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1、如何快速、准确、有效地获取空间三维信息，是许多学者深入研究的课题。 随着信息技术研究的深入及数字地球、数字城市、虚拟现实等概念的出现，尤 其在当今以计算机技术为依托的信息时代，人们对空间三维信息的需求更加迫 切。基于测距测角的传统工程测量方法，在理论、设备和应用等诸多方面都已 相当成熟，新型的全站仪可以完成工业目标的高精度测量，GPS可以全天候、 一天24小时精确定位全球任何位置的三维坐标，但它们多用于稀疏目标点的高 精度测量。随着传感器、电子、光学、计算机等技术的发展，基于计算机视觉 理论获取物体表面三维信息的摄影测量与遥感技术成为主流，但它在由三维世 界转换为二维影像的过程中，不可避免地会
2、丧失部分几何信息，所以从二维影 像出发理解三维客观世界，存在自身的局限性。因此，上述获取空间三维信息 的手段难以满足应用的需求，如何快速、有效地将现实世界的三维信息数字化 并输入计算机成为解决这一问题的瓶颈。三维激光测量技术的出现和发展为空间三维信息的获取提供了全新的技术 手段，为信息数字化发展提供了必要的生存条件。激光测量技术出现于上世纪 80年代，由于激光具有单色性、方向性、相干性和高亮度等特性，将其引入测 量装置中，在精度、速度、易操作性等方面均表现出巨大的优势，它的出现引 发了现代测量技术的一场革命，引起相关行业学者的广泛关注，许多高技术公 司、研究机构将研究方向和重点放在激光测量装置
3、的研究中。随着激光技术、 半导体技术、微电子技术、计算机技术、传感器等技术的发展和应用需求的推 动，激光测量技术也逐步由点对点的激光测距装置发展到采用非接触主动测量 方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标的三维激光扫描测量技术。随 着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能 方面的提升及价格方面的逐步下降，20世纪90年代，其在测绘领域成为研究 的热点，扫描对象不断扩大，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体 三维模型的主要方式之一，许多公司都推出了不同类型的三维激光扫描测量系 统。上世纪90年代中后期，三维激光扫描仪已形成了颇具规模的产业。三维激光扫描测量技
4、术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测 量方式直接获取高精度三维数据，能够对任意物体进行扫描，且没有白天和黑 夜的限制，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、 实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，可以极大地降低成本，节 约时间，而且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。 目前，生产三维激光扫描仪的公司有很多，典型的有瑞士的Leica公司、美国的 3D DIGITAL公司和Polhemus公司，奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech 公司、瑞典的TopEye公司、法国的MENSI公司、日本的Minolta公司、澳大 利亚的I-S
5、ITE公司、中国的北京容创兴业科技发展公司等。它们各自的产品在 测距精度、测距范围、数据采样率、最小点间距、模型化点定位精度、激光点 大小、扫描视场、激光等级、激光波长等指标会有所不同，可根据不同的情况 如成本、模型的精度要求等因素进行综合考虑之后，选用不同的三维激光扫描 仪产品。利用三维激光扫描仪获取的点云数据构建实体三维几何模型时，不同的应 用对象、不同点云数据的特性，三维激光扫描数据处理的过程和方法也不尽相 同。概括地讲，整个数据处理过程包括数据采集、数据预处理、几何模型重建 和模型可视化。数据采集是模型重建的前提，数据预处理为模型重建提供可靠 精选的点云数据，降低模型重建的复杂度，提高
6、模型重构的精确度和速度。数 据预处理阶段涉及的内容有点云数据的滤波、点云数据的平滑、点云数据的缩 减、点云数据的分割、不同站点扫描数据的配准及融合等；模型重建阶段涉及 的内容有三维模型的重建、模型重建后的平滑、残缺数据的处理、模型简化和 纹理映射等。实际应用中，应根据三维激光扫描数据的特点及建模需求，选用 相应的数据处理策略和方法。现有各种类型的点云数据处理软件，如三维激光 扫描仪配带的相应点云数据处理软件或逆向工程领域比较著名的商业点云处理 软件，一般都具有点云数据编辑、拼接与合并、数据点三维空间量测、点云数 据可视化、空间数据三维建模、纹理分析处理和数据转换等功能，但它们往往 具有通用的处
7、理功能，对于特定的数据处理效果有一定的不足之处，在功能和 性能上也或多或少存在一定缺陷，且一般比较昂贵。目前尽管三维激光扫描测 量技术应用领域广泛，但相关的理论与方法研究仍有待于完善。三维激光扫描测量技术在测绘领域有广泛的应用。激光扫描技术与惯性导 航系统(INS全球定位系统(GPS电荷耦合(CCD)等技术相结合，在大范 围数字高程模型的高精度实时获取、城市三维模型重建、局部区域的地理信息 获取等方面表现出强大的优势，成为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。现 在在工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例，如断面三维测绘、 绘制大比例尺地形图、灾害评估、建立3D城市模型、复杂建筑物施工、
8、大型建 筑的变形监测等。随着三维激光扫描测量技术、三维建模的研究以及计算机硬 件环境的不断发展，其应用领域日益广泛，如制造业、文物保护、逆向工程、 电脑游戏业、电影特技等，逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域。 三维激光扫描技术的介入促进了应用领域的发展，同时应用领域的大量需求成 为研究的动力。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，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。它通过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影像模型提供了一种全新的技 术手段。由于其具有快
9、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，其应用推广很有可能会像GPS-样引起 测量技术的又一次革命。三维激光扫描仪可以快速获得被测对象表面每个采样点空间立体坐标，得 到被测对象的采样点（离散点）集合，称之为“距离影像”或“点云”。将相邻 的离散点连接起来构成不规则三角网（TIN）立体模型或进一步构成规则格网 （Grid）立体模型。TIN/Grid立体模型适合于各种情况的可视化，在其表面容易 粘贴各种彩色纹理。从点云模型中提取三维特征，可以方便的构建目标的三维 模型，进行空间仿真和虚拟现实。三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是测绘领域继GPS技术之
10、后的 一次技术革命，它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势. 三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高 精度高分辨率的数字地形模型.本文将以一工程边坡为例讨论利用三维激光扫描 技术快速获取数字地形模型的方法着重论述三维点云数据的获取、拼接、坐标 校正、去噪及数字高程模型的生成方法，由此得出在一定空间范围内利用三维激 光扫描技术快速获取高精度高分辨率的数字地形模型具有可行性。ALS60 -机载激光扫描系统徕卡测量系统于在ISPRS 2008 Beijing上全球首发新一代机载激光扫描系 统ALS60，体积更加轻巧、操作更加简便，每秒可发射20万个激
11、光点，可以高 精度地获取高密度点云，适合快速获取地表三维数字模型，进行快速三维城市 建模，海岸线调查，国土资源调查，林业评估等领域。ALS60是航空激光扫描 系统又一突破性产品，为广大用户提供了一整套更加强大、完善的基础地理信 息数据的解决方案。徕卡测量系统的第三代机载激光扫描系统ALS60继续引领业界产品新科 技，打破了传统设备必须在效率和精度上，或者必须在设备体积和飞行高度上 进行取舍的限制。ALS60机载激光扫描系统的数据精度不受脉冲频率影响，只 受限于飞行相对高度。相对航高从典型直升机飞行项目的200米直至大面积制 图项目的5000米。空前无后的，ALS60提供了机载激光扫描系统进行制
12、图项 目的标准。Leica ALS60的优势在于：高脉冲频率，对精度不产生任何影响空中内插多脉冲系统能在5000米高空作业时加倍地面点密度75度视场角内满足滚动补偿要求扫描频率达到100Hz，为城市建模数据获取提供高密度刈幅数据集成FPES飞行计划制定软件及FCMS飞行控制软件提供与航空摄影测量系统伽RCD105）集成工作的接口飞行中，提供实时覆盖率分析，保证数据获取完整性集成了 XGA分辨率摄像机，用于数据后处理分辨。产品技术参数最大脉冲频率：200kHz最大扫描频率：100Hz相对航高：200 - 5000米回波信息：4次强度信息：3次强度信息数字化：8比特强度信息+8比特AGC+持续激光信号输出最大视场角：75度滚动补偿：75度-工作视场角激光光斑：0.22mr1/e2数据存储容量：500GB （至少18小时）飞行管理系统：FCMS徕卡飞行管理软件飞行计划软件：FPES惯性定位及定向系统：IPAS20多种型号IMU可选择集成机载中幅面阵数码相机：RCD105可集成空中内插多脉冲系统：MpiA
