三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用進展

張雨露 閻思丁

摘 ? 要：文章闡述了全球范圍內(nèi)三維激光掃描技術(shù)及其應(yīng)用進展。在國外，三維激光掃描技術(shù)主要在救災(zāi)、事故現(xiàn)場、山脈、建筑物及生物等領(lǐng)域開展應(yīng)用，是一種新興技術(shù)。在國內(nèi)三維激光掃描技術(shù)發(fā)展很快，在鐵路、安全生產(chǎn)及林業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在工程領(lǐng)域的應(yīng)用與二次開發(fā)方面超過國外。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù);國外;國內(nèi);應(yīng)用

1 ? ?三維激光技術(shù)在國外的概況

三維激光掃描測量技術(shù)是21世紀出現(xiàn)的一種新興測量技術(shù)，表現(xiàn)為高測量精度、高效率、實景可視化，這項世界前沿技術(shù)已在部分西方發(fā)達國家、地區(qū)開始應(yīng)用，如地震變形事件的監(jiān)測，建設(shè)項目的建模，道路、管道及建筑等文物的保護[1-3]。2011年3月，在位于日本福島發(fā)生強烈的地震和海嘯，進而引發(fā)了全球?qū)ξ挥诟u一號核電站基礎(chǔ)設(shè)施安危的關(guān)注和擔憂。日本相關(guān)地震管理部門利用RIEGL型三維激光掃描儀，對位于福島一號核電廠周圍的地震危險區(qū)域和車輛進行了全息三維激光掃描，快速、準確掌握了地震災(zāi)區(qū)的最新情況和數(shù)據(jù)，從而也實現(xiàn)了對受災(zāi)車輛情況的實時掌控。

2014年，英國公路警署斥巨資在公路上引入三維技術(shù)，利用激光掃描儀在英國高速公路上的事故現(xiàn)場快速采集證據(jù)，車輛發(fā)生碰撞的場景及其多維度角度的事故場景視圖，能夠有效地作為對事故責任關(guān)系認定的重要憑證，同時大大提高了事故處理的效率。

荷蘭國際地理信息科學和地球物理觀測工程學院的S.SLOBANDH.R.G.K. Hack，針對較規(guī)整的結(jié)構(gòu)面、明顯露出等簡單地形，實現(xiàn)識別，但還存在一些問題需進一步解決[4-5]。

意大利和新加坡的Rongjun Qin等[6]首次利用三維激光的掃描監(jiān)測技術(shù)結(jié)合基于圖像的三維移動街道測繪系統(tǒng)（Mobile Mapping System，MMS）技術(shù)實時監(jiān)測街道和城市景觀的變化，采集、更新街道的數(shù)據(jù)和信息來實時監(jiān)控城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和健康狀況，推進了現(xiàn)代數(shù)字化城市管理建設(shè)的進程。

新加坡和意大利的Francioni M等[7]采用三維激光掃描監(jiān)測技術(shù)并充分結(jié)合常規(guī)技術(shù)與先進測量方法對滑坡體采石場的安全性進行了穩(wěn)定性評估，研究得出三維結(jié)果，利用激光的掃描監(jiān)測技術(shù)，使采石場具有高測量精度和可靠的對巖石邊坡建模和穩(wěn)定性分析的能力。

比利時Schueremans L等[8]利用三維激光獲取了比利時Saint Jacobs教堂的三維點云，以此構(gòu)建了完整的三維模型，評估該教堂的穩(wěn)定性，并對點云進行結(jié)構(gòu)剖分，以便于建筑的修復和存檔，具有一定的指導意義。

約旦Sharaf等[9]研究了約旦沙漠宮殿的三維可視化檔案形成問題，對數(shù)據(jù)感知、分析、建模和紋理4個方面進行了詳細研究，并融合WebGIS技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)處理，為提供在線漫游打下了互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)。

英國J.A.Entwistle等[10]把三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于考古研究中，并取得一定的成果，研究小組通過使用地貌點云數(shù)據(jù)，結(jié)合地質(zhì)屬性還原遺址原貌，以GIS平臺為基礎(chǔ)，進行可視化分析和逼真的虛擬建模。

俄羅斯Andrey V.Leonov等[11]在數(shù)據(jù)丟失和信息不完整的情況下，完成了對莫斯科無線電塔的三維建模，創(chuàng)建了虛擬遺產(chǎn)的下載和二次開發(fā)。

土耳其Cumhur Sahin等[12]對伊斯坦布爾的某大型廣場進行三維建模，通過CAD，3Ds Max和地圖等工具完成了該城市的實體建模還原，后來推廣到其他城市的建模中。

2 ? ?三維激光技術(shù)在國內(nèi)的概況

三維激光技術(shù)在國內(nèi)的研究與應(yīng)用雖然發(fā)展較晚，但非常迅速，許多方面甚至處于國際前列。利用三維點陣式云數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)實時提取森林樹木的樹體胸徑、樹高、材料體積、樹冠的總體積及樹木表面積等多種相關(guān)測量因子，對林木樹測的基本設(shè)計理論及實際適用性問題進行具有探索性的深入研究，奠定了三維激光技術(shù)在林業(yè)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。四川省安全科學技術(shù)研究院的團隊在全球首次系統(tǒng)性地將三維激光應(yīng)用在安全生產(chǎn)中，在礦山安全領(lǐng)域，該院通過三維激光定期對礦山體檢建模，實現(xiàn)安全監(jiān)管[13-14]，在危化品安全生產(chǎn)領(lǐng)域，通過將三維激光與紅外等先進技術(shù)的結(jié)合，首次實現(xiàn)對化工園區(qū)的安全隱患進行量化監(jiān)控和管理[15]，減少了事故的發(fā)生。在地質(zhì)工程領(lǐng)域，成都理工大學在三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用取得了一定進展，如近期基于三維激光掃描技術(shù)，對錦屏水電站開挖邊坡為研究對象，開展了為期近兩年的現(xiàn)場掃描工作[16]，取得系列成果。

3 ? ?結(jié)語

三維激光技術(shù)作為新興技術(shù)，得到了產(chǎn)學研界的高度重視，在國內(nèi)外的應(yīng)用發(fā)展非常迅猛。

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Abstract：In this paper， the progress of three-dimensional laser scanning and its application in the world is reviewed. In foreign countries， it is a new technology that is mainly applied in the fields of disaster relief， accident site， mountain， building and biology.It has developed rapidly in China， and has been widely used in railway， safety production， forestry and other fields. It is more widely used in engineering and secondary development than abroad.

Key words：three-dimensional laser scanning technology; foreign; domestic; application