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三维激光扫描仪与其中的传感器技术应用

在标配的传感器器件中,三维激光扫描仪通常会内置有电子罗盘及GPS部件,可为快速拼接提供及时的参考位置信息。此外,在外业定向测量中,控制点坐标在被存储的同时,可与内置倾角传感器提供的倾斜补偿信息,共同为现场采集的点云进行位置定位。

  三维扫描技术,又称实景复制技术,是一种集光、机、电和计算机技术,多传感器集成和多种测量原理为一体的综合性对地高新测量技术。该技术在不接触被测物体表面的情况下,利用激光测距原理,通过记录被测物体表面大量密集点的三维坐标、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。因此,可用于获取高精度高分辨率的数字模型。三维激光扫描仪是该技术的典型应用。



重庆某智慧工地项目,三维激光扫描仪可对项目进行扫描和比对,使其施工精度更高。


  三维激光扫描仪主要用于对物体空间外形和结构尺寸及色彩进行扫描,扫描结果直接显示为点云(Point cloud),即无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果。点云既是庞大的三维坐标点,也是一种具有三维信息的空间模型,既能直观表达物体的实际形态,又能完整复制现场实景。

  相对于传统的土石方测量方法,如GNSS RTK测量、全站仪测量等方法,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,省时省力,具备采集速度快、密度大、精度高、非接触和测量范围广等优点。



三维激光扫描可助力类似巴黎圣母院等古建筑的灾后修复


  在新世纪初,三维激光扫描仪引进国内,经过近二十年的发展,其应用现已遍布测绘、土木工程、地质灾害监测、三维城市建模及文物保护等各个领域。

  按照载体的不同,三维激光扫描系统可分为便携式、机载、车载、地面测量等类型。而三维激光扫描系统,则包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。其中,在控制测量硬件应用中,集成有多种传感器,用于为激光点云数据的配准和定向提供依据。



地面和机载激光扫描,资料图


  三维激光扫描仪进行数据采集时,由于受到测量设备和环境的影响,建筑物完整的点云数据往往需要在不同位置、不同视角的扫描获得,再对这些点云进行对齐拼接以减小测量误差,这就是点云配准。

  例如,在标配的传感器器件中,三维激光扫描仪通常会内置有电子罗盘及GPS部件,可为快速拼接提供及时的参考位置信息。例如,在实际应用中,为适应不同的场景,可将电子罗盘与GNSS-RTK实时动态差分定位技术结合,通过电子罗盘指北定向,结合RTK定位,实现初始定位定向,随后结合内业拼接软件,最终实现自动化精拼接。



点云拼接示意图


  此外,在外业定向测量中,控制点坐标在被存储的同时,可与内置倾角传感器提供的倾斜补偿信息,共同为现场采集的点云进行位置定位,提供高精度的坐标值,进而大幅提升点云测量及自动拼接精度。

  未来,三维激光测量的技术还需要进行不断的探索,增加原始精确度,减少在测量过程中产生的误差,最终完成完全真实的实景三维重现。在测量精度提升及多种传感器集成方面,应尽可能减小误差并提供多种测量功能,例如GPS、罗盘、数据传输、倾角、拍照等,才能更好地满足实际需要。

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