三维激光扫描数据处理（什么是三维激光扫描仪）

什么是三维激光扫描仪

三维激光扫描仪，又名实景复制技术，其主要利用的是激光测距的原理，即通过对被测物体表面大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息的采集，来对其线面体和三维模型等数据进行重建。该种方法精度高、性能好，在交通事故处理、土木工程、室内设计、数字城市、建筑监测、灾害评估、军事分析等诸多方面都存在应用，且其突破了传统的单点测量，使得扫描技术向面测量迈进。

三维激光扫描数据建模概述

三维激光橘晌扫描仪对地质标本进行全方位扫描，获取了地质标本的离散结构点（点云数据）之后，就可以开始建模工作了。

1）建模过程就是对点云数据进行实体转化，形成实体的三维标本网格数据，恢复被测标本的真实形体结构及实际尺寸，并使用照相机自动获取的纹理影像数据，给三维标本赋予纹理，完成真实结构、真实纹理的地质标本的三维数字化模型（图4.2）。

图4.2 标本点云数据实体化和赋予纹理的标本三维数字实体

2）岩石标本的三维数字化，需要用到Faro Scene的三角化构建功能。即在Faro Scene软件中，导入标本的点云数据进行网格构建，实现从点云数据转化为实体数据的过程，即转化为标本网格数据。

3）三维实体化的岩石标本还没有真实的纹理信息，需要利用三维激光扫描仪搭载的数码相机，自动获取纹理影像数据，在Faro Scene软件中，执行应用图像的命令，给岩石标本三维网格体赋予纹理，实现真实结构、真实纹理的岩石标本三维数字化。最后，生成Cache.c3 d、Information.c3 d、Level1.c3 d、World.c3 d及htm文件的一系列三维模型文件。

4）利用KUBIT PointCloud 6.0 软件，对标本的离散结构点云数据，进行实体转化，构建具备标本真实形体结构、实际尺寸的标本实体网格数据。

图4.3 三维激光扫描的标本点云数据、处理中的点云数据、实体化谈卜的点云数据和带纹理的高精度模型

5）利用KUBIT PhotoPlan 6.0软件，给标本网格贴上纹理，就构成了具有真实结构、真实纹理的标本三维数字模型（图4.3）。

6）最后添加鼠标互动浏览操作功能，按下含伍穗鼠标左键，移动鼠标可以上、下、左、右旋转模型，鼠标中间滑轮可以放大、缩小模型。

三维扫描建模流程

操作步骤如下：1、三维激光扫描技术，传统测量概念里，所测的数据最终输出的都是二维结果（如CAD出图），在逐步数字化的如今，三维以其直观，逐渐的代替二维。近年来，随着测量技术和空间科学的深入发展，继GPS空间定位系统后，三维激光扫描技术突破了传统的单点测量方法，通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。三维激光扫描技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。广泛应用于文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域。2、建筑物三维扫描，三维激光扫描仪作为新兴的测量手段，能完整的获取建筑物的整体结构和形态特性，快速准确的得到三维点云数据，对建筑物测量和规划设计具有重大的意义。下面，以市面上较为热门的Trimble三维激光扫描仪为例，为大家介绍三维激光扫描仪的特点、主要过程和技术流程。Trimble三维激光扫描仪具有一键式操作，数据获取自动化；100万点每秒扫描速度；扫描成果是三维誉陪或矢量，简单直观等特点。Trimble三维激光扫描仪工作流程与传统测量技术有相似之处，但也有其自身的特点，主要过程和技术流程如下：Trimble三维激光扫描仪最终采集的数据以点云和图像的形式储存在扫描仪设备里，运用Trimble、RealWorks进行一定处理后，获取建筑物的相对位置信息、尺寸、纹理和形状，进而建立真实的建筑物空间数据模型。3、三维建模，通过三维激光扫描仪得到的点云数据，需要利用三维建模软件建立三维模型。由于点云数据的特殊性，能直接将点云数据建成模型的软件不多。目前，三维点云建模一般采用ContextCapture。ContextCapture、是一款可由简单的照片和/或点云自动生成详细三维实景模型的软件。数码相机、智能手机、激光扫描仪、航摄仪等仪器均可作为、ContextCapture的输入数据源。ContextCapture、的高兼容性，能对各种对象各种数据源进行精确无缝重建，从厘米级到公里级，从地面或从空中拍摄。只要输入照片的分辨率和精度足够，生成的三维模型是可以实现无限精细的细节。点云三维建模的具体过程，请关注“艾三维技术”微信公众号，查看ContextCapture软件教程教学。下面，我们一起来看看ContextCapture的具体功能：1、集成地理参考数据ContextCapture、可为包括、GPS、标记和控制点在内的多种类型的定位数据提供本地支持。它还可以通过定位/旋转导入或完整块导入来导入任何其他定位数据，能够精确测量坐标、距离、面积和体积。2、自动空中三角测量和三维重建一旦自动识别每张相片的相对位置和方向，就可以通过添加控制点和连接点来对空中三角测量结果进行微调，以最大限度提升几何和地理空间精度。优化的三维重建算法以无可匹敌的精度生成精准的三维模型以及每个格网面片的影像纹理。ContextCapture、可确保各个三维格网模型顶点放置在最佳位置，因此可以更少的瑕疵表现重现更精细的细节和更锐利的边庆伍缘，从而大幅提高几何精度。4、生成二维和三维、GIS、模型借助、ContextCapture，可以生成各种、GIS、格式的精确地理参考三维模型，包括真正射影像和新的、Cesium、3D、Tiles，并将瓦片范围和空三成果导出为KML和XML。ContextCapture、提供的坐标系数据库接口可确保与GIS、解决方案的数据互用性。可以从、4，000、多个空间参考系统乱缓中进行选择，并可添加用户自定义的坐标系。而且，ContextCapture、会根据输入照片的分辨率和空间分布情况，自动调整模型的分辨率和精度。这意味着，ContextCapture可以处理分辨率不均匀的场景，而不必为保留一些更高分辨率的场景区域而牺牲整体效率。5、处理实景模型ContextCapture可以快速轻松地处理任何比例的格网模型，以及横断面的生成、地形和断裂线的提取，及正射影像、三维、PDF、和、iModel、的生成。它可以将格网模型与、GIS、和工程数据集成，以在格网模型的视觉环境中实现该信息的直观搜索、导航、可视化和动画。6、处理点云可以对点云进行增强、分割、分类，并与工程模型相结合。然后，利用、ContextCapture的高级三维建模、横截面切割、断裂线和地形提取功能，快速高效地对竣工条件进行建模并支持设计流程。因此，ContextCapture可以更好地评估点云并生成更精确的工程模型。还可以生成用于展示的动画和渲染6、生成和处理大型可缩放地形模型ContextCapture可以从多种来源中生成非常庞大的可缩放地形模型，包括点云、断裂线、光栅数字高程模型和现有三角形化不规则网络。通过与原始数据源同步，可缩放地形模型可实时更新到最新。这样做的价值在于，拥有您所有数据的全局、最新和综合表示，并用于使用各种显示模式执行分析，以及生成动画和可视化效果。7、生成三维、CAD、模型基于各种、CAD、格式、三维通用格式、DSM、和密集三维点云生成三维模型，确保模型在建模环境中是可访问的。此外，还可以生成由数十亿个三角面片组成的多分辨率格网模型，Bentley、系列平台软件原生支持格网模型数据。包括、MicroStation、Descartes、AECOsim、Building、Designer、OpenRoads、OpenPlant、Bentley、Map?、Bentley、Substation、等。8、发布和查看支持、Web、的模型借助、ContextCapture，用户可生成任意大小的针对网络发布进行了优化的实景模型，并在浏览器中查看。如、ContextCapture、的原生格式、3MX，或、Cesium、3D、Tiles。这样，您就可以与任何利益相关方随时共享三维模型，并以可视化方式展示。

三维激光扫描仪作为测绘界的最新技术和仪器但是目前还存在哪些问题

从数据采集、处理、成果应用等方面分析,主要存培键在的问题有采集数据质量不佳、点云数据匹配精度有待提高、点云数据滤波算法精度不高、特殊监测领域的应用成果不明显等。三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。三维激光扫描仪作为三维激光扫描系统的主要组成部分，是由激光射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、清喊微电脑、CCD机以及软件等组成，是测绘领域继GPS技术之后的一次技配正巧术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

在林业中地面三维激光扫描点云数据一般都是用什么软件进行参数提取的

一般三维扫描吵败仪扫描出来的点云是asc格式可以通过软件转换格式输入到我们需要的各个三维软件中。geomagicstudio专门处理三维点云的软件，可以把三维点云数据处滑碰配理信指成各种需要的格式，可以把数据导入到3dmax、cad、pore、ug、catia、imageware、zbrush等三维软件。

城市建筑竣工测量的应用

1工程概况及作业流程1.1工程概况广州市南丰国际会展中心坐落于广州市海珠区琶洲岛，包括南丰汇环球展贸中心和南丰国际会展中心共两幢大楼，集商业写字楼、五星级酒店等于一体的现代商务贸易中心，验收总建筑面积为28.3万m2，如图1所示。会展中心外形独特时尚，层层交错横纵;塔楼设计又宛如随意凌乱堆放的方块叠在一起，每个方块即每一层都是错乱而有序的叠搭;裙楼设计很具有倾斜线条美，或是向外倾斜，或是向内倾斜。由于其现代几何式立面结构，采用全站仪设站方式较难以准确测量出裙楼倾斜面各楼层的平面位置，与交错重叠的塔楼各楼层平面位置以及在裙楼不同倾斜角之间和塔楼各“方块”之间进深不一的众多凹角，这给我们的传统规划验态好收测量带来了挑战。1.2作业流程鉴于上述对会展中心异形建筑物竣工验收的分析，项目组应用三维激光扫描技术对其进行竣工验收测量。其作业流程如图2所示，主要内容包括:控制测量、外业扫描测量、内业数据处理、竣工图核对、三维建模、建筑面积计算、平立面图绘制、竣工地形图绘制等。2三维竣工测量数据采集2.1控制测量为满足建筑工程规划验收测量精度的要求，本工程以《卫星定位城市测量技术规范》为依据，布设一级静态GPS控制网，共测设静态控制点4个，范围涵盖两幢大楼，并联测四等水准8km(如图3所示)。一级控制网雹闭神起算点选用工程附近广州市三等以上平面控制点，为提升整网精度，起算点范围涵盖4个一级控制点，高程控制以附近二等基岩水准控制点作为起算点。采用一级GPS控制网和四等水准不仅可以保证规划验收控制测量的精度，还能将验收测量成果接入广州市平面坐标系统和高程系统。2.2激光扫描测量数据采集本工程采用RIEGLVZ－400三维激光扫描仪，其反射距离为500m。依据会展中心建筑物异形的特点，本次三维激光扫描主要采用了以下两种方式:①单站绝对定向模式:三维激光扫描测站与靶标(类似全站仪的棱镜)布设在图根点上，并设置扫描相应参数，执行扫描。②无靶标相对定向:采用无靶标方式，直接对目标建筑物进行扫描。扫描站点的坐标量测利用“广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统(GZCORS)”和广州市似大地水准面，对三维激光扫描仪中内置的GPS定位功能进行开发，使得三维激光扫描仪在扫描测量建筑物的同时测量扫描站的RTK坐标，从而提高了外业作业速度和内业配准效率。3三维竣工测量数据处理3.1扫描测量数据预处理对建筑物扫描后，需要进行点云数据的预处理，包括点云去噪与修补和点云配准等工作。(1)点云去噪与修补获取的原始点云数据，会由于灌木丛遮挡，自身遮挡，玻璃透射等原因造成了大量的空洞和噪音，致使原始点云质量较差，需要进行去噪、补洞等处理。首先在地面三维激光扫描仪的配套软件RiscanPro中去除偏差较大的噪音后，后在GeomagicStudio中进一步去噪与交互式操作补洞。(2)点云数据配准根据外业数据采集的两种方式，数据配准工作同样采用与之相对应的两种模式。①后视定向配准对于起始测站采用靶标进行配准，输入测站坐标和靶标坐标，采用RieGLRiscan中后视定向配准模块进行配准，从而确定整个点云数据的全局坐标。②站站间配准首先要进行粗配，可以采用两种方法:a、选择同名特征点的方法进行配准，该方法适用于同名点特征明显的，至少要选择4个同名点，同名点应尽量选择房屋角、线杆顶等尖锐地物点;b、根据人工交互式移动测站，使未配准站移动到已配准站的对应位置，匹配精度以能够执行自动精确匹配为准。粗配结束，采用软件自动精确精配，提高配准精度，配源亏准误差在0.01m以内，方可进行下一站配准。如图5所示为南丰国际会展中心各测站数据配准之后的建筑物点云数据图。3.2建筑物面积测算(1)采用切片法提取特征线设计合适的切片厚度对配准之后的三维点云数据的每一层进行X－Y水平面切面处理，通过提取特征点得到建筑物每一楼层特征线，从而计算该楼层建筑面积。(2)建筑面积计算采用切片法提取得到的每一楼层特征线，并通过输出绘图交换文件(dxf格式文件)，将其导入CAD软件，在数据工程状态下绘制建筑物线划图，从而计算建筑物面积。3.3立面图绘制根据建筑物竣工验收要求，核对建筑物竣工立面图是一项重要工作，本项目根据扫描点云数据绘制的建筑物竣工立面图与建设单位提供的竣工建筑物立面图进行对比，可清晰了解其立面图的实际尺寸，与现场符合情况等。本工程的立面图绘制流程如图6所示，采用项目组自主研发软件Laserscanner，对点云数据三维模型进行主立面投影，并采用三维量测模式进行量测，输出绘图交换dxf文件，将其导入CAD软件中，在规划管理工程模板下，并根据地面LiDAR部件高分辨率数码相机所获得的高清晰图片，进行立面线划图绘制。采用三维激光扫描仪进行建筑物竣工测量，其中最终产品之一的是建立目标物的三维模型，如图7所示，并可在模型上提取断面图，进行量测、面积计算等。根据点云经过建模处理之后绘制的塔楼竣工立面图，如图8所示。4结果分析以南丰国际中心第9层为例(如图9所示)，下图为经过X－Y水平面切面处理截留的点云平面图，并与全站仪观测数据进行比对(红色线为全站仪观测)。项目采用地面三维激光扫描仪结合全站仪观测，还以南丰国际会展中心第9层为例，对该点云数据进行再次滤波去噪处理，并将其连接成线，并与全站仪观测数对比，各角点坐标比较如表1所示。由于两幢楼塔楼各楼层中心均有中空，采用全站仪观测计算南丰国际会展中心第9层外围面积为3134.0km2(未扣除中空面积)，三维激光扫描仪计算面积为3133.1km2，面积相差甚小。5总结城市化进程中的异形建筑增多、规划管理复杂化，传统二维竣工测量已不能满足规划管理的要求。三维激光扫描仪以其自身的技术特点，能够获取一些全站仪难以采集到的建筑物角点，本文以广州市会展中心某异形建筑为工程实例，来验证三维激光扫描技术在城市建筑竣工测量中的可行性。首先对三维竣工测量作业流程进行了总体阐述，继而介绍了三维竣工测量数据采集中的控制测量和激光扫描测量数据采集流程与技术，最后对三维竣工测量数据处理中的扫描测量数据预处理、建筑物面积测算和立面图绘制三个关键过程进行了分析研究。三维竣工测量数据与全站仪观测数据进行比对分析，点位和面积结果相差甚少，能够满足建筑竣工测量需求。综上所述，本文认为三维激光扫描技术在结构复杂、超大规模建筑物验收测量中具有较好的应用价值，应该在特定的规划验收中推广使用。***隐藏网址***