三維激光掃描技術現已成為測繪領域眾人皆知的一項技術，被稱為是繼GPS后的又一項新興技術，它可以廣泛地應用于測繪行業的各個領域，具有很大的經濟價值，這些已經引起了廣大科研人員的密切關注和相關研究。本文主要闡述了三維激光掃描技術的誕生、應用以及與之相輔相成的發展狀況。

　　1 引言

　　測繪，是一門與我們日常生活密切相關的學科。是指對地表人工設施或者自然地理環境要素的大小、形狀、空間位置及其屬性等進行測定、采集等。

　　三維激光掃描技術已在測繪領域的應用中發展了近十年，隨著社會科技的發展，它已憑借著成本低、快速性、應用范圍廣、便于操作、主動性、高密度、全天候、以及非接觸性等優勢，解決了傳統測繪技術的缺陷，它給測繪領域帶來的變化也是很大的，它很好地改善了外業測繪的工作環境，提高了其工作效率。因此，對三維激光掃描技術的應用與發展進行研究具有非常重要的意義。

　　2 三維激光掃描技術的誕生與其構成

　　三維激光掃描技術是一種利用光進行目標探測和測距的技術，它可以直接獲取被測對象表面點的三維坐標實現對被測物信息的提取，最終完成三維場景的重建。

　　第一個具有現代意義的激光掃描系統是20世紀90年代美國俄亥俄州立大學制圖中心（CMP）開發的GPS van，它可以自動和快速地采集陸地測量系統的直接數字影像;之后，加拿大卡爾加里大學和GEOFIT公司為實現高速公路的測量而設計開發了VISTA系統，它是一個機載激光掃描系統應用的實例;荷蘭測量部門自1988年對通過地面固定激光掃描測量技術提取地形信息的技術進行了研究;日本東京大學1999年進行了地面固定激光掃描系統的集成與試驗，并取得了良好效果。

　　三維激光掃描技術的構成包括電子技術、全球定位系統及其相關軟件等。

　　3 三維激光掃描技術的主要特點介紹

　　三維激光掃描技術被稱為是一種“實景復制技術”。它利用激光的特有的優異性能，能夠深入到各種現場環境中對目標進行掃描操作，并將三維數據完整地采集到電腦中，最終快速準確得重構了被測物的三維模型。它具有如下一些特點：測量距離遠、采樣點速率高、點定位精度高、無接觸測量（無需反射棱鏡）、掃描目標無需表面處理直接獲取其三維點云數據、數字化采集、兼容性好、軟件功能齊全強大、能基本滿足工程測量需要等。

　　4 三維激光掃描技術在測繪領域的應用

　　三維激光掃描技術為人們提供了一種全新的獲取空間信息的方法。傳統的人工單點獲取數據精度差、速度慢，如今的連續自動化優點使其應用范圍擴展到了工業測量、地形測繪、智能交通等諸多方面。其在測繪領域的應用主要有以下方面。

掃描廠區

　　4.1在土方量和體積量計算中的應用

　　根據地面激光掃描儀獲取高密度的點云數據，再經濾波后可以生成目標對象的DEM模型，進而實現目標對象體積的測算。

體積量計算

　　4.2在測繪采空區中的應用

　　原理：激光掃描技術對地下采空區進行掃描測量作業利用，真實掃描數據進行采空區體積計算并制作三維實體模型。

　　這種應用將礦山真實地搬進電子計算機，為未來礦區數字化提供有效依據及前沿性的研究探索。

掃描礦山

　　4.3在文物、古建筑物測繪中的應用

　　在古建筑研究活動中，用戶需要關于研究對象的完整基礎性數據，包括空間環境、古建筑自身、建筑細部等，研究工作主要針對這些數據展開。古建筑保護工作最基礎的一項任務是對保護對象進行完整的測繪，并進行數據存檔，以便日后研究或者復原、重建。如被稱作易北河上的佛羅倫薩的德國巴洛克古城德累斯頓， 70%的歷史建筑在二戰中都被盟軍的轟炸所摧毀，但是德國人在戰后又奇跡般地將古城重建，大部分重建工作都是仰賴他們精確的測繪存檔資料完成的。三維激光掃描技術是一項通過高密度的掃描點（點云）來表達和記錄被測物體尺寸和形狀的技術，點云是比較原始的測量數據，被測物的三維幾何信息都蘊涵在點云數據內部。如何利用點云，如何在點云的基礎上通過軟件來提取空間信息，決定了三維激光掃描技術在古建保護行業內的應用方式和成果形式。從對點云的應用方式來看，可分為檔案記錄型應用、尺寸量測型應用、三維可視化型應用和逆向重建應用。從最終的提交成果形式可分為二維圖件形式（各種平、立、剖圖，等值線圖）和三維圖件形式（三維高密度點云數據、三維CAD模型、三角面片格網）。因此，利用三維激光掃描技術進行古建的保護，目前主要集中在檔案記錄型及其三維可視化，而進一步的應用，特別是將掃描結果用于逆向重建等對古建保護具有重大意義的應用相對較少。

掃描古建筑的斗拱

　　4.4在水利水電測繪中的應用

　　水電站工程一般都坐落在深山峽谷，那里兩岸山勢陡峭，地形變化劇烈，測量困難，特別是遇到天氣條件差的情況，航飛困難，而普通的光學遙感影響周期長，且受云量影響無法滿足測量要求，精度很難保證標準要求，而且經濟投入太大，人身安全也得不到保證，而三維激光技術出現，為水利水電測繪提供了新的解決方案。

掃描某大壩

　　4.5在交通運輸中的應用

　　如今交通發達，但卻存在著很多，安全隱患，對交通事故現場還原，可以很好地了解事故發生原因，對有效避免再次事故的發生有很好地作用。圖1為2012年8月20日12時許重慶合川區到北碚區路段一面包車與貨車相撞，造成至少12人死亡，1人重傷。交通事故現場數據由Faro三維激光掃描儀掃描獲取，為交通事故的發生尋找原因。

 工作人員正在用Faro X330三維激光掃描儀勘測交通事故現場

　　4  三維激光掃描技術在測繪領域的發展

　　三維激光掃描技術是快速獲取三維空間信息的重要手段之一。特別對于測繪領域來說，三維空間技術將和現代經典測量技術相互融合，作為一種新的空間數據采集手段，三維激光掃描技術將具有廣闊的發展空間，成為一種普遍在測繪領域應用的新技術手段。

　　三維激光掃描儀是測繪科學的領先產品，其發展與應用直接反應了三維激光掃描技術的發展狀況。遠程激光掃描儀可以用于巖崩、滑坡、河岸崩塌、礦山塌陷等危險的和難以到達地方的地形監測和方量計算，有效測控其變化范圍和量級，有效應用于防災減災。中程激光掃描儀多用于船閘、大壩、橋梁等的變形監測。從整體來看，三維激光掃描儀基本涵蓋測繪的各個領域，具備大面積，高自動化，高速率，高精度測量的特點。但是其自身還存在諸多缺點，如：三維激光掃描儀售價太高，難以滿足普通化需求;精度、測距與掃描速率存在矛盾關系;由于各個廠家都自帶軟件，互不兼容，點云數據處理軟件沒有統一化;目前檢校方法單一，基準值取復雜，精度評定不好，所以儀器自身和精度的校驗存在閑難。這一系列問題的出現，告訴我們三維激光掃描技術有待繼續發展與普及。

　　5 總結

　　隨著激光技術、光電傳感器件以及計算機技術的日趨成熟，三維激光測量技術得到了不斷提高和發展，越來越廣泛的應用對該技術的發展也提出了更新的要求。

　　同時，測繪技術的發展離不開新的科學技術的發展、新技術設備的應用、 新作業手段的變革，而隨著高精度的測繪的網絡化、智能化、信息化的普及和更新，會有更加方便人們的技術出現。總之，測繪必將得到長足的進步，并將擁有更加燦爛的未來。

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