三维激光扫描技术又称为实景复制技术，利用激光测距原理，通过高速激光扫描测量方法，大面积、高分辨率地获取被测对象表面的高精度三维坐标数据以及大量空间点位信息，可以快速建立高精度(精度可达毫米级)、高分辨率的物体真实三维模型以及数字地形模型。是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命。
相较于传统二维平面图纸的抽象表示，三维激光扫描技术，可以直观反映真实世界的本来面目，应用领域非常广泛，主要有文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故分析、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事等。
三维激光扫描系统根据其搭载的不同的平台分为：
（1）固定式激光扫描系统
也称地面三维激光扫描仪，使用时在地面不同方位设置测站进行扫描。
（2）车载激光扫描系统
以汽车作为平台，在连续移动过程中连续快速扫描。
（3）机载激光扫描系统
以无人机或有人机作为平台，在空中对地面进行连续快速扫描。
（4）手持型激光扫描系统
属于便携式激光扫描仪，使用简单、快捷、轻便。
（5）背包式激光扫描系统
采用人工背包式背负作业，能适应复杂路线及环境。
（6） 推车式三维激光扫描系统
三维激光扫描系统通过扫描目标物体，可获得海量的高精度空间三维点云数据，单点精度可达到毫米级，并且可具有真实色彩信息。获取的点云模型能充分体现出目标物体的三维特征信息。根据不同的需求，通过对点云数据的分析、处理，可以获得满足不同需求的丰富数据，从而在不同领域发挥不可比拟的重要作用。
一、古建文物保护领域
三维激光扫描的测量方式可以发挥其独特的优势，能在较短的时间内获取所测古建筑的三维数据，从而为后期修缮保护、模型存档等工作提供准确的数据支撑。
根据扫描获取的点云数据，生成古建正射影像
根据正射影像可绘制古建平面、立面及剖面图等传统施工图纸
根据三维点云模型可辅助建模，细节更加丰富，模型更加真实准确，方便后续对古建的修复、维护及展示等工作。
二、工程领域
三维激光扫描技术在测绘领域，其最基本的应用之一就是地形图绘制。基于扫描的精细点云可直接生成三维地形模型，自动提取等高线，同时可获取三维及二维数据资料。与传统测绘手段相比，三维激光扫描具有：效率高、细节丰富、成果形式多样。一次测量，地物、地形同时获得。
3D数字高程
三维地表模型
2.规划、设计
项目规划设计阶段，首要工作是获得项目及周边的环境信息，环境信息越充分，规划设计工作越得心应手。采用三维激光扫描技术对项目目标环境进行扫描，取得的高精度三维模型，不仅直观、真实，而且包含有项目目标的全部空间信息，对规划设计工作可以起到事半功倍的效果。
在取得的三维空间信息的基础上，可以进一步进行日照分析、管道分析等。
3.老旧建筑的维护、修复、测量
对于老旧建筑，采用三维扫描技术可以逆向绘制CAD图纸，辅助进行设计、施工、测量等工作。
三维激光扫描点云模型可以获得现状建筑的全面数据。
根据点云模型返画CAD图可获得高精度的设计图纸。
数据全面，海量点云，还原隧道真实形态，细节也清晰可辨，数据可随意查看。
结果精准，可达毫米级的测量精度，准确反映隧道变化情况。
收敛变形分析：基于多期数据，可进行隧道收敛变形分析。
超欠挖分析：通过点云模型与设计模型进行对比，可自动生成超欠挖报告，得到各段超欠挖体积分析，同时也可在任意断面处查看形态对比。
5.变形监测
由于三维激光扫描技术具有高精度的特点，在一定的条件控制下，精度可达到1毫米以内，三维激光扫描技术可以用来对变形进行监测。主要应用在建筑物变形监测、基坑变形监测、桥梁变形监测、隧道变形监测以及地表形变监测等方面。
建筑物变形监测
基坑变形监测
桥梁变形监测
6.土方和体积测量
采用三维激光扫描仪对现场地形地貌进行扫描，获得现场高精度三维地形数据，对相关数据进行处理后可以计算出土方工程量或其它相关体积。
根据项目情况，采用地面三维激光扫描仪在不同站点进行扫描。
扫描后，现场原始地貌被真实、直观、精确记录。
根据需要可以处理出地形图、等高线、三维模型等各种数据成果。
现场标高点位数据可现场进行复核。
测量成果可进行存档，土方体积计算可采用方格网等方式进行复核，方便后续审计、结算。
7.矿山测量
由于矿山地形复杂，采用全站仪和GPS等传统的测量手段进行高精度测绘工作往往费时费力。特别随着数字矿山概念的提出，矿山管理对空间三维信息的需求也显得更加迫切，三维可视化的管理模式已经成为数字矿山的主要内容之一，而目前常规的测量方式所获取的数据很难满足三维数字矿山的需要。近年来快速发展的三维激光扫描技术为解决复杂的矿山地形测量和数字矿山建设提供了新的技术手段。三维激光扫描技术具有高分辨率、高采样率以及非接触测量的优势，非常适合用于获取矿山的复杂表面和高危区域的空间三维信息。
8.三维扫描+BIM应用
三维激光扫描与BIM均以三维模型为中心，两者存在天然的相关性。三维激光扫描是BIM应用中最基础的一个重要环节，对现场三维实际进行采集后与BIM进行结合，才能发挥BIM技术的应用价值。
(1) 三维扫描协助BIM进行逆向建模
通过三维激光扫描取得真实、精确点云模型。
采用相关软件辅助建立BIM模型。
在没有目标图纸资料的情况下，采用三维激光扫描建立BIM模型是最高效的手段。建筑建成后，即使有原始图纸资料，采用三维激光扫描建立的BIM模型更符合实际修建完成的建筑，方便后期的运营管理。
(2) 辅助装饰装修等二次设计
扫描取得的点云模型提供直观及全面的原始室内原始设计数据。
在真实模型基础上进行的装修设计更加完善、减少变更及返工。
在真实模型基础上进行幕墙设计可以提高设计精度和施工质量。
(3) 施工检测及验收
BIM模型可以指导施工，三维扫描模型可以描述真实情况，将两者进行对比，不仅可以发现施工偏差，还可以检测施工质量。
实际施工模型与设计BIM模型对比，可以检查施工偏差情况。
施工偏差及施工质量分析数据一目了然。
9.工程存档及展示
在工程建设当中，有很多工程存档及项目展示的需要，采用三维激光扫描技术可以全面对工程进行存档，全方位对工程进行展示，满足工程后期结算、索赔，以及对样板工程进行展示的需要。
10.钢结构检测
采用三维扫描技术将复杂零部件的三维尺寸精确进行扫描，并将得到的点云与设计模型做精确地三维偏差分析，从而分析出零部件与设计模型的偏差，检测制作质量。
无接触式自动测量，高效快捷。
海量三维真彩色点云数据，即便是复杂异形钢构件也可全面测量记录。
毫米级测量精度，保证检测结果准确，采用色谱图反映实际制造成果与设计模型间偏差，显示更加全面直观。
11.公路改扩建测量
在公路改扩建工程中，对已有旧路占地边线、路基、路面、桥涵的测量和现状描述对设计过程中的参考与决策尤为重要。采用车载激光扫描测量系统，每秒百万点的测量速率，40-60公里每小时的行驶速度，可快速获得路面点坐标信息及道路两侧地形情况。数据获取的质量和有效性高于传统的人工采集。
通过先进算法进行点云解算，点云精度可达5cm，满足公路改扩建测量精度要求。
成果丰富。海量点云可提取车道线，生成公路横断面、地形图等成果。
三、数字化园区
随着信息化整体加快以及物联网概念的提出，对园区智能化管理提出了更高要求。作为数字化的前提，精准的三维模型数据尤为重要，而点云处理对于精准空间数据的获取有着天然的优势。
点云高程渲染图
建筑三维模型图
建筑模型渲染效果图
四、电力管理领域
对已建成的电力网络，需要有效地对其进行巡线管理，以确保电力的安全输送。
多平台激光雷达系统具有快速获取高精度激光点云和高分辨率数码影像的优点，可以获得输电线路相关距离测量的数据，适用于对新建线路的走向选择设计、对已建线路的危险点巡线检查、线路资产管理以及各种专业分析。
以高精度、高分辨率正射影像和激光点云数据为基础，结合架空送电线路设计业务需求，实现线路路径优化设计、杆塔优化设计的一体化全流程应用。基于剖面进行塔位优化，根据塔位坐标数据、塔基断面数据对线路各种指标进行统计分析。
利用无人机激光雷达系统获取的高精度点云可以检测建筑物、植被、交叉跨越等对线路的距离是否符合运行规范,线间距是否满足安全运行的要求；同时相机获取的高清晰度的影像，可以让巡检人员在室内进行线路设施设备和通道异常的判别。根据分类得到的电力线、植被和地面等分类的点云，可以计算出靠近电力线的植被并标记出来，可以起到预警的效果。
通过采集的高精度激光点云和高分辨率数码影像数据，处理成DOM、DEM，结合分类后的点云，可以实现电力线路三维建模，恢复线路走廊地形地貌、地表附着物(树木、建筑等)、线路杆塔三维位置和模型等，辅以线路设施设备参数录入，可实现线路资产管理。
五、道路建模
城市道路作为连接城市不同功能区的空间纽带以及城市空间信息流的主要载体，其三维模型是数字城市不可或缺的重要组成部分。道路三维模型一般是由路面模型及其附属构造物组成，而三维激光扫描技术能快速获取详细道路面高精度点云数据，并以此为依据构建出更精细的道路模型。
点云高程渲染图
点云强度渲染图
道路三维模型图
六、影视制作领域
在影视拍摄中，一些特殊的场景和道具无法进行实拍，或者在一些大型动画的制作中，采用三维激光扫描技术对场景或道具进行扫描、建模，然后利用计算机进行后期制作，在大大减少人力投入的同时，效果也更显逼真。
七、结语
三维激光扫描技术的应用远不仅限于以上场景，由于与真实三维世界高度契合，符合大数据时代的技术发展趋势，三维激光扫描技术应用必定在相关领域中快速发展、大展身手，让我们拭目以待......
转自：GIS前沿
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