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为测量员调整三维激光扫描

满足特定需求以提高生产力

通过Tim Lemmon和Paul Biddiscombe, Trimble，美国 • 2006年9月21日

三维激光扫描是一种强大的测量技术，可以以每秒5000点的速度获取物体点的三维坐标。但是调查者们认为缺少扫描仪的通用性和不熟悉的工作流程是限制因素。如今，随着便携性和鲁棒性的提高，以及灵活的工作流程，测量师可以轻松地将3D扫描技术整合到他们的产品组合中。短的学习曲线可以提高生产力，创造新的商业机会。

今天，三维激光扫描要么基于相移，要么基于飞行时间测量。相移技术的工作原理是将一束带正弦波的激光束发射到旋转镜的中心，从而使激光束绕着位置偏转。物体反射后，仪器测量“相移”，给出距离。利用编码器测量激光扫描仪的镜面旋转和水平旋转，可以记录每个点的三维坐标。相移扫描器被限制在较短的距离，约3米的最佳使用。

飞行时间
飞行时间技术的工作原理是发射激光脉冲，然后测量从物体反射到仪器上所需的时间。将范围与角度编码器测量相结合，可以提供3D位置。这些扫描仪能够在超过30米的距离捕获测量数据，是最受测量员欢迎的。飞行时间技术类似于先进全站仪中使用的直接反射(DR)或无反射器技术。然而，3D扫描仪和DR技术的区别在于测量速度。在DR模式下，全站可以测量大约每秒4个距离。相比之下，飞行时间激光扫描仪每秒可以测量5000个距离;这是全站速度的一千多倍。这使得3D扫描仪可以快速生成大量的调查数据。由此产生的“点云”可以提供被测量物体的3D形状或可视化。

面向未来的工具
对于更熟悉测量离散点的调查者来说，数据的绝对数量似乎是压倒性的。测量的速度可以显著减少调查现场的时间或收集更密集的体积点，从而获得更精确的细节。类似于早期的GPS技术，第一个商业可用的3D扫描仪被用于专门的应用。随着这项技术越来越普及，测量人员开始将3D扫描仪视为一种很有前途的新工具。随着测绘员们的兴趣日益浓厚，制造商们开始提供简单高效的3D扫描技术。今天的3D扫描技术也提供了专门为测量行业设计的工作流程。

以前的局限性
传统的扫描方法使用对许多常见目标(平面或球形)的测量，将多次扫描相互关联起来，或将测量结果与现有的控制网络关联起来。这个工作流程包括放置扫描仪并测量许多目标和对象，比如建筑物。然后将扫描仪移动到第二个位置，并测量从第一个扫描仪位置获取的至少三个共同目标。这是必要的，以一种非常类似于GPS校准的方式关联扫描。这一过程通常在实地数据收集完成后在办公室完成。虽然传统的扫描方法适用于许多应用，但它也有局限性:

扫描器不能容易地设置在一个已知点上或直接与一个已知点相关
必须在每个扫描位置对多个目标进行测量，这需要仔细的测量计划和时间来测量每个目标
多次扫描需要字段后处理来将数据关联到一个单一的同类集合，并关联到一个控制网络。

传统的工作流
旧的3D扫描仪很大，不易操作，需要地面电源和PC或笔记本电脑来操作。为了支持调查工作流程，需要对3D扫描的硬件、软件和方法进行改进:该方法解决了上述列出的限制。基本上，这可以通过使用传统的全站测量工作流程来实现，即在已知点上设置扫描仪，以提供与控制点的直接关系。站之间的测量(导线测量)提供了多个站之间的即时关系，并允许用户在现场查看同质数据，而无需进行后期处理。为了支持调查工作流程，三维激光扫描合作伙伴必须提供:

三角架用激光或光学垂线，以确保扫描器被精确地定位在一个已知的点上
用于准确测量仪器高度的标记和用于校正仪器高度测量斜率的现场软件，以获得真正的垂直测量
双轴补偿器，用于将仪器调平到一个已知点以上，并能够主动纠正水平和垂直角度，以防止调平错误
中心标准5/8 "螺纹安装在扫描仪的顶部，将棱镜或GPS接收器作为综合测量解决方案的一部分，甚至在扫描仪操作期间。

此外，3D扫描仪应配备先进的激光技术，提供准确的聚焦测量和增强的远程操作。这种技术确保了扫描仪可以用于各种调查应用和环境。此外，为了提高现场便携性，3D扫描仪应该配备一个坚固的现场控制器。

调整3 d扫描仪
测量工作流程的一个组成部分是有效地将测量站和已知控制点之间的关系。对于此软件是必需的。最新的3D扫描仪之一是Trimble GX 3D扫描仪，它与PocketScape现场软件一起提供了一个硬件和软件如何协同工作的例子。PocketScape设计用于在一个坚固的现场控制器上操作，并完全支持典型的扫描和调查工作流。3D扫描仪(如GX)的工作流程接近于标准的现场工作方法，通过GPS或全站仪测量的控制点网络也被用作3D扫描仪的参考站。GX的水平测量和点云的直接地理参考是测量人员非常感兴趣的，特别是对户外项目。

结束语
更新的3D扫描仪正变得强大，便携，并具有灵活的电源解决方案。当在测量工作流程中使用时，这些扫描仪很容易补充GPS和全站仪技术，作为连接测量站点的一部分。例如，测量人员可以使用传统的测量技术，建立一个已知点的控制网络，然后使用三维扫描仪进行高效的数据采集。未来的3D扫描仪都将包含一个调查工作流程，至少对于大多数需要进行项目数据地理参考的户外扫描来说是这样的。

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