三维激光扫描系统在测绘中的应用分析
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【摘要】随着科学技术的不断创新和进步，三维激光扫描技术也在不断的改进和完善，该项技术在信息的采集方面体现出高效、精确、快捷和方便的优点。本文对三维激光扫描系统的原理和处理方式以及实际应用和前景进行分析研究。
【关键词】三维激光扫描技术；测绘工程；应用分析
中图分类号： P2文献标识码： A
1三维激光扫描技术的工作原理
扫描仪的发射器通过激光二极管发射一种接近红外线波长的无害光束，对测绘对象进行立体面状的扫描，借助设备获取对激光的反射时间差，从而测量激光与物体之间的距离，最后用编码器来测量镜头旋转角度与激光扫描仪的水平旋转角度,获取测量对象表面每个采样点空间立体坐标,得到被测对象的采样点集合,称之为“距离影像”或“点云”。所获取的由点云组成的影像与通常的扫描的栅格影像最大的区别就是具有矢量化的特性,点云之间具有可量测性。
2设备分类及性能
三维激光扫描设备可分为机载类和地面类。地面扫描设备根据扫描的方式不同可以分为车载、地面和船载。地面扫描设备按其功能可以分为ILRIS—3DVP、ILRIS—3DER、ILRIS—36D和ILRIS—3DMC四种型号。ILRIS—3DVP是最基本的扫描设备，使用范围比较广；ILRIS—3DER距离增强型,能够远距离进行工作；ILRIS—36D的扫描空间比较广，面积达，可以旋转扫描；ILRIS—3DMC适合于车载和船载进行移动扫描。
3系统组成
三维激光扫描设备由软件和硬件组成，硬件为三维激光扫描仪，软件包括点云影像后处理系统。
4系统工作流程
工作流程是:方案制定外业扫描数据处理(点云定向、点云处理等)成果输出。点云间的相对位置在扫描的距离影像中是完全正确的，则取决与将它们能否通过转换统一在同一坐标系下。一般情况下，一幅点云图像无法反映测区整体，多幅点云影像的拼接，就要在数据处理阶段完成坐标纠正，使多幅图像处于同一坐标系下，这就是所谓的点云定向。
实际点云影像定向就如两个不同空间坐标系的转换一样，需要解决的转换参数共有七个：三个平移参数，三个旋转参数和一个尺度比参数.实际应用中有两种方式可以完成定向：相对方式和绝对方式。相对方式就是以一幅点云图像坐标系为基准，其他点云图像统一在该扫描图的坐标系下，前提条件是不同点云图像之间存在重叠或者事先设置有控制点和靶点。实际测绘过程中，要求将点云图像统一在大地坐标系下或者某一特定的坐标系下，绝对转换方式就是将所有扫描图都转换到控制点的坐标系中，该种方式最大的优点是消除转换误差的累积,通常实际应用中，可将两种方式综合起来应用。扫描得到的是散乱的海量数据，需要对采集点云数据进行噪音滤除、点数据平滑处理、剪裁等处理步骤，另外对于某些观测死角和暗部，需要进行必要的“织补”，或采用特殊方式进行扫描处理。
5三维激光扫描技术优点
三维激光扫描技术的优点是方便、精确、快捷、实时和全数字化，测量精度高，测量方式比较灵活，不接触所测对象，可以及时的采集物体空间的三维数据，建立其立体模型，并对模型进行数据处理和分析。三维激光扫描技术弥补了传统测量方法的弊端，数据采集点位密度大，数据信息丰富，可以实现精细化测绘，同时提高了测量效率，减少了测量成本。
6应用与前景
(1)立体模型的建立。三维激光扫描技术主要用于物体立体模型的建立、工业设备计测、考古与文物保护、三维城市漫游建立和三维数字地面模型建立等。
(2)完成水域和地面扫描。借助机载和船载激光扫描设备可以完成水域和地面地形扫描测量。
(3)滑坡监测和确定滑坡区域。通过对扫描数据的两次或多次比较，从而能够确定和完成滑坡区域的检测，达到减灾防灾和对灾害造成范围的确定。
（4）洪水区域的分析：通过对洪灾发生前后的三维地形对比分析，一是可以确定降水量，预测洪水达到的区域，达到预防的目的；二是通过对洪水前后扫描数据的对比，计算受灾区洪水的体积。
（5）变形监测：传统变形监测方式是通过全站仪或GPS以及其他形式监测方式，在易发生变形的地方设置检测点,通过连续和定期观测,对多次观测的数据的对比分析，完成对工程安全性的确定,此种方式只是对离散监测点位移变化分析，做出安全与否判断，结果可能存在瑕疵，而三维激光扫描技术,可以高精度，高密集对监测对象，进行立体空间面状扫描，获取监测体的整体数据，通过定期或周期对监测体的扫描数据对比分析，做出对监测对象的正确评估。补充、扩充和完善地理信息系统：三维激光扫描技术可以完成对空间数据信息的确认，作为下一代的测量手段加上数据管理功能，可以作为电子手簿或GIS的有利工具和数据采集手段，改变旧的数据管理方式具有重要的意义，同时丰富和完善了测绘信息的获取手段和表现形式。
7结束语
伴随三维激光技术的不断完善与发展,以及三维控制信息需求的增加,三维空间技术将和现代经典测量技术相互融合,作为一种新的空间数据采集手段,三维激光扫描技术具有广阔的发展空间,将成为一种普遍应用的技术。
参考文献
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