地面三维激光扫描仪在建(构)筑物测量分析中的应用综述

地面三维激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanning,TLS)作为新兴的一门技术,逐渐被应用到测量等各个领域,是获取地物目标LiDAR(Light Detection and Ranging)高精度数据的主要途径。TLS能够探测到建(构)筑物更多细节方面的信息,主要包括建筑物结构的变形和损伤(包括建筑物墙体的剪切开裂、墙面脱落及承重构件的损伤),同时可以获得诸如墙体倾斜、裂缝空间分布、体积和位置变化计算等更多的测量数据。TLS高精度数据的获取为提取变形较小、肉眼无法识别的破坏特征提供了技术帮助。本研究回顾总结了TLS在建筑物变形监测、三维建模、数据分析方法和建筑物震害损失分析方面的研究。在文献回顾和深入讨论后,提出了TLS在建筑物震害分析中未来的研究方向。

一种顾及随机误差的地面三维激光扫描仪自检校方法

系统误差作为点云数据中的非随机项,使得扫描结果具有累积作用,对结果质量的影响尤为显著。因此,提出一种地面三维激光扫描仪系统误差自检校方法,该方法同时考虑了系统误差和随机误差对扫描结果的影响。在随机模型方面,基于测角和测距精度对观测值进行加权,并利用方差分量估计理论实现不同类型观测值的后验估计。仿真实验和实测数据验证表明,该方法能有效提高未知参数的解算精度,且经过系统误差和随机误差改正后,可获得更接近真实值的目标坐标,相较于常规自检校方法具有更高的准确性和精度。

长测程地面三维激光扫描仪在古建筑物特征信息提取中的应用研究

针对传统古建筑测量方式存在的效率低、精度差以及无法可视化等问题,将长测程三维激光扫描仪应用于古建筑测绘工作中,同时获取古建筑物表面海量的三维坐标数据、材质信息和纹理信息,作业时无需接触古建筑实体表面,能够有效保护作业人员以及古建筑本身结构的安全,避免古建筑本体二次损害,为古建筑的底图存档、改造修缮提供全方位立体式测量模式。

地面三维激光扫描仪与外架数码相机间安置参数的高精度标定

提出了地面三维激光扫描仪与外置数码相机安置参数的高精度标定方案。首先,利用商业化近景摄影测量系统对相机内参数进行单独标定;然后,利用回光反射标志作为二维和三维匹配的同名控制点,对直接线性变换进行拓展应用,在算法迭代过程将内参数作为已知值对外参数进行求解;最后,根据相机数据采集特点确定其拍摄全景时多张影像之间的位置关系,对多张影像的外方位元素进行求解,从而实现全景点云与全景完整影像之间的映射。进行了实验测试,利用安置参数标定结果反求验证点像素坐标与真实测量结果之差验证了本文标定方法的精度和可行性。实验显示:点云与影像间的映射精度可达到1像素左右;相机拍摄全景获取的影像与全景点云可以实现正确映射,表明提出的标定方法正确,满足纹理贴图及将影像作为特征提取辅助信息的精度要求。

地面三维激光扫描仪的检校与测量精度评定

针对地面三维激光扫描仪的测量精度评定问题,提出了利用比长基线检定场进行测距精度评定,利用多齿分度台进行水平角精度评定,利用室内检校场进行垂直角和点位精度评定。采用比长基线检定场方法,每个观测点布设稳固,且有强制对中装置,能够较好地减少其他误差的影响。采用多齿分度台利用全圆组合比较法进行水平角精度评定,该方法所用的角度标准器精度高,可溯源。基于Riegl VZ-1000的试验结果表明,本文所提出的方法对地面三维激光扫描仪进行性能评定可靠性好、稳定性强,对地面三维激光扫描仪的检校研究具有一定的参考和应用价值。

相位式地面三维激光扫描仪变形监测试验研究

由于测距原理不同,相位式地面三维激光扫描仪相较于脉冲式具有测量精度高、测程短的特点。文中以Z+F IMAGER 5010C相位式地面三维激光扫描仪为试验对象,从距离入手,对其内、外符合精度进行了计算分析,并研究了此扫描仪用于变形监测的适用条件。结果表明:Z+F IMAGER 5010C扫描仪的测量精度随着距离的增加而降低;内符合精度要优于外符合精度;内符合精度分析结果表明,在设置靶标用于扫描数据配准的作业方式下同时开展高程、水平方向的监测,扫描仪距离扫描对象控制在30 m之内,可进行三级变形监测;外符合精度分析结果表明,借助全站仪测量靶标中心点坐标用于扫描数据配准的作业方式下同时开展高程、水平方向的监测,扫描仪距离扫描对象的距离控制在20 m之内,亦可进行三级变形监测。

地面三维激光扫描仪测距精度检校试验研究

地面三维激光扫描仪的精度对工程应用的影响及对三维点云模型的建立与精度影响至关重要。本文根据六段解析模型设计合理有效的试验过程,采用徕卡C10三维激光扫描仪和拓普康测量仪器人GTS-902A获得试验数据,利用Matlab按照六段解析模型进行编程解算试验数据。研究结果表明,徕卡C10三维激光扫描仪在50 m测距范围内精度在4 mm以内,距离超过50 m精度呈离散趋势。

地面三维激光扫描仪水平角精度检校试验研究

地面三维激光扫描仪的精度主要是由测距精度和测角精度共同决定的,因此水平角精度研究非常重要。本文采用徕卡C10三维激光扫描仪与中纬ZT80全站仪为试验设备,分别获取了3种距离条件下扫描数据与全站仪观测水平角数据;将全站仪观测角度值作为基准,利用Matlab软件编写程序对扫描数据解算,并采用相同数学模型对Matlab解算结果进行笔算验证。研究结果表明,在30 m、60 m、90 m距离时徕卡C10三维激光扫描仪水平角精度不同,水平角精度随距离不同而变化。

地面三维激光扫描仪误差分析及标定

提出一种基于距离误差辨识的地面三维激光扫描仪标定方法。介绍了仪器的结构及光路系统,进而分析了仪器的各项系统误差,并设计了误差标定算法。标定过程中,在较大范围内布置多个靶标,利用地面三维激光扫描仪在距离靶标不同位置处测量靶标的空间坐标,计算得到任意两个靶标的距离值,根据标定算法辨识仪器修正参数。该标定方法不需要获得靶标的空间坐标,无需进行扫描仪坐标系与世界坐标系的转换,大大减少了标定参数的数量。标定试验及精度验证试验表明,距离仪器10 m、20 m、30 m附近的点位测量精度分别为±2.7 mm、±2.9 mm、±4.1 mm,满足±(2+L/10000)mm的精度指标要求。该标定方法操作简便、对标定条件要求低,具有较强的实用性。

基于地面三维激光扫描仪点云数据的去噪算法研究

原始三维激光点云数据中存在由于仪器本身、外界环境、实体表面特征等因素导致的噪点,严重影响点云质量以及后处理效果。针对地面三维激光扫描仪原始激光点云数据的去噪问题,本文进行了3种有序点云去噪算法的研究,并采用VC++编程语言进行算法的功能实现,最后选取某区域单站地面原始三维激光点云数据进行实验分析,总结了各算法的优缺点及适用条件。

基于控制点约束的地面三维激光扫描仪自检方法研究

以FARO公司的Focus3D X330扫描仪作为检测对象,提出了一种以控制点为约束的地面三维激光扫描仪自检方法。该方法利用仪器自带的对称基座和半球形标靶,采用高精度的全站仪现场测设的控制点为参考基准,对扫描仪的标靶拟合距离、测距精度、水平角和竖直角的测量精度进行了检测评估。该方法简而易行,对未来扫描仪检测行业标准的制定具有一定的指导作用。

地面三维激光扫描仪在施工测量中的应用研究

三维激光扫描仪是测绘学科近期发展的一项高新技术。本文对地面三维激光扫描仪在施工测量中的应用,从原理开始到四个不同的应用场景分别进行了论述。并介绍了地面三维激光扫描仪的优缺点及展望了未来应用的发展趋势。可以看到,三维激光扫描仪为测绘的外业工作带来了巨大的变革。

地面三维激光扫描仪的自检校模型研究

为使点云测量数据达到最大精度,必须对地面三维激光扫描仪进行检校。通过理论模拟测试,分析6个误差因子对扫描点坐标的影响,并进行模拟数值的检校模型验证。最后通过实例计算证明经检校后检查点点位精度提高,因此说明该方法能有效提高扫描仪的测量精度。

地面三维激光扫描仪自检校方法研究

在深入分析地面三维激光扫描仪系统误差的基础上,研究了其系统误差检校主要方法。提出了扫描仪系统误差自检校方法,设计了基于控制点的室内自检校场,通过对GLS-1500扫描仪的自检校实验,验证了自检校方法的可行性,并通过显著性检验,为优化扫描仪系统误差参数结构提供了依据。

地面三维激光扫描仪测距精度试验研究

测量距离的变化是三维激光扫描仪的扫描精度重要影响因素之一。为了研究三维激光扫描仪随着测距的变化,其内外符合精度的变化趋势及适用性,文章以中海达HS650扫描仪为研究对象,研究对棋盘靶纸中心点的识别精度,采用徕卡TS02全站仪观测数据作为外符合精度评价标准。在六种不同测距的测站分别使用扫描仪和全站仪扫描目标5次,记录数据并计算内外符合精度。试验结果表明:测距在100 m以内,内、外符合精度相对稳定,均在2 mm以内;测距在100 m^150 m之间,随着测距增加,内、外符合精度明显降低,均在16 mm以内,可满足精度要求一般的测量工程。文章研究结果对不同精度要求的测量工作测距选择具有参考价值。

地面三维激光扫描仪在水利工程施工中的应用

水利工程施工中陆域部分的地形测量和断面测量,通过地面激光扫描仪形成的点云建立三维模型还原真实地貌,较常规的测量工作,可减少大量外业作业,并可对水利工程施工区域的地形全覆盖。以水利工程中常见的地形及断面测量为例,阐述三维激光扫描仪在水利工程施工中的应用。

地面三维激光扫描仪在桥墩垂直度测量中的应用

桥墩垂直度是影响桥梁安全的一个重要部分。现有全站仪测量垂直度的方法作业效率低、作业环境危险;且对高桥墩、大仰角垂直度测量较困难。提出将地面三维激光扫描仪应用在圆柱形桥墩垂直度测量中,利用分层切片拟合桥墩中心线的方法,计算桥墩垂直度。采用的分层切片拟合法较整体拟合方法建模精度高,更能准确测量桥墩垂直度;同时该方法对不同形状的桥墩同样适用。实验结果表明,这种方法与全站仪测得的垂直度相比在误差范围以内,该方法在桥墩垂直度测量中具有一定可行性。

地面三维激光扫描仪在张吉怀铁路1∶500地形图和断面测绘中的应用

探讨地面三维激光扫描仪在铁路1∶500地形图和断面测绘中的作业流程和关键技术,并在张吉怀铁路定测阶段进行大量验证试验,结果表明,所获取的激光点云精度满足铁路1∶500地形图和断面测绘精度要求。

地面三维激光扫描仪精度评估

文中针对地面三维激光扫描仪的水平角、测距精度的问题,采用徕卡全站仪TCR1202与Z+F IMAGER 5010C三维激光扫描仪进行精度的对比检测。在10 m、20 m、40 m、60 m、80 m、100 m距离段检测三维激光扫描仪的测距精度。随着测距距离的增加,三维激光扫描仪的测距精度在整体上呈逐渐下降的趋势。在20 m、40 m距离下分析了三维激光扫描仪的水平角精度,水平角精度符合标称精度。

基于地面三维激光扫描仪的危岩体建模研究

危岩体的传统测量难度大,危险性高,地面三维激光扫描技术的高效性、高精度、远距离非接触测量等优势弥补了传统地质调查方法的缺点。基于此,给出了基于地面三维激光扫描仪所获得的点云数据来实现危岩体三维建模的方法,介绍了地面三维激光扫描仪的系统组成和工作原理,给出对点云数据处理的过程和方法,阐述了危岩体三维建模的方法,并结合实例介绍了整体方法的实现过程和效果。