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摘要：近20年来，测绘装备的革新带来了行业应用的不断扩展和全面突破，然而任何仪器装备都有它的局限性，比如全站仪容易受到通视及距离、地形、人为等因素的影响，测量精度和工作效率仍然不高;GPS因受卫星信号、高度角、气候环境等因素的制约，工作效率和测量精度也会受到牵制;近年来出现的航空摄影测量虽已得到了广泛应用，但其需要布设一定数量的像控点，而像控点在没有明显地物的地方难以布设，也存在一定的弊端。本文对三维激光扫描技术在现代测绘中的应用进行探讨。
关键词：三维激光扫描;测绘;点云;三维建模
引言
近几年，随着测绘行业朝着信息化、数字化、智能化的方向发展，现代测绘对于工作效率和精度的要求越来越高，三维激光扫描技术以非接触的主动测量方式为现代测绘提供了一种全新的技术手段，它能快速、高精度地获取到物体表面的海量点云数据，再借助于专业软件进行处理，不仅可以快速提取出物体的二维平面信息，还可复建出三维空间模型，由此，它又有一个“实景复制技术”的称号。相比传统测绘的单点数据获取方式，三维激光扫描技术具有非接触、高精度、全数字、实时建模等特征，在现代测绘中具有无可比拟的应用优势。
1三维激光扫描技术原理
三维激光扫描技术的原理和免棱镜全站仪系统类似，即通过激光发射器周期地驱动二极管脉冲信号到达被测物体，回波信号经漫反射返回被接收器接收，计时器同步记录发射时刻和返回时刻，控制编码器同步测量激光脉冲水平角和垂直角，仪器自带的微电脑计算扫描点到仪器中心的斜距，进而按极坐标法即可求出被测物体表面上扫描点的三维坐标。不同的是，免棱镜全站仪的工作方式是单点作业，而三维激光扫描技术基于目标物体的全方位三维立体扫描，其扫描获取的密集点，称作点云。三维激光扫描仪采集到的点云数据通常以扫描坐标系为基准，属于内部坐标系统的范畴，扫描坐标系通常是以扫描仪的激光束发射处为原点，X轴定义为三维激光扫描仪的水平转动轴的零方向，Z轴定义为扫描仪水平时的天顶方向(理论竖直轴)，Y轴与X轴、Z轴成右手坐标关系，三维激光扫描技术测量原理如图1所示。
图1中S为坐标原点到被测目标点的距离，α为扫描仪激光脉冲水平角，θ为扫描仪激光脉冲竖直角，那么目标点在扫描坐标系中的X、Y、Z三维坐标就可以用X=Scosθcosα、Y=Scosθsinα、Z=Ssinθ来表示。
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图1三维激光扫描技术测量原理图
2三维激光扫描技术在现代测绘中的应用
2.1城市规划测绘
城市规划需要以地形图为底图，传统的地形图更新周期慢，地图信息常与实际情况不符，其精度和信息量都非常有限，修测工作也耗时费力。利用三维激光扫描技术能够实时采集目标物体的带有精确坐标的、高密度的三维空间点云数据，根据点云数据再复建出物体的三维模型，在精确的三维数字环境中进行空间规划分析要比二维地图信息高效直观，由此，城市规划测绘可全面引进三维激光扫描技术。三维激光扫描数据经处理后可生成高精度的DSM(数字地面模型)、DEM(数字高程模型)、DOM(数字正射影像图)等产品，点云数据与影像进行配准还能得到物体高精度的三维立体模型。此外，利用三维激光扫描技术建立的DSM(数字地表模型)还能解决城市规划中各项用地的控制标高问题，使得城市建筑、道路、排水的规划标高相互协调，更加科学合理地进行城市规划。
2.2桥梁、道路等工程测绘
随着我国城市现代化建设的加速推进，一些桥梁道路的运载能力已经超出极限，需要对其进行改造加固或者扩建，首先需要获取到这些桥梁道路的现状基础数据，利用三维激光扫描技术可生成桥梁道路的三维实景模型，在真三维环境下对桥梁道路进行改造方案的设计更加直观形象，还可以基于点云数据快速绘制二维结构图。同样，在道路测量中，利用三维激光扫描技术可快速获取到现状道路的三维点云数据，再借助专业软件可生成满足需求的道路纵横断面图。
2.3建筑与文物保护测绘
近年来，建筑与文物的信息化、数字化已成为一种趋势，三维激光扫描技术加速推进了此过程的实现，其基于点云数据建立的三维模型可以将建筑与文物的几何、纹理等信息实时记录下来，同时建立数字档案，不仅可以用来保存现状建筑与文物的基础数据，还能以更加直观形象的三维形式进行展示和宣传，这种方式对于建筑与文物的保护以及后期进行修缮和复建都具有十分重要的意义，更重要的是非接触的测量方式避免了传统测量中人为原因造成文物的损坏，而且人身安全也得到很大的保障。
2.4变形、沉降监测
三维激光扫描仪的测量精度能够达到毫米级，可以满足一般构筑物的沉降观测、山体滑坡变形监测以及局部区域的地表沉降观测的精度要求。此外，传统变形监测基于单点数据进行应力应变分析，其结果具有局部性和片面性，三维激光扫描技术采集数据时不需要接触物体，而且实现了从单点到面测量的革命性突破。
2.5建筑结构安全检测
三维激光扫描技术在建筑结构安全检测领域也可得到广泛应用，比如将利用三维激光扫描得到的建筑物前后两期点云数据进行比对，用一组等间距的横向或纵向截面截取2个扫描面，得到相同位置处2个扫描面之间点云的位移值，即可将其视为2个时期的变形量，再根据需求控制截面的间距，即可得到全方位的建筑结构安全检测结果。
结束语
三维激光扫描技术是快速获取三维空间信息的重要手段之一，伴随着日益增长的三维空间信息需求，三维激光扫描技术将和传统测绘技术相互融合，在现代测绘中得到更加广泛的应用。但该技术目前还处在发展阶段，相关规范和标准还不完善，使用成本也比较高，配套的数据处理系统也不够成熟，相信随着科技的不断发展，这几方面的问题必定会得到解决，从而发挥出其应有的价值。
参考文献
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