三維激光掃描技術(shù)論文
三維激光掃描技術(shù)論文
三維激光掃描技術(shù)是對激光測距技等原理進行利用并以此獲得數(shù)據(jù)的一種新型技術(shù)，下面小編給大家分享三維激光掃描技術(shù)論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。
三維激光掃描技術(shù)論文篇一
三維激光掃描技術(shù)及其應用探討
【摘 要】本文首先對三維激光掃描技術(shù)的理論、系統(tǒng)組成、工作原理進行分析，對三維激光掃描技術(shù)的特點進行總結(jié)，對三維激光掃描流程進行探討，并對三維激光掃描技術(shù)的應用進行研究。
【關(guān)鍵詞】三維激光掃描;應用;測量
引言
三維激光掃描技術(shù)是對激光測距技等原理進行利用并以此獲得數(shù)據(jù)的一種新型技術(shù)，廣泛應用于變形監(jiān)測、工程測量、地形測量、斷面和體積測量等領(lǐng)域，具有一些優(yōu)勢，包括無需合作目標、精度較高、密度較高、效率較高以及全數(shù)字特征等。三維激光掃描技術(shù)能夠真實描述掃描對象的整體結(jié)構(gòu)，以及形態(tài)特性，能夠迅速準確的生成三維數(shù)據(jù)模型，防止基于點數(shù)據(jù)的分析方法導致的片面性。把三維激光掃描技術(shù)和控制策略相互結(jié)合在一起，能夠得到掃描目標的坐標。本文對有關(guān)三維激光掃描技術(shù)及其應用進行分析和探討，不足之處，敬請指正。
1 三維激光掃描技術(shù)
三維激光掃描技術(shù)選用的是非接觸式高速激光測量的方法，對相關(guān)物體幾何數(shù)據(jù)及影音資料進行獲取，最后利用后處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析，轉(zhuǎn)換成具有坐標系的三維空間坐標及模型，并能夠用多種數(shù)據(jù)格式輸出，滿足空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源，以及三維激光掃描技術(shù)的不同應用需求。
1.1 系統(tǒng)組成
(1)三維激光掃描儀;(2)數(shù)碼相機;(3)后處理軟件;(4)電源以及附屬設(shè)備。
1.2 工作原理
三維激光掃描技術(shù)利用設(shè)備內(nèi)部的激光脈沖發(fā)射器，向相關(guān)目標物體發(fā)射一束激光脈沖，通過反光鏡旋轉(zhuǎn)，發(fā)射出的激光脈沖掃描目標，信號接收器接收反射回來的激光脈沖，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行記錄，包括每個激光脈沖從發(fā)射到被測物表面，然后返回設(shè)備所經(jīng)過的時間，以此獲取目標到掃描中心的距離，除此之外掃描控制模塊對每一個激光脈沖的水平掃描角α和豎向掃描角β進行控制，最后經(jīng)過后處理軟件自動解算，得出目標的相對三維坐標，也就是云點，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，在絕對坐標系中表現(xiàn)為三維空間位置坐標或者模型。
1.3 三維激光掃描技術(shù)的特點
三維激光掃描技術(shù)的特點，可以總結(jié)為高精度、高速度、高分辨率、非接觸式以及優(yōu)良的兼容性等優(yōu)勢，甚至稱之為測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次具有影響力的技術(shù)革命。利用和傳統(tǒng)測量技術(shù)進行對比，包括全站儀、近景攝影測量以及航空攝影測量等，具體而言具有以下特點：
(1)非接觸式
三維激光掃描技術(shù)是一種非接觸式的高速激光測量手段，無需布置反射棱鏡，直接掃描目標體即可，通過對目標體表面云點的三維坐標數(shù)據(jù)進行采集。假如被測目標處于環(huán)境惡劣、人員甚至無法到達現(xiàn)場的情況，常規(guī)測量技術(shù)無法勝任此項任務，那么三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢就被凸顯出來。
(2)數(shù)字化程度較高、可擴展性
三維激光掃描技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)均為數(shù)字信號數(shù)據(jù)，具有較高的數(shù)字程度，處理起來較為簡便，可以便利的用于數(shù)據(jù)的分析、輸出以及顯示，后處理軟件人機友好的用戶界面，可以和其它軟件及時進行數(shù)據(jù)共享，能夠和外接數(shù)碼相機、GPS等設(shè)備相互配合使用，從而拓寬了各自的應用范圍，因此三維激光掃描技術(shù)具有較好的可擴展性。
(3)高分辨率
三維激光掃描技術(shù)的分辨率較高，能夠方便快捷的采集高質(zhì)量、高密度的數(shù)據(jù)，這是高分辨率數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。
(4)廣泛的應用
三維激光掃描技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，使得其在工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣泛的應用，還具有較強的環(huán)境適應性。
1.4 三維激光掃描流程
在對控制網(wǎng)進行布設(shè)過程中，要先對現(xiàn)場進行勘察，選擇出合適的測站點，然后開始進行控制測量，選用全站儀法或者GPS設(shè)備，由于測站點精度對點云坐標精度存在一定的影響，所以盡可能選用全站儀對控制網(wǎng)進行布設(shè)，而且要符合閉合導線的形式，利用GPS進行控制網(wǎng)的布設(shè)時，可以選用水準測量法進行準確測量，以確保高程方向精度，具體的三維激光掃描流程圖如圖一所示。
2 三維激光掃描技術(shù)的應用分析
2.1 工程應用
(1)大型土木工程測量
三維激光掃描技術(shù)在大型土木工程測量方面的應用，主要是在道路、橋梁、地下坑道等施工工程現(xiàn)場，對施工之前的地形圖進行掃描，提高準確的數(shù)據(jù)支持，建立施工后目標三維圖形，對施工進行質(zhì)量上的把控，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄。比如，在道路工程數(shù)據(jù)測控中，通過三維激光掃描技術(shù)，得到點云數(shù)據(jù)，進行處理后，經(jīng)過測量、建模等步驟，在眾多工程案例中，達到道路設(shè)計要求。
(2)復雜工業(yè)設(shè)備測量
三維激光掃描技術(shù)可以應用與較為復雜的工業(yè)設(shè)備測量中，工業(yè)設(shè)備一般管線林立，縱橫交錯，因此對工業(yè)設(shè)備進行規(guī)劃、改造過程中，可以對三維激光掃描技術(shù)進行利用，生成高精度3D模型，為數(shù)據(jù)測量提供依據(jù)。
(3)地質(zhì)應用
三維激光掃描技術(shù)也可以在地質(zhì)方面的地質(zhì)調(diào)查、編錄、環(huán)境監(jiān)測、安全監(jiān)測以及裂縫研究中提供技術(shù)支持，以上應用中假如使用傳統(tǒng)的、常規(guī)測量手段，一般效率和精確度都比較低，而三維激光掃描技術(shù)可以提供非接觸、安全、高效的目標坐標，建立模型并分析處理。
(4)變形監(jiān)測
常規(guī)變形監(jiān)測一般選取的方法包括常規(guī)測量、GPS測量、傳感測量等，這些測量方法首先需要進行監(jiān)測點的布設(shè)，然而監(jiān)測點的數(shù)量是有限制的，而且測量效率也不高，容易收到天氣的影響，在雨天、霧天等天氣下，能夠得到的準確數(shù)據(jù)很有限，無法準確的體現(xiàn)出變形的情況。如果使用三維激光掃描技術(shù)，最主要的是得到精度均勻、密度高的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)許多細節(jié)變化，數(shù)據(jù)中包含任意截取斷面，能夠?qū)δ繕说恼w穩(wěn)定性分析。
2.2 文物保護
三維激光掃描技術(shù)在文物保護方面的應用，主要是對文物的大小、形狀、安全性等方面進行綜合考慮，而且無法在目標物品上粘貼測量標志，也就是需要進行無接觸測量，因此三維激光掃描技術(shù)是最為適當?shù)臏y量方法。以往是采取全站儀、近景攝影測量系統(tǒng)的方法，盡管能夠?qū)ξ奈镞M行數(shù)字化，
但是卻無法詳細表達其三維信息，三維激光掃描技術(shù)彌補了這個缺點，得到的數(shù)據(jù)精度和密度都比較高，可以建立精細表面模型，能夠?qū)ξ奈锷先魏吸c進行測量，假如文物破損后可以及時提供修復數(shù)據(jù)，這些技術(shù)對于我國文物保護提供巨大幫助。
2.3 事故現(xiàn)場模擬
三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)煌ㄊ鹿尸F(xiàn)場、犯罪現(xiàn)場進行細節(jié)測量，按照事故現(xiàn)場建立三維模型，生成動畫模擬效果，讓事故現(xiàn)場的真實情景再現(xiàn)。
2.4 其他應用
三維激光掃描技術(shù)還有一些應用，比如考古測量、數(shù)字城市建模、油氣田設(shè)計以及沙丘監(jiān)測等。
3 結(jié)語
總而言之，三維激光掃描技術(shù)是現(xiàn)階段較為新穎的技術(shù)，具有高效、數(shù)據(jù)量大、速度快等諸多優(yōu)點，因此在大型工程、文物保護、事故現(xiàn)場等方面得到廣泛應用，本文對有關(guān)三維激光掃描技術(shù)及其應用進行分析和探討，以期對于我國三維激光掃描技術(shù)的推廣，起到一定的促進作用。
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