曲化的面片等。
曲面重构完成后，下一步就可以进行扫描物体的三维建模，还原扫描物体的本来面目，点云数据处理步骤基本完成。
4 注意事项
进行三维激光扫描测站的选择，应注意该选在视野相对开阔的地方，四周遮挡物较少，这样扫描范围广，减少测站的设置，提高工作效率，加快工作进程。
其次测站的选择离观测对象不宜过近，以免仰角太大，影响成像的效果。
在扫描过程中，人员尽量减少在仪器前的走动，以免影响扫描结果，增加数据的采集。
各测站间一定要有3个以上重合点，且要有相应的编号，便于数据的拼接建模。
5 三维激光扫描仪发展前景
三维激光扫描的主要特点是实时性、主动性、适应性好。三维激光扫描数据经过简单的处理就可以直接使用，无需复杂的费时费力的数据后处理；且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。三维激光扫描技术作为目前发展迅猛的新技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域已有了广泛的应用，相信随着科技的进一步发展三维激光扫描技术将会在越来越多的领域得到充分的应用。
【参考文献】
[1]花向红，马立广.地面三维激光扫描测量技术研究[D].武汉：武汉大学，2005.
三维扫描范文2
关键词：三维激光扫描技术；古建筑保护
前言
随着经济的发展，科技在不断的创新，这些年来，工程测量在工程行业里的应用在不断的拓宽，传统的坐标测量仪器如全站仪，断面仪已满足不了高精度的三维坐标测量，相比较这些传统的测量技术，国际上近期发展的一项高新技术--三维激光扫描技术，这种技术具有极大的优势所在，通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能 力是现行的三维建模软件所不可比拟的。作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘等领域里应用。
一、三维激光扫描技术的工作原理
三维激光扫描技术，是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发生激光脉冲，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发射回来的激光脉冲，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，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、扫描数据处理
地面三维激光扫描系统扫描得到的数据是点云数据(Points Cloud) ，记录了有限体表面上离散点的空间坐标和某些物理参量。点的表示形式为( x ,y ,z ,intensity ,R ,G ,B) ，不仅包含了点的空间位置关系，还包括点的强度信息和颜色灰度信息。离散的点云数据并不能够真实准确地表达构筑物的整体模型，为了满足三维建模的需求，首先要对所获得的原始点云数据进行处理，包括数据滤波、坐标系转换、数据配准。
三、三维激光扫描技术的特点
三维激光扫描系统是目前国际上最先进的获取地面空间多目标三维数据的长距离影像的测量技术。它将传统测量系统的点测量扩展到面测量，它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，复杂实体的三维数据完整的采集到计算机中，进而快速重构出目标的三维模型及点、线、面、、体等各种几何数据，而且它所采集到的三维激光点云数据还可以进行多种后处理工作。三维激光扫描技术利用激光的独特的有异性能用作扫描测量，该技术具有非接触测量、数据采样率高、主动发射扫描光源、具有高分辨率、高精度数字化采集结构紧凑等特点。
四、三维激光技术应用于古建筑保护实例
1、古建筑特征
古建筑是历史政治经济文化的凝聚物， 不同时代的建筑见证了不同的政治、 文化和审美，不同的民族其建筑也有其独特的风格。中国古建筑在外型上主要由屋顶、屋身和台基三部分组成；建筑的结构有石块和木质，其中 80%以上是木质结构。细部台基、立柱、斗拱和屋顶结构繁杂；门窗天花板形式多种多样，图案栩栩如生。其建筑物内涵极为丰富，因而对保护建筑物这些特征所要求的技术非常高。
采用三维激光影像扫描技术，能在不损伤建筑物的条件下，快速采集古建筑物外部表面的精确数据。通过使用软件，可以快速地为扫描获得的点云赋予相应的彩色信息，再经过加工便制作成正射影像，向用户展示一个完全的实景彩色图像。相对于以往近景摄影来说，正射影像具有更为精确的可量测性，古建筑设计和保护人员可以精确对门、窗、柱、梁等构件进行测量，借助CAD便可以制作出用于施工的CAD数据图。
2、三维激光扫描在古建筑保护中应用
用三维激光测量古建筑，其步骤如下：
第一步：古建筑表面数据采集。主要内容有：确定测绘方案，三维激光实地扫描。
本实验以Trimble GX3D激光扫描系统测量中山纪念堂为例，实验设置了三个标靶点，测量时仪器 Z轴垂直。
第二步：内业数据处理。主要内容包括：数据转换、点云数据配准、数据建模、实物量测和数据存档。
表 1 标靶点坐标值
第一测站/(mm) 第二测站/(mm)
标靶点 XY Z X YZ
B13071.923341.951543.87-21461.26 39844.931516.14
B22970.82 -12629.37 1523.50-7676.8331769.841533.19
B3981.71-16874.30 1485.69-4998.8227924.101504.60
根据表 1 计算得其六参数数据转换精度约为±1.2mm。
内业处理软件为：与扫描仪相配套的数据处理软件Realworks Survey。在配准模式下，不同测站的点云数据融合在一个坐标系统当中。在测量模式下，在三维点云图上量取实物尺寸和特征数据；也可以输出到CAD中，制作古建筑的平面地图；还可以直接存档点云数据（如图）。在建模模式下，可以根据已有几何形体对点云建立模型。
三维激光测量数据处理结果仍以点云的形式存档于数据库或者计算机中，结果数据存储文件格式为：*.asc，存储的内容有坐标值、RGB大小及坐标标准差。
存储后，数据可用于档案记录、三维可视化及逆向重建等方面，通过建模技术还原古建筑物原貌，并绘制精确的修缮施工图纸，做到客观、准确地保护古建筑物，充分发挥三维激光扫描技术在古建筑保护中的应用价值。
因受该建筑物结构复杂、部分观测条件不佳等客观条件影响以及时间和经费的限制，此次中山纪念堂的三维观测数据有欠完整，但成果资料完全能体现三维激光扫描技术的先进性和优越性，我们期待通过后期工作的跟进，能进一步完善本科研成果，更全面地建立中山纪念堂的建筑设计图，并建立完整的三维模型，赋予建筑色彩及强度等因素，全方位地提供建筑物的各项数据。
结论：
本文给出了三维激光扫描技术及其在古建筑测绘方面的应用实例。可以看出，三维激光技术由于其测量时间短、收集数据广、测量精度高、处理数据自动化以及其点云可用于深层次的模型重建被广泛应用于古建筑的保护中。 但是由于三维激光技术本身的缺陷以及数学处理模型的不完善，使得在古建筑保护中其适用性和可靠性并不能达到最佳。这就要求我们继续深入研究和改进三维激光测量和处理技术， 以期三维激光技术更好更深入应用于古建筑方面，更广泛应用于其他领域。
参考文献：
[1] 余明，丁辰，过静.激光三维扫描技术用于古建筑测绘的研究[J].测绘科学，2004.
三维扫描范文3
【关键词】三维激光 扫描仪 测绘 应用
RIEGL VZ-4000三维激光扫描技术是现在国际获取空间多目标三维数据最先进的长距离影像测量测量技术，由于它是将传统测绘系统的测量扩展于到了面测量，能够深入到复杂的空间和现场环境中进行扫描测量，直接将各种复杂的、大型的目标物体所扫描的点云数据完整地输入到计算机中，然后构出目标物体。
1 RIEGL VZ-4000扫描系统组成
RIEGL VZ-4000是地面型激光扫描系统的固定式三维激光扫描仪，其扫描系统组成包括以下：
（1）超长测程。高速、高分辨率提供高达4公里的超长测程以及竖直60°，水平360°的广阔视场角范围。采用不可见的对人眼安全的一级激光。
高精度以及可信赖的超远测程是基于RIEGL VZ系列扫描仪独一无二的数字化回波和在线波处理功能，即使在沙尘、雾天、雨雪等能见度非常差的天气作业时，也能按需获取高精度测量及多重目标回波的识别。
（2）波形数据输出（可选的）。数字化回波信号，也被称为波形数据，通过VZ-4000获取用于进行波形分析。
表1操作模式
Laser PRR 30 kHz 50 kHz 150 kHz 300kHz
有效测量速度
目标反射率：p≥90%
目标反射率：p≥20% 23000点/秒
4000m
2300m 37000点/秒
3100m
1700m 113000点/秒
2400m
1200m 222000点/秒
2400m
1200m
目标回波接受的最大数量 无限次回波m
（3）内置数码相机。内置分辨率为2060×1920 pixels（5M）像素的数码相机，自动曝光控制。数码相机视场范围为7.2°×5.5°（垂直×水平）可通过棱镜旋转获取覆盖整个视场一定数量的高分辨率的全景照片，与扫描测量成果相结合，创建三维数字模型，为地质、岩土、公路设计的调查提供相应的服务保障。
（4）内置双轴倾斜补偿和GPS。利用集成的GPS接收机（L1）或者外接GPS接收机，内置双轴倾斜传感器（补偿范围±10°，精度±0.008°）。
（5）内置数字磁罗盘。
（6）内置大容量数据存储。
（7）内置激光铅锤。
（8）外接电源。
（9）反射片。
（10）RIEGL软件包。
2 RIEGL VZ-4000扫描仪的基本原理
三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经目标表面漫反射后，沿几乎相近的路径反向传回到接收器，计算目标点与扫描仪距离S，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β。三维激光扫描测量是仪器自定义坐标系。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，得P的坐标。
图1扫描仪三维计算示意图与公式。
3 RIEGL VZ-4000扫描仪外业数据采集
外业数据采集采用自由架站的方法进行，即不输入扫描站的坐标和定向坐标，使用RTK或全站仪采集反射片的坐标。
外业数据采集包括反射片及控制点布设与测量、数据全景扫描和外业扫描精的控制三部分工作。
3.1反射片布设及测量
在外业数据采集时，需要在测站位置周围3米外7米内布设3个以上不在同一条线上反射片。由于扫描仪与被扫描目标所形成的夹角不同、分辨率不一样，夹角越小，分辨率越低；对于不同的扫描距离，点的精度也不同；另外还存在有障碍物不能通视的情况，因此有很多测站扫描的数据拼接到一起完成。为了拼接和数据管理方便，把反射片的点名与扫描站的站数命名一致，如扫描站默认第一站站名为ScanPos001，那么反射片点名为K001-1、K001-2、K001-3。默认第二站为ScanPos002， 那么反射片点名为K002-1、K002-2、K002-3， 以此类推。使用RTK或全站仪测量反射片坐标。
3.2确定采样间隔和数字化回波信号频率
采样间隔和数字化回波信号频率设置很重要，采样间隔大，给数据处理精度造成影响；采样间隔小，则采集到的点云数据量庞大，给数据的传输、保存以及后期的数据处理带来很大的麻烦。扫描仪内设有扫描脉冲时间60和80。
数字化回波信号频率有 30 kHz 、50 kHz、150 kHz、300 kHz四种模式。通视条件好的情况下，保证相邻测站间有一定的点云重叠区域，通视条件不好，则应选择适当位置增加扫描站数，直至需要测量的目标全部扫描完成经验值配对表。
表2经验值配对表
距离 脉冲时间 数字化回波信号频率
500米以内 80/60 300 kHz
距离 脉冲时间 数字化回波信号频率
1000米以内 60/80 150 kHz
1000-2000米以内 60 50 kHz
2000米以上 60 30 kHz
3.3外业扫描精度的控制
选择晴朗、大气环境稳定、能见度高、0℃-40℃气温的环境中扫描作业，减少大气中水汽、杂质等对于激光传输路径以及传输时间的影响；对于目标对象的透射或者镜面反射表面要做处理，防止丢失信号、弱激光信号对精度的影响；避免非静态因素的影响。例如：人、下雪、下雨、等等。
4 RIEGL VZ-4000扫描仪内业数据处理
RisCAN PRO是奥地利Riegl公司为RIEGL仪系三维扫描仪开发的软件，它具有强大的数据配准功能，能够将模型导出多种比较通用的数据格式。
外业扫描到的点云数据量非常大，既包含有用的数据，也包含车辆、行人、雪、雨等无用的数据，这些无用的数据，我们称之为噪点数据。这些点云数据必须要经过处理。从点云到测绘成果的实现包括扫描数据分区、反射片的选取、建立扫描站点云数据模型、点云拼接、坐标转换、数据抽隙、去噪点、格式转换、生成南方CASS坐标数据文件。
4.1 扫描站数据分区
根据地形和精度的限制，本工程把测区扫描站分了18个区块。
4.2反射片的选取
一般在2D视图下，灰度模式中的点云数据中选取反射片，灰度值软件根据爆光度计算。在3D视图中拖入标记的反射片来检查标记的反射片位置是否正确-，若发现反射片选取偏离，可在扫描站中的TPL中删除改点，在3D视图中重新选择。为了拼接和数据管理方便，把点云数据反射片的点名与扫描站的站数命名一致，如扫描站默认第一站站名为ScanPos001，那么反射片点名为TP001-1、TP001-2、TP001-3。默认第二站为ScanPos002， 那么反射片点名为TP002-1、TP002-2、TP002-3以此类推。
4.3建立扫描站点云数据模型
建模设定参数主要有三个：
（1）max plane error=0.02m、（设置最大平面的误差）；
（2）max edge lenth=2m、 （设置最大三角形边长）；
（3）reference range=150m。（设置最站与站重叠长度或测程的一半）。
4.4点云数据拼接
把从各个扫描站上扫描得到的点云数据，找出正确的排列关系，使它们能够拟合成一个整体的点云数据，即把不同基准下的点云数据转换到同一基准下的点云数据，这个过程叫做点云数据拼接。其实质是把不同的坐标系下的点云数据进行坐标变换。点云数据拼接技术按过程分为，粗略拼接和精确拼接。
4.4.1粗略拼接
将不同坐标系下的点云数据大致转换到同坐标系下，为精确拼接提供出始值。通过点云数据反射片坐标TPL（socs）与RTK所测的直角坐标TPL（GLCS）进行点与点匹配。设置的容差和匹配点个数，如果无法匹配的时候首先检查容差设置和匹配点数量的设置，如果还不行，打开3D点云看选取的位置是否在所要选取的位置上，这个过程叫粗略拼
4.4.2精确拼接
通过迭代优化一组坐标转换参数，实现拼接误差最小。设置的参数（设置搜索半径，半径大小根据粗略拼的结果来定；设置误差递减，幅度不要太大。打开多站点拼接命令，选取一个扫描站作为这个区块的基准后锁定，在拼接过程中一定要一站一站拼接。根据计算的结果，重复设置更小参数直至达到最优结果；检查点云数据，看无明显分层即可。
4.4.3点云数据拼接精度控制
点云数据的拟合处理，是不同坐标系统之间转换，转换误差主要是反射片的选取、控制网的精度、测量仪器的精度。
测量控制网精度控制在cm级，扫描站之间可通视的情况下，可以选择点拟合特征点的方式拼接，选取高精度的测量仪器和测量方法，可提高成果精度。
4.5坐标转换
首先需要删除TPL（prcs）里的所有点，之后将每一站TPL（socs）中的点计算后复制到TPL（prcs），打开TPL（prcs）进行点对点匹配（坐标转换）。以下是各个区的坐标转换精度表；
（1）Correspong tiepingts（精拼坐标与RTK实测量坐标配对、坐标转换的总点数）
（2）Standard deviation（扫描点拼接后区块的中误差）
用RTK对18个区块进行高程内插检测，最小差±0.10cm，最大差±100cm，因为是高寒区允许误差为±120cm。满足地质矿产勘查测量规范要求。
4.6数据抽隙
在OBJECTS里面的POLYDATA中新建一个POLYDATA文件，然后再出现的对话框中选择所要合并的文件，并在设置中点击octree命令在increment栏中确定抽希的间隔距离，勾选Conbine命令合并选择的数据。如果认为所采集到的点云数据或者局部数据相对于工程本身过于密集，还可以对数据进行抽隙处理。
4.7去噪点
在点云数据采集过程中，由于车辆、行人、树木等因素的影响，我们采集到了很多无用的数据，这些数据称作噪声数据，将这些数据的剔除过程叫做数据滤波。噪声数据与有用数据点云的区别在于噪声数据是不连续的、无规律的、比较稀疏而杂乱。利用这一特点可以将噪声数据剔除。打开精确拼接后的点云数据，通过正视图、侧视图等删除躁点；部分选取数据，点击terrian filter 按钮，设置vegetation 剔除植被、mining-object剔除矿上上的物体、mining-points below terrain为剔除低于地面的点。在运行剔除植被之后，所有被软件认为是植被的点将处于选择状态，在这当中通常会有一些坡、坎上的点，手动选择需要保留的点。对点云数据进行检查把不参与生成等高线的点手动框选删除。
4.8 MTA空间
理想状态下，激光将一束束发射，每一束激光发射和接受全部信号后，下一束激光才发射，但是由于激光发射频率和扫描距离之间的相互影响，常常当发射的第一束激光时，部分距离较远的回波还没返回到扫描仪后，第二束激光已经发射出去了，这时在第二束激光发射后，第一束激光才返回来和第二束激光返回来的回波将产生影响，需要手动区分二者。
在长距离扫描仪过程中，通常看到在扫描仪周围产生很多飞点，这些飞点并不全是噪点，有些点是由于MTA效应的影响产生的，需要手动的将这些点选择，然后点击工具栏上的“MTA Tool”工具，设置MTA ZONE值为2，将这些点划分到MTA ZONE 2中去，现这些点在远处显示成了真实的地物或者地表点。有时受到能见度的影响，扫描仪测程不能达到预期效果，这时选取后的点将在远处形成球面形状，这些点意为噪点可直接删除。不使用这些点，在数据处理时可当植被点或者噪点剔除。
4.9 数据处理
拼接后点云数据在去噪处理时采用自动化和手工相结合的方式对误差影响不大。后续数据处理尽可能减少格式转化，基于点云数据的三维模型制作采用“测量――建模”模式。二维图件制作必须在测量对象的逻辑结构上进行制图。
4.10动画展示
RiSCAN PRO 软件画面中开启所欲制作动画的数据，于主要工作窗口按下右键，选择 Create NewAnimation，即可进入产生动画设定画面。将主画面数据旋转至欲制做动画的角度，按下 Add Pose 键后即可设定为第一视角，以此类推设定后续视角，软件可计算出各点飞行距离，并可设定飞行时间、速度等参数，并可预视其飞行路径；参数设定完毕后设定影片大小及压缩格式即可产生动画档案。输出档案无需专业点云处理软件亦可于其他计算机上播放（使用Windows 系统软件内建的 Media player 即可），此动画档的传输将有利于了解现场测绘的完整情形。
5 结语
三维激光扫描技术能获取目标的空间信息，具有大面积、高自动化、高速率、高精度的测量的特点，采集过程安全简单、节省人力并且具有强大的数据理能力，几乎可以提供任何位置、任何细节的信息，作业成果完全能满足高寒地区地形测量。
通过实践，发现地面三维激光扫描技术的普及也存在以下不足：
（1）数据采集过程当中受现场条件限制较多，如视场角、植被、地物，数据后处理较复杂，外业完成后需要较长时间的数据处理，耽误后续工程的人员投入；
（2）仪器设备价格昂贵，进口的基本都在200万元左右，现阶段一个生产单位完全由传统测量方式向三维激光扫描测量方式转型不太现实。
（3）仪器自身和精度检校困难，基准值求取复杂，精度不好评定。
（4）精度、测距与扫描速率存在矛盾关系。
基于这些不足，提出三维激光扫描仪的发展趋势有以下几个方面：
（1）三维激光扫描仪国产化，生产单位能用普遍使用。
（2）点云数据软件处理公用化、多功能化。
（3）进一步扩大扫描范围，实现全圆扫描，获得空间目标点云数据。
相信随着技术的发展，企业生产成本的降低，三维激光扫描技术这种“所见即所得”的测量方式必将在道路工程测量、文物、模具、军事、航天、石化、医学、交通等领域得到广泛应用。
参考文献：
[1]张正禄 [等]编著.工程测量学[M].武汉大学出版社，2005.
三维扫描范文4
以先进的三维激光扫描技术、计算机图形技术和信息技术为手段，以建立特种设备三维精确模型库和知识库为基础，建设一个集三维电子档案、维护数据管理、决策支持、人员培训等多种功能于一体的信息化管理与应用平台，力图实现整个组织内部人员、空间、位置、设备等资源的整合，为管理者提供一个数据自动化操作平台，从工作流程的自动化，到空间规划功能的可视化，更加高效、及时、精准地服务于设备管理活动，同时为后期的管理控制一体化奠定基础。该系统以智能化设备管理系统作为资源中心和工作平台，整合了所有与设备相关工作，如资产管理、空间管理、维护保养、故障维修等，而且整合了管理过程中的人力和物力资源，如通过“任务管理”，可记录维修或检测任务执行者、完成的时间、实施的对象、费用等，以便有据可查。用户的工作过程：在计算机或其他便携式显示终端上打开该系统，利用高精度三维模型，可以任意角度观察，如亲临现场；点击单个设备、查询其属性及维护信息；对复杂设备进行解构，通过适当的交互辅助人员培训；统计分析设备的工作状况，防患于未然；对基于空间信息和管理信息的任务进行辅助决策。
2系统功能设计
软件系统的功能是实现直观方便地展示设备各部件之间、设备之间的连接关系，显示设备的属性信息、技术指标，为理解设备的工作原理、设备的故障快速定位及维修、了解设备历史状况及维修记录，提供经济高效的支持。
2.1系统管理
2.1.1基本信息维护
主要完成系统基本信息的设置修改和补充，包括单位、部门、员工、生产厂家基本信息维护，只有较高权限的人才能进行基本信息维护。
2.1.2权限维护
用于设置用户的使用权限、初始登陆口令，保证用户信息安全。为了保证系统运行安全，对不同的用户进行不同等级的严格授权。
2.2设备录入
2.2.1设备三维扫描
使用三维激光扫描仪对设备进行多站点、全方位的扫描，以获得设备完整的点云数据。
2.2.2模型生成
对扫描获取的点云数据进行一系列数据处理，生成精确的三维模型，并按设备的相互关系生成模型的树状结构。
2.3设备查看
设备查看模块主要功能包括：能够读入并显示CAD格式的模型；显示模型各节点之间的树状关系；各节点提供显示开关，以决定该子模型是否显示；被选中的子模型显示虚线框或者包围盒；显示子模型的属性信息；显示子模型的几何尺寸信息；提供测量功能，如测量两个模型/点间的距离、方位角等参数。
2.4维护保养
2.4.1设备日常维修
主要完成设备在日常使用中出现的突发性维修事件。使用部门提出维修申请，设备管理部门根据设备故障状况安排相应的维修作业，并把故障状况维修验收结果录入设备台账维修档案中，为以后设备保养和预测性维护提供数据参考。
2.4.2设备预测性维护
通过对设备状态点的监测和实时数据的采集，系统会对设备是否进行预测性维护做出初步判断，供设备管理人员参考并做出人工决断。由此，设备维护工作可以由事后被动变为事前主动，利于及时排除故障。
2.5查询与决策
2.5.1查询报表统计
系统提供多角度、多条件的查询功能，包括各类设备综合查询、设备保养查询、设备维修查询、设备报废查询等功能，同时实现各种需求的报表统计。
2.5.2辅助决策
为设备故障预警、故障检测、设备维修提供决策依据，起到帮助、协助和辅助决策者的目的。知识库是辅助决策的基础，知识库中包含的数据主要涉及有设施管理的理论和经验的知识，如设备预防性维护理论、设施状态的评估经验方法等。
3系统实现
系统运行界面分为：
（1）功能区，包括菜单及工具栏，系统所有功能都可以从这里开始操作。
（2）模型查看及操作区，实现模型的显示、浏览、漫游、鼠标选取、测量、模型操作功能。
（3）模型结构区，显示模型的树状关系，每个节点代表一个设备模型，其子模型以子节点的形式显示在本节点下，通过该树状关系图可以清晰地知道模型之间的关系。每个节点前面有一个复选框，既可以整个查看，也可以对某一个设备进行单独查看。
三维扫描范文5
【关键词】三维激光扫描技术；测绘；应用；进展
现阶段，三维激光扫描技术是一项高科技测绘技术，它为测绘工作中空间三维数据信息的采集以及绘制工作提供了较大便利。三维激光扫描技术主要是利用激光记性测距来获得空间条件下的三维坐标数值，快速且准确的扫描到被测量的物体，获得精确度较高的扫描数据，有助于三维建模工作的顺利开展。目前，三维激光扫描技术在测绘工作中受到广泛应用，由于该技术对我国社会经济发展的积极作用，该技术的应用研究将具有较大的科研价值。
1 三维激光扫描技术的基本论述
1.1 三维激光扫描技术的主要测绘工作原理
三维激光扫描技术在实际测绘工作中，主要是利用扫描仪中的发射器通过专业的激光二极管准确发射出与红外波长相似的安全性激光束，按照规范化程序对被测对象进行扫描。并借助相关设备获得激光反射的标准时间差，从而最终测出激光与被测物体之间的相互距离。再用专业编码器对镜头的旋转角以及水平旋转角度进行有效测量，获得采样点的实际空间坐标值，从而得到被测物体的准确采样点集合，可以将其称为点云。点云之间有着可量测性，而且由点云组成的实际影像与扫描的栅格性影像相比，最大的差异在于矢量化的不同。
1.2 三维激光扫描技术的主要特点
三维激光扫描技术与测绘工作中其他测绘技术相比，具有特殊的优点。主要包括以下几个方面的特点：第一，三维激光扫描技术的测量距离相对较远。第二，三维激光扫描技术在测量过程中不需要发射棱镜的参与，具有无接触测量的优势。第三，三维激光扫描技术采样点的实际速率较高。第四，三维激光扫描技术的点定位实际精确度较高。第五，三维激光扫描技术在工作中的扫描目标不需要进行表面处理，就可以直接获得需要的三位点云信息数据。第六，三维激光扫描技术的数字化程度较高，采集工作中兼容性较强。第七，三维激光扫描技术的软件功能全面，基本上可以满足测绘工作的实际需求。
2 三维激光扫描技术在测绘工作中的应用
2.1 三维激光扫描技术在测绘工作中的信息数据采集
三维激光扫描技术在测绘工作中可以利用自由架站的形式，将站点设置在相对坚硬稳固的位置。测绘工作中测量的范围涉及较广，而且地面经常出现凹凸不平的现象，因此，在对测绘区域进行全方位测量的过程中，需要多次测量来获得更准确的信息数据，站点的布置工作要有助于云数据精确度的提高，从而获取较为全面的地面测绘信息，真实反映测绘情况。此外，除了要对扫描仪的实际站点位置进行科学设计之外，还要对激光扫描的实际标靶位置进行合理选取，从根本上满足点云拼接的具体要求，便于对测绘工作中高程面的有效获取。三维激光扫描技术与传统测量方式在分方测量中扫描数据对比如下所示：
2.2 三维激光扫描技术在测绘工作中的信息数据处理
三维激光扫描技术在测量过程中，会因测量物材料的不同、实际测量方式的不同以及外界干扰因素等情况的影响，使测量结果存在一定的测量误差。因此，在测绘工作的信息数据处理工作中需要运用软件对容易引起误差的店进行去除处理，准确提取测绘对象。然后进行三维建模，具体来说，测绘工程中的三维建模就是从高密度的云信息数据提取到测绘目标重建的技术。根据建模方法的差异，可以将其分为几何模型的三维重建以及云信息数据表面的三维模型重建。几何模型的三维重建主要应用于CAD中的断面轮廓以及轮廓模型等，两种重建方式都可以实现信息数据的有效处理以及模型的构建。
2.3 三维激光扫描技术在测绘工作中的精确度评价
三维激光扫描技术中的精确度评价主要是用来评价专业测绘工作中数据的准确性程度。在实际评价工作中，一般情况下会将测绘的数据结果与CPS-RTK测量方法中的数据结果有效对比，CPS-RTK测量的主要侧重点是特征点的实际坐标，两者的最终测量结果有着很好的一致性。但是，从某种程度上来讲三维激光扫描技术的测量精确度更高一些，能够准确反映出测绘工作的实际情况，有着较为广阔的应用空间。
3 三维激光扫描技术在测绘工作中的不足与发展
3.1 现阶段三维激光扫描技术在测绘工作中存在的问题
三维激光扫描技术是测绘工作中的先进技术，是现代化科学技术中的领先产品。与传统测绘技术相比有着鲜明优势，得到了广泛推广应用。从三维激光扫描技术的整体发展来看，它基本上涵盖了所有的测绘领域，具有测量面积极大、自动化水平高、速率较高以及测量精确度较高的特点。但是现阶段三维激光扫描技术在发展过程中，也存在着自身的不足。具体来说，首先三维激光扫描技术的测量工具―三维激光扫描仪的实际售价过高，很难满足普通测绘工作的需要。其次，三维激光扫描技术在测量精确度、测距以及扫描速率方面存在着较大的矛盾关系。再次，三维激光扫描技术的点云数据处理硬件以及软件没有进行统一，每个厂家都有着自带软件，不能有效兼容，给测绘工作造成一定程度上的影响。最后，三维激光扫描技术测量中的三维激光扫描仪自身精确度的校正以及检查存在较大困难。校正检查的实际方法相对单一，校正的基准数值选取存在复杂性的特点，精确度的评定工作不好进行。以上这些问题，都阻碍了三维激光扫描技术在测绘工作中得应用以及发展。需要在三维激光扫描技术的现有水平上，不断进行创新发展，提高其应用范围。
3.2 三维激光扫描技术在测绘工作中的发展
三维激光扫描技术在发展应用过程中，要不断创新改进，提高其测量水平。首先，三维激光扫描技术测量中的三维激光扫描仪需要不断国产化，经过创新研究，研制出具有自主产权的扫描仪器，解决三维激光扫描仪售价高的问题。其次，在三维激光扫描技术的测量过程中，需要高度重视测量方法以及测量算法，并不断提高测量的精确度，比如采用脉冲与相位相结合的方式进行测绘工作距离的准确测量[3]。再次，尽量实现三维激光扫描技术在测绘工作中点云数据专业处理软件的多功能化以及公用化程度，最大限度实现信息数据间的共享以及加工处理。最后，在三维激光扫描技术现有扫描范围的基础上，扩大扫描的实际范围，最大限度实现扫描技术的全球扫描。
4 结语
总而言之，现阶段三维激光扫描技术已经随着科学技术的发展取得了迅速发展，在测绘工作中的数据采集、数据整理以及精确度评价等方面得到广泛应用。但是，三维激光扫描技术自身存在扫描范围有限、点云数据处理软件不统一以及扫描仪售价过高等不足。因此，在实际研究工作中，需要采用科学的研究方法，利用创新的思维模式，不断推动三维激光扫描技术在测绘工作中的普遍应用。
参考文献：
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三维扫描范文6
关键词：三维激光扫描；古建筑保护；三维重建；GIS
中图分类号：P208 文献标志码：B 文章编号：1672-4623（2016）03-0094-03
古建筑作为特殊的文化信息载体[1]，在一定意义上，见证了一个时代的变迁，一旦破坏，就再难以接续和修复。对古建筑进行三维重建是古建筑保护的有效手段[2]。三维空间信息数据的快速获取是制约古文物三维重建的一个难题。三维空间信息的获取其实质是空间定位数据的采集[3]。传统的三维空间数据获取方法多为单点数据获取[4]，其获取的数据精度虽高，但耗时耗力，数据更新慢，难以满足信息快速发展的需求。三维激光扫描系统集成多种高新技术的三维坐标测量仪器，采用非接触式高速激光测量方式[5]，可快速获取被测目标表面的阵列式几何图形的点云数据，可快速应用于城市建筑三维重建和局部信息的空间信息获取，是目前测绘发展的一个重要方向。本文结合三维激光扫描的基本工作原理及实施过程，以某摩崖造像舍利塔为例，探讨了三维激光扫描技术在文物建筑保护中的应用[6]，给出了三维激光扫描数据采集、数据处理和模型构建的具体步骤。
1三维激光扫描测量系统
三维激光扫描是以获取扫描对象表面点云的方式来采集物体表面的空间坐标的。地面三维激光扫描测量系统由地面三维激光扫描仪、后序处理软件、电源以及附属设备构成[7]，它具有与扫描仪器相关的特定的坐标系统，称为仪器坐标系统。如图1所示，仪器坐标系统同样分为X、Y、Z三个坐标轴。坐标原点即激光发射点，Z轴向上为正，位于仪器的竖向扫描面内；X、Y轴都位于仪器的横向扫描面内；X轴与Z轴、X轴与Y轴分别相垂直，且X轴与Y轴构成右手坐标系，该坐标系中，Y轴正方向一直指向被扫描对象。该系统中的扫描仪主要包括激光测距系统、扫描系统和支架系统，同时集成数字摄影和仪器内部校正等系统[8]。测量时采用高速激光测时、测距的方法获取点云坐标：首先，已知测量系统发射的激光束的水平角度α和垂直角度θ；然后计算脉冲从发射脉冲到接收反射回来的脉冲时间间隔t，进而计算距离S；最后从获取扫描反射接收的激光强度，对扫描点进行颜色灰度的匹配，可计算得到扫描点P（X,Y,Z）的三维坐标为：近年来，三维激光扫描通过与惯性导航系统（INS）、全球定位系统（GPS）、电荷耦合（CCI）等技术相结合已经在测绘领域中应用得越来越广泛，如城市三维重建、滑坡泥石流监测、变形监测等。此外，三维激光扫描技术在矿山测量、矿产储量分析、高山冰雪融化监测、高山与斜谷测土等方面也发挥了重要作用。
2三维激光扫描工作流程
三维激光扫描的主要工作流程为制定严密的内业计划、现场勘查与定点、实施扫描、点云数据处理与三维建模。在具体实施之前应根据扫描对象的不同和数据采集精度要求，设计合适的扫描路线、测站数、大致的设站位置[9]，确定合理的扫描距离和采样密度等。数据获取主要包括扫描对象点云数据的采集和影像数据的采集等。点云数据质量的好坏直接关系到后期数据处理的效果，因此在数据获取阶段还要初步验证点云数据的准确性。数据处理阶段主要是点云数据的预处理，如各测站点云数据拼接、去噪、简化、封装等。本次数据主要采用FAROSCENE、Geomagic、Photoshop和3dsMax2012等软件进行处理，这就需要数据处理人员不但要具有一定的测量知识，还要具备一定的三维建模能力。
3三维激光扫描在古建筑保护中的应用
3.1古建筑点云数据的获取
以四川省某处摩崖舍利塔为例，本次扫描采用FAROFocus3D120三维激光扫描仪和配套软件进行数据采集。由于舍利塔本身体型不算大，故本次扫描过程设置3个测站，采样密度设为10m处6mm；为了保证各站点云数据拼接的精度，设站时应尽可能保证站与站间扫描区域不低于10%的扫描重叠度。此外，由于该扫描对象处于旅游观赏区，故扫描时间选择在游客密度相对较少，遮挡相对小的时候进行。点云数据拼接后的效果如图2。
3.2古建筑建模
在进行古建筑三维建模时，利用点云数据可逼真地表现实体的空间形体特征；但要准确描述目标的细节特征，还需要构建精细的TIN三角网模型，在建立目标物的TIN模型时，需进行点云预处理，如点云去噪、封装、修复漏洞和纹理映射等。1）点云拼接[10]。作为三维重建的基础数据，点云的精度决定了三维重建的精度，本次数据拼接是将3个测站有一定重叠度的点云拼接成一个整体数据。2）联合点对象，是将拼接后3个测站的点云模型联合成一个点云模型。该操作可以便于后续的采样、封装等。3）点云去噪和体外孤点。扫描目标物获取的原始点云数据分布散乱，这是因为在数据扫描的过程中，任何无关的动作，如激光仪的轻微震动、激光散射、光线变化、人流树叶的遮挡等都会使测量得到的点云数据中出现噪声点、粗差点等，因此去噪和体外孤点对数据中的噪声剔除尤为重要。4）统一采样。获取舍利塔点云数据时，采用的是分站式扫描，站与站之间的数据存在不低于10%的数据重叠度，使得各站获得的点云数据间有一定的数据冗余，因此在构建三维模型时需以某一阈值进行重采样，这样可以保证在不影响整体数据精度的前提下减少点云数量，便于删除重叠点云和稀释点云，采样后还可以提高数据处理时的运算速度。5）封装和漏洞修复。统一采样后得到的三维点云模型并不能真实表现研究对象的实体表面，需要将这些空间离散点构建成三角网，以恢复研究对象表面复杂的拓扑关系。对于此，封装就是一种简单实用的方法。在数据采集过程中，由于舍利塔的伞状结构，使得舍利塔的顶部有些地方无法获取点云信息，造成局部点云数据的缺失，导致数据漏洞。在建模过程中需进行“补洞”，使研究对象的三维模型完整表达出来。舍利塔模型修复的效果如图3所示。6）纹理贴图。纹理映射的主要目的是建立三维几何模型与影像之间的纹理关系，即建立几何模型上各三角形顶点与影像像素之间的对应关系[11]。将数码相机获取的影像数据赋给已经建立的研究对象的三维模型，使得三维模型表面具有真实的纹理信息。数码相机获取的影像数据不是正射图，使得已有纹理信息与实际信息出现偏差。为了改善这种纹理贴图偏差，需要对照片进行处理校正，转化为正射投影图后再进行纹理映射。该舍利塔局部纹理映射效果如图4所示。
4结语
以某摩崖造像舍利塔为例，本文详细阐述了基于三维激光扫描技术的古建筑三维模型重建，准确地获取了该舍利塔的三维空间数据和影像数据，给出了该舍利塔的三维模型效果图，并总结了实际操作过程中出现的一些问题。1）扫描阶段，要根据扫描对象所处实际地理位置进行细致安排，如该舍利塔地处旅游景区，选择在客流量相对少时进行扫描；此外，为保证数据质量，在确保精度的基础上减少数据冗余，应合理设置测站数和各测站点位置。同时，为了得到更为完整的点云数据，需结合近景摄影测量以弥补扫描时细节部分的缺失。2）数据处理时，应根据相应模型质量要求合理安排相对处理因子，如统一采样间距、体外孤点敏感性设置等；在实际操作中，将三维激光扫描仪和高精度数码相机相结合，完整表达出该古建筑的三维模型。同时在进行纹理映射时，可能会因为有限的影像分辨率出现纹理拉伸，使得无法逼真呈现目标物的纹理信息，因此处理过程中将图片转换为正射投影图后再进行纹理贴图，能明显改善纹理偏差。
参考文献
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