三维激光仪ppt课件

1、三维激光扫描仪的原理和构造 三维激光扫描仪的概念 三维激光扫描仪的由来 三维激光扫描仪的技术运用和开展 三维激光扫描仪的原理和构造 掌握：坐标计算的原理 了解：三维激光扫描仪的构造 徕卡Cyra三维激光扫描系统组成1、Cyrax2500三维激光扫描仪2、Cyclone3.0软件。3、笔记本电脑4、三脚架5、电池和充电器6、目的牌和电缆Cyrax2500三维激光扫描仪向目的发射激光脉冲，依次扫描被测区域，快速获得地面景观的三维坐标和反射光强，利用Cyclone3.0软件进展三维建模，生成地面景观的三维图象和可量测点阵数据，并可方便地转化为多种输出格式的图形产品。 Cyrax三维激光扫描系统由三维

2、激光扫描仪和配套软件组成。仪器内部有一个激光器，两个旋转轴异面且相互垂直的反光镜。反光镜由步进电机带动旋转，而激光器发射的窄束激光脉冲在反光镜作用下，沿纵向和横向依次扫过被测区域。激光脉冲被物体漫反射后，一部分能量被三维激光扫描仪接纳。丈量每个激光脉冲从发出到前往仪器所经过的时间，可以计算出仪器和物体间的间隔S 。 同时丈量每个激光脉冲与仪器固有坐标系X轴的夹角，XOY面的夹角，可以由公式1算出被测物体外表点的三维坐标。通常用仪器内部坐标系统。根据扫描点的激光反射强度,给反射点匹配颜色。扫描点绘制在屏幕上，组成密集的点云。 = = =1、体积小、分量轻，操作简单、装拆便利，具备良好的野外操作性

3、能。2、扫描范围大、速度快、精度高。3、快速建立三维景观模型、图形图象数据一次获取。 总体仪器类型 高速、高精度激光探测扫描仪运用界面 笔记本电脑扫描仪驱动器 伺服马达光学视眼 一体化视频照相机系统性能单点精度点位 6mm/1.5m-50m间隔间隔 1mm角度 0.5构成模型外表的精度 2mm激光扫描系统激光类型 脉冲；公用芯片。颜色 绿色平安性 2级参照CFR1040对眼平安，但要防止直射和长时间照射眼睛光斑大小 6mm/0-50m范围测距范围最大 150m引荐 1.5m-50m5%-100%扫描率 每秒1行/每行小于1000个点每秒2行/每行小于200个点扫描密度可选性 程度方向和垂直方向

4、扫描可以分开选择可以按一定间隔选取点对点的扫描方式垂直方向 点与点间的最小间隔0.25mm小于50米程度方向 点与点间的最小间隔0.25mm小于50米行扫描 每行最多1000个点列扫描 每列最多1000个点视野垂直方向 最大40角程度方向 最大40角三角基座 360程度旋转+105/-90垂直方向旋转空间体积 19900m3 /扫描精度小于6mm占据体积最大1592019 /扫描间隔小于100m扫描光 双镜，随机通道由外壳和玻璃罩维护视频目的 480480彩色电力供电 AC 90-240VAC; 50-60HzDC 12V功率 100W电池 密封的铅酸电池电池容量 20C以下供电4小时PC系统

5、 最低要求 引荐处置器 200MHz/奔腾 500MHz/PRAM 64MB 256MB硬盘 2GB 20GB网卡 以太网 以太网视频卡 SVGA 3D图形加速操作系统 Windows NT4.0 Windows NT4.0显示器 800600；256色 1024768；真彩色可以建立以下类型的几何体：平面 角 射线柱面 盒 目的中心点顶点 圆锥 球体直线 多边形创建察看和交互窗口几何校正根据激光反射强度获取彩色扫描图象用户定义质量检查方式平面、柱面、球面的区域扩张多次扫描的坐标纠正对目的采用平面或球面建模的方式自动实施整体纠正抽取点云图支持多种坐标系统目的的插入、复制和编辑获取并在计算机屏上

6、显示视频图象根本的概念设计和二维绘图工具遥控操作经过选取线性矩形框来确定目的范围恣意选取程度方向和垂直方向的扫描密度完全的“飞行旋转，缩放和摇动，扫描影像的恣意旋转，哪怕在扫描的过程中也能做到。给对象添加颜色和资料属性影像存储/恢复查看扫描仪的位置智能化的3D模型输出视频图象和扫描数据图象同时显示3D标注可视化客户答应证扫描图象和影像的自动衔接多级undo/redo操作功能扫描图自动排序诊断信息计算机辅助获取目的3D画线快速将扫描图转换为格网图云点图可永久保管用户界面：热键、工具条64位双精度浮点数据延续自动存贮客户/效力器对象本底数据库在线协助工程分层图软件运用答应方式灵敏多种对象注释方式丈

7、量点云和模型中点间斜距数据管理建立并管理图层建立并管理对象注释与环境配套的照明设备公制或英制丈量单位可选输出ASC格式的数据流，BMP、JPEG格式的图形文件输入ASC格式的数据流，Riegl，CGP格式的数据，经过COE输入MicroStation格式数据。 Vivid910 Optech 天宝法国Mensi 课后要求三维激光扫描仪的操作方法 三维激光扫描仪的原理和构造 坐标计算公式 重要概念：点云、标靶、拼合等 三维激光扫描仪的运用方法 笔记本中的点云图 用实践仪器和笔记本演示： 丈量前仪器的预备和仪器连线方法； 扫描软件的启动；扫描软件的操作方法；粗扫和精扫以及标靶扫描等。 演示 计算机

8、屏上获取和显示视频图象遥控丈量用矩形框选择需求扫描的区域程度扫描和垂直扫描的密度可以分开设定完全的“飞行旋转，缩放和摇动，扫描影像的恣意旋转，哪怕在扫描的过程中也能作到。自动管理扫描顺序图诊断信息计算机辅助获取目的自动衔接扫描影像 建模、可视化、查询和阅读工具对云点图、感光图、VDB、网点图、渲染图及3D模型可以实行“飞行旋转、摇摆和缩放以及自在旋转。建立交互式的可视窗口 丈量和标注点云和模型的相关数据：斜距平距高差体积外表积坐标参考系统由激光前往信号的强度生成彩色影像在对象上添加颜色和资料采用最适宜的施工方式动态展现施工各个阶段3D模型用户可设置质量检查方式自动生成平面和柱面的切面平面、柱面

9、和球面的区域扩展由3D模型派生2D图 根据扫描图派生2D线画图察看扫描仪所在位置多幅扫描图的整体拼接采用平面或球面建模自动实施整体纠正对扫描点自动实施干扰检查并进展可视化的目的设计根据格网点生成等高线按照影像数据文件格式存储瞬时图根据点云生成剖面图、平面图和断面图 可以创建下面的几何外形：平面、柱面、顶点、直线、弯头、圆锥、圆弧、球面、管状、锥形管、金属外型、盒子、立方体、拐角、不规那么多边形、椭圆、圆、复线、正方形、矩形、目的中心点。 ASC格式点位数据Riegl经过COE输入MicroStation格式数据CGP AutoCAD DXF格式，版本12到2000AutoCAD DWG格式，版

10、本12MicroStation 数据格式经过MicroStation 或COE接入ASC格式点位数据流Cyclone软件交换格式COEBMPJPEGIGES*PDS*PDMS*AutoPLANT*表示可选 PDS，经过DGN从MicroStation 或COE接入转换PDMS，经过DGN从MicroStation 或COE接入或直接输入转换AutoPLANT，经过AutoCAD DXF转换 思索题 控制标靶和目的球既是拼合各次扫描点云的基准点，还是网格坐标与仪器内部坐标转换的媒介，它们的位置要坚持稳定，不能安装在变形体上。但扫描仪的视角有限，无法一次扫描变形体和稳定地点的控制标靶和目的球。因此

11、这是一对矛盾。处理这个问题的方法是：在稳定地点和变形体上安装多个控制标靶和目的球，添加扫描站数。仪器由稳定地点逐渐扫描至变形体，根据稳定地点的控制标靶和目的球中心坐标修正变形体上的目的球中心坐标。 1、地面景观形体丈量；2、桥梁改扩建工程、桥梁构造丈量；3、大坝和电站工程根底地形丈量；4、地下工程构造丈量；5、高陡边坡地形丈量及工程量计算；6、公路丈量；7、矿山丈量及体积计算；8、电影特殊效果中的三维景观制造；9、古文物、建筑丈量和资料保管；10、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的丈量；11、管道、线路丈量；12、大比例尺GIS系统和数据库数据更新；13、虚拟模型的验证 露天矿开采中的滑坡，

12、井下开采呵斥的地面沉陷，建构筑物的变形等，每年都呵斥大量人员伤亡和财富损失。 、大地丈量法，建立变形监测网，进展边角网观测等 、在变形区域安装各种传感器 、近景摄影丈量 、GPS变形监测 、丈量机器人 、技术的成熟性 、精度和可靠性 、本钱 、效率等 三维激光扫描仪是目前国际上最先进的获取物体三维点阵的设备。它可以将任何大型的、复杂的实体或实景的三维数据完好地采集到计算机中，进而快速建立目的的三维模型并提取线、面、体等各种制图数据，它所采集的三维激光点云数据经过处置还可运用在许多场所。三维激光扫描技术改动了传统的单点数据采集方式，可以在很短时间内以很小的采样间隔，获取实体外表各点坐标，实现“实

13、景复制 优势： 、高效率 、数据精细 、与近景摄影丈量相比 、方便建立模型 缺陷： 、目前价钱高 多发滑坡崩塌事故的某露天矿的高陡边坡需求变形监测。 采用三维激光扫描仪监测变形，需求处理的难题是：如何布设测站和控制标靶和目的球；如何一致各次扫描的坐标系统；如何提取变形信息；变形监测误差的估算；如何显示变形数据等。 测站地点要选择在地面坚实、受变形影响小，且离变形体近m的地方； 布设公用标牌； 初始扫描并内业处置； 按照观测要求，实施各期扫描并内业处置； 提交数据和结论。 由于点云数据极其密集，靠视力很难分辨一个点的变形情况，所以必需对变形体进展处置，以方便提取变形信息。 方法一：在变形体外表安

14、装多个涂色的球形标志，根据颜色和外形，可以从扫描点云中将球形标志分辨出来，用Cyclone软件建立球模型并输出球心坐标，经过比较各时段扫描数据中一样球心坐标变化来提取变形信息。) , , 2 , 1( , ,212121ni z y x 方法二：根据一切点云数据建立变形体的数字地面模型DTM，让一切时段的变形体模型的坐标系一致致，直接分析一切模型的变形。对于滑坡监测，可以采用数字高程模型DEM。 DEM表示的是各坐标点处的高程。 由于不同时间段的DEM并不完全一样，为了比较一样程度坐标点的高程变化，需求以初始扫描时建立的DEM数据作为参考，将后面的DEM进展内插计算。以该坐标相邻点的高程加权平

15、均值作为该点高程。最后比较一样点的高程变化来分析变形。 提取出的地形变化可以用Matlab和CAD下自主开发的软件来表示。也可以用表格、文本、断面图、曲线图、三维变形曲面图来表示。 采用上述方法一来提取变形数据，由于模型外表精度为2mm，可以满足变形监测要求。采用方法二，是将各个单点数据进展处置，取其平均值，那么精度也要优于6mm。参与计算的点越多精度越好。而用传统的全站仪来观测，其精度在厘米级。所以两者没有明显的精度区别。 实践量测地物外表尺寸，与扫描软件提供的尺寸比较。证明符合良好。 三维激光脚点丈量误差的影响要素较多，大致可分为三类：仪器误差、与目的物体反射面有关的误差、外界环境条件。仪

16、器误差是仪器本身性能缺陷呵斥的丈量误差，包括激光测距的误差；扫描角度丈量的误差；与目的物体反射面有关的误差主要包括目的物体反射面倾斜的影响和外表粗糙度的影响；外界环境条件主要包括温度、气压等要素。 本节课的要点： 变形监测概念 变形监测的方法 三维激光扫描仪用于变形监测的实验 对新技术的展望 传统的变形几何分析主要包括参考点的稳定性分析、观测值的平差处置和质量评定以及变形模型参数估计等内容。 陈永奇(1988)概括了两种根本的分析方法，即直接法和位移法。直接法是直接用原始的反复观测值之差计算应变分量或它们的变化率;位移法是用各测点坐标的平差值之差(位移值)计算应变分量。 对变形数据分析方法研讨

17、是极为活泼的，除了传统的多元回归分析法以及上述的时间序列分析法、频谱分析法和滤波技术之外，灰色系统实际、神经网络等非线性时间序列预测方法也得到了一定程度的运用。为了弥补单一方法的缺陷，研讨多种方法的结合得到了一定程度的开展。 普通运用较多的是单测点模型，同时，为顾及观测点的整体空问分布特性，多测点变形监控模型也得到了开展。 设置目的点，参考点，设站扫描其它仪器同步观测变形观测点数据处置Matlab进展可视化 观测网普通分为参考网也叫绝对网和相对网。 基准点是进展变形观测的起算基准点 。 坐标系除了提供方位外，更重要的是为系统数据处置时的间隔及高差计算提供基准。 很多三维激光扫描仪没有对中安装。

18、需求由标牌来传送坐标系。 对于参考点稳定性检验，假设一组公共点在两周期丈量之间内部没有相对位移，虽然两期丈量计算坐标时所根据的参考系有变化而呵斥求得的坐标有视的变化，但这一组点间的相对几何关系并没有改动，我们把这样一组点称之为稳定点组，根据一组点间的几何关系能否坚持不变来判别这一组点能否可以为它们是相对稳定的。 设第一期观测成果中，各基准点在测站坐标下的坐标，第二观测周期各点经转换后的坐标，可得到各点在两周期观测时辰的坐标差。坐标差可得各丈量点在两观测周期得到实际位移量 ziyixidzdydx 参考点稳定性检测终了后，以不同周期观测的参考点坐标计算转换参数，进展坐标系的转换，从而获得各个变形

19、点的一致坐标系下的坐标。各期观测坐标求差即可得到变形数据。 用Matlab回归分析： 在Matlab中采用多项式曲线拟合方法来实现两个变量之间是这种非线形关系。函数Polyfit()根据一组给定的数据在最小平方意义下的拟合多项式的系数。P=polyfit(x,y,n),x,y是拟合数据量，n是前往多项式的阶次。 设置x为时间/月份，y为累计位移值，假设用3次多项式来拟合，p=polyfit(x,y,3)中的p为多项式的系数。 先假设一组数，计算x=2时的值，执行polyval(p,2)，结果即为20，我们可以以为设定x,x=1:.1:12,即每隔0.1x取一次值。用plot即可将各点连成线，用xlabel等进展相关文字的标注。 详细代码如下：x=1 2