三维激光扫描仪及其测量误差影响因素探析

作者:曲虎; 刊名:建筑工程技术与设计 上传者:王迪(综述)

【摘要】近些年在我国测绘领域中开始注重三维激光扫描仪的使用,由于其帮助测绘工作实现了从点到面的突破,并且这种测绘方法效率高、准确,不受时间、空间的限制,可以通过对测绘地点的扫描形成密集的点面,之后通过收集目标对象的反射率来进行测绘对象的三维建模.在三维激光扫描仪使用的过程中,影响其实际效果的因素有很多,其在使用中可以分为系统误差及偶然误差,通常我们将造成其产生误差的因素分为仪器误差、反射误差及环境误差等,本文则根据其内容进行详细分析.

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·1172· 建筑论坛 建筑工程技术与设计2017 年2月上三维激光扫描仪及其测量误差影响因素探析 曲 虎 (新疆地矿局测绘大队 新疆维吾尔族自治区乌鲁木齐 830028) 【摘要】近些年在我国测绘领域中开始注重三维激光扫描仪的使用,由于其帮助测绘工作实现了从点到面的突破,并且这种测绘方法效率高、准确,不受时间、空间的限制,可以通过对测绘地点的扫描形成密集的点面,之后通过收集目标对象的反射率来进行测绘对象的三维建模。在三维激光扫描仪使用的过程中,影响其实际效果的因素有很多,其在使用中可以分为系统误差及偶然误差,通常我们将造成其产生误差的因素分为仪器误差、反射误差及环境误差等,本文则根据其内容进行详细分析。 【关键词】三维激光扫描仪;测绘;测量误差;影响因素 根据三维激光扫描仪的使用特点其可以对被测对象进行高速激光扫描,测量出精准的三维坐标点的数据,并通过这些空间坐标点的数据信息实现实景还原,因此其也被认为是目前应用效果最好的实景复制技术。在传统的测绘工作中,其主要是对被测对象的单点测量,而应用三维激光扫描技术可以收集大量的坐标点信息,其测绘面积也较原有的测绘方式的面积要大,是目前测绘中重要的使用技术。 一、三维激光扫描仪及技术的使用 三维激光扫描技术的出现为测绘领域带来了一项重要的突破,其不仅在使用中可以高速的获得目标的坐标点,还不受地形情况及时间的限制,在一些大型且地理复杂的测绘目标实景中,不规则地理特征不会影响三维激光测绘工作的进行,其所具有的穿透性及不接触性可以对被测目标进行穿透扫描,从而实现测绘工作的随时随地进行。三维激光扫描仪可以获得高精准的坐标数据,对被测地点反射率进行实时、动态的收集,并在三维建模的过程中实现数字化、自动化的全方位地形模型建立。目前我国在三维激光扫描技术的使用上还较为薄弱,由于其需要涉及到有限元、工程力学等多个专业领域,如何对其进行综合并实现测量、分析、计算、模拟等于一体的三维激光扫描技术是现今重点研究的部分。 二、地面型三维激光扫描系统工作原理 在三维激光扫描仪的运用中它以物体的反射率及反色率等特点使测量出的结果不再是以 CAD 二维平面图为主,其利用三维成像的特点将被测对象以更加清晰、立体的形象表现出来。而地面型的三维激光扫描仪使用有着高速、高效、高准的优点,目前其在使用中坐标系统的建立主要是以扫描仪的自身为坐标定位,其X、Y、Z 轴的建立均是以仪器作为坐标中心点。其中 Z 轴位于仪器的竖向扫描面内,向上为正;X 轴位于仪器的横向扫描面内; Y 轴位于仪器的横向扫描面内且与 X 轴垂直。 三、点云数据的误差来源及分析 从误差理论来分析,径向扫描系统测量误差可分为系统误差和偶然误差。系统误差引起三维激光扫描点的坐标偏差。可通过公式改正或修正系统予以消除或减小。测量系统的偶然性误差是一些随机性误差的综合体现。三维激光脚点测量误差的影响因素较多。大致可分为三类:仪器误差、与目标物体反射面有关的误差、外界环境条件。仪器误差是仪器本身性能缺陷造成的测量误差,包括激光测距的误差、扫描角度测量的误差;而反射面误差的产生主要是由于被测目标的表面倾斜程度及其粗糙程度影响目标的实际反射率,使结果与实际之间存有一定的差距;外界影响则是 自然天气所产生的不同程度的自然现象对三维激光扫描仪的影响。 1、激光测距的影响 在激光测距的过程中,其反馈的光学信号并不一定是完全正确的,并且在对光脉冲信号的分析过程中,其受系统处理及测量点间隔缺陷等问题的影响很可能会使脉冲信号出现误差。脉冲计的系统误差造成循环、混淆现象与测距的凸角误差相类似,测距技术

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