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一、地面三维激光扫描技术 地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随 着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这种技术已经引起 了广大科研人员的关注。 通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），瞬时测 得空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取 的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维 可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件 所不可比拟的。
精密体积量算
上海河南路桥点云图
上海河南路桥三维模型
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二、地面三维激光扫描技术的应用 14 虚拟雷村变电站
精密体积量算
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二、地面三维激光扫描技术的应用 15 废料堆地形扫描
精密体积量算
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数字高程模型
等高线
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二、地面三维激光扫描技术的应用 1 历史建筑
构网TIN
贴纹理
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二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用 1 历史建筑
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二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用 2 现代建筑
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像 传统测量方法
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
PT1
传统测量方法
PT3
PT7 PT10 PT9 PT8 PT2
PT4
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地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology) 快速扫描 在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-5秒不等三维 激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒1000点的测量速 度已经让测量界大为惊叹. 现在脉冲扫描仪（scanstation2）最大速度已经达到50000 点每秒，相位式扫描仪Surphaser三维激光扫描仪最高速度已经 达到120万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本 保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量 已经成为过去式。
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地面三维激光扫描技术及应用开发研究
花向红 教授
武汉大学测绘学院
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内
容
一、地面三维激光扫描技术 二、地面三维激光扫描技术的应用 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统 五、后续研究工作
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一、地面三维激光扫描技术 二、地面三维激光扫描技术的应用 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统 五、后续研究工作
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一、地面三维激光扫描技术
1 地面三维激光扫描系统组成
扫描单元 控制单元 电源 三脚架和标靶
平面靶标（Flat Target） 球形靶标（Sphere Target）
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• 按用途分类： • 可分为为室内型和室外型。也就是长距离和短距离 的不同。 • 按生产厂家不同：Surphaser（美国），I-site (澳 大利亚maptek)，riegl，徕卡，天宝，optect，拓 普康，faro等产家。
PT5 PT6
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
PT1
传统测量
PT3
PT7 PT10 PT9 PT8 PT2
PT4
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灾害监测与防治研究中心来自二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
数据获取
数据编辑 (2D or 3D) 输出到 CAD 软件
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一、地面三维激光扫描技术
5 地面三维激光扫描仪作业流程
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一、地面三维激光扫描技术
5 地面三维激光扫描仪作业流程
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一、地面三维激光扫描技术 6 地面三维激光扫描仪关键技术
点云获取
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三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发
1 项目开发的背景
伴随着三维激光扫描仪的大量引进，应用领域越来越多， 三维激光扫描点云数据处理软件的需求也随之越来越大。 购买相应的随机商用软件费用高 软件功能也不能完全满足不同行业的要求 开发适合我国国情的具有自主知识产权的基于三维激光 扫描技术的复制重建系统软件非常必要。
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二、地面三维激光扫描技术的应用 10 隧道测量
精密体积量算
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二、地面三维激光扫描技术的应用 11 虚拟化工厂
精密体积量算
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二、地面三维激光扫描技术的应用 12 室内改造工程
精密体积量算
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二、地面三维激光扫描技术的应用 13 桥
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二、地面三维激光扫描技术的应用 16 现场保存
NASA扫描哥伦比亚号航天飞机碎片
精密体积量算
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二、地面三维激光扫描技术的应用 17 现场保存
精密体积量算
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一、地面三维激光扫描技术 二、地面三维激光扫描技术的应用 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统 五、后续研究工作
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
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二、地面三维激光扫描技术的应用 3 文物雕像
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一、地面三维激光扫描技术 地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)
是利用激光进行高速、实时、自动获取给定区域目标表面 三维坐标的测量技术。 是一种大面积高密度的非接触式主动测量技术。
激光测量单元进行从左到右，从上到下的全自动步进扫描 测量，在激光测量斜距的同时，记录激光光束的水平角和 垂直角，从而解算目标相对于仪器中心的三维坐标，并可 同时记录反射信号强度值。
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二、地面三维激光扫描技术的应用 4 地形变化
精密体积量算
城市规划
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二、地面三维激光扫描技术的应用 5 冰川监测 — 地形复杂，落差大
精密体积量算
在珠穆朗玛峰进行冰 河监测试验。
等高线生成 城市规划
项目内容： 采用激光扫描技术在 珠穆朗玛峰进行冰河 监测试验的研究。
一、地面三维激光扫描技术 6 地面三维激光扫描仪关键技术
点云精简(点云压缩)
三维激光扫描仪得到的点云数据是海量数据，由于数据 量大得惊人，给数据处理和存储带来了很大困难。要高效率 地使用点云数据，必须采取科学方法加以压缩。显然，压缩 比越高，压缩后的数据就越少。可是压缩与保真是一对矛盾 ，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。如何解决这 对矛盾，同时获得高压缩比和高保真度无疑是本项目的关键 技术之一。
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一、地面三维激光扫描技术
6 地面三维激光扫描仪关键技术
点云配准
由于物体的遮挡、扫描仪的限制等原因,要完成对一个物体的完整三维 数据获取,地面三维激光扫描仪需要多测站多角度进行扫描。但在不同测站 进行扫描的坐标系不同,因此需要通过点云配准将多站扫描数据拼接到同一 坐标系下,以获得物体表面的完整的形状信息。
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一、地面三维激光扫描技术
3 地面三维激光扫描仪扫描特点
实时、动态、主动性 三维激光扫描系统为主动式扫描系统，通过探测自身发射的激光脉冲回射 信号来描述目标信息，使得系统扫描测量不受时间和空间的约束。 高密度、高度灵活性、高稳定性 激光扫描能够以高密度、高精度的方式获取目标表面特征。通过扫描可 以获得点云数据（海量数据）。可自由控制采集密度，适应不同的目的。观 测过程中无人工干预，由扫描仪内部电子设备自动控制，减少了人工干预的 不确定 。 无需和被测物体接触 ，适应性好 三维扫描系统是一种主动式的测量系统，无需合作目标，可以深入到复杂 的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完 整地采集到电脑中。其数据采集无论是白天，黑夜，还是恶劣条件天气均可 以测量。 可扩展性 三维激光扫描系统可以和GPS等集合起来实现更强、更多的应用。
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一、地面三维激光扫描技术
2 地面三维激光扫描仪扫描定位原理
Z
Y



X
X L cos cos Y L cos sin Z L sin
在仪器内, 通过两个同步反射镜快速而有序地旋转, 将激光脉冲发射体 发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,测量每个激光脉冲从发出经被测物 表面再返回仪器所经过的时间差( 或者相位差) 来计算距离, 同时扫描控制 模块控制和测量每个脉冲激光的角度, 最后计算出激光点在被测物体上的三 维坐标。