三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析

作者:陈凯; 刊名:资源信息与工程 上传者:马新勇

【摘要】目前三维激光扫描仪应用于多个领域,其优点是数据获取速度快、精度高,而且操作简单.但在三维激光扫描仪使用过程中,影响其实际效果的因素有很多.本文主要阐述了三维激光扫描仪的工作原理、测量误差影响因素及控制其测量误差的措施.

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三 维 激 光 扫 描 仪 及 其 测 量 误 差 影 响 因 素 分 析 作者简介: 陈  凯(1988-),男,四川广安人,本科,助理工程师,研究方向:工程测量。 陈  凯 (新疆地矿局第一水文工程地质大队,新疆 乌鲁木齐830091) 摘  要: 目前三维激光扫描仪应用于多个领域,其优点是数据获取速度快、精度高,而且操作简单。 但在三维激光 扫描仪使用过程中,影响其实际效果的因素有很多。 本文主要阐述了三维激光扫描仪的工作原理、测量误差影响 因素及控制其测量误差的措施。 关键词: 三维激光扫描仪;测量误差;影响因素 中图分类号:P204 文献标识码:A 文章编号:2096-2339(2017)05-0153-02     随着测绘工程实践的不断进行,测绘技术也在不断 发展,三维激光测绘技术是近年来出现的一种具有高效 率和高精度的测绘技术。 此种技术在测绘实践中的应用 有效提升了测绘的效率和质量,给工程测量带来极大的 便利。 三维激光扫描仪技术是利用三维激光扫描专业性 仪器,在目前的工程测量中使用较为普遍。 1  三维激光扫描仪工作原理 三维激光扫描仪在目前的各类测量中运用较为普遍,其基本原理是:通过三维激光扫描仪获取目标物表面 各点的空间坐标,然后由获取的测量数据构造出目标三 维模型的一种全自动测量技术。 激光反射镜、激光自适 应焦距控制单元、CCD技术、光机电自动传感装置以及激 光发射器构成了三维激光扫描仪的核心技术。 2  造成三维激光扫描仪测量误差的因素 从现实研究的情况来看,造成三维激光扫描仪测量 误差的原因有多种,所以要想具体的进行测量误差的控 制,需要针对每一个造成误差的因素进行详细的分析。 2.1  仪器误差 仪器误差是造成三维激光扫描仪测量误差的一个重要因素,是由仪器本身性能缺陷造成的测量误差。 在具 体分析中发现,仪器误差主要表现在两个方面:第一是角 度测量。 角度测量的误差包括三项内容,其一是垂直度 盘的刻度差。 从目前的测量实践分析来看,垂直度盘的 天顶距读数并不是90°,所以垂直度盘的天顶距读数与 90°的差值就形成了垂直度盘指标差,此差值需要配备倾 斜补偿器进行消除,但是一些三维激光扫描仪并未配备 此设备。 二是视准轴误差。 三是偏心差。 这三方面的误 差都会导致测量角度误差情况出现。 第二是测量距离。 在测量距离误差中,比较显著的是周期性误差,此种误差 一方面来自于仪器的性能,另一方面来自于仪器的使用 存在误差。 总之,仪器本身性能缺陷造成了测量误差的 产生。 2.2  扫描角误差 扫描角误差也是造成测量误差的主要因素。 通过具 体的设备利用发现,扫描角对于测量误差的影响主要体 现在两个方面:一是扫描角的水平角度;二是扫描角的处 置角度。 扫描角度导致的误差由一系列的综合因素所影 响造成,包括扫描电机的非均匀性转动控制、扫描镜的镜 面平面角度误差以及扫描镜转动的微小振动等。 目前使 用的扫描仪的扫描角的测量精度都比较高,所以产生此 种测量误差相对较少。 2.3  反射面不同引起的误差 在三维激光扫描仪的具体测量中,反射面的不同也 会造成测量的误差。 调查显示,三维激光扫描仪生产的 厂家在自身生产的产品测试时,都是选择较为理想的状 态和条件下进行的。 在实验测试中对待测物体选择十分 重要,而厂家选择的待测物体一般都比较理想。 工作中, 待测物体的表面光滑度、颜色以及组成的材料等都会对 测量的结果产生重要的影响。 但在实际测量中,被选择 的待测物体不具备实验时厂家选择物体的理想性,所以 其材质、色彩、表面光滑度等都存

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