三维激光扫描技术及其应用

三维激光扫描技术及其应用内容概要地面三维激光扫描技术车载移动测量系统工程应用123内容概要地面三维激光扫描技术车载移动测量系统工程应用123简介——三维激光扫描技术的概念三维激光扫描仪通过发射激光来扫描获取被测物体表面三维坐标和反射光强度的仪器。三维激光扫描技术三维激光扫描技术，是通过三维激光扫描仪获取目标物体的表面三维数据；对获取的数据进行处理、计算、分析；进而利用处理后的数据从事后续工作的综合技术。简介——三维激光扫描技术的特点快速、高密度扫描常规测量：每次测量1个点，每次测量耗时2-5秒；三维激光扫描仪：每秒可测量数万到数百万个点，使快速获取复杂物体表面成为可能。多学科融合三维激光扫描技术涉及现代电子、光学、机械、控制工程、图像处理、计算机视觉、计算机图形学、软件工程等技术，是多种先进技术的集成。简介——三维激光扫描仪分类三维激光扫描技术发展概况逆向工程三维激光扫描技术发展概况医学三维激光扫描技术发展概况影视动漫地面激光扫描的发展Cyrax

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LeicaMensi

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Trimble专业名称快速非接触主动测量高精度、高密度融合激光反射强度和色彩信息可量测地面三维激光测量技术主流设备地面三维激光测量技术Leica扫描仪全球范围内将三维激光扫描技术应用于改建工程、细部测量、工程设计与咨询以及地形测量项目的领导者硬件高度集成化速度快1998100点/秒1000点/秒2000点/秒500000点/秒4000点/秒50000点/秒500000点/秒50000点/秒1000000点/秒20012003200620072010地面三维激光测量技术Trimble扫描仪Mensi最早研发和应用机构之一CCD、激光、机械传感技术高质量整合Mensi

S25Mensi

GS100Trimble

GS200Trimble

GX200Trimble

FX地面三维激光测量技术RIEGL扫描仪-3D产品VZ系列Vz400

600米

VZ

1000

1400米LMS系列

Lms

620

2KMLMS

390

400mLPM

3216公里射程地面三维激光测量技术RIEGL扫描仪-2D产品机载激光扫描仪RIEGL

VQ-480100

deg200

kHz200

m

(20%)360

deg200

kHz300

m

(80%)RIEGL

VQ-180RIEGL

VQ-25060

deg200

kHz600

m

(60%)Scan

Range:Laser

Clock:Max.

Range:地面三维激光测量技术RIEGL扫描仪-VZ

400扫描仪打开多回波功能关闭多回波功能V-系列：世界上唯一能够发射和接受到无穷次回波具有数字化全波形采集和实时处理功能的二维和三维激光扫描仪系列。地面三维激光测量技术与传统测量方式比较采用全站仪逐点测量法你能看出这座桥吗？采用扫描仪逐面测量法地面三维激光测量技术与传统测量方式比较地面三维激光测量技术技术优势使用简单，快速扫描，安全操作，应用范围广泛数据非常详细，高质量图像并可观察图片的数据特征附加的一些测量信息，如激光强度、色彩等，这是传统测量不可能做到的精确高速的数据捕获、减少数据采集和分析的回转次数对扫描区域进行的长程、高速扫描，可使效率最大化一次扫描后可以在点云模型上进行反复的“模型测绘”继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新地面三维激光测量技术系统组成地面三维激光测量技术工作原理软件后处理信号处理接收器发射器扫描物体原理——飞行时间原理根据光脉冲在被摄场景中的传播和反射时间，来获取场景中各点的距离信息。其中C

为光速。飞行时间——脉冲测距原理通过记录调制的激光信号在待测距离上往返传播所花费的时间，可由飞行时间法直接求得待测距离。原理——结构光原理物体点的三维坐标(X,Y,Z)，是经过像点（X’,Y’）与相机光心的直线与光平面的交点。地面三维激光测量技术定位原理地面三维激光测量技术测距原理脉冲式测距相位式测距地面三维激光测量技术按测距类型分类脉冲式扫描仪相位式扫描仪三维激光扫描仪原理不同测距原理技术对比原理参数飞行时间结构光脉冲法相位差法激光发射装置固体激光器（红宝石、YAG）连续光源激发器（He-Ne）连续光源激发器（He-Ne）测量距离远近非常近测量精度低高非常高扫描速度慢快慢结构光就是把一个具有一定样式的光（面状、网状、或者其它复杂的形式）按照已知的角度照射到一个物体上。三维激光扫描仪原理-结构光结构光就是把一个具有一定样式的光（面状、网状、或者其它复杂的形式）按照已知的角度照射到一个物体上。这种技术对于图像采集并获取空间信息是十分有用的。采用结构光的三维扫描系统最大的优点是一次采集一个面，比如OKIO系列的三维扫描系统一次可以采集100*75,200*150,400*300

大小的面，根据客户的需要可以定做更大的，800*600的在考古领域应用非常广泛，高在10米左右的佛像四川乐山大佛就是用此型号的三维扫描系统采集过来的，数据质量很好，一周的时间就完成了，如果采用激光三维扫描系统可能要用到3-5个月的时间。地面三维激光测量技术地面三维激光测量技术地面三维激光测量技术按扫描方式分类多面扫描棱镜的转动决定激光束出射方向摆设扫描镜旋转正多面体扫描镜旋转椭圆柱扫描镜地面三维激光测量技术点云信息：表达目标空间分布和表面光谱特性的海量点集合可量测性光谱性不规则性高密度性表面性点云的三维渲染图地面三维激光测量技术点云信息地面三维激光测量技术点云文件地面三维激光测量技术图像表示灰度图像：像素值表示该点感光的强度或灰度；距离图像：像素值表示扫描点的距离信息；灰度图距离图地面三维激光测量技术主要性能指标三维激光扫描仪主要技术参数——精度·鉴于不可能获得真实值，只能用更精密仪器的测量值作为近似真实值，且精确度与准确度之间有一定的相关性，故实际中用精确度来衡量仪器的测量性能。准确度与精密度地面三维激光测量技术点位精度地面三维激光测量技术分辨率扫描分辨率包含以下参数光斑大小点间距距离分辨率一般来说，分辨率越高，表面建模精度越高，重建得到的模型越精细。分辨率随测距原理、实测距离的变化而变化，距离越远光斑越大、点间距越大。地面三维激光测量技术测程

在激光束垂直入射，目标实体的平面尺寸超过激光束直径时，所能达到的射程；取决于激光发生器的功率波长和目标反射率。

通常测程指的是在90%以上反射率情况下。物体的反射率越小，对应测程也越小。地面三维激光测量技术光斑大小地面三维激光测量技术光斑大小地面三维激光测量技术扫描速度物理定义：单位时间内扫描物体的长度厂商定义：单位时间内发射（接收）激光点数（受散射等原因，激光发射/接收装置发射N个激光点仅能接收到N/3—N/5个点）地面三维激光测量技术视场角地面三维激光测量技术扫描控制方式地面三维激光测量技术扫描模式地面三维激光测量技术数据存储地面三维激光测量技术电源地面三维激光测量技术反射标志地面三维激光测量技术反射标志选择与布设地面三维激光测量技术主要性能指标系统Optech

ILRIS-3DLeica

HDS6000RIEGL

VZ-400Trimble

GS200Z+F

Imager5003点位精度10mm@100m6mm@25m10mm@50m5mm@100m15mm@100m14mm@53.5m距离分辨率7mm@100m4mm@25m5mm@50m2mm@100m7mm@100m5mm@53.5m角度分辨率1.6″25″1.8″12″36″激光波长1535nm690nm770-3000nm532nm780nm测程1200m79m600m350m53.5m地面三维激光测量技术地面扫描仪市场比例各类商用点云处理软件地面三维激光测量技术工作流程外业察看现场及测量项目规划现场扫描控制网建立点云数据的拼接室内工作：三维数据的处理记录测量过程■作业面划分■扫描设站的选择■靶标的布设■扫描参数的设置地面三维激光测量技术现场扫描地面三维激光测量技术数据处理地面三维激光测量技术数据处理地面三维激光测量技术点云误差影响因素地面三维激光测量技术削弱误差影响的方法扫描仪定期标定，确定测距和测角的系统误差；

扫描作业合理规划，尽量减少测站次数，从而减少因点云配准引入的配准误差；缩短扫描距离，减少大气对激光传输的影响；尽可能进行垂直扫描，避免激光光斑形状造成的扫描点位置不确定性；采用滤波和拟合等数据处理手段，提高点云数据质量。内容概要地面三维激光扫描技术车载移动测量系统工程应用123智慧城市，从空间信息快速获取与智能化处理开始城市空间信息的快速获取、更新及智能化处理是当前测绘领域的研究热点，也是“数字城市”、“智慧城市”、“智能城市”建设亟待解决的重要问题。信息化城市发展的基本需求：快速获取、智能化处理。城市测量技术进步的必然要求：地面测量难以被取代；地面测量技术无显著进展。移动测量技术发展过程阶段一： 阶段二： 阶段三：

轨测量（10年前） 摄影测量（5年前）

激光测量（近三年）➢➢

GGGGPPSS➢➢视视视视频频导航数据生产道路线修测➢➢PGOPSS系统➢➢C视CD频/全景相机➢➢导导航航数数据据生产生产带状地图道路线修测数字城管…视频➢➢PGOPSS系统CCD/全景相机激光扫描仪GPS地形测绘实景地图➢➢三视维频建模导航数据生产…移动测量系统立体影像车载系统车顶平台相机组视频相机CCD1CCD2相机组CCD3CCD4背梯GPS天线BGPS天线A走线孔GPS天线相机组相机组全角云台GPS天线测量相机架CCD5CCD6移动测量系统立体影像车载系统TOPCON移动测量系统IP-S2测量版系统TOPCON移动测量系统IP-S2测量版系统TOPCON移动测量系统IP-S2测图版系统移动测量系统LYNX系统移动测量系统LYNX系统移动测量系统RIEGL

VMX-250系统➢➢G每G每P秒S

300000个点➢➢射视射视程频达300米移动测量系统中海达iScan系统移动测量系统内容概要地面三维激光扫描技术车载移动测量系统工程应用123典型工程应用为顺利实施东钱湖智慧城管数据库采集测绘项目，实现地理空间框架数据的整理、融合与集成，确保东钱湖城市管理信息建设高质量、高效率的完成，宁波东钱湖旅游度假区城市管理行政执法局特委托宁波市测绘设计研究院实施本项目。传统方法：外业采集：50天；外业属性调查：20天；车载方法：外业采集：5天；内业处理+属性调查：30天效率统计测区位置：宁波市海曙区通途路以北、丽园北路以西测区面积：约6万平方米；建筑规模：8幢；总建筑面积：约

11万平方米。完成情况：静态三维激光扫描完成全部建筑线化图绘制和三维建模，部分地形线化图绘制。123测区位置：宁波市海曙区，启运路以北，新星路以南，是连接宁波市江北区与鄞州区的交通干道之一。测区面积：道路最窄处约为44m，最宽处约为54m，长约

6.8km，测区面积约为700000m2。涉及1:500国家标准图幅51幅，折合满幅10.6幅。完成情况：车载三维激光扫描内业矢量化51万m2，占比

76.7%；外业补测15.5万m2，占比23.3%123地物点类别检测点数误差分布区间及比例0～m%m～2

m%