三維激光掃描儀與其中的傳感器技術應用

三維掃描技術又稱實景復制技術是一種集光機電和計算機技術多傳感器集成和多種測量原理為一體的綜合性對地高新測量技術

該技術在不接觸被測物體表面的情況下利用激光測距原理通過記錄被測物體表面大量密集點的三維坐標反射率和紋理等信息可快速復建出被測目標的三維模型及線面體等各種圖件數據

因此可用于獲取高精度高分辨率的數字模型三維激光掃描儀是該技術的典型應用

三維激光掃描儀主要用于對物體空間外形和結構尺寸及色彩進行掃描掃描結果直接顯示為點云（Point cloud）即無數的點以測量的規則在計算機里呈現物體的結果

點云既是龐大的三維坐標點也是一種具有三維信息的空間模型既能直觀表達物體的實際形態又能完整復制現場實景

相對于傳統的土石方測量方法如GNSS RTK測量全站儀測量等方法利用三維激光掃描技術獲取的空間點云數據可快速建立結構復雜不規則的場景的三維可視化模型省時省力具備采集速度快密度大精度高非接觸和測量范圍廣等優點

在新世紀初三維激光掃描儀引進國內經過近二十年的發展其應用現已遍布測繪土木工程地質災害監測三維城市建模及文物保護等各個領域

按照載體的不同三維激光掃描系統可分為便攜式機載車載地面測量等類型而三維激光掃描系統則包含數據采集的硬件部分和數據處理的軟件部分

其中在控制測量硬件應用中集成有多種傳感器用于為激光點云數據的配準和定向提供依據

▲地面和機載激光掃描資料圖

三維激光掃描儀進行數據采集時由于受到測量設備和環境的影響建筑物完整的點云數據往往需要在不同位置不同視角的掃描獲得再對這些點云進行對齊拼接以減小測量誤差這就是點云配準

例如在標配的傳感器器件中三維激光掃描儀通常會內置有電子羅盤及GPS部件可為快速拼接提供及時的參考位置信息

例如在實際應用中為適應不同的場景可將電子羅盤與GNSS-RTK實時動態差分定位技術結合通過電子羅盤指北定向結合RTK定位實現初始定位定向隨后結合內業拼接軟件最終實現自動化精拼接

▲點云拼接示意圖

此外在外業定向測量中控制點坐標在被存儲的同時可與內置傾角傳感器提供的傾斜補償信息共同為現場采集的點云進行位置定位提供高精度的坐標值進而大幅提升點云測量及自動拼接精度

未來三維激光測量的技術還需要進行不斷的探索增加原始精確度減少在測量過程中產生的誤差最終完成完全真實的實景三維重現

在測量精度提升及多種傳感器集成方面應盡可能減小誤差并提供多種測量功能例如GPS羅盤數據傳輸傾角拍照等才能更好地滿足實際需要