三维激光扫描仪课件

三维激光扫描仪应用于地形测量操作流程：

第一步、建立工程及数据下载

1.1 新建工程：

点击工具栏“project”命令-“New”-选择工程在计算机中存贮位置并为工程命名；

1.2设备连接：

双击工程名在出现的对话框中点击“Instrument”命令并且在“Network”命令下设置IP地址为“192.168.0.234”（对应扫描仪中IP地址）。

1.3 数据下载

点击工具栏“HELP”-“download and convert”-选取需要的数据进行下载。（可右键工程名称点”check all”全选所有数据）

第二步、选取反射片或公共点。

在新接触RIEGL扫描仪或无明显公共特征地物的情况下不建议运用选取公共点进行点云数据的拼接，最好是每站摆设3个反射片来进行粗拼和坐标系的转换。

选取反射片一般在2D视图下灰度模式中的点云数据中选取

在反射片的中心点击右键，选择“create tiepoint here”输入点名称（点名称应便于记住并且与选取的公共点区分开）

在2D视图中选取反射片后，可在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，若发现反射片偏离，可在TPL中删除改点，在3D视图中重新选择。

第三步、导入外业实测反射片坐标（反射片坐标是用RTK测得）

把外业RTK点(TXT格式或者CSV格式)导入TPL(GLCS)需要注意X6位Y7位;

如果我们是用选取公共点进行站站之间的粗拼，或用反射片进行粗拼，可以在TPL(GLCS)中选取所有点右键，复制到TPL(PRCS)。

注意：一般我们在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，内业一般就可以不用进行粗拼，第四步可以跳过，所以我们不用将TPL(GLCS)中的点复制到TPL(PRCS)中。

第四步、粗拼

粗拼就是将站站之间的位置在一定的误差范围内重合。粗拼有三种方法

一、 在野外作业时都是用磁罗盘进行定向配合GPS进行数据扫描，相对位置不会发生太大的变化，我们可以理解为已经粗拼完成。某些个别站因为各种原因可能会发生相对位置变化很大的情况，我们可以通过改变某站扫描数据的X、Y、Z坐标进行粗拼。

三维激光扫描仪分类及原理

Prepared on 24 November 2020

三维激光扫描仪分类及原理

地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPS (Global Position System)技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。传统的大地测量方法，如三角测量方法，GPS测量都是基于点的测量，而三维激光扫描是基于面的数据采集方式。三维激光扫描获得的原始数据为点云数据。点云数据是大量扫描离散点的结合。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，必定会在诸多领域得到更深入和广泛的应用。

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。

三维激光扫描仪的分类：

三维激光扫描仪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。

三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可以划分为不同的类型。通常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，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. 2 m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，可以多达三十万个点精度至±0.018 mm。例如:美能达公司出品的VIVID 910高精度三维激光扫描仪，手持式三维数据扫描仪FastScan等等，都属于这类扫描仪。

1 / 7 9.3三维激光扫描仪及其在地形测量中的应用

三维激光扫描仪是无合作目标激光测距仪与角度测量系统组合的自动化快速测量系统，在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量，直接获得激光点所接触的物体表面的水平方向、天顶距、斜距、和反射强度，自动存储并计算，或得点云数据。最远测量距离可达数千米，最高扫描频率可达每秒几十万，纵向扫描角θ接近90º，横向可绕仪器竖轴进行360º全圆扫描，扫描数据可通过TCP/IP协议自动传输到计算机，外置数码相机拍摄的场景图像可通过USB数据线同时传输到电脑中。点云数据经过计算机处理后，结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。

目前，生产三维激光扫描仪的公司很多，典型的有瑞典的Leica公司、美国的3DDIGITAL公司和Polhemus公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司等。它们各自产品的测距精度、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，可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描扫描仪产品。图12-21是几种不同型号的地面三维激光扫描仪。

一、地面三维激光扫描仪测量原理

无论扫描仪的类型如何，三维激光扫描仪的构造原理都是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，则可以求得每一个扫描点的三维坐标。地面三维激光扫描仪测量原理图如图12-22所示。

地面三维激光扫描仪测量原理主要分为测距、扫描、测角和定向等4个方面。

1.测距原理

[课件资料]法如激光三维扫描仪在古建筑保护领域的应用

三维激光扫描技术

21世纪初，三维激光开始被应用于古建筑测绘领域，如用于故宫修复测绘、和数码相机相结合对古建筑物进行快速三维重建等，实现古建的数字化存档，为研究中国古建筑史和建筑理论提供重要资料。

三维激光在古建筑保护中相对于传统测绘手段而言更显示出其独特的、无法取代的优越性。然而，由于建筑本身的特性以及技术本身的局限性，也使得三维激光用于古建筑测绘存在一定的缺陷，且技术含量较高，硬件设备昂贵，投入大，易受古建筑物周围高大树木遮挡等，实际实施往往有难度。

三维激光扫描仪(FaroFocus3D)

图Faro大场景地面三维激光扫描仪

系统概述

三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，通过现场扫描操作直接将各种大型、复杂、不规则的、标准或非标准等实体三维数据完整地采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时，采集的三维激光点云数据还可进行各种后处理工作，如:测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等，它是各种正向工程工具的对称应用工具，即逆向工程工具。它区别于传统的单点定位测量、点线测绘技术及照相测量技术。

图三维激光扫描仪

三维激光扫描可以同时获取空间三维点云Pointcloud和彩色数字图像两种数据，扫描点空间定位精度达到5mm~10mm，使该项技术成为欧美等国在高效率空间数据获取和地面遥感探测及三维建模方面的研究热点。近年来，该项技术在欧美等国家和地区的应用涉及城市规划、资源调查、灾害管理、工程设计及国防等方面，特别在城市三维景观、古建重建、虚拟现实与仿真等方面发挥了巨大优势。

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出激光脉冲，通过反光镜旋转，发出的激光脉冲扫过被测目标，信号接收器接收来自目标体返回的激光脉冲，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测物体到扫描中心的距离，同时扫描控制模块可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，