输电线路铁塔的三维建模

1、输电线路铁塔的三维建模绪论1.1 、概述三维激光扫描技术目前是测绘领域中一个新的研究热点。 众所周知， 传统测绘技术主要 是单点精确测量， 要用其采集数据进行三维建模就存在很多问题， 因为描述目标结构的完整 属性需要采集大量的点，少则几万，多则几百万甚至几千万，这样才能把目标完整地建模， 所以，用现代高精度扫描技术就可以解决了这个问题。 三维激光扫描技术就是全自动高精度 立体扫描的技术，它不同于单纯的测绘技术，它主要面向高精度逆向工程及三维模型重构， 具有独特的优势：数据获取速度快，实时性强：数据量大，能详细描绘物体的细节；主动性 强，能全天候工作；全数字特征，信息传输、加工、表达容易；操作方

2、便，扫描时由软件控 制仪器工作。因此，对基于三维激光扫捕数据的建模技术研究很有必要。三维激光扫描技术又称 “实景复制技术” ，对任何复杂的现场环境及空间进行扫描操作， 采用高精度逆向三维建模及重构技术， 以获取研究目标的三维坐标数据和数码照片的方式快 速获取各种大型的、 复杂的、 不规则、 标准或非标准等大型实体或实景等目标的三维立体信 息，直接将这些三维数据完整地采集到电脑中，进而快速重构出目标的三维模型及线、面、 体、空间等各种数据， 再现客观事物真实的形态特性。 该技术为快速获取空间数据提供了有 效手段，是继GPS技术以后的又一项测绘技术新突破。利用地面三维激光扫描仪对物体进行数字化，

3、得到物体表面大量点的三维坐标集合， 称 为点云数据。这些三维激光点云数据还可进行各种后处理工作 （ 如：测绘、计量、分析、仿 真、模拟、展示、监测、虚拟现实等 ） ，即所谓的逆向工程应用。所有采集的三维点云数据 及三维建模数据都可以通过标准接口格式转换给各种正向工程软件直接使用。目前空间模型的表达一般用面体，包括平面和曲面，平面的表达用的最多的是平面三角形，因为空间中任意三个点都可以决定一个平面；曲面的表达一般用基于控制点的NURB曲面，此曲面以一定量的控制点来控制整个曲面的形状。 由三角形组成的三角网应用非常广泛， 它纹理映射， 以及空间信息的获 更趋于真实。 因此两者在建立面或图像将其在计

4、算机上显示可用于表达物体表面细致的凹凸形状， 进行光照反射的分析， 取；而曲面的应用也很有效，它可建立光滑自然的曲面造型， 三维模型时都非常有用。所谓建模， 就是利用真实物体的几何特性，利用点、线、 出来，并达到与真实物体相似的感观效果。1.2 、研究现状三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，特别是地面三维激光扫描仪的出现， 为三维数据获取提供了新的手段。 它利用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。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的三维模型提供了一种全新的技术手段。 三维激光扫描仪可以快速获得被测 对象表面每个采

5、样点空间立体坐标，得到被测对象的采样点（ 离散点 ）集合，也即“点云”（Point Cloud） 。1.2.1 、国外现状由于三维模型的应用方向十分广泛， 从其问世以来， 国外已经有很多专家、 学者进行这 方面的研究、 尝试， 并取得了一些成果， 所以从点云数据建立模型的研究工作得到了不断的 完善和发展。1994年，Hoppe提出了从无结构的点云数据精确地实现分段光滑曲面的自动重建的方法。 该方法分为初始曲面的估计、格网优化和分段光滑曲面的优化三个阶段。TamesVarady 等人针对工业领域的逆向工程技术，总结了逆向工程的工作步骤，概括了 数据获取和模型重建的一些重要算法， 提出了几何模型特

6、征、 相关表面特性表达， 简单表面 和自由表面的分割和曲面拟合，多视点影像的组合以及生成连续精度的B rep(BoundaryRepresentation) 模型的方法。1998年Marco Viceconti等人应用CT扫描三维影像数据建立人体骨骼的NURB实体模型，建立的CA模型精度比_维数据建立的模型精度高很多。QingJin Peng和Martin Lofius 阐述了从二维视觉信息晕建三维模型的过程。美国 Stanford 大学计算机系的图形学实验室与意大利政府合作， 针对著名艺术家米开朗 基罗的 “大卫” 等十几个大型雕塑作品进行的数字化米开朗基罗计划，在文物扫描、三维模型建立、大

7、规模模型的绘制等方面积累了一定的研究成果。2000年Ruzica Maksimovic等人在医学领域中研究了用于 CT台疗的一种基于等值线模型 的影像数据分割和三维模型建立的算法。自 2002年以来， 每年的欧洲计算机图学年会 (Euro Graphics) 都有一个专门的 PBG(Point Based Graphics ：基于点的图形学 )研讨会，基于点的图形学引起了众多研究学者的研究兴 趣。PBG概念出现后，基于点的绘制技术成为点云模型的标准渲染技术。点云模型渲染技术 目前无论是从渲染的速度抑或渲染的效果上来看，均已发展地较为完善。1.2.2 、国内现状目前在国内， 就硬件技术而言， 浙

8、江大学、 天津大学等一些科研院校己经对三角法三维激光 扫描技术进行了较为全面的研究。由于基于TOF测距技术的三维激光扫描技术是目前最先进的高新集成技术之一， 国内对这方面的硬件研究尚未见发表。 在数据处理方面， 国内只有极 少数研究学者对三维激光扫描数据的处理方面作了理论与方法研究，其研究内容的层次还远达不到实用阶段。 因此可以认为， 目前在国内， 几乎没有一套自行开发的三维激光扫描技术 的数据处理软件。 在三维激光扫描数据处理上的研究正处于初步发展的阶段，需要对三维激光技术的硬件与数据处理加以系统地研究。但是， 近几年， 国内也不断有专家学者将三维激光扫描技术应用于实践，并取得了一定的科研和

9、实践成果。2001年3月，清华大学土木系和徕卡测量系统公司的技术人员采用 Cyra三维激光扫描系 统对清华大学校内的建筑物二校门进行了三维激光扫描， 并基于生成的点云数据建立了二校 门的三维模型。北京建筑工程学院与故宫博物院合作， 采用三维激光测绘技术， 采集太和殿的完整点云 数据，用逆向工程的方法建成了太和殿的三维模型。2006年12月6日至11日，北京建设数字科技有限责任公司利用徕卡测量系统HDS300型三维激光扫描系统高精度地采集乐山大佛的表面数据， 并利用该系统附带的数据处理软件建立 精确的乐山大佛三维立体模型，即“数字乐山大佛”。2007年10月18日开幕的纪念圆明园建园 300周年

10、国际学术研讨会上，专家宣布将用三维激光扫描和虚拟构件技术等现代化的科技手段，复原圆明园中的一些古建筑原貌，并将进行重建。清华大学城市规划设计研究院教授臧春雨介绍，清华大学城市规划设计研究院的专家已经两次用三维激光扫描技术，对圆明园九州景区中的碧澜桥残余构件进行了扫描，通过计算机虚拟构件，研究得出碧澜桥残留构件的组合复原方案，并最终取得成功。第一章三维激光扫描技术1.1、三维激光扫描原理三维激光扫描仪相当于一个高速测量的全站仪系统。传统的全站仪测量需要人工干预帮助全站仪找到目标，每次只能测量一个目标点，即使是马达型全站仪也只能跟踪测量数量有限的点。三维激光扫描仪通过自动控制技术，对被测目标按照事

11、先设置的分辨率（相当于采样间隔）进行连续的数据采集和处理。对于某一时刻来讲，三维扫描变成一维测距，扫描仪 实际上相当于一台全站仪。对一个物体表面经过扫描后得到大量的扫描点（或称为采样点） 的集合称之为“点云”或“距离影像”，其实为被扫描物体的3D灰度图。先假定这样一个坐标系：扫描仪的理论竖直轴（即水平时的天顶方向）为Z轴、扫描仪 水平转动轴的零方向为 X轴构成一个右手坐标系 A（X Y Z），称之为扫描坐标系。这样, 对于单个采集点，三维激光扫描仪根据脉冲激光测距原理获得仪器O到被测点F的距离S,同时角度计数器记录扫描仪的扫描激光束位置（脉冲）相对于起始位置（即仪器扫描坐 标系的坐标轴方向）的

12、横向和纵向扫描角度m和m，由此可得到三维激光点（即被测目标点）在扫描坐标系中的坐标F （X、Y、Z）。.=SXCOS（m>COS （n）j=SXCOS（m>SIN（ n）（1.1-1 ）-=S>SIN（m）假定扫描仪扫描的瞬间，扫描仪中心O在大地坐标系（x0, y0, z0）中的坐标为O（OX ,OY , OZ ），该瞬间扫描的姿态参数（即仪扫描坐标系相对于大地坐标系的旋转参数，也 称为角元素）为（P、Q R）,可以坐标变换得到测点任一点在大地坐标系中的坐标F （X 'Y， Z，）。0图1-1 :扫描仪扫描原理由此看出激光三维扫描系统需要解决如下问题：测量扫描仪到目标

13、点间的距离；测 量扫描瞬间激光束在扫描坐标系中的位置；测量扫描仪中心在大地坐标系中的瞬间位置；测量扫描仪的姿态； 目标点色彩信息的采集。 前两个问题可由扫描仪解决，扫描仪中心在大地坐标系中的坐标可由随机的动态差分GPS来测量，测量扫描仪的姿态由高精度姿态测量装置求出，点的色彩信息由扫描仪的高分辨率相机拍照完成。图1-2 : GPS1分定位原理激光三维扫描系统的关键问题：一是定位测量和姿态测量的同时性问题；二是数据冗余问题，大量的数据将使计算系统瘫痪，需要利用相关的数据压缩技术保留反映目标特性的信息、取掉无关的信息；三是多图象或多测站成果的拼接问题；四是数据过滤问题， 从激光采样点数据中去除测量

14、躁声；五是目标物体的判断和识别。1.2、三维激光扫描技术的特点：非接触性。不需要接触目标，即可快速确定目标点的三维信息，解决了危险目标的测量、不宜接触目标的测量和人员无法达到目标的测量等问题。快速性。激光扫描的方式能够快速获得大面积目标的空间信息，对于需要快速完成的测量工作尤其重要。数据采集的高密度性。可以按照用户的设定采样间隔对物体进行扫描，这样对那些先前用传统的测绘方法无法进行的测绘就变的比较方便，比如雕塑和贵重文物及工艺品的测 绘。穿透性。改变激光束的波长，激光可以穿透某些特殊的物质，比如水、玻璃和稀疏的 植被等，这样可以透过玻璃、穿透水面、穿过植被进行扫描。主动性。主动发射光源，不需要

15、外部光线，接收器通过探测自身发射出的光经反射后 的光线，这样，扫描不受时间和空间的限制。全数字化。三维扫描仪得到的“点云”图为包含采集点的三维坐标和颜色属性的数字 文件，便于移植到其它系统处理和使用，如可以作为GIS的基础资料。1.3、三维激光扫描的精度意义三维激光扫描的精度指扫描点的定位精度，包括扫描点的绝对定位精度和点与点间的相对定位精度。根据激光测距、激光扫描以及扫描仪姿态测量的原理，可以得出任一扫描点的绝对中误差沿三个坐标轴的分量为：.瘙 + X二（心）二X1+上”上式中，f为函数相对于各个直接测量值的偏导数，ms mM mN分别为扫描仪距离测量、竖直角测量和水平角测量的精度。对于ms

16、,包含两项误差：距离测量的固定误差m和相对误差md =KX S （ S为扫描仪到扫描点间的距离）。两点间的相对定位误差由绝对定位误差可以求出。空间两点间的距离为：-1 : ' 1'! ' '' -（1.3-2 ）结合式（1.1.4-1 ）和（1.1.4-2 ）应用误差传播律可以计算出两点间的长度误差MD,则相对误差为：K=MD/D如果所求的两点位于两个不同的测站，还应该考虑模型的拼接误差对两点间的相对定位误差的影响。1.4、三维激光扫描的分辨率扫描的分辨率指扫描的点采样间隔， 反映了对物体的扫描精细程度。 对每一个目标的扫 描，都需要事先设置扫描分辨率。

17、地面测量型三维激光扫描仪属于线性扫描方式，扫描线的间隔和扫描线上点的间隔均按照角度来定义。下表为TRIMBLEGX扫描仪在100米远处的目标设置角度分辨率后所对应的点扫描采样间隔。表TRIMBLE GXIH描仪分辨奉设置距离设置方式角度设冒方式水平竖宜距离水平水平mmmmMt J/Preview30030010010* 18"Medium100100100yy 26"High3030100i r !,距离扫描仪远近不同的目标， 点的扫描采集间隔不同。 距离扫描仪远的地方，目标物体 被扫描得粗糙；反之，目标物体被扫描得精细。同理，远处的目标扫描精度低，近处的目标 扫描精度高。

18、这样，在扫描测绘中，为了得到统一的扫描分辨率和扫描精度，应该将远近不同的目标分开扫描，并根据距离的远近设置扫描分辨率。第二章 三维扫描测绘中点云的拼接2.1、拼接及类型2.1.1、拼接的概念所谓拼接，就是将不同坐标系下的点云数据转化到大地坐标系或同一坐标系中。假设一个完整的长方体 W被分成A、B C三块，拼接就是找到“块”与“块”间的关系，恢复成 原来的状态，拼接又称为“配准”。空间内任意的两个三维坐标系的配准需要经过九次变换。 假定一个坐标系统不动，另外一个坐标系需要分别进行沿三个坐标系的平移和绕三个坐标轴 的旋转，在这六个变换值中沿三个坐标系的平移称为坐标变换的坐标元素，绕三个坐标轴的旋转

19、角度称为坐标变换的角元素。由于地面测量型激光三维扫描系统没有姿态测量装置，拼接的实质就是要求出坐标变换的坐标元素分量和角元素分量及坐标变换的比例系数。由于习惯使用大地测量坐标为参照来描述物体的位置等空间属性(比如：我们描述建筑所在的位置和长、宽、高等)， 因此不同扫描站得到的模型最终都要变换到大地测量坐标中 来。模型间的拼接在测量上称之为“相对定向”，将完成相对定向后的拼接模型置放到大地 测量坐标系中的工作在测量上称之为“绝对定向”。从空间解析几何可知，扫描目标的任一点在扫描坐标系与大地坐标系中的坐标关系式为:(2.1.1-1)写成矩阵形式为:(2.1.1-2)上述坐标变换公式中，(xO, y

20、O, zO)表示扫描坐标系原点在固定坐标系中的坐标，九个系数为两轴系间的方向余弦，即:* % 5、* qm Jtv5冷、羽丿(2.1.1-3)由此，可以得到任意一点在两个空间三维直角坐标系中的坐标变换关系通式:X-MJ=4- (1 + 瞬) _z4(2.1.1-4)R = R()R(TyR() =1G)z1(2.1.1-5)式中cosXx表示X与x轴之间的方向余弦，cosXy表示X与y轴之间的方向余弦，以此类推。 方向余弦是相关两轴之间夹角的余弦，这些夹角在Oo与180o之间。扫描点在扫描坐标系中的坐标由扫描仪测距并计算；由于扫描仪测距为实际距离，故缩放系数m为0；轴系间的夹角旋转参数和坐标平

21、移量(x0, y0, z0)共六个参数靠3对共轭来解算。求出六个坐标变换参数就可以计算出每个扫描点的大地测量坐标。图2-1 :扫描坐标系的变换2.1.2、拼接的类型按照配准时采用的方法不同， 模型的拼接一般可以分为： 基于目标的拼接和基于 “大地 测量”测站点的拼接。基于目标的拼接的主要思想是利用一定数量的同名点拼接； 基于测站 点的拼接是利用测量意义上的测站点间的关系达到模型的定向和定位。不同的拼接方式对外业的扫描方式提出了不同的要求， 外业的扫描必须满足内业拼接提 出的必要条件。2.2、基于目标点的拼接2.2.1、数学模型基于目标的拼接的实质是模型间的相对定向。按照共线方程式求解六个参数需

22、要至少3对共轭点，即已知空间内不在同一直线上的三个点在两种坐标系下的坐标，就可以求出两个坐标系的变换参数。 利用求出的转换参数对其它“点云”点进行坐标变换，也就实现了模型的拼接。这样拼接后得到的点云模型是以拼接基准站的坐标系为坐标参照的空间位置模型。该坐标系是空间内任意坐标系和大地测量坐标系没有任何关系，如果要将该模型置放到大地测量坐标系中，还需要求出模型中至少三个点在大地测量坐标系中的坐标，进行第二次坐标变换。如果每个扫描站都保证扫描坐标系Z轴竖直(也就是每次扫描时整平扫描)，这样一来两个模型间就增加了一个限制条件，两个模型的拼接只需要坐标系间的三向平移和在水平面内的转动共四个变换参数。四个

23、参数只要2对共轭点即可求解。2.2.2、拼接方法对于基于目标的拼接，在外业非水平状态扫描时，相邻测站的扫描目标需要有一定的重 叠度或至少有三个不在同一直线上点作为公共点；水平状态扫描时，则需要有一定的重叠度或至少有二个点作为公共点。这些用来拼接的点称为“目标”。用于拼接的目标点有两种： 一种是点云模型中的自然点； 另外一种是和仪器配套的平面形标靶和球形标靶。对于前一类目标，拼接时需要靠人工判断其共轭性。对于平面形标靶和球形标靶，扫描仪扫描后会自动计算出标靶的几何中心作为目标点。当在每一测站扫描时都整平仪器，可以将绝对定向控制点、拼接用点云点和拼接标靶的数目都相应减少1个。当仪器在每一测站的扫描

24、都整平但不进行绝对定向，这样得到的相对定向后的模型是水平的，坐标系只是绕大地测量坐标系的z轴发生了旋转和平移。所有的拼接点可以混合使用，但要保证约束条件足够。 增加拼接点的数目，相当于增加了多余观测，这样可以发现扫描错误、提高拼接精度。2.2.3、基于目标的拼接方式对外业扫描的要求基于目标的拼接根据外业扫描仪器是否安平和目标点的类型，可采用不同的程序。如图中，准备在S1、S2、S3的位置设三个测站（非水平状态扫描，即随意放置仪器，不需对 中和整平）对一个建筑的正立面和侧面进行扫描，其中测站S俐S2的扫描数据利用点云拼接，S2和S3测站的扫描数据利用标靶拼接，在离建筑物较远的地方有3个大地测量坐

25、标点T1、T2、T3。则首先在测站S1的位置安放扫描仪，瞄准 T1、T2、T3扫描进行扫描仪定位（相当 于工程测量中的后方交会，实质是完成模型的绝对定位，T1、T2、T3点安置标靶并整平、对中），然后扫描测站S1的计划扫描区域。测站 S2要考虑和测站S1的重叠度，保证重叠区域 内有至少3个可供拼接的自然特征点，同时对临时目标 ml、m2 m3进行扫描（T1、T2、T3点也安置标靶，但不需要整平、对中）。仪器安放到测站S3时，先要回头对目标 ml、m2m3进行扫描。rrt2r图2-2 :基于目标拼接的扫描外业2.3、基于“大地测量”测站点的拼接231、数学模型基于“大地测量”测站点的拼接的实质是

26、同时完成模型间的相对定向和绝对定向。这种拼接方式，要求在每个扫描测站上仪器都需要对中、整平。由于仪器是置平的，坐标变换只 需要求解4个参数，即两个测站扫描坐标系的3个平移量和1个水平面内的旋转。只要在每个测站扫描前后测站，通过扫描前测站求解下一个扫描站坐标实现下一个测站的定位（实现了求解3个坐标元素的目的），通过扫描后测站完成本测站的定向（实现了求解1个旋转元素的目的）。这样一直扫描下去，就会把所有扫描站的数据转换到第一个测站的扫描坐标系中。 在参与拼接的所有测站中，只要知道两个测站点的大地坐标，就可以依据这两个测站实现绝对定向。2.3.2、拼接方法对于基于“大地测量”测站点的拼接，类似与大地

27、测量中的导线测量，只要在一个测站中既有后视点又有前视点，就可以实现拼接，但每次需要测量仪器高和标靶高度。如果不知测站的“大地测量”坐标或已知点数目少于2个，则无法进行行绝对定向，这样得到的相对定向后的模型是水平的，坐标系只是绕大地测量坐标系的Z轴发生了旋转和平移。2.3.3、基于“大地测量”测站点的拼接方式对外业扫描的要求基于“大地测量”测站点的拼接要求外业扫描按照大地测量中的导线测量程序实施即可。 如图一中，准备在S1、S2、S3的位置设三个测站，对一个建筑的正立面和侧面进行扫描，则 首先在测站S1的位置安放扫描仪，瞄准 S2进行扫描仪定向扫描（此时 S2点安置标靶并整平、 对中，量取扫描仪

28、高度和标靶高度），然后扫描测站S1的计划扫描区域。测站 S2上先扫描测 站S1（此时S1点安置标靶并整平、 对中，量取扫描仪高度和标靶高度，S1点相当于后视。），同时要对S3进行扫描（S3点安置标靶并整平、 对中，量取扫描仪高度和标靶高度，S3点相当于前视，作为测站 S3的定位。）。仪器安放到测站 S3时，先要回头对目标 S3进行扫描。图2-3 :基于测站拼接的外业扫描第三章 铁塔建模测绘中三维激光扫描的实施3.1、准备工作3.1.1、踏勘现场在扫描工作实施前首先要到现场进行踏勘。踏勘过程中注意查看已有控制点的位置、保存情况和使用的可能性以及控制点联测的大概方案。根据扫描对象的空间分布、形态和

29、扫描需要的精度以及分辨率确定扫描站点的位置。根据已有的大地测量条件和和扫描站点位置考虑扫描模型的拼接方式等，并绘制现场草图，对主要扫描对象拍照。3.1.2、编制扫描实施方案扫描实施方案应该包括大地测量联测的方案、扫描站点的位置和扫描时的定向及定位方式、每个扫描站上扫描的目标和每个目标的扫描分辨率。实施方案中还要包括扫描的工作流程、供给方案、人员配备及扫描施工组织。3.1.3、准备仪器、设备以TRIMBLE GX扫描仪为例，仪器和设备的准备工作如下:1、准备仪器扫描仪：TRIMBLE GX扫描仪无论白天还是晚上只要处于湿度区间0%80%和温度区间0 C 40C 均可工作1。在扫描的过程中，扫描仪

30、内外的工作温度实时的显示在计算机或控 制器的扫描界面。注意如果温度超出扫描仪容许工作的温度，应立即停止扫描工作，待温度下降后重新开始工作。扫描仪属于精密的测量仪器，在运输和搬运工程中注意轻拿轻放。汽车和火车运输时，要用软布等将运输箱和车辆隔开，最好放在车座上，防止剧烈震动；用背包运输时，不得将仪器直接放在车地板上；飞机运输时，需要在运输箱外侧标明 “精密仪器、不可倒置、防止跌落、轻拿轻放”等字样。外业工作前，需要先测试扫描仪。选择TOOLS-System in formation的“ lau nch ”测试扫描仪的状态，选择“ details ”保存测试结果。图3-1 :扫描仪测试界面扫描仪运

31、输箱内装有：扫描仪 1个、基座1个、Trimble Recon控制器（即掌上电脑）1 个、电源适配器组件1套、连接扫描仪和数据控制器的以太网数据线1根、电源线1根。计算机：配置满足要求的便携式计算机（外加移动存储器）。三角架：3付（一付架设扫描仪，另两付架设活动标靶），需要注意中心螺旋是否和基座配套。活动目标标靶组件：内含 2个标靶、2个基座和2个标靶与基座连接装置，或可粘贴式平 面目标。2、准备供电设施TRIMBLE扫描仪提供了以下三种可选的供电方式：如果作业区域内可以供给 220伏交流电，可根据需要准备长电缆；如果作业区域内不具备供给220伏交流电的条件，需要使用仪器配备的扫描仪电池共 2

32、块（完全充电后可供连续扫描 3小时）或汽车电瓶及电瓶连接线 （将 2个12伏汽车电瓶串联后变成 24伏为扫描仪供电）。3、根据系统需求选择计算机该扫描仪需要配备的外业计算机需要具备如表2-1的条件：表3-1 :外业计算机要求指标帛小适宜处理器P3 500M卩4 20硬盘10G20G内存IG显卡刖32M显乐器鼠标334、安装野外数据采集软件利用不同的控制器控制扫描仪需要安装不同的控制软件。TRIMBLE提供了两种控制方式和相应的软件：如果外业用计算机控制扫描仪，则需要在PC机上安装PointScape 野外数据采集软件；如果外业用Pocket PC控制扫描仪，则需要在Pocket PC上安装Po

33、cketScape 野外数据采集软件。安装野外数据采集软件按照相应的提示完成即可。5、为仪器配置IP地址和更改防火墙设置启动PointScape 或PocketScape 前，需要事先配置 IP 地址和更改防火墙设置址， 才能够实现控制器和扫描仪的通信。配置IP地址的操作如下：打开网上邻居的本地连接， 在“常规”菜单中选中TCP/IP的 属性栏，将“ IP地址”和“子网掩码”分别改为“ 192.0.4.X （X 0-255, 但0,10,255不可 以）”和“ 255.255.255.0”。更改防火墙设置需要关闭防火墙或打开防火墙后将“PointScape ”程序添加到防火墙的“例外”中。.R

34、r-ilrk A'卜并旳皿FZ"*：Th4 CW4CWIm Mrini I 5rir Mransdi H:R户 &胡 Pirtw !曲阳Nk »普iUci I 即 yFhn售I -TrwTcn 8 IL- 'IFI vjii ArM f£iiHFw.riftn。X图3-2 :配置IP地址6、布设测站点根据扫描实施方案，在需要的地方作好测站点标记。如果需要控制测量成果（如全站仪 导线成果）参与拼接平差的，要在确定扫描测站点时一并考虑全站仪导线测量的可行性和质 量。同时确定现场电源的位置和供电方案。7、贴标靶采用基于“物方控制点（靶标）”的拼接

35、方式时，在适宜的位置粘贴标靶。由于两个测 站间的点云拼接需要至少 2个点（整平扫描方式）或 3个点（任意姿态扫描），在粘贴标靶 时需要注意所粘贴标靶的位置应保证两站扫描的通视或点不要太集中。3.2、扫描实施3.2.1、安置并启动仪器第一步.在选定的测站点或扫描位置安放三脚架，旋紧脚螺旋固定螺丝。第二步将扫描仪基座固定在三脚架上，整平基座、旋紧中心螺丝。第三步.取出仪器，将仪器置于基座上，卡紧基座锁。打开仪器前盖，旋下后部的电源和通讯端口保护盖， 连接计算机和扫描仪。 扫描仪供电 可以采用外接电池供电（一般电池充满电可供电4小时）、汽车电瓶供电（2块12伏汽车电瓶串联供电）和 220伏交流电源经

36、仪器携带的变压器供电。启动PointScape后，PointScape首先建议你执行上次的数据库。如果选中一个已有的 项目，然后选择“ restore "那么PointScape将重新导入选中的那个项目。如果选择“ ignore ”将打开并建立一个新的项目。图3-3 :打开项目仪器初始化完成后出现启动仪器对话框，点击“setup "启动扫描仪，然后选“electroniclevel ”，检查仪器是否整平或精确整平扫描仪， 如果选择任意姿态扫描方式 （即非水平扫描） 则不需要整平扫描仪。SpgnLir j0c'1813O'*Trunnion0 | 働立A A

37、|0<4'-6Ll第二种：选择 edit 后点击“ add a station”建立测站。图3-4 :电子气泡整平TRIMBLE扫描仪提供了双轴补偿装置， 当电子气泡出现在计算机屏幕上时， 就可以看到 扫描仪水平状态。如果扫描仪不在容许的水平范围内， 则电子气泡为黄色，同时在气泡指示 区两侧显示倾斜角度， 此时可向不同方向旋转基座角螺旋调节仪器水平状态。当仪器处于设定的容许水平范围内时，电子气泡变为绿色。在电子气泡界面，点击“ NEXT进入大气改正设置，输入扫描测量时环境的气压和温度 值，仪器会根据温度和气压值自动计算每次激光测距值的温度改正和气压改正值并对测量值 进行改正。需要

38、说明的是每个点的改正值都是不同的。Prei'artncKStriii* F wi aSLdi Idud lT,l ifdAftk-jtWi上JUw tvhrcE Unh Sjnlpiu fi |O«riRlWi±4 啊APP?Hdo图3-5 :温度气压改正图3-6 :系统参数设置在扫描前，需要对系统参数进行设置。系统参数包括取景选项（球的直径、快速扫描标靶的模式、自动拍照）、单位（包括角度单位和长度单位）、视频模式（场景为实时或者拍 照模式）、系统语言（无中文）。322、建立测站在Poin tScape 软件中建立测站有下面三种途径: 第一种：选择建立测站图标“ 亠

39、”建立测站。第二种：选择 edit 后点击“ add a station”建立测站。第三种：选择 Workspace点击鼠标右键后出现"add a station ”建立测站。当选择上述任一种方式后将出先"station setup”工具条如下图中，建站分整平、建站、后视3步：第1步:整平。包括二种可选的建站方式：不整平（任意状态扫描，适宜基于点云的拼接方式）和整平两中选择（水平状态扫描，适宜基于测站的拼接 方式）。此时可点击百图标检查和调整电子气泡。第2步：建站。可以选择已知点建站和通过后方交会的方 式建站。选择已知点建站时，需要输入已有的点名称和仪器 高；通过后方交会的

40、方式建站时，提示扫描后方交会点。已 知点的输入也可以点击点名称后的选择菜单条，然后出现点 管理器，使用点管理器可以导入测量控制点、创建新点和删 除点。此时应注意仪器高的测量位置和输入标志一致。点击仪 器高后面的下拉菜单可以选择仪器高的输入标志：真高、底 部高和测量高。在扫描仪上标有仪器高的测量标志，仪器默 认的仪器高测量标志为底部高" bottom mark ”。第3步：扫描目标点。在后方交会建站时，扫描目标点的目的是求出测站点的坐标；采用已知点建站方式建站时， 扫描目标点的目的是完成本扫描站的模型定向。点击"添加后视”工具后，提示输入后视点的点名和后 视高度，然后选择目标

41、类型，用矩形框选工具选择目标后点 击"scan ”扫描，然后点击"apply ”应用。Slatscn name:拓 LevflM 厂 UnleveteciA19hciw.厂乾gwn pari册 ittOTOni Lfnkrawn* RrsecborStn-p" :Rcickiiqjht匕# Add newHorj. Arote： |0d''p. *”-匚，Etase K3.2.3、选择扫描区域当完成建站工作后就可以开始扫描测量，采集点数据和影像数据。你可以选择扫描仪器设定360。扫描场景（本测站仪器所能扫描到的全部范围） ，或者扫描360。扫描场景

42、中的 一部分。在 Workspace中选择本测站后点击右键，就会出现图中的扫描选择菜单。如果需要扫描扫描仪设定360 °扫描场景，则选择“ Add New360° Scan”，其扫描范围为以仪器为中心 360 °的视场内、仰角 38 °、俯角22 °的范围。如果扫描360 °扫描场景中的一部分，则选择“Add New Object Scan ”，然后选择工具菜单或点击桌面图标利用“矩形选择工具”或"多边形选择工具”（rectangle / polygon）选择扫描区域。当然，如果选择扫描目标区域后，可以按下鼠标左键靠拖动矩形

43、和多边形的顶点来改变选择区域的形状和大小，或按下 ESC键取消选择。3.2.4、设定或编辑扫描参数3.2.4.1、基本设置当一个扫描目标选定后， 在工作区间出现扫描参数设置工具栏。该工具栏中包括“设置 方式”、“格网值”和“测距次数”三部分。设置方式分为距离设置方式和角度设置方式。相对应的格网值中又提供了四种模式：Preview、Medium、High和User模式。前三种为固定模板，不可改变。也可以选择 User模式改变想要的扫描间隔。3.242、高级设置点击“ advaneed options”后，出现包括“ rgb, focus, grid, scan distances”的设置。此时，

44、可根据扫描仪到主要扫描目标的空间距离设置扫描的时的焦距状态和扫描距离 的范围。设置适宜的扫描距离范围，在扫描过程中仪器会自动判断并停止对超出范围区域的扫描，以此加快扫描速度。相反，扫描范围和扫描距离的设置间如果存在矛盾，在扫描过程 中扫描仪将自动终止扫描。宦 RrilwyF 50 0Hofe -cc<r«poriding 阅 叶 dJOn厂 阳lOlOCU：刊 kx 网时de如出艄倉耳伽茨E广 Br；! Quaiy Eimxmmendabon 网btblt穆 1 亦 mdi+thol LaiA ecin dslwict Iram0 忙 |j IdP rndod 叩OScan 屮

45、 In 2?5 Mew0曲亦I竝旳350 Mi丑图3-7 :设置扫描参数3.2.5、启动扫描点击“ scan ”开始扫描。扫描前注意检查本次扫描总共用时间。该目标扫描完成后，检查是否完成，扫描参数设置是否正确等。无误后保存扫描结果。 退出本项目后关闭扫描仪电源，装箱搬站。3.2.6、新测站扫描在新的扫描测站上，重复上述步骤。唯一不同的是需要先读入本项目数据。3.3 、内业处理前的准备工作3.3.1 、系统需求为了实现软件的运行，计算机系统须具备如下条件：处理器： Calculations using millions of points ，内存：尽可能大的内存，通常要求有 2G （ 最小 1G

46、B） ，显卡：独立显 卡，显存至少256M,硬盘：硬盘空间足够大，操作系统：Windows 2000 Pro, Windows XP ,鼠标：带缩放轮的三键鼠标。3.3.2 、安装 RealWorks Survey安装 RealWorks Survey 按照相关提示操作即可。需要在选择的文件类型中，提供了三种类型，其中SOI和PPF类型的文件 是来自于Trimble 3D立体激光测量仪的文件，而 NE类型 的文件是符合美国信息交换标准代码文件格式的外部文件。3.3 .3 、获取授权RealWorks Survey软件系统需要有相关的授权才能使用。授权文件的后缀为"Dat”或“Lic ”，在经销商处取得授权文件后，安装并替换原有的文件即可。3.4 、 RealWorks Survey 图形窗口简介3.4.1 、窗口界面当运行 RealWorks Survey 后，将出现下图中的用户截面。只有打开一个项目后，相关功 能才变的可操作。界面中包括菜单条、工具条、“ workspace ”窗口、 “ list ”窗口和“ 3D 显示窗口”。4 Sir Edt lots MMrhq Z旳准牛诲日夕Mmfeirg*$篦紳.園|<| Wak5paEja (L pralMEt) 卜 frarlM 屜 EGLFSTlI图3-