三维激光扫描技术在土木工程领域的应用(3)

１）按照扫描仪激光光束的发射方式不同划分为：１、灯泡式扫描仪，如图

１．１（ａ）；２、三角法扫描仪，它的用途有限，如三坐标测量机就是基于这

种原理，见图１．１（ｂ）；３、扇形扫描仪，此种类型的扫描仪扫描所得点云

的精度和密度都很高，为大多数扫描仪所采用。

（ａ）（ｂ）

图１．１激光光束发射方式分类《ｃ）

２）按照扫描仪的扫描成像方式划分为：１、摄影扫描式。此类型的扫描仪

扫描瞬时视场（ＦＯＷ）有限，它与摄影测量的相机类似。Ｌｅｉｃａ的一５．

三维激光扫描技术在土木工程领域的应用

第１章绪论

ＣＹＲＡＸ２５００（ＨＤＳ２５００）和ＯＰＴＥＣＨ的ＩＬＲＩＳ３Ｄ扫描仪均属于此类型。

它主要适应于窄外物体的扫描。尤其是对于长距离的扫描很有优势。２、

全景扫描式。此类型扫描仪的视场局限于仪器的自身如三角架。它适片ｊ

丁室内扫描，如数字化房屋和工业设备等。此类仪器有ｌｍａｇｅｒ５００３和

ＣＡＬＬＩＤＵＳ等。３、混合型扫描式。它集成了上述两种方式的优点，水

平方向的轴系旋转不受任何限制，ｍ垂直方向上的轴系旋转受镜面的局

限。ＧＳ２００（ＭＥＮＳＩ）和ＬＭＳＺ３６０（ＲＩＥＯＬ）都是这种型号。该种分类情况

如图１２所示。

吨ｍｌ激此¨描ｆＺ

个毓｛Ｉ捕仪：Ｍ？‘Ａ’｛抽ｊＺ擞黔＾ｆ｛捕值

够癣够

图１２按扫描成像方式分类

３）按照扫描仪测距原理划分；地面三维激光扫描仪对目标进行扫描时，与

无棱镜反射的电子全站仪类似，获得的是扫描仪中心与被扫捕物体的表

面的两个央角和一个斜距。三维激光扫描仪常用测距原理包括：１、基

于时间漂移原理（ＴＨ蚰ｅＯｆＦｌｉｇｈｔ）。大多数的扫描仪测距都是采片ｊ这种原

理，这种原理测距范围町以达到几百米，甚至突破千米（包括ＭＥＮＳＩ

和ＲＩＥＧＬ产品），但是在大范围的扫描测距时，精度相对较低。２、基

于相位测量原理（ＰｈａｓｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）。主要用于进行中等距离的扫描测

量，扫描范周通常限制在１００ｍ范围之内，与时间漂移原理相比，它的

精度可以达到毫米级。３、基于澈光雷达或光学的三角测量原理（Ｏｐｔｉｃａｌ

ｔｒｉａｎｇｕｌａｆｉｏｒｌ．ＬａｓｅｒＲａｄａｒ）。为了保证扫描的完整性，许多扫描仪只扫描几米至数十米的范围，而基于该原理的扫描仪可以达到亚毫米的精度，

且土要应爿ｊ于工业测量和逆向＿［程中，通常并小把这种扫描仪归属于地

面激光扫描仪的具体范畴之内。

４１结合＿【＝程实际需要，按照扫描速度和精度、空间分辨率、测程等不同指

标进行划分。表１Ｉ和图１３列出ｒ目前市场上常见的激光扫描仪及其

三维激光扫描技术在土木工程领域的应用

第１章绪论

主要技术参数。

从表中可以看出，当前最先进的地面激光扫描仪在测距精度上都可达到毫米级，扫描角测量精度已经可以达到ｌＯ秒以内，这相当于在５０米的距离内，由角度测量引起的误差可以控制在１．５～３ｍｍ。

扫描仪

生产厂家

测距精度＠

距离

模型表面哇重熏＠５诹ＳｃａｎＳｔａｔｉｏｎ２ＬｅｌＣａＨＤＳ６０００ＬｅｉｃａＧＸＤＲ２００＋ＬＩＩＳ－Ｚ４２０ｉＲＩＧＥＬＩＬＲＩＳ－３Ｄ０ＰＴＥｃＨＴＲＩＩ［ＢＬＥ５覃＿＠跏＜７■■２，．．５■Ｊ１００ｍ４曩ｍ园５０１７量且＠１００＾电５珥ｍ＠２０咖ａ嘎ＮＡＮＡ精度（胁）

水平角度

精度（秒）

垂直角度翻隔１２２６６９ＨＡ

１２２６６７．２］ＩＡ

精度（秒）

测距范围

３００７９２００一３５０可达１Ｊ０ｑ０

（＾）米

最大１，ｉ０００可达ｋ５０９米最大２，０００扫描速率（点／秒）最大５０，０００最大５００，０００最大５０００

光斑大相

距离

水平视场

垂直视场

测距方式６ｎ＠５０１３６０。２７０。ｌ生粤ｍ童５０１３６０。３１０。３１１∞魄３６０。６０。１３鼻曩＠５０１３６０。８０。９ｎＱ５０！４０。４０。脉冲相位脉冲脉冲脉冲

表Ｉ．１几种常见的激光扫描仪及其技术参数

近几年，ＨＤＳ２５００、ＩＬＲＩＳ．３Ｄ、ＬＭＳ－Ｚ２１０和ＭＥＮＳＩＧＳ２００这类基于ＴＯＦ测距技术的激光扫描仪的出现，实质上是三维激光扫描技术的革新和发展。这类新型仪器最突出的特点是在具有很高效率的三维数据获取基础之上，将扫描距离突破到百米甚至达到一千米之上。目前在国内，就硬件技术而言，浙江大．７．

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第ｌ章绪论

目１３ＬｅｌｃａＳｃａｎｓｔａｔｉｏｎ２

学、天津大学等科研院校已经对三角法三维激光扫描技术进｛？ｒ较为全丽的研究，然而南丁肇Ｊ：。ＩＯＦ测距技术的二维激光扫描技术足丌前最先进的高新集成技术之，Ｈ内对这方曲的硬件理论系统研究尚处丁空白，我系引进的ＦＡＲＯ激光扫描仪也是基于该原理的新型仪器。ＴＯＦ测距技术是｝Ｒ利Ｗ光束的Ｅ仃时问来测量ｎ描仪与Ｈ标点之间的距离。测量过程中，激光扫描仪连续向被扫描对象发射激光束，激光存被扫描肘蒙表而漫反射后再次被激光扫描仪接收．根据激光束的ｂ行叫间可以计算出激光光斑至激光扫描仪的距离。与此同时，扫描仪通过内部的角度测量系统测毓出每一激光束的水平方向平¨嵯苴方向的角度：最后根拼洲得的角度干¨距离ｕⅡｕｒ计葬出每个光斑在手１描仪所定义的空间二维直角坐标系巾的坐标。本文所研究的ＦＡＲＯ新型号激光｝二Ｉ描仪即是采川该类方法聚焦目标物体的点云数据信息。

＿二维激光扫描仪扫描测最目标物体得到的观测值为『Ｉ标对豫表面的点云数据如图１４所示，虽然存点云数据中隐含着被扫描对象表曲的＝维形卷信息，ｆＨ这些信息是通过大量密集的扫描点以模拟的形式体现的，而不是通过矢量化、数字化的方式表达，巾于不能从点云数据中直接提取目标对象的矢量化信息，吲此直ｕ何采用科学、可靠的手段对点云数据进行正确的处理成为一－维激光扫描技术中最关键的环节。点云数据处理的基本任务就足提取点云数据中所包含的同标对象的三维形态信息，并以数学解析表达式的形式进行表示。

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第１章绪论

图１４建筑物点云数据

点云数据的处理是一项十分复杂的研究内容。地面激光扫描仪是近几年才发展起来的高新技术，所以专门针对激光扫描仪点云数据后处理的研究日前还处于初步阶段，但是在工业界尤其是逆向工程领域，与点云处理的某些相关主题方面的研究已经历了数十年的发展。一般来说，点云的处理流程分为数据获取、数据预处理、数据拼接匹配、三维建模、矢量成果的输出及评价等几个毛要过程。以下分别简要介绍各处理环节的相关内容：

数据获取：利用软件平台控制三维激光扫描仪对特定的实体和反射参照点进行扫描，尽可能多的获取实体相关信息。三维激光扫捕仪最终获取的是卒间实体的几何位置信息以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据‘并存储在特定的工程文件中。

数据预处理：数据获取完毕之后的第一步就是对获取的点五数据和影像数据进行坝处理，应用过滤算 …… 此处隐藏：2308字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……