三維激光掃描在測繪中的應用

潘桂奇

摘要：目前，我國的社會經(jīng)濟水平已經(jīng)達到穩(wěn)步發(fā)展的階段，面臨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵時期。隨著人民生活水平的日益提升，許多產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域都迎來了新的發(fā)展機遇。尤其是常被應用在測繪工作中的三維激光掃描技術(shù)，伴隨著信息技術(shù)的更新迭代，也逐漸成熟起來，被廣泛地應用到各類工程測繪任務中，愈發(fā)地受到了人們的重視。由此，在本論文中我們將針對三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的應用問題展開探討，闡述和說明三維激光掃描技術(shù)的工作原理和特點，并對三維激光掃描在測繪中的使用進行詳細分析。

關(guān)鍵詞：三維激光；掃描；測繪；應用

1、前言

這些年來，我國在經(jīng)濟發(fā)展方面的進步日益受到了世界的矚目，同時我們國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)在改革進程方面也較幾年前有了很大的改善。尤其是常被應用在測繪工作中的三維激光掃描技術(shù)，伴隨著信息技術(shù)的更新和發(fā)展，愈發(fā)地得到了人們的重視，在各類測繪任務中如建筑、古建數(shù)字化、監(jiān)測、立面改造等領(lǐng)域得到廣泛使用。具體來說，目前我國的測量領(lǐng)域的服務范圍在不斷地拓展，對于測量的精度及廣度要求也逐漸提高。某些傳統(tǒng)的測量儀器已經(jīng)不能再滿足現(xiàn)階段測量的高精準度要求，難以達成實際工作的需要。而與傳統(tǒng)的測量儀器相比，三維激光掃描在技術(shù)方面具有突出的優(yōu)勢特點，因此得到了廣泛應用。通過以上，可以看出我們目前需要投入資金和依靠技術(shù)支持，去拓展和促進三維激光掃描技術(shù)在各領(lǐng)域內(nèi)推廣，從而加強工程測繪任務的完成質(zhì)量，最終為整體工程的圓滿完成創(chuàng)造有利條件。下面，為了更好地認識和理解三維激光掃描在測繪中的作用效果，我們首先來闡述一下三維激光掃描的作用原理和特點。

2、三維激光掃描的作用原理和特點

2.1三維激光掃描的作用原理

首先，我們要進行探討的是三維激光掃描技術(shù)的作用原理。所謂的三維激光掃描技術(shù)，主要是通過其激光脈沖的發(fā)射而產(chǎn)生作用的，同時我們還可以利用反光鏡，將激光脈沖發(fā)出目標接收器接收的、以及標志物反射回來的激光脈沖都一同收集回來。正因為這樣，通過對激光脈沖的發(fā)出環(huán)節(jié)到返回儀器所經(jīng)過的時間進行統(tǒng)計，我們就可以得出標志物到掃描設備的距離長短，然后再利用數(shù)據(jù)的處理軟件自動解算，由此也就可以得出被測點的相對三維坐標了。只要測得了三維坐標，我們也就可以進一步地將三維坐標轉(zhuǎn)換成絕對坐標系中的三維空間位置坐標，或者說可以轉(zhuǎn)換成坐標的三維模型等。

2.2三維激光掃描的特點

其次，我們再來闡述和介紹下三維激光掃描技術(shù)的相關(guān)特點。通過三維激光掃描特點的掌握和分析，我們也就能夠更加方便、快捷地運用三維激光掃描技術(shù)進行測量和測繪工作。實際上，三維激光掃描技術(shù)一直被稱為是測繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)創(chuàng)新與革命。通常我們認為，三維激光掃描技術(shù)和以往傳統(tǒng)的測繪測量技術(shù)相比，主要可以歸納為以下幾個特點：第一，就是非接觸的技術(shù)特點。我們說，三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)之間的不同在于，它采用的是非接觸的高速測量方式，因此也就不再需要上述我們提到的反射鏡了。這也就意味著，三維激光掃描技術(shù)能夠直接對標志物進行掃描，從而直接利用數(shù)據(jù)的采集和處理技術(shù)，獲得所測量的標志物的三維坐標信息等。此外，一些較為特殊的測繪環(huán)境中或測量情況下，比如測繪環(huán)境較為惡劣以及測繪人員無法到達現(xiàn)場的情況等，這類情況對于傳統(tǒng)的測量技術(shù)來說要求和難度都太過于高了，不利于工作的展開，因此也就保證測繪任務的完成，從而影響到整體工程的開展進度與完成質(zhì)量。從這一點就能看出，三維激光掃描技術(shù)的非接觸的技術(shù)優(yōu)勢和特點也就展現(xiàn)出來了。第二，是拓展性程度較高的技術(shù)特點。通常，通過三維激光掃描技術(shù)所采集獲得的數(shù)據(jù)形式都是數(shù)字信號，數(shù)字信號則具有全數(shù)字的特征，這也影響到了軟件系統(tǒng)對于數(shù)字信號的分析、處理和輸出結(jié)果，對于后續(xù)的數(shù)據(jù)共享與交換環(huán)節(jié)也造成了一定的影響。經(jīng)過三維激光掃描技術(shù)所獲得和處理的數(shù)據(jù)，某種程度上來說便于用戶的查看與利用，并且用戶也可以通過將三維激光掃描設備與其它常用軟件建立聯(lián)系，從而進行數(shù)據(jù)的交換分享。另外，三維激光掃描設備還可以與用戶的外界設備配合使用，因此也在最大程度上拓寬了三維激光掃描技術(shù)的應用渠道，增加了三維激光掃描技術(shù)的應用方式。由此可見，三維激光掃描技術(shù)具備著較高的拓展性特點。然后，我們要說的是三維激光掃描技術(shù)的高分辨率的特點。以上我們已經(jīng)提到過，在通過三維激光掃描技術(shù)的運用獲得和采集的數(shù)據(jù)信息時，能夠其滿足方便快捷、高質(zhì)量、高精準度的整體工程測繪要求。因此，這也就不難理解，為何三維激光掃描技術(shù)也具有著高分辨率的技術(shù)特點了。最后，我們再來說一下三維激光掃描技術(shù)的應用范圍廣以及技術(shù)適應性較強的技術(shù)優(yōu)勢和特點。我們認為，三維激光掃描技術(shù)與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比，尤其是對于使用條件這一方面的要求較低，相信上面的分析已經(jīng)能夠幫助大家理解這一點了，因此三維激光掃描也就特別的適合于傳統(tǒng)測量難以實施范圍的測量工作，這也就集中體現(xiàn)了三維激光掃描技術(shù)的適用性強的特點。與此同時，也側(cè)面地印證了三維激光掃描技術(shù)自身的應用范圍較為廣泛的本質(zhì)特征。

3、三維激光掃描的使用分析

以上我們已經(jīng)簡單地闡述和說明了三維激光掃描技術(shù)的作用原理和特點，下面我們對于三維激光掃描的使用做簡單分析。

3.1測量過程

3.1.1準備工作

對任務進行分析研究同時要取現(xiàn)場查看現(xiàn)場條件，考慮到掃描儀儀器自身特點制定合理、可行的技術(shù)方案?？紤]因素包括被掃描對象周邊的環(huán)境、高度、物體表面的紋理結(jié)構(gòu)等。

3.1.2過程實施

首先對儀器進行必要的檢查，如電池、SD容量，對項目及掃描技術(shù)指標進行設置，包括分辨率、質(zhì)量、GPS、照片、項目名稱等，在各項準備工作檢查過后開始進行掃描，根據(jù)精度要求可以確定采用標靶球拼接還是云際拼接的方式。在掃描過程中避免場地振動、人員來回走動等干擾精度的情況。每站掃描完成后可以通過儀器自帶的顯示器查看場地是否按要求進行了掃描，如發(fā)現(xiàn)遺漏及時補充。各站數(shù)據(jù)需要有一定的重疊率，我們的經(jīng)驗是不得低于35%，利于后期的數(shù)據(jù)拼接，滿足精度要求。結(jié)束后要及時將數(shù)據(jù)拷貝到計算機中存儲，避免丟失。

3.1.3數(shù)據(jù)處理

通過各個掃描儀自帶的點云拼接軟件進行各站數(shù)據(jù)的整合，如FARO公司的SCENE，萊卡公司的cyclone等。拼接、注冊完成后需檢查拼接精度，正常要求成果合格率高于95%，成果可以分區(qū)塊導出，格式有多種。后期根據(jù)各個項目的特點使用各種第三方軟件進行深度處理，目前已經(jīng)有多款通用軟件支持點云處理工作，比方3Dmax2016以上、GEOMAGIC等。

4、結(jié)束語

總而言之，本文中筆者對三維激光掃描技術(shù)在測繪工作中的應用問題展開了探討，闡述和說明了三維激光掃描技術(shù)的工作原理和特點，并對三維激光掃描在測繪中的使用情況進行了分析。通過三維激光掃描技術(shù)的運用，能夠在很大可能上增強工程測量數(shù)據(jù)及信息的共享和傳輸，為測繪工作提供便利，進一步為整體工程推進創(chuàng)造有利條件。