关于三维激光扫描仪测量方法的分析以及其发展前景

关于三维激光扫描仪测量方法的分析以及其发展前景

张亚洲

张亚洲

宁夏回族自治区公共资源交易管理局750001

摘要：随着社会的不断发展，我国逐渐进入了测量数字化的时代，而且二维测量逐渐被三维形式所代替，其中直观的测量特点是二维不能比拟的。随着三维技术的广泛应用，很多先进的测量仪器也随之发展起来，而且在测量装置起着非常重要的作用，这也是继GPS技术之后又一项伟大的测量技术。本文对三维激光扫描仪的测量方法和发展前景进行了分析。

关键词：三维激光扫描仪；测量方法；发展前景

随着信息技术和计算机技术的不断发展，三维激光扫描技术逐渐深入都人们的生活中，能够对比较复杂的环境和空间进行扫描，而且还能实现不规则的、非标准实体或者实景三维数据的收集，从而绘制出实际三维模型。三维激光扫描仪在测量时，由最初的点对点测量方式转变成为了非接触主动测量快速扫描物体的形式，从而取得被测物体的三维数据。本文详细分析了三维激光扫描仪的测量方法以及发展前景，希望为测量技术的创新提供帮助。

一、三维激光扫描仪的测量原理的方法

对于三维激光扫描仪来说，它是将多种先进的技术结合在一起，并且使用非接触主动测量的方式来获得被测量物体的三维数据，之后再利用脉冲测量法将三维坐标准确的计算出来。其内部坐标系统主要由横向扫描面内的X、Y轴以及纵向扫描面内的Z轴所形成，而且X、Y轴是垂直存在的，Z轴和横向扫描面是垂直的（如图1）。图中的P点是被测点，利用脉冲测量法能够得出P点的距离值为S，横向扫描的角度为α，纵向扫描的角度为θ，而P，是P在XY面上的投影。P点的三维坐标公式为：X=Scosθcosα、Y=Scosθsinα、Z=Ssinθ。

（三）相位测量法

所谓的相位测量法，就是充分利用无线电波段的频率来调制激光束的幅度，通过测量激光信号在传播过程中所产生的相位差，就能对激光的往返时间进行测量，从而计算出被测的距离。这是一种间接的测量方法，主要是通过测量发射和接收之间的相位差来计算被测的距离，虽然这种方法的准确度比较高，但是由于是测量两个间接距离才能获得最后的距离，所以在三维激光扫描仪中应用的比较少。

二、三维激光扫描仪的分类

对于三维激光扫描仪的分类来说，按照有效的扫描距离可以分为以下几种类型：

（一）较短距离的激光扫描仪

对于较短距离的激光扫描仪来说，通常情况下最长距离在2m左右，最佳的扫描距离在0.5m到1.3m之间。这种扫描仪的准确度比较高，而且速度也特别快，比较适合用在测量小型模具的过程中[2]。

（二）中间距离的激光扫描仪

所谓的中间距离的激光扫描仪，就是扫描距离在35m以内的激光扫描仪，这种扫描仪比较适合用在测量大型的模具或者是室内距离中。

（三）较长距离的激光扫描仪

通常情况下扫描距离在35m以上的三维激光扫描仪被称作较长距离的三维激光扫描仪，应用的领域主要包括建筑物的测量、矿山的测量以及大型土木工程的测量等。

（四）航空激光扫描仪

对于航空激光扫描仪来说，它的最长扫描距离达到了1.5公里以上，而且还设置了准确的导航定位系统，比较适合用在范围比较大的地形测量中。而且，要想确保扫描数据的准确度，一定要按照项目的实际需求，在既定的范围内利用扫描仪进行测量。

三、三维激光扫描仪的外业数据收集

当三维激光扫描仪在进行外业数据收集时，最重要的是要选择合适的位置来建立测量站，测量站的选择一定要在视野开阔、行人和车辆都比较少的地方，将三脚架摆放好，并且固定好三维激光扫描仪，之后再将球状标靶放在合适的位置，对它们进行编号，方便后期对数据整理[3]。

在进行收集之前，要将扫描仪开机预热5到10分钟，之后将工程的名称、标靶的坐标以及高程等数据输入到扫描仪中，选择合适的扫描方法进行全景扫描，当然，也可以选择既定的范围进行扫描，设置好之后要保存，完成设站。紧接着就可以进行外业数据的收集了，一直到将规定的范围全部扫描完成。通常情况下，如果设定的范围比较大，或者是被测的物体形状比较特殊，那么一次设站可能不能完成整个的测量，需要进行多次操作，从而收集更加准确的数据。

四、三维激光扫描仪的发展前景

三维激光扫描仪具有主动性强、适应性好以及实时性高等特点，而且通过三维激光扫描仪所收集到的数据只要经过简单的处理就能直接应用，不需要再尽心后期的处理，而且也不需要和被测物体直接接触，能够应用到很多的领域中。另外，它还能和GPS技术等结合起来，从而实现更好的应用。目前，三维激光扫描仪已经在土木工程、建筑、室内设计以及军事分析等各个领域中广泛的应用，随着社会的不断发展以及科技的不断进步，三维激光扫描仪应用的领域肯定会越来越多，从而促进我国社会的持续发展。

结束语：

综上所述，三维激光扫描仪已经逐渐在很多的领域得到应用，特别是在数字地球、数字城市以及虚拟现实等领域，应用的效果更是非常好。三维激光扫描技术具有准确度高、效率高以及分辨率高等方面的特点。随着社会经济的不断发展以及科技的逐渐进步，三维激光扫描技术凭借自身获取数据速度快、工作时间短以及操作简便等优点逐渐取代了传统的测量仪器。由此可见，三维激光扫描仪在测量领域中有着非常广泛的应用，一定会促进测量领域更好的发展。

参考文献：

[1]张启福,孙现申.三维激光扫描仪测量方法与前景展望[J].北京测绘,2011,01：39-42.

[2]杨忞婧.地面三维激光扫描仪的测量误差分析[J].东华理工大学学报(自然科学版),2013,02：228-232.

[3]康习军.浅谈三维激光扫描仪在测量中的应用[J].科技视界,2014,20：86.