摘 要

三维激光扫描测量技术是利用三维激光扫描仪对物体表面进行非接触式三维数字扫描，同时也是一个表面监测三维点云数据的先进测量技术。该技术是通过激光测距理论，获取建筑工地表面上大量数据的三维坐标，反射角度等信息，快速，完整地重建目标建筑线，表面，体积和其他数据。

论文介绍了三维激光扫描技术的背景，国内外的研究开发，三维激光扫描仪的分类，三维激光扫描系统的原理以及利用三维激光扫描仪监测所获取的数据进行数据处理以及误差分析等方面。最后以二七长江大桥为监测目标，对其在一段时间内发生的变化进行数据化的处理与分析。

关键词：三维激光扫描系统；建筑物；变化检测；点云数据处理

Abstract

Three-dimensional laser scanning measurement technology is the use of three-dimensional laser scanner on the object surface non-contact three-dimensional digital scanning, but also a surface to monitor the three-dimensional point cloud data advanced measurement technology. The technology is through the theory of laser ranging, access to a large number of data on the surface of the building site of the three-dimensional coordinates,reflection angle and other information to quickly and completely rebuild the target building lines,surface,volume and other pieces of data.

This paper introduces the background of three-dimensional laser scanning technology,the research and development at home and abroad,the classification of three-dimensional laser scanner,the principle of three-dimensional laser scanning system and the use of it for data acquisition and data processing and error analysis.Finally,with the Erqi Yangtze River Bridge as the monitoring target,in a period of time,its amplitude data processing and analysis.

Key words：three - dimensional laser scanning system;building;deformation detection;pout cloud date processing

目录

1.绪论 1

1.1 研究背景： 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 研究现状 2

1.4 应用现状 2

1.5 与传统的监测手段比较 4

1.6 研究内容 5

1.7 预期目标以及技术措施 6

2.基本理论 7

2.1 三维激光扫描仪分类 7

2.1.1 按扫描平台 7

2.1.2 按有效扫描距离 7

2.2 工作原理 7

2.3 仪器选择与校准 8

2.4 数据的获取与处理 9

2.4.1 获取与处理流程 9

2.4.2 处理手段 10

3.误差分析 12

3.1 误差来源 12

3.1.1 仪器本身误差： 12

3.1.2 目标建筑物的表面引起的误差： 12

3.1.3 外界环境条件的影响： 12

3.2 点位误差模型 12

3.2.1 点位误差转换 12

3.2.2 基于光斑影响的点位误差 13

3.2.3 点位误差椭球 14

4.实验数据处理 16

4.1 实验研究对象 16

4.2 实验的数据处理 16

4.3 实验数据对比分析： 17

4.4 实验结果讨论 22

5.结论与展望 23

参考文献 24

致谢 25

1.绪论

1.1 研究背景

目前快速发展起来的三维激光扫描技术为解决建筑物集和分析提了新方法和手段。大型建筑物，特别是塔楼，桥梁或水坝的计量监测是一个重要的课题，因为这种物体在发生故障时可能会造成巨大的伤害。除了摄影测量技术，现在记录表面，使用激光扫描仪，在非常短的时间内获得密集点云^[1]。能够实现了建筑物的快速数字化, 而且通过激光扫描得到目标的点云数据,可以得到建筑物表面三维信息。三维激光扫描仪提供了一种非常有效的方法来收集大量的用于变形监测应用的精确，高分辨率3D信息。不同于在几天内收集数百个离散数据点的传统测量技术不同，激光成像能够在短短几分钟内捕获几百万个3D点多站成像可以完全覆盖物体，变形体表面（如坑墙和危险斜坡），桥梁和其他结构。通过这种方法，首先提出了校准实验的结果，提供了激光扫描仪器的空间性能的洞察。其次，介绍了变形监测实验结果。在这种情况下，在受控环境中模拟变形建筑物。最后，给出了实地调查的报告，借由激光扫描仪对桥梁进行成像。

1.2 研究目的及意义

随着社会的发展，建筑物越来越多其安全性越来越引人关注，然而现今建筑物建造越来越追求高度,但是这种追求造成了建筑物的基础和地基所承受的力不断增加,造成地基的变形甚至会造成建筑物本身的变形例如建筑物沉降、建筑物倾斜和建筑物上产生裂缝。假如建筑物的变形超过了一定的限度，建筑物的正常使用就会受到影响,更加严重时建筑物的安全也会受到影响。因此,在建筑物的建造过程中以及和在其的运行管理阶段都需要对建筑物进行变形监测,通过监测所得到的数据,对比分析建筑物变形情况,如果发现有异常,要及时分析其产生的原因并立即采取有效措施,以保证工程施工质量和安全,并且为今后建筑物结构和建筑物的合理设计积累经验以及技术。然而建筑物的复杂多样使的其对用来监测建筑物变形的技术的要求越来越高，传统的变形监测技术已经不足以提供高精度的数据，可以通过最新兴起的三维激光扫描技术得到更为精密的数据。

三维激光扫描测量技术是使用三维激光扫描测量仪对所要监测对象的表面进行无接触式的三维数据扫描采集，形成被监测对象的表面精确三维点云的一种先进监测技术。它也是是一门新兴的测绘技术，它是在测绘领域范围内除去GPS的又一次技术革命。三维激光扫描技术已可以被叫做“实景复制技术”，它能够快速、全面、海量的获得原始点云数据,并利用扫描得到的点云数据,迅速完整的重建目标物体模型。