1500
6mm@10m
工作温度：0~40℃ 防护等级：IP54
11
2
选配外置 相机
Trimble RealWorks
Leica P20
脉冲式 1,000,000 0.4~120(18%)
H:360 V:270
Class2
808
≤2.8mm
工作温度: -20~50℃ 防护等级：IP54
11.9
内置电池 (2 块)7h
二、地面三维激光扫描仪的分类
地面三维激光扫描仪按测距原理可分为： 基于脉冲、 基于相位差和基于光学 三角测量三种。 其中脉冲式三维激光扫描仪使用脉冲测距技术从固定中心沿视线测量距离， 其扫描速度较慢，测距范围一般可达到几千米，扫描精度受光线影响较小，适用 于室外测量，如地形地貌测量、古建筑数字化等。基于相位差的扫描仪利用光学 干涉原理进行测量，该类扫描仪扫描速度较快，测距范围一般为几米到几百米， 扫描精度受光线影响较大，主要用于科研、考古、工业测量等，在隧道检测领域 已有应用。 基于光学三角测量原理的扫描仪主要利用立体相机和结构化光源，通 过获得两条光线建立立体投影关系进行测量，扫描距离一般为几米到数十米，主 要用于工业测量。
LMS 系列 LMS-Z390/ Z390i(400m) LMS-Z420/Z420i(1000m) LMS-Z620/ Z620i(2000m)
LPM 系列 LPM-321(6000m)
图9
Riegl 三维激光扫描仪
Trimble GX 6) Surphaser
Trimble FX
Trimble CX Trimble TX5 图 10 Trimble 三维激光扫描仪
脉冲式 1,000,000
0.4~270
≤3.5mm
Optech ILRIS-HD
中海达 LS300 思拓力 X300 迅能光电 VF1000
脉冲式
14,400
0.5～250
测距精度：25mm
Class1
905
4
HD 0
H/V:0.37mrad
6mm@50m 点位精度： 1.2mm@50m
1500
3.5mm@0.1m
防护等级:IP53
14
3
8000 万像素
LFM、 LaserControl SurphExpressSta ndard
100HSX_IR 相位式 1,200,000 _100HS
1~50
测距精度：0.7mm@15m
3R
685
2.3mm@5m
工作温度: 5~45℃
11
2
60 万像素
I-Site4400
中海达 LS300
STONEX X300
迅能光电 VS200
迅能光电 VF1000
图 14 国产三维激光扫描仪
五、主要地面三维激光扫描仪的参数对比
相位式三维激光扫描仪和中距离脉冲式三维激光扫描仪（最大测程小于 2000m）是隧道检测领域的较好选择。为此对以上厂家较新的相位式和中距离脉 冲式三维激光扫描仪的主要参数进行对比，见表 1。
H/V:0.009
测距精度： 2mm@10m(90%)
class1
1550
工作温度: 0~50℃
5.2
5
7000 万像素 FARO SCENE
相位式 1,016,000
0.3~187.3
H:0.0004, V:0.0002 H/V:1 arc sec (0.2778)
线性误差：1mm@50m
Class1
8) I-Site
I-Site8800 I-Site8810 I-Site8820 图 13 Optech 三维激光扫描仪 国外品牌一直垄断了中国三维激光扫描仪市场，使得这些仪器价格昂贵，不 利于三维激光扫描技术的普及。 为此国内的一些仪器公司进行了大量研究，自主 生产了以下几款三维激光扫描仪,如图 14 所示。
1) FARO
图6
FARO 三维激光扫描仪
2) Z+F
图7
Z+F 三维激光扫描仪
3) Leica
图8
Leica 三维激光扫描仪
4) Riegl
VZ 系列 VZ-400(600m) VZ1000(1400m) VZ4000(4000m) VZ6000(6000m) VZ2000(2050m) 5) Trimble
Class1
工作温度：-10~50℃ 防护等级：IP65 工作温度：0~40℃ 防护等级：IP54
5.9
6
1070 万像素 外置 Canon
Si-Scan
脉冲式
100,000
1200(90%)
测距精度： 50mm@100m Class1 测角精度：5″
1550
3
5D Mark II 2100 万像素
图 1 脉冲式三维激光扫描仪测距原理
相位式三维激光扫描仪连续发射激光波，激光波接触物体后再反射回来，通 过计算相位波的时间差来计算距离，如图 2 所示。因此，扫描速率较快。
图 2 相位式三维激光扫描仪测距原理
2）测程： 脉冲式三维激光扫描仪：测量较长，数百米～几千米；相位式三维激光扫描 仪：测程较短，几十米~几百米。在有效的测程内，可以保证数据的质量。 扫描仪的最大扫描距离与光线强弱、 物体反射率等相关， 一般用反射率为90% 的物体作为参考。但一般隧道内部材质的反射率小于50%，因此在实际应用中， 设备的最大扫描距离会减小。 3）视角范围 扫描仪单站单次扫描的视角范围。影响外业采集效率和数据的完整型。 4）精度 扫描仪各精度间的关系图如图 3 所示：
图 3 扫描仪各类精度间的关系
脉冲式三维激光扫描仪的精度测量重复性好，受光线影响小。基于相位差的 三维激光扫描仪的精度因为受光线、物体反射率和扫描角度的影响，会经常波动 和变化。目前德国的Z&F和美国的Surphaser精度较高，在理想条件下，10m内精 度可控制在1mm左右，20m内精度可控制在3mm左右，20m以后，扫描精度随距离的 增加下降较快。地铁隧道属于狭长形建筑，当测站间距较大时，激光在隧道表面 的入射角 过大，反射回来的激光较少，点云的质量较差。D.D.Lichti的试验表 明，当入射角大于 65 °时误差才开始急剧上升。由图 4 中的几何关系可得： l arctan ，其中 l 为测站间距的一半，r 为隧道半径。当 65 时，l 2.1r ， r 如果实验对象是半径为2.75m的隧道， 则扫描仪的站间距为 2l 11.6m ， 在这段距
仪器 名称 FARO Focus3D X330 FARO Focus3D X130 Z+F image5010C Surphaser
最大 测距原理 测速 (点/秒) 测距范围(m)
视场角 角度分辨率 (︒) (︒)
标称精度
激光 等级
仪器重 激光波长 激光束直径 稳定性 量 （kg）
待机时间 （h）
地 面 三 维 激 光 扫 描 仪 汇 总
一、地面三维激光扫描仪的组成
地面三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器， 其主要构 造是激光扫描系统， 它是由高精度的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均 匀角速度旋转的反射棱镜构成，同时也集成了时间计数器、控制电路板，部分扫 描仪还集成了数码相机和GPS等。
四、主流的地面三维激光扫描仪
目前，市场上主流的地面三维激光扫描仪有以下几个厂家：FARO(美国)、 Z+F(德国)、 Leica(德国)、 Riegl(奥地利)、 Trimble(美国)、 Surphaser(美国)、 Optech(加 拿大)、I-Site(澳大利亚)等，如图 5 所示。
图 5 主流的地面三维激光扫描仪厂家 这些厂家的三维激光扫描仪的主要产品如下：
内置相机
Cyclone
Leica C10
脉冲式
50,000
0.1~300 （90%）
H:360 V:270
3R
532
4.5mm@50m
工作温度：0~40℃ 防护等级：IP54
13
内置电池 (2 块)3.5h
400 万像素
Cyclone
内置：400 Leica P30/P40 H:360 V:270 测距精度：1.2mm+10ppm 测角精度：H/V:8″ 点位精度：3mm@50m Class1 1550nm/658 nm 工作温度：-20~50℃ 防护等级：IP54 内置电池 万像素；外 12.25 5.5,外挂 置相机支持 电池 7.5 Canon EOS 60D 和 70D Riegl VZ400 脉冲式 122,000 1.5~600 H:360 V:100 H:360, 脉冲式 10000HZ 3-1200 V:40*40 0.000745 7mm@100m Class1 1535 19mm@100m 工作温度：0~40℃ H/V:0.0005 5mm, 重复精度：3mm Class1 near infrared (780~2526) 工作温度：0~40℃ 防护等级：IP64 9.6 14kg+ 7kg(旋 转基座) H:360 V:300 H:360 V:90 H:360 V:90 H:0.005 V:0.125 5 310 万像素 PolyWorks 选配外置 相机 RiSCAN PRO Cyclone
离内基于相位差的三维激光扫描仪的精度基本能够满足测量要求。
图 4 隧道扫描示意图
5）稳定度 扫描仪的稳定度主要体现在其工作温度、储存温度、防冲击等级、防水防尘 等级 IP（Ingress protection，防护等级 IP 由 2 个数字组成，第一位代表仪 器防尘等级， 第二位代表仪器防水能力， 数字越大表示其防护能力越高） 等方面。
内置相机
配套软件
相位式
976,000