近年来，随着工程测量服务领域的不断拓展和三维设计制造对测量精度的要求，全站仪、剖面仪等传统测量仪器已经不能满足高精度三维坐标获取和“逆向工程”的需要。与这些传统的测量技术相比，三维激光扫描技术具有很大的技术优势，尤其是在数据采集方面，具有高效、快速、准确、简单的特点，被广泛应用于各个领域。
三维激光扫描技术原理随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用，这一国际上新发展起来的高新技术引起了研究者的关注。
该技术采用非接触式高速激光测量，获取地形或复杂物体的几何数据和图像数据。最后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，转换成绝对坐标系下的三维空间位置坐标或建立复杂不规则场景的三维可视化模型，省时省力。同时，点云还可以输出多种不同的数据格式作为空间数据库的数据源，满足不同应用的需求。
三维激光扫描系统整个系统通常由以下四部分组成：
1) 3D激光扫描仪；2)数码相机；3)后处理软件4)电源及配件。如图1所示：
3D激光扫描仪的分类3D激光扫描仪按扫描平台可分为机载(或星载)激光扫描系统、地基激光扫描系统和便携式激光扫描系统。作为最有效的三维数据采集工具，三维激光扫描仪根据其有效扫描距离可分为以下几类：
(1)短距离激光扫描仪：最长扫描距离小于3m，最佳扫描距离0.6~1.2m通常这种扫描仪适用于测量小型模具，扫描速度快，精度高，可达30万点，精度0.018mm，例如美能达的VIVID 910，手持式3D数据扫描仪FastScan等。属于这一类。
(2)中距离激光扫描仪：最长扫描距离小于30m，多用于测量大型模具或室内空间。
(3)长距离激光扫描仪：扫描距离大于30m，主要用于建筑物、矿山、堤坝、大型土木工程的测量。例如奥地利Rieg|公司的LMS Z420i 3D激光扫描仪和瑞士徕卡公司的C10激光扫描仪就属于这一类。
(4)机载激光扫描仪：最大扫描距离通常在1km以上，需要配备精确的导航定位系统，可用于大范围地形的扫描测量。
之所以这样分类，是因为激光测量的有效距离是三维激光扫描仪应用范围的重要条件，特别是对于大范围地面物体或场景的观测，或者是无法到达的地面物体，必须考虑扫描仪的实际测量距离。另外，被测物体距离越远，地面物体观测越不准确。因此，要保证扫描数据的准确性，必须在相应型号扫描仪规定的标准范围内使用。
3D激光扫描仪的工作原理无论是哪种类型的扫描仪，其构造原理基本相似。三维激光扫描仪的主要结构是一个高速精确的激光测距仪，它有一组反射棱镜，可以引导激光并以均匀的角速度扫描。激光测距仪主动发射激光，同时接收自然物体表面反射的信号，从而可以对每个扫描点测量出测站到扫描点的距离，再配合扫描的水平和垂直角度，就可以得到每个扫描点与测站的空间相对坐标。如果已知站点的空间坐标，则可以获得每个扫描点的三维坐标。
以LeicaC10为例，扫描仪用镜子垂直扫描，用伺服电机水平旋转仪器完成水平360度扫描，从而获得三维点云数据。地基三维激光扫描系统的工作原理(见图2):由三维激光扫描仪的发射器发射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传回接收器，从而计算出目标点P与扫描仪之间的距离s，控制编码器同步测量每个激光脉冲的水平扫描角观测值A和垂直扫描角观测值B。三维激光扫描测量一般是仪器定义的坐标系，X轴在水平3平面，Y轴垂直于X轴在水平扫描平面，Z轴垂直于水平3平面。获取目标点p的坐标原理见图3
三维激光扫描技术的应用三维激光示踪技术最大的优点是可以快速地对被测物体进行三维示踪，无需反射棱镜就可以直接获得一维的高精度点云数据。这样，可以高效地进行真实世界的三维建模和虚拟再现。因此，它已成为当前研究的热点之一，并被广泛应用于文物数字化保护、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。
(1)数字城市领域
大规模城市修复、城市模型重建、城市道路勘测、管线规划、设计规划、城市设计变更、数字城管、治安监控、市政管理。
(2)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、河流测绘、桥梁和建筑基础测绘、隧道探测和变形监测、大坝变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山和体积计算。
(3)结构测量
桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、结构检测、监控、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积和体积测量、三维高保真建模、海洋平台、测量船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备测量；管道、线路测量、各种机械制造及安装。
(4)建筑和古迹调查。
建筑物内部和外部的保真度测量，历史遗迹(古建筑、雕像等)的保护测量。)、文物修复、古建筑测量及资料保存、遗址测绘、假成像、现场虚拟模型、现场保护影像记录等古迹保护。
(5)应急服务业
反恐、陆地侦察与打击测绘、监视、移动侦察、灾害估计、交通事故正射影像图、犯罪现场正射影像图、森林火灾监测、滑坡泥石流预警、灾害预警与现场监测、核泄漏监测。
(6)娱乐业
它用于电影产品的设计、电影演员和场景的设计、3D游戏的开发、虚拟博物馆、虚拟旅行指南、人工成像、场景虚拟化和场景虚拟化。
标签：激光测量扫描仪