(成都理工大学地球科学学院 四川 成都 610059)

一直以来，准确、快速、有效地获取空间三维数据信息都是地球科学领域研究的重点内容之一。随着计算机技术的广泛应用，以及地理信息科学技术研究的深入和“数字城市”、“智慧城市”、“数字文物”、“虚拟现实”、“逆向工程”、等概念的提出，人们对空间三维信息的需求已经变得更加迫切。传统的基于测距侧角的方法只在稀疏目标点的高精度测量方面效率很高，摄影测量和遥感方法获取的是二维影像数据，不可避免地丢失了部分集合信息。因此，传统的获取空间三维信息的方法已经难以满足社会发展的要求。三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology),又称实景复制技术,具有高精度，高效率的独特优势。三维激光扫描技术能够提供被扫描的目标表面的三维点云数据信息,因而可以用于获得高精度，高分辨率的数字地形模型。由于三维激光扫描具有高精度、高密度、主动性、快速性、穿透性、不接触性、实时、动态、自动化等特性,三维激光扫描技术的应用和推广在今后将具备重大的意义,可以说是在测绘领域中继GPS技术之后的又一次技术革命。

一、三维激光扫描优势

(一)远距离非接触测量。三维激光扫描技术的最大特点就是远距离的非接触测量。三维地面激光扫描是直接使用发生激光得激光器对物体进行测量，直接获取物体表面的三维激光点云坐标数据信息，不需要发射棱镜或者需要人工到达现场进行测量。三维激光扫描系统获取的激光点云数据的坐标真实可靠。可以用于危险地、人员难以到达等地方的远距离测量，比传统测量方法具有较大的优势。

(二)数据密度大、速度快。无论是脉冲式激光扫描的设备还是相位式激光扫描的设备，设备激光扫描速度均可以达到数千点/秒甚至是可以达到数十万点/秒。激光获取点云的扫描速度是传统方法不能比拟的。三维激光扫描设备通过激光发射器主动发射激光，利用回波信号得到被测物体的点坐标数据信息，现场测量时，不受外部环境的影响。

(三)精度高。三维激光测量系统可以获取高密度和高精度的激光点云数据，采集到的激光点云数据分辨率也较高[1]。

(四)可与常规测量设备联合使用。三维激光扫描技术可以获得被测物体的多种多样信息，包括激光点云坐标信息、RGB信息和反射率信息等，这些信息大大扩展了三维激光扫描技术的运用范围，特别是和传统的全站仪、GPS等测量手段结合使用，进一步扩宽了三维激光扫描技术的应用。

二、三维激光扫描技术的应用

(一)地面三位激光扫描技术在文物测绘中的应用。文物是古代人民的劳动结晶，通过研究文物可以获得丰富的研究成果，对了解古代人民的生活劳动方式具有重要意义。对于某些文物来说，在三维激光扫描技术中的三维建模里，当文物的三位扫描模型被建立后，可以得到多方面的好处。三维激光扫描技术以不损伤物体的手段,获得文物的外形尺寸和表面纹理,这样做成的电子文献,信息完整全面,易于保存,并且能详细了解表面,随时方便地得到等值线、断面、剖面等[2]。当建筑和文物遭到破坏后利用三维激光扫描技术能快速而准确地修复和恢复数据。

(二)三维激光扫描技术在工程测量中的应用

(1)带状和局部地形测量：带状地形图测量主要对线路两旁(铁路、公路、河流两岸等)的局部不规则带状地形进行测量；局部地形测量主要对危险的或者人员难以到达的地带(如岩壁、开挖区、塌陷等)进行测量。三维激光扫描测量可以保障人员安全，这些地形测量工作较传统的测量方法有更高地效率。

(2)路面测量：用于路面竣工已后的质量检测；计算路面平整度；也可以为道路设计提供实地模型。

(3)大型土木工程形状测量：包括对隧道、桥梁、地下坑道等在施工过程中和竣工后的形状测量，既可以进行施工指导和质量控制，又可以作为数字文档资料。

(4)变形监测：相对于传统的测量方法与技术(GPS、全站仪)而言，其精度均匀、密度高，可以发现变形体局部细节变化，也便于从整体上分析和评价变形体的稳定性。对滑坡、岩崩、雪崩、矿山塌陷、大坝、船闸、桥梁等工程变形监测有很好的前景[3]。

(三)三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用。随着时代变化和人们思想观念的改变，矿山所涉及的内容越来越广泛。我国自改革开发以来，矿山测绘工作也受到重视，三维激光扫描技术作为高速测量全站仪系统，其特点包括速度快、受环境影响较小和非接触测量，越来越多的应用到矿山测量中。主要用主动式激光扫描来完成的[4]。

(四)三维扫描技术在逆向工程的应用。逆向工程是指在设计图纸不完整，乃至没有设计图纸或CAD模型的情况下，按现有实物的模型，使用各种CAD技术及数字化技术来进行重新构造原形的CAD模型的过程。早期设计师在进行产品的造型设计时，所采用的方法主要是正向设计法；这是一个从概念设计起步到CAD建模、数控编程、数控加工的过程，产品造型设计的正向设计流程示意：概念设计→CAD/CAM系统→制造系统→新产品。但对于复杂的产品，正向设计方法也显示出了他的不足，设计过程难度系数大、周期较长、成本高、不利于产品的研制开发。逆向设计正在方法改正向设计过程中所产生的局部问题，正是在这样的背景下三维扫描技术应用到逆向设计方法中。

(五)在其它领域的应用。三维激光扫描技术除了在上述行业中的应用外，还广泛应用于医学、水利水电测绘、地籍测绘等各个行业中，三维激光扫描技术将具有很大的发展空间，将会成为一种普遍在测绘领域应用的新技术手段，因此，加强对三维激光扫描技术在测绘中的应用研究迫在眉睫。

三、结论与展望

三维激光扫描技术与其他三维数据获取方法相比：非接触测量，不用设置放射棱镜，这样就可以避免测量人员到一些危险的地方安置棱镜。三维激光测量的方法与传统的三维数据获得方法相比，它是通过扫描的方式来获取目标海量的点云数据，能更快速的获得得到高分辨率的数据。对于目标物的扫描测量比传统的单点采集方法更细致，而且采样率高，这些是传统的测量仪器无法企及的。跟随着三维激光技术的不断发展与更新完善,以及物体三维信息数据需求量的增加,三维空间技术将和现代经典测量技术相互结合，融为一体,作为一种新的空间数据获取的手段,三维激光扫描技术具有更加宽阔的发展空间,它将会成为一种普遍应用于测绘领域的新技术。

[1]郑俊锋,于水敬,张志友,胡国奇,刘铁柱.三维激光扫描系统在测绘技术中的应用前景[J].科技信息,2007,30:10.

[2]李莎莎,焦元冰.三维激光扫描在文物建筑测绘中的应用[J].科技传播,2017,8:183.

[3]吴闯,周正鋆,张庆轩.三维激光扫描技术在测绘中的进展及应用[J].科技信息,2014,5:120.

[4]齐坤.浅谈三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用[J].世界有色金属,2016,(13):0181-2.