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[摘要]介绍了三维激光扫描技术原理以及工作流程，分析其精度以及扫描测量精度的影响因素，理论结合实例应用总结提出地面三维激光扫描测量精度控制方法。
[关键词]表面模型 激光扫描 精度
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-12-176-1
1引言
三维激光扫描仪三维测量和实体建模是基于大量实体表面坐标点数据，即所谓的“点云”数据。获取空间实体表面模型时必然要从不同的角度去扫描，然后拼接为整体模型，成果是依据拼接后的点云数据制作而成，过程繁多。最终三维测量精度和建模的真实程度就受到了很多因素的影响，例如：扫描仪自身精度、扫描控制网精度、标靶分布和获取的精度、扫描仪采样间隔和主距、多站扫描数据拼接、基于点云数据的量测、线画图和三维模型制作等等。本文旨在分析地面三维激光扫描精度影响因素，探究精度控制技术。
2地面三维激光扫描技术
地面三维激光扫描技术是Lidar（Light Detection And Ranging ）技术的静态地面应用，由于其显著的高精度、高速度三维数据采集特征，被誉为HDS（High Definition Surveying）技术。目前市场上该类产品种类很多，真正适合于测绘行业，能够较大范围、高精度获取数据的不多；本文以Leica SanStation 2仪器的应用为例分析探究精度控制方法，其技术特点如下：
（1）高速、高精度，50000点/s，最大分辨率为1mm采样间隔，有效范围内点位精度可以达到6mm，距离精度4mm；标靶特征点精度可以达到2mm。
（2）全方位扫描， 360°×270°，测量有效距离300m（90%反射率的物体）。
（3）全站式扫描工作站，集成了全站仪功能；扫描仪控制、数据采集、数据传输、数据处理一体化。
（4）融入了定时自检测、双轴补偿，减少误差源。
3 Leica SanStation 2测量和三维建模工作流程
三维激光扫描仪通过外业扫面可以直接获取地理空间物体的三维表面坐标数据和信号强弱数据，扫描最终成果主要有三部分：一是真彩色點云数据；二是线画图，包括平面、立面、剖面图以及其他测量图件；三是区别于传统虚拟技术的真实三维模型。三维激光扫描仪工作流程如图1所示。
4误差分析
激光扫描测量系统通过测量距离和激光束的空间方位以求算激光脚点在仪器坐标系下的坐标，数据的水平精度和垂直精度与众多因素有关。
4.1分站扫描采集数据误差
分站数据采集误差包括激光测距误差和扫描操作引起的误差，激光测距除了系统误差影响之外还会受到测量环境的影响，例如：大气的能见度、杂志颗粒的含量、环境中不稳定因素、测量对象表面状况等等。操作误差主要会引起激光斑点大小、强度、分布密度的变化而导致误差产生。
4.2点云拼接
点云拼接是地面三维激光扫描的关键技术，是误差的主要来源。拼接方案直接导致测量精度的级别，例如基于常规测量数据的控制点拼接精度为cm级；基于点云特征点拟合数据拼接精度为mm级。
5实例分析
本文以某大院亭子点云模型为例，利用Leica SanStation 2（主要参数：扫描方式为脉冲式，作业距离为标称1400米（90%反射率），扫描精度（单次扫描） 为5mm∕100M，激光安全等级为一级安全激光，扫描速度为300000点∕秒，扫描视场范围为100°×360°（垂直×水平），角度分辨率为0.0005°，相机为外置专业单反相机1300万像素，倾斜传感器为双轴倾斜传感器）三维激光扫描仪对其进行三维激光扫描数据采集。如图2所示。
6结论
三维激光扫描技术为三维精确建模提供了一种快捷的数据采集与模型建立的方法。本文以某大院亭子点云模型的建立为例，分析研究了利用三维激光扫描仪对建筑物进行点云数据采集以及点云数据噪声去除、多视对齐、数据精简、曲面重构等关键技术；针对去噪后存在的点云空洞现象，通过对建筑物特征线进行提取，并采用基于线框模型的方法实现图书馆的三维表面模型。实例分析表明，基于地面三维激光扫描技术可以快速、高效地实现建筑物三维模型的建立。
参考文献
[1]梅文胜，周燕芳，周俊.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘[J].测绘通报，2010，（1）：53-56.
[2]苏鹰滨，宋飞凤，田世乾.影响三维激光数据采集精度的因素研究[J].计算机与数字工程，2013，（6）：1030-1033.
[3]李滨.徕卡三维激光扫描系统在文物保护领域的应用[J].测绘通报，2008，（6）：72-73.
[4]王婷婷，靳奉祥，单瑞.基于三维激光扫描技术的曲面变形监测[J].测绘通报，2011，（3）：4-6.
[关键词]表面模型 激光扫描 精度
[中图分类号] P2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-12-176-1
1引言
三维激光扫描仪三维测量和实体建模是基于大量实体表面坐标点数据，即所谓的“点云”数据。获取空间实体表面模型时必然要从不同的角度去扫描，然后拼接为整体模型，成果是依据拼接后的点云数据制作而成，过程繁多。最终三维测量精度和建模的真实程度就受到了很多因素的影响，例如：扫描仪自身精度、扫描控制网精度、标靶分布和获取的精度、扫描仪采样间隔和主距、多站扫描数据拼接、基于点云数据的量测、线画图和三维模型制作等等。本文旨在分析地面三维激光扫描精度影响因素，探究精度控制技术。
2地面三维激光扫描技术
地面三维激光扫描技术是Lidar（Light Detection And Ranging ）技术的静态地面应用，由于其显著的高精度、高速度三维数据采集特征，被誉为HDS（High Definition Surveying）技术。目前市场上该类产品种类很多，真正适合于测绘行业，能够较大范围、高精度获取数据的不多；本文以Leica SanStation 2仪器的应用为例分析探究精度控制方法，其技术特点如下：
（1）高速、高精度，50000点/s，最大分辨率为1mm采样间隔，有效范围内点位精度可以达到6mm，距离精度4mm；标靶特征点精度可以达到2mm。
（2）全方位扫描， 360°×270°，测量有效距离300m（90%反射率的物体）。
（3）全站式扫描工作站，集成了全站仪功能；扫描仪控制、数据采集、数据传输、数据处理一体化。
（4）融入了定时自检测、双轴补偿，减少误差源。
3 Leica SanStation 2测量和三维建模工作流程
三维激光扫描仪通过外业扫面可以直接获取地理空间物体的三维表面坐标数据和信号强弱数据，扫描最终成果主要有三部分：一是真彩色點云数据；二是线画图，包括平面、立面、剖面图以及其他测量图件；三是区别于传统虚拟技术的真实三维模型。三维激光扫描仪工作流程如图1所示。
4误差分析
激光扫描测量系统通过测量距离和激光束的空间方位以求算激光脚点在仪器坐标系下的坐标，数据的水平精度和垂直精度与众多因素有关。
4.1分站扫描采集数据误差
分站数据采集误差包括激光测距误差和扫描操作引起的误差，激光测距除了系统误差影响之外还会受到测量环境的影响，例如：大气的能见度、杂志颗粒的含量、环境中不稳定因素、测量对象表面状况等等。操作误差主要会引起激光斑点大小、强度、分布密度的变化而导致误差产生。
4.2点云拼接
点云拼接是地面三维激光扫描的关键技术，是误差的主要来源。拼接方案直接导致测量精度的级别，例如基于常规测量数据的控制点拼接精度为cm级；基于点云特征点拟合数据拼接精度为mm级。
5实例分析
本文以某大院亭子点云模型为例，利用Leica SanStation 2（主要参数：扫描方式为脉冲式，作业距离为标称1400米（90%反射率），扫描精度（单次扫描） 为5mm∕100M，激光安全等级为一级安全激光，扫描速度为300000点∕秒，扫描视场范围为100°×360°（垂直×水平），角度分辨率为0.0005°，相机为外置专业单反相机1300万像素，倾斜传感器为双轴倾斜传感器）三维激光扫描仪对其进行三维激光扫描数据采集。如图2所示。
6结论
三维激光扫描技术为三维精确建模提供了一种快捷的数据采集与模型建立的方法。本文以某大院亭子点云模型的建立为例，分析研究了利用三维激光扫描仪对建筑物进行点云数据采集以及点云数据噪声去除、多视对齐、数据精简、曲面重构等关键技术；针对去噪后存在的点云空洞现象，通过对建筑物特征线进行提取，并采用基于线框模型的方法实现图书馆的三维表面模型。实例分析表明，基于地面三维激光扫描技术可以快速、高效地实现建筑物三维模型的建立。
参考文献
[1]梅文胜，周燕芳，周俊.基于地面三维激光扫描的精细地形测绘[J].测绘通报，2010，（1）：53-56.
[2]苏鹰滨，宋飞凤，田世乾.影响三维激光数据采集精度的因素研究[J].计算机与数字工程，2013，（6）：1030-1033.
[3]李滨.徕卡三维激光扫描系统在文物保护领域的应用[J].测绘通报，2008，（6）：72-73.
[4]王婷婷，靳奉祥，单瑞.基于三维激光扫描技术的曲面变形监测[J].测绘通报，2011，（3）：4-6.