技术在数字化城市建设中的研究分析

理论探索

三维激光扫描技术在

数字化城市建设中的研究分析

刘丹丹赵越

辽宁省工程技术学校辽宁沈阳110034

摘要：地面三维激光扫描技术的出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表，有人称“三维激光扫描系统”是继GPs技术以来测绘领域的又一

次技术革命。本文从初识者的角廛对三维激光扫描技术在数字化城市中的建设进行了简要的研究分析，并介绍了三维激光扫描车的应用。

关键词：数字化城市点云三维激光扫描实景复制

1、引言

随着数字地球和数字城市等一系列概念提出，人们创造出了各

种测量仪器，如全站仪、GPS接收机、超站仪等，并随之创造出大量

的数字化信息采集和编辑软件，其中最杰出的代表应该是地面三维

激光扫描技术，它出现是以三维激光扫描仪的诞生为代表。有人称

“三维激光扫描系统”是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革

命。它是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制

技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新，它将使测

绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发

展阶段。它的出现推动着三维空间数据获取向着集成化、数字化、实

时化、动态化和智能化发展。如何将人类现实生活环境中的各种信

息转化为计算机可以处理的数据问题已经得到了实现，数字化地球

和数字化城市建设的实现也不再是人类遥不可及的梦想。

2、三维激光扫描技术

2．1概述

三维激光扫描技术是国内近期发展的一项高新技术。当今，国

际上许多国家已经广泛使用了本项技术。三维激光扫描仪在工程领

域的广泛使用，已经引起广大科研人员的关注。它是通过激光测距

原理(包括脉冲激光和相位激光)，使用瞬时测得空间三维坐标值的

测量仪器，并利用三维激光扫描技术获取空间点云数据，即可快速

建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型。作业过程既省时又

省力，是现行的三维建模软件无可比拟的。

2．2分类

三维激光扫描仪作为现今时效性最强的三维数据获取工具可

以划分为不同的类型。按照扫描平台的不同可以分为：机载(或星

载撇光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。通

常情况下按照三维激光扫描仪的有效扫描距离进行分类，可分为：

短距离激光扫描仪、中距离激光扫描仪、长距离激光扫描仪、航空激

光扫描仪。

之所以这样进行分类，是因为激光测量的有效距离是三维激光

扫描仪应用范围的前提条件，特别是针对大型地物或场景的观测，或

是无法接近的地物等等，都必须考虑到扫描仪的实际测量距离。此

外，被测物距离越远，地物观测的精度就相对较差。因此，要保证扫描

数据的精度，就必须在相应类型扫描仪所规定的标准范围内使用。

2．3原理

无论扫描仪的类型如何，三维激光扫描仪的构造原理都是相似

的。如图1所示，三维激光扫描仪的主要构造是由一台高速精确的激

光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱

镜。激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号

从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜

距，再配合扫描的水平和垂直方向角。如图2所示，就可得到每一扫

描点与测站的空间相对坐标。如果测站的空间坐标是已知的，那么

则可以求得每一个扫描点的三维坐标。经过全方位扫描后，获取了

三维点云数据。之后通过计算机实现点云的预处理、点云的配准、点

云的拼接、建立三维模型、点云的修复漏洞等步骤，进而建立场景的

三维可视化仿真显示。

图1地面激光扫描仪系统组成图2扫描点坐标计算原理

3、三维激光扫描车

3．1概述

加拿大OPTECH公司生产的三维激光测量车LYNx，具有车

速快，测速快，后处理快等一系列优点。并可360度获取点云数据，没

有死角，可贴纹理图像。是三维城市模型测图的新型科技工具、

3．2应用

作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保

护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管

道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域

里应用。三维激光扫描仪，其扫描结果直接显示为点云(意思为无数

的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果)，利用三维激光扫

描技术获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则的场景

的三维可视化模型，既省时又省力。

三维激光扫描车拥有上述优点的同时，具备可以快速扫描被测

物体巨大优势，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。

这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其

已经成为当前研究的热点之一，并在土木工程、自然灾害调查、紧急

服务业、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。

4、结语

通过对三维激光扫描仪的研究，探索了基于点云数据进行建筑

物三维建模的方法，表明该方法可以应用于城市建筑物的三维建

模，三维激光扫描车的应用是“数字城市”建设最为先进和便捷的技

术手段。此外，获取的建筑物表面的三维点云数据的数据量庞大，如

何管理和处理海量数据，并且保证数据在处理过程中精度不受损失

仍然亟待解决，是下一步研究的重点和难点问题。

参考文献

[1]李清泉等．三维空间数据的实时获取、建模和可视化[H]_武汉：

武汉大学出版社，2003．

[2]马立广．地面三维激光扫描仪的分类与应用[J]．地理空间信息，

2OO5(6)60—62．

ChinaScience&TechnologyOverview177万方数据

三维激光扫描技术在数字化城市建设中的研究分析

作者：刘丹丹，赵越

作者单位：辽宁省工程技术学校,辽宁沈阳,110034

刊名：中国科技纵横

英文刊名：

年，卷(期)：2012(4)



本文读者也读过(5条)

1.冯琰.郭容寰.程远达基于机载LIDAR技术快速建立三维城市模型研究[会议论文]-2007

2.刘新强三维激光扫描技术用于公路工程测量的可行性分析[期刊论文]-黑龙江交通科技2012(4)

3.白立飞.于广婷.卢晓龙.韩金芳.BAILifei.YUGangting.LUXiaoLong.HANJinfang三维激光扫描技术在青岛市房地产开发中

的应用[期刊论文]-山东国土资源2011,27(3)

4.陈盼盼.董建国.杨瑞霞.安春华.王郑建基于多重三维激光测绘系统的真三维城市模型构建[会议论文]-2010

5.葛珊珊.汤国安.张姗琪基于城市DEM的城市三维形态量化分析[会议论文]-2008





本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgkjzh201204149.aspx