三維激光掃描技術又稱為(wei) 實景複製技術，利用激光測距原理，通過高速激光掃描測量方法，大麵積、高分辨率地獲取被測對象表麵的高精度三維坐標數據以及大量空間點位信息，可以快速建立高精度(精度可達毫米級)、高分辨率的物體(ti) 真實三維模型以及數字地形模型。是測繪領域繼GPS技術之後的又一次技術革命。

相較於(yu) 傳(chuan) 統二維平麵圖紙的抽象表示，三維激光掃描技術，可以直觀反映真實世界的本來麵目，應用領域非常廣泛，主要有文物古跡保護、建築、規劃、土木工程、工廠改造、室內(nei) 設計、建築監測、交通事故分析、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍(jun) 事等。

三維激光掃描係統根據其搭載的不同的平台分為(wei) ：

（1）固定式激光掃描係統

也稱地麵三維激光掃描儀(yi) ，使用時在地麵不同方位設置測站進行掃描。

（2）車載激光掃描係統

以汽車作為(wei) 平台，在連續移動過程中連續快速掃描。

（3）機載激光掃描係統

以無人機或有人機作為(wei) 平台，在空中對地麵進行連續快速掃描。

（4）手持型激光掃描係統

屬於(yu) 便攜式激光掃描儀(yi) ，使用簡單、快捷、輕便。

（5）背包式激光掃描係統

采用人工背包式背負作業(ye) ，能適應複雜路線及環境。

（6） 推車式三維激光掃描係統

三維激光掃描係統通過掃描目標物體(ti) ，可獲得海量的高精度空間三維點雲(yun) 數據，單點精度可達到毫米級，並且可具有真實色彩信息。獲取的點雲(yun) 模型能充分體(ti) 現出目標物體(ti) 的三維特征信息。根據不同的需求，通過對點雲(yun) 數據的分析、處理，可以獲得滿足不同需求的豐(feng) 富數據，從(cong) 而在不同領域發揮不可比擬的重要作用。

一、古建文物保護領域

三維激光掃描的測量方式可以發揮其獨特的優(you) 勢，能在較短的時間內(nei) 獲取所測古建築的三維數據，從(cong) 而為(wei) 後期修繕保護、模型存檔等工作提供準確的數據支撐。

根據掃描獲取的點雲(yun) 數據，生成古建正射影像

根據正射影像可繪製古建平麵、立麵及剖麵圖等傳(chuan) 統施工圖紙

根據三維點雲(yun) 模型可輔助建模，細節更加豐(feng) 富，模型更加真實準確，方便後續對古建的修複、維護及展示等工作。

二、工程領域

1.地形測量

三維激光掃描技術在測繪領域，其最基本的應用之一就是地形圖繪製。基於(yu) 掃描的精細點雲(yun) 可直接生成三維地形模型，自動提取等高線，同時可獲取三維及二維數據資料。與(yu) 傳(chuan) 統測繪手段相比，三維激光掃描具有：效率高、細節豐(feng) 富、成果形式多樣。一次測量，地物、地形同時獲得。

3D數字高程

三維地表模型

2.規劃、設計

項目規劃設計階段，首要工作是獲得項目及周邊的環境信息，環境信息越充分，規劃設計工作越得心應手。采用三維激光掃描技術對項目目標環境進行掃描，取得的高精度三維模型，不僅(jin) 直觀、真實，而且包含有項目目標的全部空間信息，對規劃設計工作可以起到事半功倍的效果。

在取得的三維空間信息的基礎上，可以進一步進行日照分析、管道分析等。

3.老舊建築的維護、修複、測量

對於(yu) 老舊建築，采用三維掃描技術可以逆向繪製CAD圖紙，輔助進行設計、施工、測量等工作。

三維激光掃描點雲(yun) 模型可以獲得現狀建築的全麵數據。

根據點雲(yun) 模型返畫CAD圖可獲得高精度的設計圖紙。

4.工程測量

由於(yu) 具有高精度、掃描數據全麵的特點，三維激光掃描技術可代替傳(chuan) 統的工程測量，並在某些方麵解決(jue) 傳(chuan) 統手段解決(jue) 不了的難題，發揮獨特的作用。

(1) 監理測量

三維激光掃描是真實場景的複製，資料具有客觀可靠性，為(wei) 監理隱蔽工程、重點部位工程質量提供有效依據，為(wei) 避免日後的糾紛提供了客觀依據。

(2) 竣工測量

竣工測量要求對實際施工完成的建築物進行測量，基於(yu) 對實景掃描及高精度的特點，三維激光掃描技術在對異形建築測量等方麵，可以發揮獨特的優(you) 勢。

(3) 隧道測量

通過三維激光掃描儀(yi) 進行測量，獲取隧道表麵海量數據點，可生成真實隧道模型，無論是超欠挖分析還是收斂變形分析，結果都更加精準。

數據全麵，海量點雲(yun) ，還原隧道真實形態，細節也清晰可辨，數據可隨意查看。

結果精準，可達毫米級的測量精度，準確反映隧道變化情況。

收斂變形分析：基於(yu) 多期數據，可進行隧道收斂變形分析。

超欠挖分析：通過點雲(yun) 模型與(yu) 設計模型進行對比，可自動生成超欠挖報告，得到各段超欠挖體(ti) 積分析，同時也可在任意斷麵處查看形態對比。

5.變形監測

由於(yu) 三維激光掃描技術具有高精度的特點，在一定的條件控製下，精度可達到1毫米以內(nei) ，三維激光掃描技術可以用來對變形進行監測。主要應用在建築物變形監測、基坑變形監測、橋梁變形監測、隧道變形監測以及地表形變監測等方麵。

建築物變形監測

基坑變形監測

橋梁變形監測

6.土方和體(ti) 積測量

采用三維激光掃描儀(yi) 對現場地形地貌進行掃描，獲得現場高精度三維地形數據，對相關(guan) 數據進行處理後可以計算出土方工程量或其它相關(guan) 體(ti) 積。

根據項目情況，采用地麵三維激光掃描儀(yi) 在不同站點進行掃描。

掃描後，現場原始地貌被真實、直觀、精確記錄。

根據需要可以處理出地形圖、等高線、三維模型等各種數據成果。

現場標高點位數據可現場進行複核。

測量成果可進行存檔，土方體(ti) 積計算可采用方格網等方式進行複核，方便後續審計、結算。

7.礦山測量

由於(yu) 礦山地形複雜，采用全站儀(yi) 和GPS等傳(chuan) 統的測量手段進行高精度測繪工作往往費時費力。特別隨著數字礦山概念的提出，礦山管理對空間三維信息的需求也顯得更加迫切，三維可視化的管理模式已經成為(wei) 數字礦山的主要內(nei) 容之一，而目前常規的測量方式所獲取的數據很難滿足三維數字礦山的需要。近年來快速發展的三維激光掃描技術為(wei) 解決(jue) 複雜的礦山地形測量和數字礦山建設提供了新的技術手段。三維激光掃描技術具有高分辨率、高采樣率以及非接觸測量的優(you) 勢，非常適合用於(yu) 獲取礦山的複雜表麵和高危區域的空間三維信息。

8.三維掃描+BIM應用

三維激光掃描與(yu) BIM均以三維模型為(wei) 中心，兩(liang) 者存在天然的相關(guan) 性。三維激光掃描是BIM應用中最基礎的一個(ge) 重要環節，對現場三維實際進行采集後與(yu) BIM進行結合，才能發揮BIM技術的應用價(jia) 值。

(1) 三維掃描協助BIM進行逆向建模

通過三維激光掃描取得真實、精確點雲(yun) 模型。

采用相關(guan) 軟件輔助建立BIM模型。

在沒有目標圖紙資料的情況下，采用三維激光掃描建立BIM模型是最高效的手段。建築建成後，即使有原始圖紙資料，采用三維激光掃描建立的BIM模型更符合實際修建完成的建築，方便後期的運營管理。

(2) 輔助裝飾裝修等二次設計

掃描取得的點雲(yun) 模型提供直觀及全麵的原始室內(nei) 原始設計數據。

在真實模型基礎上進行的裝修設計更加完善、減少變更及返工。

在真實模型基礎上進行幕牆設計可以提高設計精度和施工質量。

(3) 施工檢測及驗收

BIM模型可以指導施工，三維掃描模型可以描述真實情況，將兩(liang) 者進行對比，不僅(jin) 可以發現施工偏差，還可以檢測施工質量。

實際施工模型與(yu) 設計BIM模型對比，可以檢查施工偏差情況。

施工偏差及施工質量分析數據一目了然。

9.工程存檔及展示

在工程建設當中，有很多工程存檔及項目展示的需要，采用三維激光掃描技術可以全麵對工程進行存檔，全方位對工程進行展示，滿足工程後期結算、索賠，以及對樣板工程進行展示的需要。

10.鋼結構檢測

采用三維掃描技術將複雜零部件的三維尺寸精確進行掃描，並將得到的點雲(yun) 與(yu) 設計模型做精確地三維偏差分析，從(cong) 而分析出零部件與(yu) 設計模型的偏差，檢測製作質量。

無接觸式自動測量，高效快捷。

海量三維真彩色點雲(yun) 數據，即便是複雜異形鋼構件也可全麵測量記錄。

毫米級測量精度，保證檢測結果準確，采用色譜圖反映實際製造成果與(yu) 設計模型間偏差，顯示更加全麵直觀。

11.公路改擴建測量

在公路改擴建工程中，對已有舊路占地邊線、路基、路麵、橋涵的測量和現狀描述對設計過程中的參考與(yu) 決(jue) 策尤為(wei) 重要。采用車載激光掃描測量係統，每秒百萬(wan) 點的測量速率，40-60公裏每小時的行駛速度，可快速獲得路麵點坐標信息及道路兩(liang) 側(ce) 地形情況。數據獲取的質量和有效性高於(yu) 傳(chuan) 統的人工采集。

通過先進算法進行點雲(yun) 解算，點雲(yun) 精度可達5cm，滿足公路改擴建測量精度要求。

成果豐(feng) 富。海量點雲(yun) 可提取車道線，生成公路橫斷麵、地形圖等成果。

三、數字化園區

隨著信息化整體(ti) 加快以及物聯網概念的提出，對園區智能化管理提出了更高要求。作為(wei) 數字化的前提，精準的三維模型數據尤為(wei) 重要，而點雲(yun) 處理對於(yu) 精準空間數據的獲取有著天然的優(you) 勢。

點雲(yun) 高程渲染圖

建築三維模型圖

建築模型渲染效果圖

四、電力管理領域

對已建成的電力網絡，需要有效地對其進行巡線管理，以確保電力的安全輸送。

多平台激光雷達係統具有快速獲取高精度激光點雲(yun) 和高分辨率數碼影像的優(you) 點，可以獲得輸電線路相關(guan) 距離測量的數據，適用於(yu) 對新建線路的走向選擇設計、對已建線路的危險點巡線檢查、線路資產(chan) 管理以及各種專(zhuan) 業(ye) 分析。

以高精度、高分辨率正射影像和激光點雲(yun) 數據為(wei) 基礎，結合架空送電線路設計業(ye) 務需求，實現線路路徑優(you) 化設計、杆塔優(you) 化設計的一體(ti) 化全流程應用。基於(yu) 剖麵進行塔位優(you) 化，根據塔位坐標數據、塔基斷麵數據對線路各種指標進行統計分析。

利用無人機激光雷達係統獲取的高精度點雲(yun) 可以檢測建築物、植被、交叉跨越等對線路的距離是否符合運行規範,線間距是否滿足安全運行的要求；同時相機獲取的高清晰度的影像，可以讓巡檢人員在室內(nei) 進行線路設施設備和通道異常的判別。根據分類得到的電力線、植被和地麵等分類的點雲(yun) ，可以計算出靠近電力線的植被並標記出來，可以起到預警的效果。

通過采集的高精度激光點雲(yun) 和高分辨率數碼影像數據，處理成DOM、DEM，結合分類後的點雲(yun) ，可以實現電力線路三維建模，恢複線路走廊地形地貌、地表附著物(樹木、建築等)、線路杆塔三維位置和模型等，輔以線路設施設備參數錄入，可實現線路資產(chan) 管理。

五、道路建模

城市道路作為(wei) 連接城市不同功能區的空間紐帶以及城市空間信息流的主要載體(ti) ，其三維模型是數字城市不可或缺的重要組成部分。道路三維模型一般是由路麵模型及其附屬構造物組成，而三維激光掃描技術能快速獲取詳細道路麵高精度點雲(yun) 數據，並以此為(wei) 依據構建出更精細的道路模型。

點雲(yun) 高程渲染圖

點雲(yun) 強度渲染圖

道路三維模型圖

六、影視製作領域

在影視拍攝中，一些特殊的場景和道具無法進行實拍，或者在一些大型動畫的製作中，采用三維激光掃描技術對場景或道具進行掃描、建模，然後利用計算機進行後期製作，在大大減少人力投入的同時，效果也更顯逼真。

七、結語

三維激光掃描技術的應用遠不僅(jin) 限於(yu) 以上場景，由於(yu) 與(yu) 真實三維世界高度契合，符合大數據時代的技術發展趨勢，三維激光掃描技術應用必定在相關(guan) 領域中快速發展、大展身手，讓我們(men) 拭目以待......