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三维激光扫描测量系统

三维激光扫描测量系统
三维激光扫描测量系统

三维激光扫描测量系统

基本介绍

三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器,可在三个相互垂直的导轨上移动,此探测器以接触或非接触等方式传送讯号,三个轴的位移测量系统经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量”。三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。

2三维测量方式

1)将被测物体置于三坐标测量空间,可获得被测物体上各测点的坐标位置,这项技术就是三坐标测量机的原理。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一,可以替代多种表面测量工具,减少复杂的测量任务所需的时间,为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。

2)三维激光扫描仪是通过发射激光来扫描被测物,以获取被测物体表面的三维坐标。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,具有高效率、高精度的测量优势。有人说,三维激光扫描是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。三维激光扫描仪被广泛应用于结构测量、建筑测量、船舶制造、铁路以及工程的建设等领域,近些年来,三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展,最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。

3)[1] 拍照式三维扫描仪采用一种结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术。这种测量原理,使得对物体进行照相测量成为可能。所谓拍照测量,就是类似于照相机对视野内的物体进行照相,不同的是照相机摄取的是物体的二维图象,而研制的测量仪获得的是物体的三维信息。

3应用领域

机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型等测量高精度的几何零部件以及测量复杂形状的机械零部件。

三维测量技术的应用领域:

最近几年,三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟,目前三维扫描设备也逐渐商业化,三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体,不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此,其已经成为当前研究的热点之一,并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

(1)测绘工程领域:大坝和电站基础地形测量、公路测绘,铁路测绘,河道测绘,桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。

(2)结构测量方面:桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量;管道、线路测量、各类机械制造安装。

(3)建筑、古迹测量方面:建筑物内部及外观的测量保真、古迹(古建筑、雕像等)的保护测量、文物修复,古建筑测量、资料保存等古迹保护,遗址测绘,赝品成像,现场虚拟模型,现场保护性影像记录。

(4)紧急服务业:反恐怖主义,陆地侦察和攻击测绘,监视,移动侦察,灾害估计,交通事故正射图,犯罪现场正射图,森林火灾监控,滑坡泥石流预警,灾害预警和现场监测,核泄露监测。

(5)娱乐业:用于电影产品的设计,为电影演员和场景进行的设计,3D游戏的开发,虚拟博物馆,虚拟旅游指导,人工成像,场景虚拟,现场虚拟。

三维激光切割行业应用

三维激光切割广泛应用于钣金加工、金属加工、广告制作、厨具、汽车、灯具、锯片、升降电梯、金属工艺品、纺织机械、粮食机械、眼镜制作、航空航天、医疗器械、仪器仪表等行业。特别是在钣金加工行业中已取代传统加工方式,深受行业用户的青睐

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用

三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用 徐晓雄刘松林李白 随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现,人们对空间三维信息的需求更加迫切。基于测距测角的传统工程测量方法,在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟,新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量,GPS可以全天候、一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标,但它们多用于稀疏目标点的高精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展,基于计算机视觉理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流,但它在由三维世界转换为二维影像的过程中,不可避免地会丧失部分几何信息,所以从二维影像出发理解三维客观世界,存在自身的局限性。因此,上述获取空间三维信息的手段难以满足应用的需求,如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段,为信息数字化发展提供了必要的生存条件。20世纪90年代,随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降,它在测绘领域成为研究的热点,应用领域不断扩展,逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。

使用国产地面激光扫描仪扫描的输电线三维模型 三维激光扫描测量技术的特点 三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性,采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据,能够对任意物体进行扫描,且没有白天和黑夜的限制,快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点,可以极大地降低成本,节约时间,而且使用方便,其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前,生产三维激光扫描仪的公司有很多,它们各自的产品在测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同,可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后,选用不同的三维激光扫描仪产品。

三维激光扫描仪使用说明

瑞士徕卡三维激光扫描仪 产品型号:ScanStation c10 徕卡测量系统股份有限公司HDS高清晰测量系统部门是三维激光扫描解决方案的供应商,她是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。其先进的高清晰测量扫描仪、软件以及“交钥匙”系统是高精度、确保投资回报、容易使用以及手段灵活的完美结合。除了这些产品之外,徕卡也向客户提供最全 面的客户服务和支持,并把客户介绍给业内最大也是经验最丰富的服务商网络。 徕卡测量系统的HDS产品家族包括:基于时间测量的HDS3000和ScanStationc10测量系统,基于相位测量的超高速系统HDS6000.这样的产品组合再结合Cyclone软件和CAD 插件Cloudworx,我们为用户提供完整的工程解决方案,用户可以获得符合徕卡品质的测量成果、完整的CAD工具集成、高精度的可提交成果以及海量工扫描数据管理能力。 徕卡ScanStation 全球第一个带有全站仪功能的三维激光扫描仪 全方位视场角 360°×270°双轴补偿±5′ 全站仪级别的单点测量精度 有效的测距范围 300米 模型表面精度±2mm 全新四大特点: 1、全方位视角:360°×270° 徕卡ScanStation c10全站式扫描仪能够扫描建筑的天花板或顶棚、桥梁下底面、架空管道支撑架、高大物体的立面、柱状或塔式建筑物。全站仪的视场角没有限制,因此,测量员和其它专业人员在安置徕卡ScanStation 全站式扫描仪时,不需为视场角问题费心劳神。 2、高精度双轴(倾斜)补偿器:双轴补偿±5′分辨率1” 比全站仪更加灵活和自由,徕卡ScanStation c10全站式扫描仪可以根据测量控制点完成高精度的导线测量,因为它使用了和徕卡全站仪一样高精度的双轴(倾斜)补偿器。 3、测量级的点位精度:模型表面的精度±2mm 和有些扫描仪通过“多次测量取平均”的方法达到测量级的精度不同,徕卡ScanStation c10全站式扫描仪测量的单点精度也能达到测量级的精度。在远距离扫描时,徕卡ScanStation c10全站式扫描仪的超精细扫描保证了标靶扫描的精度以及扫描拼接的精度,用户会切身体会到其中的好处。

三维激光扫描系统

三维激光扫描系统 基本介绍 三维测量可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器,可在三个相互垂直的导轨上移动,此探测器以接触或非接触等方式传送讯号,三个轴的位移测量系统经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐标(X、Y、Z)及各项功能的测量”。三维测量的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。 应用领域 机械、汽车、航空、军工、家具、工具原型等测量高精度的几何零部件以及测量复杂形状的机械零部件。 三维测量技术的应用领域: 最近几年,三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟,目前三维扫描设备也逐渐商业化,三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体,不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此,其已经成为当前研究的热点之一,并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。 (1)测绘工程领域:大坝和电站基础地形测量、公路测绘,铁路测绘,河道测绘,桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算。 (2)结构测量方面:桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、测量造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量;管道、线路测量、各类机械制造安装。 (3)建筑、古迹测量方面:建筑物内部及外观的测量保真、古迹(古建筑、雕像等)的保护测量、文物修复,古建筑测量、资料保存等古迹保护,遗址测绘,赝品成像,现场虚拟模型,现场保护性影像记录。 (4)紧急服务业:反恐怖主义,陆地侦察和攻击测绘,监视,移动侦察,灾害估计,交通事故正射图,犯罪现场正射图,森林火灾监控,滑坡泥石流预警,灾害预警和现场监测,核泄露监测。 (5)娱乐业:用于电影产品的设计,为电影演员和场景进行的设计,3D游戏的开发,虚拟博物馆,虚拟旅游指导,人工成像,场景虚拟,现场虚拟。 三维测量方式 1)将被测物体置于三坐标测量空间,可获得被测物体上各测点的坐标位置,这项技术就是三坐标测量机的原理。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一,可以替代多种表面测量工具,减少复杂的测量任务所需的时间,为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。

三维激光扫描仪

利用三维激光扫描仪提取塌陷裂缝 张飞跃 (西安科技大学,陕西西安 710600) 摘要:三维激光扫描技术作为一种新兴的测量技术,是一种先进的、自动化的、非接触式、高精度三维激光技术,是继GPS之后测量技术的又一次革新。由于地面沉降引起的地裂缝是一种日趋普遍且显著的地质问题,对矿区地表作物及生态产生重大影响。利用三维激光扫描仪并结合数字图像技术提取塌陷裂缝是对三维激光技术应用的又一次扩展。论文对三维激光扫描仪进行了详细的介绍说明并通过对矿区实地数据的处理和分析,探索三维激光扫描仪在地表变形监测领域的应用理论和方法。 关键词:三维激光扫描技术,点云数据处理,数字滤波,裂缝信息提取 Using three-dimensional laser scanner to extract Surface crack ZHANG Fei-Yue (xi’an university of science and technology) Abstract:As a new measurement technique,three-dimensional laser scanning technology is an advanced, automated, non-contact, high-precision three-dimensional laser technology, following another GPS measurement technology innovations. Due to cracks caused by ground subsidence is a common and increasingly significant geological problems, there has a significant impact on the mine surface crops and https://www.wendangku.net/doc/8814752427.html,ing three-dimensional laser scanner and digital image technology to extract collapse crack is another expansion of three-dimensional laser technology .This paper has been illustrated and described in detail by mine field data processing and analysis for three-dimensional laser scanner,to explore the three-dimensional laser scanner application theory and methods in the field of surface deformation monitoring. Key words: Three-dimensional laser scanning technology,Point cloud data processing,Digital Filter,Cracks information extraction 0 引言 三维激光扫描系统是一种集高新科技于一身的空间数据获取系统。利用地面三维激光扫描技术,可以进行复杂地形地貌的地区或是管线设施密集的工厂进行扫描作业,并可以直接实现各种大型的、复杂的、不规则、标准或非标准的实体或实景三维数据完整的采集,进而快速重构出实体目标的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。同时,还可对采集的三维激光点云数据进行各种后处理分析,如测绘、分析、模拟、展示、监测、虚拟现实等操作。 在矿山开采沉陷研究中,传统地表沉陷观测方法在地表变形盆地主断面上步设一定密度的监测点获取地表变形数据。监测点数量有限,并且在较长的观测周期中出现因监测点难以保护而造成点位丢失的现象,给之后的数据处理工作带来

三维激光扫描分类及工作操作规范

三维激光扫描分类及工作 操作规范 Revised by Hanlin on 10 January 2021

一、地面激光扫描系统 1、概述 地面激光扫描仪系统类似于传统测量中的全站仪,它由一个激光扫描仪和一个内置或外置的数码相机,以及软件控制系统组成。二者的不同之处在于激光扫描仪采集的不是离散的单点三维坐标,而是一系列的“点云”数据。这些点云数据可以直接用来进行三维建模,而数码相机的功能就是提供对应模型的纹理信息。 2、工作原理 三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号,经物体表面漫反射后,沿几乎相同的路径反向传回到接收器,可以计算日标点P与扫描仪距离S,控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内,Y轴在横向扫描面内与X轴垂直,Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。进而转 换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或三维模型。 3、作业流程 整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成,它采用非接触式高速激光测量方式,获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型,以多种不同的格式输出,满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。(1)、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。三维激光扫描仪最终获取的是空间实体的几何位置信息,点云的发射密度值,以及内置或外置相机获取的影像信息。这些原始数据一并存储在特定的工程文件

地面三维激光扫描技术在测绘中的应用

地面三维激光扫描技术在测绘中的应用 发表时间:2018-11-21T16:53:28.040Z 来源:《防护工程》2018年第20期作者:房劲松张永洁[导读] 随着全球化进程的不断推进,我国科学技术的不断提高,在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步,地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。 天津华铁工程咨询有限公司天津市 300011 摘要:随着全球化进程的不断推进,我国科学技术的不断提高,在工程的测绘技术当中也取得了巨大的进步,地面三维激光扫描技术就是其中较为出色的应用。对比传统的工程测绘方式,地面三维激光扫描技术有着高科技、易操作、精度高等特点,配合可视化技术的深入应用,地面三维激光扫描技术不仅在工程方面,在其他行业中也得到了大量的应用和快速的发展。 关键词:三维激光扫描技术;测绘;应用 引言:三维激光扫描技术是近年来在GPS 技术之后出现的一项新兴测绘技术。与传统测绘技术相比不同的是,在三维激光扫描技术中能够通过先进的技术手段实现对复杂环境当中空间的深入测绘。 一、三维激光扫描技术介绍 三维激光扫描技术是信息科技化时代的一门新技术,最先是在国外研究开发而成的。它主要是以三维激光扫描仪作为主要仪器设备,根据激光测距的基本原理,运用扫描镜、伺服马达设备,根据既定目标要求对相关的领域进行扫描定位,从而按流程获取三维坐标和纹理信息,进而体现三维场景。三维激光扫描技术是一项系统的流程,通过进行准确定位、测量、记录、计算然后上传从而完成整个扫描定位过程。根据扫描空间的不同,具体可以分成地面激光扫描技术和空中激光扫描技术,在国外很多国家三维激光扫描技术应用领域比较广泛,应用在船舶、航天航空、建筑业、军事、医学、交通、汽车、考古等多方面领域都有所涉及和应用,国内的话主要在考古和工程建设方面应用比较多,比较常见。由于空中激光扫描技术都有固定的领域、模式和应用途径,所以本文主要研究地面激光扫描技术,其实操作流程非常简单,主要是运用水平与垂直的全自动高精度进行扫描,进而根据具体原理和测算公式画出明确的三维坐标,从而实现和真实情况相一致的虚拟三维模拟场景。地面型三维激光扫描技术主要组成部分是三维激光扫描仪、数码相机、内部控制软件等组成。 二、地面三维激光扫描技术的特征 一是分辨率高、精度高。三维激光扫描技术能够快速准确地获得被测物体的表面的海量点云信息,从而运用测点的间隔位置,对扫描对象的表面进行高密度三维数据信息采集,分辨率非常精确,甚至可以达到2 至3 毫米。而且不需要与扫描物体进行直接接触,不需要发反射棱镜,对扫描物体也不用进行任何的操作或者移动,从而自动获取三维数据,并且数据信息非常稳定。这是传统的扫描测量技术所不能实现的。三是,数据采样率高,主要是运用脉冲激光进三维激光扫描仪进行扫描,采样点的速率高达几千点每秒,如果要是运用相位激光方法测量的三维激光扫描仪,采样点的速率高达几十万点每秒。四是效率快。地面三维激光扫描技术由于采用的是非接触式测量方式,直接能够从被测目标表面获取信息,因此采集信息非常快,获得信息效高,大大提高了信息采集速度。 三、地面三维激光扫描技术在工程测量中的实际应用情况探析 目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用领域非常广泛,建筑行业已经对地面三维激光扫描技术非常重视,并从实际应用中体验到地面三维激光扫描技术的优势,目前地面三维激光扫描技术在工程测量中的专业应用方面主要包括地形图的测绘、测算土方量、测量竣工、以及构建三维模型。具体在工程测量中的应用一定要按照流程进行,一是要在扫描前期进行贮备,二是在扫描过程中对点云数据进行全面收集和采集,三是对点云信息进行配准核对,最后是对点云信息数据进行分析处理。 3.1地面三维激光扫描技术在地形图的测绘领域的应用 这种技术主要是为了解决采用传统的测量方式不能测量的情况,比如在断臂地区等,可以运用激光扫描技术运用非接触性手段,测量被测目标的地貌等,在进行地形图的测绘过程中,在进行点云数据的处理分析时必须要结合周边的地形地貌以及外界因素进行全面数据收集和测量,不能单一地只对测量目标进行信息采集,否则这样就会造成地形图的不完整、不全面、不系统,不能对工程施工开展提供准确和全面的测量信息和数据支持。需要说明的是在提取和绘制地物的过程中,要进行信息的全面提取,充分运用三维激光扫描技术的软件性能,对点云数据的房屋的具体角度、地点进行选取,进而按照软件编程和技术规范进行绘制,按照公式进行计算从而确定具体比例,完成整个绘制的全过程。在计算等高线时,要对地物地貌的点云数据进行排除,从而运用人工绘制和自动绘制两种方式相结合的方式,具体可以应用平均面迭代法进行不必要的数据排除,然后在此基础上进行数据计算,这是一个反复的过程,只有多次进行测算和数据排除,才能保证获取准确的地物地貌数据。最后一步成图制作和编辑阶段,这时候需要根据前两步对等高线、地形图之间的关系进行系统分析,将所有的数据进行叠加计算,对照实际采集的照片和计算的点云数据,从而进行手工校对和核实、调整。总之通过运用地面三维激光扫描技术在进行地形图测绘时可以大大提高测绘效率、准确性,克服信息采集的模式和难度,更容易获得地貌的具体特征。 3.2地面三维激光扫描技术在土方量计算领域的应用 该技术的主要流程是第一步进行图点云数据处理,以此设计基准面,再是对地物进行剔除,最后按照计算公式得出土方量。这个过程必须要注意的是要和工程实际相结合,对各个控制点进行准确测算和监控,从而提高准确性。比如在某个工程中,需要根据道路纵横断的信息,对土方填挖量进行计算,这时按步骤进行一步步操作,第一步收集数据,包括设计道路的纵横断、道路红线以及边坡三个方面的数据,第二部构建模型,在收集完数据之后根据相关技术构建曲面模型,第三部运用外也扫描数据建立实地的地面模型,并进行坐标转化。最后一步,将曲面模型和地面模型按比例进行增减计算,从而核算出土方量。 3.3地面三维激光扫描技术在道路竣工测量的应用 该技术主要是通过三维激光扫描仪代替水准仪进行测绘,从而获得道路中的样图以及纵横段,它进一步减少的外业的工作强度,全面促进工作效率的提高。具体流程是首先转换坐标系,然后提取三维坐标、等高线生成,最后绘制道路样图和纵横断,在精确度方面有很大的优势。 3.4地面三维激光扫描技术在三维模型构建方面的应用

车载激光扫描技术研究与应用现状

信息技术 摘要:近年来,随着三维激光扫描技术的不断发展和完善,车载激光扫描技术的应用越来越广泛。本文针对车载激光扫描技术,概述了该技术的工作原理,系统组成,处理流程,工程应用以及今后的发展。 关键词:车载激光扫描系统应用现状 0引言 三维激光扫描技术是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命,又被称为实景复制技术。它突破了传统的单点测量方法,具有快速,非接触式,渗透,实时,动态的,主动的,高密度,高精度,数字化,自动化等特点。三维激光扫描技术可以获取高精度高分辨率的数字地形模型,因为它能够提供扫描物体表面的三维点云数据。按照载体的不同,三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。在许多环境下,车载激光扫描系统就可以克服利用地面激光测量系统扫描而造成的费时费力的问题,例如对大范围的区域进行制图。 1车载三维激光扫描系统的组成 在普通车的顶部的行李架上稳固连接车载三维激光扫描系统的传感器部分,或者直接在车顶直接加装一个定制部件的过渡板。激光传感器头、数码相机、IMU与GPS天线的姿态或位置可以通过车顶支架调整。传感器头与导 航设备间的相对姿态和位置关系靠高强度的结构保证。 2车载三维激光扫描系统的工作原理 车载激光扫描系统是将激光扫描仪与GPS、IMU联合使用。在测量的过程中,GPS测量记录道路两侧目标地物在世界坐标系的位置,激光扫描仪则负责记录影像纹理、形状距离,另外,还需要记录测量车行进的方向角以及行进过程中的加速度,可以计算任一时刻在每个方向上的速度,为IMU提供一些参数,从而可以采集到车载平台在任意时刻下的行进状态。同时,GPS会实时记录下测量车在世界坐标系下的坐标位置,这一位置为绝对位置,激光扫描仪会实时记录下测量车到道路两侧目标建筑物的相对距离和测量的角度,这个距离是激光脉冲发射点到目标地物表面的距离,根据几何关系,可以很容易的计算得出任一时刻,激光扫描脉冲发射点到目标建筑物的距离。利用空间和时间上的检校信息,就可以整合得到目标地物表面在世界坐标系下的绝对坐标,从而实现在没有任何参考点的情况下,动态、实时地获取道路两侧目标地物表面的三维信息的功能。 3车载三维激光扫描系统的研究现状 近年来迅速发展起来三维激光扫描技术,这一高新技术已经有许多西方发达国家将它应用于对敌观测系统和快速获取特定目标的立体模型。目前,许多国际研究机构都投入了大量的人力,物力和财力,进行相关技术的研究和开发。详细情况见表1。 4车载三维激光扫描系统的应用 现如今,车载三维激光扫描系统已经被越来越多的应用到各行各业。它可以完成大区域地形图测量;交通部门可以利用它进行事故的勘测,规划部门可以进行森林的计测,军事部门进行实战电脑模拟,建筑部门还可以进行各项建筑的实景建模。在2008年4月,在希腊从雅典到克林斯曼对一条长达120km的公路进行了详尽的测量工作。这项工程是在CAD中将主要的地物特征重建,用来扩建一条新的高速公路。整个过程中以每小时50km的车速,测量了9.8亿个点,仅仅花费了3个小时。 同时间段,英国的Leicester利用车载三维激光扫描系统将很多有科学价值的历史建筑物区域建模并完成归档,耗费的时间不长,但是达到了很高的精度。 国内某矿区,利用三维激光扫描仪制作了详实的矿区三维模型,结合地质、水文、采矿等数据,可用于开采方量计算、开采设计、回填方案制定、稳定性分析等矿山安全生产的多个方面。先进的法如三维激光扫描仪可在短期内完成大量的数据采集工作,结合强大的矿山后处理方案,是建设三维数字化矿山的必备工具。 5车载三维激光扫描系统的发展 车载三维激光扫描系统作为测绘科学的领先产品,是一种直接主动式测量方法,受天气条件的影响少,作业安全,作业周期快,易于更新,时效性强,而且,在数据处理后,所有带有3D坐标的点云都可以被输出到CAD的环境下进行进一步的数据处理和加工。从现在的形势来看,车载激光扫描系统基本涵盖测绘的各个领域。但是其自身还存在很多不足,如:系统获得的数据具有分布不规律,坐标不连续;用于普通地形测量的系统所发射的激光脉冲很容易被水吸收而很难产生发射光,因此,该系统难以确定水系的边界;到目前为止,还没有一套通用的作业规范和流程;目前LiDAR系统的价格昂贵,也一定程度上限制了该系统的普 车载激光扫描技术研究与应用现状 胡雨佳(辽宁地质工程职业学院) 名称 GPSVan VISAT GIMTM KISS GI-EYE CDSS WUMMS LD2000 LaserScan-nerMMS DDTI 开发单位 OhioState University University ofCalgary NAVSYS MunichU- niversityof theFederal Military NAVSYS Aachen大地 测量研究所 武汉测绘科 技大学 立得公司 武汉大学 美国数字数 据技术公司 平台 汽车、 火车 汽车 卡车 汽车 汽车 汽车 汽车 汽车 汽车 汽车 影像传感器 GPS,陀螺,里 程计,IMU 单色CCD,彩 色摄像机 CCD,摄像机 SVHS,单色 CCD,录音设 备 CCD 单色CCD CCD,激光扫 描仪 彩色CCD 激光扫描仪 触摸屏,录音 设备 参考文献 Goad,1991 Novak,1991 Schwarz,1993 EI-Sheimy,1999 Goetseeand Brown,1984 Caspary,1995 Brown,1998 Benningand Aussems,1998 LI等,1999 LI等,2001 LI等,2001 DDTI(网站)表1主要移动测图系统 301

车载三维激光扫描系统简介

一、系统简介 三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术,是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过高速激光扫描测量的方法,大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息,为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。 近些年来,三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展,最具代表性的就是车载三维激光扫描仪,车载三维激光扫描仪是将三维激光扫描设备、卫星定位模块、惯性测量装置、里程计、360°全景相机、总成控制模块和高性能板卡计算机集成并封装于汽车的刚性平台之上,在汽车移动过程中,快速获取高精度定位定姿数据、高密度三维点云和高清连续全景影像数据,通过统一的地理参考和摄影测量解析处理,实现无控制的空间地理信息采集与建库。 汽车、三维激光扫描仪、数据处理软件,这三部分共同组成了车载三维激光扫描系统。 图1.车载三维激光扫描系统图2.系统工作原理图

二、发展状况 随着地理空间信息服务产业的快速发展,地理空间数据的需求也越来越旺盛。地理空间数据的生产,成为世界经济增长的一大热点。目前世界上最大的两家导航数据生产商NavTech和Tele Atlas均将车载三维激光扫描系统作为其数据采集与更新的主要手段,并将该技术视为公司的核心技术。 我国在车载三维激光扫描系统测图领域的研究起步较早,现已在多传感器集成、系统误差检校、直接地理参考技术、交通地理信息系统等方面取得突破性的进展,其中最具代表性的有李德仁院士主持、立得空间信息技术有限公司研制的LD2000-RM车载道路测量系统和刘先林院长主持、首都师范大学研制的SSW车载测图系统。 三、国内的应用 经过多年的发展和应用,车载三维激光扫描系统已在我国基础测绘、应急保障测绘、街景导航地图测绘、三维数字城市建设、矿山测绘、公路GIS与公路路产管理、电力GIS数据采集与可视化管理、铁路GIS与铁路资产管理、公安GIS数据采集等项目中得到广泛应用。较为成功案例有黑龙江测绘局基于移动道路测量系统的数字道路采集生产、武汉市汉阳沌口经济技术开发区电子地图测制、韩国高速公路公司道路设施调查维护、湖北楚天

三维激光扫描仪的使用说明

甘肃启奥地理信息工程服务有限公司 三维激光扫描仪 使用规范 二零一二年十二月

三维激光扫描仪以其长距离,高精度,快速度数据扫描的特点,能在条件恶劣,人员无法抵达的环境里,完成了一系列高难度、高强度的测绘任务,发挥出了其独有的优势,给我们测绘带来前所未有的效益。在使用RIEGL VZ-1000近一年半的时间里,我们也总结了很多经验,我将此仪器的常规操作做一简要总结,作为基本的使用规范: 一、外业基础工作 1.配件及外业准备工作 三维激光扫描仪外业测绘所需配件有:RIEGL VZ-1000主机、充电器、电瓶、电瓶充电器、数据线、电源线、笔记本电脑(电池,鼠标等)。 辅助设备:RTK1+1模式、仪器箱、内六方扳手、背包(仪器保护小棉袄)、木质脚架,简易脚架、记录本、觇板、反射贴片,卷尺等。 2.充电 1)三维激光扫描仪自带电池直接可以充电,由于其自身的电池保护功能在电池电量没有完全用完的情况下,首先开机放电,让其正常耗电,电量小于10%以下,电量显示为红色,方可继续充电,否则无法充电。充电时间保持8小时以上。 2)电瓶充电时,必须严格按照正负极标注进行接线,严禁违规操作。接通电瓶充电器,绿灯亮后,在仪表盘上,电压设置12V,电流设置18A以上。充电时间保持10小时以上。 3)其余设备(RTK、笔记本电脑、对讲机等)按正常标准充电,

充分保证野外工作的顺利经行 3.外业数据采集 1)找到合适的仪器架设位置后,固定脚架,使其基本平整,将扫描仪固定到脚架上,拧紧连接螺旋。先连接数据线(注意卡口,切记野蛮连接),如果需用电瓶供电,再连接电源线缆。打开供电按钮,启动一起,同时启动电脑。在距离扫描仪15米左右视野开阔的地方,固定简易脚架,设置反射贴片位置,并记录反射贴片高度,反射贴片正对扫描仪。 2)扫描仪开机后,仪器下方出现激光束投射到地面上,找准激光位置,做好标记,量取仪器高并记录(激光投射地面点到脚架基座的高度,单位m)。 3)笔记本启动后,桌面上点击图标,启动软件,进入软件操作界面(见图1)。 图1 软件操作界面

地面三维激光扫描测量技术及其应用分析

地面三维激光扫描测量技术及其应用分析 宋宏1,2 (1.武汉大学测绘学院 武汉 430079;2.中煤航测遥感局 西安 710054) 摘 要:三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。目前许多发达国家已将这一先进技术用于空对地观测及工业测量系统,快速获取特定目标的主体模型,我国在863计划中也重点支持了这一研究方向。本文论述地面三维激光扫描技术的原理分类和应用现状,比较了相关技术方法之异同,评价了地面扫描仪优缺点,指出该技术面临的诸多挑战。 关键词:三维激光扫描技术 LIDAR激光雷达 地面激光扫描仪 近景摄影测量 三维建模 1 引言 激光扫描系统平台分为机载和地面两大类型。地面三维激光扫描系统,与激光测距技术点对点的距离测量不同,激光扫描技术的发展为人们在空间信息获取方面提供了全新的技术手段,使人们从传统的人工单点数据获取变为连续自动获取批量数据,提高了量测的精度与速度。 2 地面三维激光扫描技术的基本原理,仪器技术指标和分类 2.1 三维激光扫描仪测量原理 径向三维激光扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型三维坐标测量仪器,采用非接触式高速激光测量方式,以点云形式获取地形及复杂物体表面的阵列式几何图形的三维数据。仪器要包括激光测距系统、扫描系统和支架系统,同时也集成CCD数字摄影和仪器内部校正等系统。典型的径向三维激光扫描仪有很多,如Optech ILRIS-36D、Leica HDS 3000、Mensi GX RD 200+等。 目前三维激光扫描仪主要采用TOF脉冲测距法(Time of Flight),是一种高速激光测时测距技术,采用脉冲测距法的三维激光点坐标计算方法,如式(1)所示。三维激光扫描仪通过脉冲测距法获得测距观测值S,精密时钟控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值θ。三维激光扫描测量一般使用仪器内部坐标系统,X轴在横向扫描面内,Y轴在横向扫描面内与X轴垂直,Z轴与横向扫描面垂直。由此可得三维光脚点P 坐标(X s,Ys,Zs)的计算公式: 图1三维激光扫描系统工作原理 图2 采用脉冲测距法的三维激光点坐标 2.2 地面扫描仪技术指标 1) 典型的地面三维激光扫描仪毫米级精度仪器见表1。 表1:中远距离的毫米级仪器装备主要技术指标 生产厂家 Optech Leica Mensi 产品 ILRIS-36D HDS3000 GX RD200+ 激光安全性 Class 1 1500nm Class 3 Class 3 532nm 距离精度 7mm@100m 单点4mm@50 单点7mm@100m 定位精度 8mm@100m 6mm@50 单点12mm@100m

三维激光扫描技术

三维激光扫描技术 三维激光扫描技术 三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,作为20 世纪90 年代中期开始出现的一项高新技术,是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命,通过高速激光扫描测量的方法,大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息,由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型,为后续的业处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性,效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性,高密度、高精度,数字化、自动化、实时性强等特点,很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型,主要通过高速激光扫描测量的方法,大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据,大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。三维激光扫描技术使工程大数据的应用在众多行业成为可能。如工业测量的逆向工程、对比检测;建筑工程中的竣工验收、改扩建设计;测量工程中的位移监测、地形测绘;考古项目中的数据存档与修复工程等等。 三维激光扫描原理 三维激光扫描仪利用激光测距的原理,通过高速测量记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息,可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点,因此相对于传统的单点测量,三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。 三维激光扫描技术引入建筑工程的意义 随着三维扫描技术的发展与成熟,它很快成为空间数据获取的一种重要技术手段,并在很多行业引起技术性变革的热潮。目前,国建筑行业处于变革的阶段,BIM在我们从事的行业中引爆,但是都处于一种建模,碰撞分析,检测等方面,但都没有深入衔接现实,忽略施工工地数据流与建筑信息模型间的流通转化,何谈运维,所以bim模型去哪了?并没有贯穿到bim 的全生命周期中去。三维激光扫描技术在BIM中的应用是最基础的一个重要环节,对现场实际数据的采

三维激光扫描系统

三维激光扫描系统 1.概述 三维光纤激光切割机是由专用光纤激光切割头、高精度电容式跟踪系统、光纤激光器以及工业机器人系统组成,对不同厚度的金属板材进行多角度、多方位柔性切割的先进设备。三维机器人激光切割机设备广泛应用于金属加工、机械制造及汽车零部件制造等对3D工件有加工需求的生产中。 2.三维光纤激光切割机器人 (1)三维激光切割原理激光通过激光器产生后,由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上,使加工物品(表面)受到强大的热能而温度急剧增加,使该点因高温而迅速的熔化或者汽化,配合激光头的运行轨迹从而达到加工目的。 (2)光纤的选择根据金属板材的厚度不同,选用不同的光纤激光器功率,三维切割光纤激光器的功率一般分200W、300W、400W、500W与1000W等多种规格;对不同功率的激光器配备不同的冷却系统,以保障激光器的正常工作。同时要根据机械臂的工作半径和加工工件的大小选定合适长度的操作光纤传输激光,以满足客户切割要求。 (3)辅助气体的要求三维光纤激光切割机采用的辅助气体是99.99%的氧气,这样对切割的精度、速度和切割的断面效果有很大的帮助。 耗电耗材: 系统耗电:<8KW(根据选配激光器功率大小而异) 零星耗材:<0.5元/小时(包括高功率激光器水冷系统的滤芯、切割头气嘴和切割头保护镜片) 吹气费用:<6元/小时(以用纯氧辅助切割2MM内碳钢为例) 性能指标: 激光功率:200W/300W/400W/500W/1000(根据工件材质和料厚可选) 激光波长:1070NM 工作区域:半径2米的半球形工作区域(选配半径2米的机械手) 切割速度:0-15米/分钟(根据功率大小和工件材质与厚度可调) 供电电源:三相交流380V 用电功率: <8KW(根据选配激光器功率大小而定) 冷却方式:风冷/水冷(根据选配激光器功率大小而定) 切割头焦距:5-7英寸(根据工件厚度可选)

三维激光扫描仪的原理与其应用

三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景 自上个世纪60年代激光技术已经开始出现,激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展,实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球,数字城市等一系列概念的提出,我们可以看到:信息表达从二维到三维方向的转化,从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前,各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现,推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展,三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量,难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术,它可以采用无接触方式,能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据,得到被测物体表面的采样点集合“点云”,具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型,并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据,如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。 其中,地面三维激光扫描技术的研究,已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式,能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据,最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理,并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型,能以多种不同的格式输出,满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍 随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大,生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司,美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。

三维激光扫描

9.3三维激光扫描仪及其在地形测量中的应用 三维激光扫描仪是无合作目标激光测距仪与角度测量系统组合的自动化快速测量系统,在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量,直接获得激光点所接触的物体表面的水平方向、天顶距、斜距、和反射强度,自动存储并计算,或得点云数据。最远测量距离可达数千米,最高扫描频率可达每秒几十万,纵向扫描角θ接近90o,横向可绕仪器竖轴进行360o全圆扫描,扫描数据可通过TCP/IP协议自动传输到计算机,外置数码相机拍摄的场景图像可通过USB数据线同时传输到电脑中。点云数据经过计算机处理后,结合CAD可快速重构出被测物体的三维模型及线、面、体、空间等各种制图数据。 目前,生产三维激光扫描仪的公司很多,典型的有瑞典的Leica公司、美国的3DDIGITAL公司和Polhemus公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech 公司等。它们各自产品的测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同,可根据不同的情况如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后,选用不同的三维激光扫描扫描仪产品。图12-21是几种不同型号的地面三维激光扫描仪。 一、地面三维激光扫描仪测量原理 无论扫描仪的类型如何,三维激光扫描仪的构造原理都是相似的。三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激光测距仪,配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜组成。激光测距仪主动发射激光,同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距,针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距,再配合扫描的水平和垂直方向角,可以得到每一扫描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的,则可以求得每一个扫描点的三维坐标。地面三维激光扫描仪测量原理图如图12-22所示。 地面三维激光扫描仪测量原理主要分为测距、扫描、测角和定向等4个方面。 1.测距原理 激光测距作为激光扫描技术的关键组成部分,对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分重要的作用。目前,测距方法主要有脉冲法和相位法。 脉冲测距法是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。激光发射器向目标发射一束脉冲信号,经目标反射后到达接收系统,

浅谈三维激光扫描技术原理及应用

浅谈三维激光扫描技术原理及应用 摘要:三维激光扫描技术是—种新型的测绘技术,被称为“实景复制技术”。本文介绍了三维激光扫描仪的系统分类、基本原理、技术特点,探讨了三维激光扫描技术的应用。 关键词:三维激光扫描技术工作原理技术特点应用 1、引言 近年来,随着工程测量服务领域的不断拓宽以及三维设计制造对测量精度的要求,传统的测量仪器如全站仪、断面仪等已不能满足高精度的三维坐标采集和“逆向工程”的需要。相比这些传统的测量技术,三维激光扫描技术具有极大的技术优势,特别是在数据采集方面,具有高效、快捷、精确、简便等特点,被广泛的应用于各个领域。 2、三维激光扫描技术 随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这项国际上近期发展的高新技术已经引起了广大科研人员的关注。这种技术采用非接触式高速激光测量方式,来获取地形或复杂物体的几何图形数据和影像数据,最终通过后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理分析,转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标或者建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型,既省时又省力,同时点云还可输出多种不同的数据格式,做为空间数据库的数据源和满足不同应用的需要。 2.1 三维激光扫描系统组成 整个系统通常由以下四部分组成:1)三维激光扫描仪;2)数码相机;3)后处理软件;4)电源以及附属设备。如图1: 图1 地面激光扫描仪系统组成与坐标系 2.2 三维激光扫描仪的分类 三维激光扫描仪按照扫描平台可以分为:机载(或星载)激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。 三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具,按照其有效扫描距离可进行如下分类: (1)短距离激光扫描仪:其最长扫描距离不超过3m,一般最佳扫描距离为

地面三维激光扫描仪在地形图测量中应用

北京北科天绘科技有限公司规范U-Arm工程作业规范 北京北科天绘科技有限公司 2013年8月25日

目录 1背景说明 (4) 2参考文献 (4) 3基本作业流程 (4) 3.1GPS+RTK测量 (4) 3.1.1设备配置 (4) 3.1.2作业流程 (5) 3.2对中后视 (6) 3.2.1设备配置 (6) 3.2.2作业流程 (6) 3.3内置GPS+指北仪 (7) 3.3.1设备配置 (7) 3.3.2作业流程 (7) 3.4同名点 (8) 3.4.1设备配置 (8) 3.4.2作业流程 (8) 4应用作业参考流程 (8) 4.1基线测量 (8) 4.1.1测量环境及成果要求 (8) 4.1.2设备配置 (9) 4.1.3作业流程 (9) 4.2地形图测量 (10) 4.2.1测量环境及成果要求 (10) 4.2.2设备配置 (10) 4.2.3作业流程 (10) 4.3三维数字模型 (11) 4.3.1测量环境及成果要求 (11) 4.3.2设备配置 (11) 4.3.3作业流程 (12)

5附件A:作业表格 (13) 6附件B: 拼接方式对比 (15)

2.UiUA用户手册 3基本作业流程 3.1 GPS+RTK测量 3.1.1设备配置 表1 RTK测量配置表

匹配,察看标志点能否在点云文件中清晰识别出来; 8.控制点坐标测量:利用RTK移动站,实时差分测量所布设控制点坐标并记 录; 9.搬站:数据采集过程中填写外场作业记录表,一站数据采集完成后,将设 备搬至下一站,按照上述同样步骤进行数据采集。

3.2 对中后视 3.2.1设备配置 表2 对中后视配置表 6.数据质量检查:将测站点坐标和后视点坐标输入到解算软件中,解算扫描 点云文件,察看转换后的靶标点云坐标和已知坐标是否一致; 7.搬站:数据采集过程中填写外场作业记录表,一站数据采集完成后,将设 备搬至下一站,按照上述同样步骤进行数据采集。

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