三維激光掃描技術(shù)是上世紀(jì)九十年代中期開始出現(xiàn)的一項技術(shù)，是繼GPS空間定位系統(tǒng)之后又一項測繪技術(shù)的突破。它通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術(shù)手段。



一、三維激光掃描技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，可快速復(fù)建出被測目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)，越密集的點云創(chuàng)建的模型越精確（這個過程稱做三維重建）。



三維激光掃描儀技術(shù)特點（天寶為例）：

1.數(shù)據(jù)獲取自動化，一鍵式操作

三維激光掃描儀高度智能化，無需人工干預(yù)，三維激光掃描儀自動發(fā)射的激光即可測得目標(biāo)物表面點的三維坐標(biāo)信息，無需復(fù)雜操作，實現(xiàn)一鍵自動掃描。

2.“快”（ 100萬點每秒）

“快”是掃描儀誕生產(chǎn)生的概念，在常規(guī)測量手段里，一個點的測量需要花在2-5秒左右，在復(fù)雜的場景里，可能要花幾分鐘的時間對一點的坐標(biāo)進行測量。

三維激光掃描儀的誕生改變了這一現(xiàn)狀，現(xiàn)在三維激光掃描儀最大速度已經(jīng)達(dá)到100萬點每秒，這是三維激光掃描儀對物體詳細(xì)描述的基本保證，古文體，工廠管道，隧道，地形等復(fù)雜的領(lǐng)域無法測量已經(jīng)成為過去式。

3.數(shù)據(jù)獲取全要素，高密度、高精度（誤差為毫米級）

三維激光掃描以水平和豎直方向同時全方位快速的獲取高精度，高分辨率的海量的點位數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場所有肉眼能見的物體（玻璃、水、鏡面反射物體除外）都可以掃描得到。



4.數(shù)據(jù)是三維矢量，簡單直觀

三維激光掃描儀每次測量的數(shù)據(jù)不僅僅包含X,Y,Z點的信息，還包括R,G,B顏色信息，同時還有物體反射率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺。



5.非接觸測量方式，保證作業(yè)安全

采用非接觸目標(biāo)的方法，人員無需接觸被測物體，即可直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，降低了測量風(fēng)險。能有效避免異形建筑，危險場景（高空，電廠，輻射）的測量危險，為測量提供安全。

6.數(shù)字化兼容性好

通過直接獲取數(shù)字信號采集的數(shù)據(jù)，所以具有全數(shù)字特征，方便進行后期處理和輸出，與Revit、AutoCAD、SketchUp、ArchiCad、Bentley、Tekla等軟件有很好的共享性。



二、三維激光掃描數(shù)據(jù)處理

在三維激光掃描的過程中，點云數(shù)據(jù)的獲取常常會受到物體遮擋、光照不均勻等因素的影響，容易造成復(fù)雜形狀物體的區(qū)域掃描盲點，形成孔洞。同時由于掃描測量范圍有限，對于大尺寸物體或者大范圍場景，不能一次性進行完整測量，必須多次掃描測量，因此掃描結(jié)果往往是多塊具有不同坐標(biāo)系統(tǒng)且存在噪聲的點云數(shù)據(jù)，不能夠完全滿足人們對數(shù)字化模型真實度和實時性的要求，所以需要對三維點云數(shù)據(jù)進行去噪、簡化、配準(zhǔn)以及補洞等預(yù)處理。



通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，可以有效剔除點云中的噪聲和外點，在保持幾何特征的基礎(chǔ)上實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)簡化，并將不同角度掃描的點云統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系下，為后續(xù)的曲面構(gòu)建及三維實體模型生成提供穩(wěn)健的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。



三、點云數(shù)據(jù)三維重建

點云建模需要利用三維實景建模軟件ContextCapture，ContextCapture可以更好地評估點云并生成更精確的三維模型。

ContextCapture可以對點云進行增強、分割、分類，并與工程模型相結(jié)合。利用ContextCapture的高級三維建模、橫截面切割、斷裂線和地形提取功能，能快速高效地對竣工條件進行建模并支持設(shè)計流程。

（點云數(shù)據(jù)與實景影像融合成果）

基于點云數(shù)據(jù)，ContextCapture還可以從生成非常龐大的可縮放地形模型。通過與原始數(shù)據(jù)源同步，可縮放地形模型可實時更新到最新。這樣做的價值在于，擁有所有數(shù)據(jù)的全局、最新和綜合表示，并用于使用各種顯示模式和執(zhí)行分析，以及生成動畫和可視化效果。

（激光掃描車與實景影像融合成果）

ContextCapture軟件詳情：實景建模ContextCapture產(chǎn)品詳情及五大應(yīng)用

四、點云數(shù)據(jù)應(yīng)用

通過點云數(shù)據(jù)建立的實景模型，在文物數(shù)字化保護、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。



a. 測繪工程領(lǐng)域：大壩和電站基礎(chǔ)地形測量、公路測繪，鐵路測繪，河道測繪，橋梁、建筑物地基等測繪、隧道的檢測及變形監(jiān)測、大壩的變形監(jiān)測、隧道地下工程結(jié)構(gòu)、測量礦山及體積計算。

b. 結(jié)構(gòu)測量方面：橋梁改擴建工程、橋梁結(jié)構(gòu)測量、結(jié)構(gòu)檢測、監(jiān)測、幾何尺寸測量、空間位置沖突測量、空間面積、體積測量、三維高保真建模、海上平臺、測量造船廠、電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部設(shè)備的測量、管道、線路測量、各類機械制造安裝。



c. 建筑、古跡測量方面：建筑物內(nèi)部及外觀的測量保真、古跡（古建筑、雕像等）的保護測量、文物修復(fù)，古建筑測量、資料保存等古跡保護，遺址測繪，贗品成像，現(xiàn)場虛擬模型，現(xiàn)場保護性影像記錄。

d.采礦業(yè)：在露天礦及金屬礦井下作業(yè)，以及一些危險區(qū)域人員不方便到達(dá)的區(qū)域。例如：塌陷區(qū)域、溶洞、懸崖邊等進行三維掃描。



目前，市面上使用面較廣的三維激光掃描儀是天寶的Trimble X7 3D激光掃描儀和Trimble SX10 掃描全站儀。

Trimble X7 3D激光掃描儀

Trimble X7專為測量，建筑，工業(yè)和法證應(yīng)用而設(shè)計。掃描儀具有Trimble X-Drive技術(shù)，測量級自動整平和智能校準(zhǔn)系統(tǒng)。集成了簡化的工作流程，使用Trimble Registration Assist能在現(xiàn)場自動注冊點云數(shù)據(jù)。

Trimble X7還包括高性能相機，可創(chuàng)建集成到項目中的全景圖像。這樣就可以導(dǎo)出完全注冊的，有照片顏色的點云。這種組合使掃描和圖像可以被捕獲，完全注冊在一起，完善，控制并導(dǎo)出各種已建立的數(shù)據(jù)格式。

Trimble X7激光掃描儀系統(tǒng)旨在使所有掃描人員都能快速輕松地捕獲精確的3D掃描數(shù)據(jù)，以生成高質(zhì)量的可交付成果。



產(chǎn)品特點

1.簡單

a. 可靠的外業(yè)工作流程適合所有用戶；

b. 直觀的Trimble Perspective軟件，用于操作、管理、查看和 驗證掃描數(shù)據(jù) ；

c. 用Trimble VISION 技術(shù)快速捕獲影像；

d. 緊湊輕便，便于運輸和移動。

2.智能

a. 突破性創(chuàng)新，用于可靠的數(shù)據(jù)采集 ；

b. 全新的Trimble X-Drive偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可實現(xiàn)自動校準(zhǔn)，確保每次掃描的精準(zhǔn)度，不再花費時間停工返廠校準(zhǔn)；

c. 獨特的Trimble Registration Assist ，用于自動配準(zhǔn)、精細(xì)化處理和產(chǎn)生報告，您可以滿懷信心和信任地離開工地；

d. 高精度自動整平。

Trimble SX10 掃描全站儀

Trimble SX10影像掃描儀為測繪、工程設(shè)計和掃描專業(yè)人員提供世界上最具創(chuàng)新的解決方案，重新定義了日常測繪設(shè)備的功能。

Trimble SX10將改變您的工作方式。這種新的通用解決方案能采集高密度 3D 掃描數(shù)據(jù)、增強型 Trimble VISION 影像數(shù)據(jù)和高精度全站儀數(shù)據(jù)的任意組合數(shù)據(jù)，讓您可以準(zhǔn)確地捕獲所需的內(nèi)容，節(jié)約每一項工作的時間和資金。

借助 Trimble 全新閃電 3DM，SX10 既能在單臺儀器上捕獲高精度全站儀測量結(jié)果， 同時又能實現(xiàn)真正的高速 3D 掃描，從而提供前所未有的高精度和測量性能。



產(chǎn)品特點

a. 將測繪、影像和高速3D掃描集成到一個創(chuàng)新解決方案中；

b. Trimble高精度的閃電3DM技術(shù)提供的掃描范圍最遠(yuǎn)可達(dá)600m，并且具有業(yè)內(nèi)最小的光斑—在100m處只有14mm；

c. 利用Trimble閃電掃描技術(shù)每秒最多可以掃描26,600點，只需12分鐘就能完成一次完整的全景掃描；

d. 經(jīng)改進的Trimble VISION技術(shù)可以方便快捷地捕獲高分辨率的現(xiàn)場圖像；

e. 完全集成熟悉的Trimble Access和Trimble Business Center軟件的工作流程。



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