隨著信息技術研究的深入及數字地球、數字城市、虛擬現實等概念的出現，人們(men) 對空間三維信息的需求更加迫切。基於(yu) 測距測角的傳(chuan) 統工程測量方法，在理論、設備和應用等諸多方麵都已相當成熟，新型的全站儀(yi) 可以完成工業(ye) 目標的高精度測量，GPS可以全天候、一天24小時精確定位全球任何位置的三維坐標，但它們(men) 多用於(yu) 稀疏目標點的高精度測量。隨著傳(chuan) 感器、電子、光學、計算機等技術的發展，基於(yu) 計算機視覺理論獲取物體(ti) 表麵三維信息的攝影測量與(yu) 遙感技術成為(wei) 主流，但它在由三維世界轉換為(wei) 二維影像的過程中，不可避免地會(hui) 喪(sang) 失部分幾何信息，所以從(cong) 二維影像出發理解三維客觀世界，存在自身的局限性。因此，上述獲取空間三維信息的手段難以滿足應用的需求，如何快速、有效地將現實世界的三維信息數字化並輸入計算機成為(wei) 解決(jue) 這一問題的瓶頸。三維激光測量技術的出現和發展為(wei) 空間三維信息的獲取提供了全新的技術手段，為(wei) 信息數字化發展提供了必要的生存條件。20世紀90年代，隨著三維激光掃描測量裝置在精度、速度、易操作性、輕便、抗幹擾能力等性能方麵的提升及價(jia) 格的逐步下降，它在測繪領域成為(wei) 研究的熱點，應用領域不斷擴展，逐步成為(wei) 快速獲取空間實體(ti) 三維模型的主要方式之一。

使用國產(chan) 地麵激光掃描儀(yi) 掃描的輸電線三維模型

　　三維激光掃描測量技術的特點

   　 三維激光掃描測量技術克服了傳(chuan) 統測量技術的局限性，采用非接觸主動測量方式直接獲取高精度三維數據，能夠對任意物體(ti) 進行掃描，且沒有白天和黑夜的限製，快速將現實世界的信息轉換成可以處理的數據。它具有掃描速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數字特征等特點，可以極大地降低成本，節約時間，而且使用方便，其輸出格式可直接與(yu) CAD、三維動畫等工具軟件接口。目前，生產(chan) 三維激光掃描儀(yi) 的公司有很多，它們(men) 各自的產(chan) 品在測距精度、測距範圍、數據采樣率、最小點間距、模型化點定位精度、激光點大小、掃描視場、激光等級、激光波長等指標會(hui) 有所不同，可根據不同的情況如成本、模型的精度要求等因素進行綜合考慮之後，選用不同的三維激光掃描儀(yi) 產(chan) 品。

機載激光雷達生成的三維地表模型

　　三維激光掃描技術發展

    　激光雷達（Light Detection and Ranging，簡稱LIDAR）是利用激光測距原理確定目標空間位置的新型測量儀(yi) 器，通過逐點測定激光器發射信號與(yu) 目標反射信號的相位（時間）差來獲取激光器到目標的直線距離，再根據發射激光信號的方向和激光器的空間位置來獲得目標點的空間位置。通過激光器對物體(ti) 表麵的密集掃描，可獲得物體(ti) 的三維表麵模型。三維激光掃描測繪技術的測量內(nei) 容是高精度測量目標的整體(ti) 三維結構及空間三維特性，並為(wei) 所有基於(yu) 三維模型的技術應用而服務；傳(chuan) 統三維測量技術的測量內(nei) 容是高精度測量目標的某一個(ge) 或多個(ge) 離散定位點的三維坐標數據及該點三維特性。前者可以重建目標模型及分析結構特性，並且進行全麵的後處理測繪及測繪目標結構的複雜幾何內(nei) 容。如：幾何尺寸、長度、距離、體(ti) 積、麵積、重心、結構形變，結構位移及變化關(guan) 係、複製、分析各種結構特性等；而後者僅(jin) 能測量定位點數據並且測繪不同定位點間的簡單幾何尺寸，如：長度、距離、點位形變、點位移等。按 照空間位置分類，三維激光掃描設備可分為(wei) :機載類和地麵類。

1．機載掃描激光雷達

    　機載激光雷達簡稱LIDAR是指在飛機上搭載激光雷達、數字相機和定位定姿裝置，以獲取具有影像真實感的高精度數字表麵模型（DSM）和數字高程模型（DEM）的新型測繪裝備。

   　 LIDAR係統通過掃描裝置，沿航線采集地麵點三維數據，通過特定方程解算處理成適當的影像值，生成LIDAR數據影像和地麵高程模型DEM。係統可自動調節航帶寬度，使其與(yu) 航攝寬度精確匹配。在不同的實地條件下，平麵精度可以達到0.15 至1米，高程精度可達到10厘米，間隔可達到2-12米。LIDAR是為(wei) 綜合航攝影像和空中數據定位而設計的，其獨特性在於(yu) 能快速為(wei) 數字製圖和GIS應用提供精確的地麵模型數據。由於(yu) 激光脈衝(chong) 不易受陰影和太陽角度影響，從(cong) 而大大提高了數據采集的質量。其高程數據精度不受航高限製，比常規攝影測量更具優(you) 越性。LIDAR應用多光束返回采集高程，數據密度可達到常規攝影測量的三倍，可提供理想的數字高程模型DEM，大大提高了正射影像糾正精度。LIDAR數據經過處理，可以直接與(yu) 其它類型要素或影像數據合並，生產(chan) 內(nei) 容更為(wei) 豐(feng) 富的各類專(zhuan) 題地圖。機載激光雷達係統與(yu) 數字航攝儀(yi) 、機載GPS及慣性導航係統(INS)相結合，使用大容量高速計算機，經過專(zhuan) 用軟件處理，可在空中完成地麵高程模型DEM及數字正射影像圖DOM的大規模生產(chan) ，將大大提高航測成圖的作業(ye) 生產(chan) 效率，減少生產(chan) 環節，縮短生產(chan) 周期，提高成圖精度，提供更為(wei) 豐(feng) 富的地理信息。

    　2．地麵激光掃描雷達（激光掃描儀(yi) ）

    　地麵激光掃描雷達也稱激光掃描儀(yi) ，地麵激光掃描雷達按照平台分為(wei) 地麵、車載、船載和手持等類型。地麵激光雷達(Ground一Based Light Detection and Ranging, Ground-Based LIDAR)小型便捷、精確高效、安全穩定、可操作性強，能在幾分鍾內(nei) 對所感興(xing) 趣的區域建立詳盡準確的三維立體(ti) 影像，能提供準確的定量分析，可廣泛應用於(yu) 各相關(guan) 領域，如快速建立局部城市三維模型、古建築測量與(yu) 文物保護、逆向工程應用、複雜建築物施工、地質研究、建築物形變監測等領域。地麵三維激光掃描是在地麵利用激光掃描裝置自動、係統、快速(準實時) 獲取對象表麵的三維坐標的測量技術。它是一種高精度的測量手段,中、長距離的地麵激光掃描儀(yi) 的單點定位精度在±2 毫米至±25 毫米之間。激光掃描與(yu) 傳(chuan) 統的單點測量(如全站儀(yi) 、GPS 測量) 不同,可以獲取被掃對象表麵成千上萬(wan) 個(ge) 點的三維坐標，而且可以獲取對象表麵的深度影像信息。目前有瑞士Leica，美國的Tremble等公司有商用產(chan) 品，每台在150萬(wan) 元左右，作用距離大多在100米以內(nei) 。國內(nei) 已經有很成功的地麵激光掃描儀(yi) ，當前最大測距為(wei) 200米，成本是進口的一半，換裝大#p#分頁標題#e#功率激光器後可以增大測量距離，根據需要可以達到1000米以上。

　　三維激光掃描技術的數據處理

    　利用三維激光掃描儀(yi) 獲取的點雲(yun) 數據構建實體(ti) 三維幾何模型時，不同的應用對象、不同點雲(yun) 數據的特性，三維激光掃描數據處理的過程和方法也不盡相同。概括地講，整個(ge) 數據處理過程包括數據采集、數據預處理、幾何模型重建和模型可視化。數據采集是模型重建的前提，數據預處理為(wei) 模型重建提供可靠精選的點雲(yun) 數據，降低模型重建的複雜度，提高模型重構的精確度和速度。數據預處理階段涉及的內(nei) 容有點雲(yun) 數據的濾波、點雲(yun) 數據的平滑、點雲(yun) 數據的縮減、點雲(yun) 數據的分割、不同站點掃描數據的配準及融合等；模型重建階段涉及的內(nei) 容有三維模型的重建、模型重建後的平滑、殘缺數據的處理、模型簡化和紋理映射等。實際應用中，應根據三維激光掃描數據的特點及建模需求，選用相應的數據處理策略和方法。

　　三維激光掃描技術的應用探討

    　隨著三維激光掃描測量技術、三維建模的研究以及計算機硬件環境的不斷發展，其應用領域日益廣泛，如製造業(ye) 、文物保護、逆向工程、電腦遊戲業(ye) 、電影特技等，逐步從(cong) 科學研究發展到進入了人們(men) 日常生活的領域。三維激光掃描技術的介入促進了應用領域的發展，同時應用領域的大量需求成為(wei) 其研究的動力，三維激光掃描測量技術在測繪領域有廣泛的應用。激光掃描技術與(yu) 慣性導航係統（INS）、全球定位係統（GPS）、電荷耦合(CCD)等技術相結合，在大範圍數字高程模型的高精度實時獲取、城市三維模型重建、局部區域的地理信息獲取等方麵表現出強大的優(you) 勢，成為(wei) 攝影測量與(yu) 遙感技術的一個(ge) 重要補充。同時在工程、環境檢測和城市建設等方麵均有成功的應用實例，如斷麵三維測繪、繪製大比例尺地形圖、災害評估、建立3D城市模型、複雜建築物施工、大型建築的變形監測等。下麵簡要介紹一下主要應用：
    　①立體(ti) 模型的建立：此項功能是三維激光掃描技術的強項，主要用於(yu) 物體(ti) 立體(ti) 模型的建立(房屋、橋梁、城堡、廠區設備等)、考古與(yu) 文物保護、工業(ye) 設備計測、三維數字地麵模型建立、三維城市漫遊建立，滿足未來3D數據采集等方麵。
    　②借助機載和船載激光掃描設備可以完成水地和地麵地形測量。
    　③滑坡監測和確定滑坡區域：通過比較兩(liang) 次或多次掃描數據，從(cong) 而進行分析和確定滑坡區域和對滑坡區域檢測，達到減災防災和對災害造成範圍的確定。
    　④逆向工程中的應用，是針對一現有工件樣品或模型，利用手持三維激光掃描儀(yi) 準確快速地將輪廓坐標測得，並加以建構曲麵，編輯、修改後傳(chuan) 輸到CAD模型係統，再由工路徑送至加工機，製作所需模具或送到快速成型機將樣品模型製作出來。

　　結束語

    　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，特別對於(yu) 測繪領域來說，伴隨三維激光技術的不斷完善與(yu) 發展，以及三維控製信息需求的增加，三維空間技術將和現代經典測量技術相互融合，作為(wei) 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(wei) 一種普遍在測繪領域應用的新技術手段。