文 献 综 述

1.引言

随着信息技术的发展，数字城市的建设在全国已经形成一个势不可挡的浪潮。城市空间信息的获取成为数字城市的基础工程。近年来三维激光扫描技术在空间信息获取方面迅速发展，其应用领域和范围的深度和广度也不断扩大。为人们利用计算机建造现实世界中并不存在的实体提供了技术手段。[1]本课题报告学习使用三维激光扫描仪，并选取合适的软件对校园内典型建筑物和构筑物利用地面三维激光扫描仪构建校园内典型建筑物和构筑物的三维模型。

2.研究背景与现状

三维激光扫描技术是国际上近期发展一项高新技术[2]，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过不分白天和黑夜对任意物体通过高速激光扫描测量的方法[3]，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影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性，被誉为”继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。

近日，北京建筑工程学院王晏民教授的”三维激光扫描测量建模技术研究及在故宫古建筑测绘中的应用”成果被国家测绘局、中国测绘学会评为测绘科技进步奖一等奖。”三维激光扫描测量建模技术研究及在故宫古建筑测绘中的应用”项目，主要是在故宫博物院维修之前，为了保证建筑文物的历史真实性并为维修方案提供参考，针对故宫太和门、太和殿、寿康宫、神武门、慈宁宫等重要建筑物，利用地面三维激光扫描仪进行完全尊重实物的三维数字化测量和建模，力图将故宫的建筑恢复到康乾盛世的原貌[4]，取得的成果包括彩色数字正射影像图、大木结构NURBS模型、整体点云模型、三角网模型、彩色三角网仿真模型、传统的平、立、剖面图等[5]，在深度和广度上为下一步修复与保护工作提供准确的第一手资料，即使发生地震、战争等破坏活动也能完成文物修复、文物重建等工作，并且对将来的古建筑理论研究提供重要依据[6]。

传统的全站仪测量由于仪器本身的局限性，测量速度慢，无法获得三维实景数据。而三维激光以其速度快、精度高的特点，高效地解决了设备安装中的通过性问题，不仅节约了80%的时间，而且得出的数据精度更高，内容也更为全面。

3.三维激光扫描建模关键技术

3.1测距原理

激光测距对于激光扫描的定位、获取空间三维信息具有十分重要的作用。目前，测距方法主要有：三角法，脉冲法,相位法。三角测距法是借助三角几何关系，求得扫描中心道扫描对象的距离。激光发射点和CCD接收点位于长度为的高精度基线两端，并与目标反射点构成一个空间平面三角形[9]。脉冲测距法是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。激光发射器向目标发射一束脉冲信号，经目标漫反射后到达接收系统，设测量距离为S，光速为c，测得激光信号往返传播的时间为△t，则可得公式。相位测距法是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制，通过测定调制光信号在被测距离上往返产生的相位差，间接测定往返时间，并进一步计算出被测距离。以上三种测距方法各有优缺点，主要集中在测程与精度的关系上，由于相位法适合中程测量，并且具有较高的测量精度，故本次课设选择相位法。