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摘 要：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。本文从三维激光扫描技术的原理、三维激光扫描仪的分类、应用领域和缺陷出发，阐述三维激光扫描技术的应用现状，并指出该技术的未来发展趋势。
关键词：三维激光扫描;测量技术;应用
作为一种空间信息数据获取的新技术手段，三维激光扫描测量技术与传统的以全站仪和GPS等类型为主的点位测量方式相比具有无可比拟的优势。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”， 是继GPS 空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。三维激光扫描技术的主要特点为适应环境广泛、数据采集时效性强、可以实现动态测量。相比传统点测量方式获取數据后的繁琐计算与数据处理，利用三维激光扫描测量技术获取的测量数据经过简易的处理就能够使用。同时，三维激光扫描测量技术在进行面测量时，并不需要与被测物体产生实际的接触，使得其应用受限条件进一步放宽，如果与传统的点测量技术配合使用，将获得更加理想的空间测量效果。
1 三维激光扫描测量技术概述
1.1 三维激光扫描测量技术原理
当前市面上存在的三维激光扫描仪存在着不同的型号，宣传的主要功能也存在差异性，但是其核心技术还是三维激光扫描，只是在具体点参数设置方面进行了调整，并不存在关键技术的创新。基本运行过程就是通过激光测距仪进行观测，并在高速激光测距仪前端放置反射棱镜组合，在进行测量时由扫描仪主动发射激光，然后利用激光测距仪测量被测物体与激光端口距离;再通过调整棱镜组合来改变激光位置和方向，从而测量出被测物体表面的空间分布规律，最后获得所有扫描点的空间坐标集合，最终完成被测物的表面空间分布合成。
1.2 三维激光扫描测量仪分类
三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载（或星载）激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。通常情况下按照有效扫描距离可分为以下几种。
1.2.1 短距离激光扫描仪
其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6-1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，精度可达零点几个毫米。
1.2.2 中距离激光扫描仪
中距离的三维激光扫描仪主要应用领域为室内场所的物体测量， 或是较大规模的静物测量，一般为立体雕像类物体测量，其最长扫描距离不大于30m，因此其应用主要以小型商用为主。
1.2.3 长距离激光扫描仪
扫描距离大于30m 的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、站场、大型土木工程等的测量，扫描距离达到100-1000m 左右。
1.2.4 航空激光扫描仪
扫描距离通常大于1000m，并且需要配备精确的导航定位系统，可用于大范围的地形扫描测量，即通常所称的机载Lidar 系统，该系统主要是通过激光雷达来发射脉冲信号至被测物，反射后的信号传递至Lidar 系统，然后根据后台数据分析获得被测物的各项目标数据。该系统使得测量数据的获取和处理更加快捷，因此得以广泛的在形测绘、环境检测、三维城市建模、地球科学、行星科学等多领域广泛应用。
激光测量的距离限制了三维激光扫描仪的测量范围，在实际应用过程中，测量范围关系着该三维激光扫描测量仪的使用环境和测量广度，只有激光测量距离更长，才能够获得更广泛的应用，但是在一些领域，不需要过长的激光测距，因为过长的激光测距容易降低激光测量的精度值，所以高精度测量领域大多选用测距短的三维激光扫描测量仪，这就导致了不同测距的三维激光测量扫描仪的产生。
2 三维激光扫描测量技术主要应用领域
第一，测绘领域是最主要也是最广泛的领域，三维激光扫描测量仪已经成为了野外地质测量勘测的主要设备，广泛的用于桥梁设计测绘、道路施工定位、大型岩土工程项目测量、工程项目动态监测、地下工程施工测量以及高精度贯通测量等重要领域。
第二，在结构测量方面，桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量，管道、线路测量、各类机械制造安装。
第三，在考古方面，主要通过三维激光扫描测量仪的高精度、无缝隙测量实现对古建筑的高精度模拟存储、古建筑变形测量、古建筑结构探测和古建筑修复性测量。同时，还能够通过高精度测量对文物进行真伪鉴别， 因此三维激光扫描测量仪是考古技术发展的重要突破。
第四，在公共服务领域，三维激光扫描测量技术也广泛的用于事故现场调查、极端暴力事件调查、地质灾害动态监测预警、常规治安监测等方面，提高了公共服务的质量，从技术层面提高了公共服务的安全系数，为高效率、高质量的公共管理提供了新的途径。
3 三维激光扫描测量技术现存问题
3.1 售价偏高
由于该技术还处于初步发展阶段，因此三维激光扫描技术处于垄断的阶段，行业定价权掌握在少数研发单位，因此三维激光扫描仪价格普遍偏高，大多在百万左右，使得其虽然具有诸多优势，但是难以大量的占领中低端市场。
3.2 精度校正困难，缺乏数据处理标准
三维激光扫描技术的精度远高于传统测量仪器， 但是在使用过程中需要进行初始偏差的校正，该技术的校正方式过于复杂，因此不适用于测量对象频繁更换的领域。
三维激光测量扫描仪的数据获取迅速，后期处理简易，但是其数据处理主要依靠厂家自带软件，由于三维激光扫描仪的市场还未进行规范化和标准化管理，因此各厂家的数据处理软件所分析的结果标准不统一，不同厂家仪器之间的互通性不足。
3.3 测距、精度的不匹配
激光的特性决定了该测量方式在测量精度和测量距离方面必定存在着不可回避的矛盾，长距离的测量必定会降低测量精度，而高精度的测量也限定于中、短距离的三维激光扫描测量。
4 三维激光扫描测量技术发展趋势
为了降低三维激光扫描技术的仪器价格，应加强三维激光扫描技术的自主产权，通过自身的技术力量发展来降低国内三维激光扫描测量仪器价格，拉动国内激光测量市场发展。规范三维激光扫描测量仪器的数据处理软件格式，通过制定相关的行业规范来统一数据标准，从而实现不同仪器间的数据交流与共享，拓宽行业内部的技术交流渠道，制定统一的交流平台。
三维激光扫描仪与摄像机的集成化，在扫描的同时获得物体影像，提高云数据和影像的匹配精度。与传统测量手段相结合，从而克服精度、测距之间的矛盾，实现外业测量中的长距离、高精度测量，将联合测量作为未来大型地面测量的主要研究方向。
在不断提高三维激光测量技术的基础上， 应侧重研究该技术核心下的新型测量方式和数据算法，通过适当的测量操作方式来提高测量初始精度，通过改善数据算法来不断降低数据的计算误差。 未来的三维激光扫描测量技术应注重对被测物的实景还原，从单向的表面测量转向多角度同时测量，实现真正意义的全景三维测量。
结语
三维激光扫描测量技术的广泛应用推动了工程建设行业的发展和进步， 虽然当前三维激光扫描测量技术应用还存在一些缺陷， 但是随着三维激光扫描测量技术研究的不断深入和各类仪器推广工作的不断合理化与规范化， 相信三维激光扫描测量技术的使用范围会进一步获得增长，该技术的精准性也会进一步获得提升。
参考文献
[1]任洪文，刘兆富，韩智尧，王京海，邓国平. 三维激光扫描技术在测绘采空区中的应用[J].黄金科学技术，2013.
[2]刘昌军，叶长锋，赵雨，解家毕.基于激光扫描技术的复杂工程挖填方计算[J].水电能源科学，2011.
关键词：三维激光扫描;测量技术;应用
作为一种空间信息数据获取的新技术手段，三维激光扫描测量技术与传统的以全站仪和GPS等类型为主的点位测量方式相比具有无可比拟的优势。三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”， 是继GPS 空间定位技术后的又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新的发展阶段。三维激光扫描技术的主要特点为适应环境广泛、数据采集时效性强、可以实现动态测量。相比传统点测量方式获取數据后的繁琐计算与数据处理，利用三维激光扫描测量技术获取的测量数据经过简易的处理就能够使用。同时，三维激光扫描测量技术在进行面测量时，并不需要与被测物体产生实际的接触，使得其应用受限条件进一步放宽，如果与传统的点测量技术配合使用，将获得更加理想的空间测量效果。
1 三维激光扫描测量技术概述
1.1 三维激光扫描测量技术原理
当前市面上存在的三维激光扫描仪存在着不同的型号，宣传的主要功能也存在差异性，但是其核心技术还是三维激光扫描，只是在具体点参数设置方面进行了调整，并不存在关键技术的创新。基本运行过程就是通过激光测距仪进行观测，并在高速激光测距仪前端放置反射棱镜组合，在进行测量时由扫描仪主动发射激光，然后利用激光测距仪测量被测物体与激光端口距离;再通过调整棱镜组合来改变激光位置和方向，从而测量出被测物体表面的空间分布规律，最后获得所有扫描点的空间坐标集合，最终完成被测物的表面空间分布合成。
1.2 三维激光扫描测量仪分类
三维激光扫描仪按照扫描平台的不同可以分为：机载（或星载）激光扫描系统、地面型激光扫描系统、便携式激光扫描系统。通常情况下按照有效扫描距离可分为以下几种。
1.2.1 短距离激光扫描仪
其最长扫描距离不超过3m，一般最佳扫描距离为0.6-1.2m，通常这类扫描仪适合用于小型模具的量测，不仅扫描速度快且精度较高，精度可达零点几个毫米。
1.2.2 中距离激光扫描仪
中距离的三维激光扫描仪主要应用领域为室内场所的物体测量， 或是较大规模的静物测量，一般为立体雕像类物体测量，其最长扫描距离不大于30m，因此其应用主要以小型商用为主。
1.2.3 长距离激光扫描仪
扫描距离大于30m 的三维激光扫描仪属于长距离三维激光扫描仪，其主要应用于建筑物、矿山、大坝、站场、大型土木工程等的测量，扫描距离达到100-1000m 左右。
1.2.4 航空激光扫描仪
扫描距离通常大于1000m，并且需要配备精确的导航定位系统，可用于大范围的地形扫描测量，即通常所称的机载Lidar 系统，该系统主要是通过激光雷达来发射脉冲信号至被测物，反射后的信号传递至Lidar 系统，然后根据后台数据分析获得被测物的各项目标数据。该系统使得测量数据的获取和处理更加快捷，因此得以广泛的在形测绘、环境检测、三维城市建模、地球科学、行星科学等多领域广泛应用。
激光测量的距离限制了三维激光扫描仪的测量范围，在实际应用过程中，测量范围关系着该三维激光扫描测量仪的使用环境和测量广度，只有激光测量距离更长，才能够获得更广泛的应用，但是在一些领域，不需要过长的激光测距，因为过长的激光测距容易降低激光测量的精度值，所以高精度测量领域大多选用测距短的三维激光扫描测量仪，这就导致了不同测距的三维激光测量扫描仪的产生。
2 三维激光扫描测量技术主要应用领域
第一，测绘领域是最主要也是最广泛的领域，三维激光扫描测量仪已经成为了野外地质测量勘测的主要设备，广泛的用于桥梁设计测绘、道路施工定位、大型岩土工程项目测量、工程项目动态监测、地下工程施工测量以及高精度贯通测量等重要领域。
第二，在结构测量方面，桥梁改扩建工程、桥梁结构测量、监测、几何尺寸测量、空间位置冲突测量、空间面积、体积测量、三维高保真建模、海上平台、造船厂、电厂、化工厂等大型工业企业内部设备的测量，管道、线路测量、各类机械制造安装。
第三，在考古方面，主要通过三维激光扫描测量仪的高精度、无缝隙测量实现对古建筑的高精度模拟存储、古建筑变形测量、古建筑结构探测和古建筑修复性测量。同时，还能够通过高精度测量对文物进行真伪鉴别， 因此三维激光扫描测量仪是考古技术发展的重要突破。
第四，在公共服务领域，三维激光扫描测量技术也广泛的用于事故现场调查、极端暴力事件调查、地质灾害动态监测预警、常规治安监测等方面，提高了公共服务的质量，从技术层面提高了公共服务的安全系数，为高效率、高质量的公共管理提供了新的途径。
3 三维激光扫描测量技术现存问题
3.1 售价偏高
由于该技术还处于初步发展阶段，因此三维激光扫描技术处于垄断的阶段，行业定价权掌握在少数研发单位，因此三维激光扫描仪价格普遍偏高，大多在百万左右，使得其虽然具有诸多优势，但是难以大量的占领中低端市场。
3.2 精度校正困难，缺乏数据处理标准
三维激光扫描技术的精度远高于传统测量仪器， 但是在使用过程中需要进行初始偏差的校正，该技术的校正方式过于复杂，因此不适用于测量对象频繁更换的领域。
三维激光测量扫描仪的数据获取迅速，后期处理简易，但是其数据处理主要依靠厂家自带软件，由于三维激光扫描仪的市场还未进行规范化和标准化管理，因此各厂家的数据处理软件所分析的结果标准不统一，不同厂家仪器之间的互通性不足。
3.3 测距、精度的不匹配
激光的特性决定了该测量方式在测量精度和测量距离方面必定存在着不可回避的矛盾，长距离的测量必定会降低测量精度，而高精度的测量也限定于中、短距离的三维激光扫描测量。
4 三维激光扫描测量技术发展趋势
为了降低三维激光扫描技术的仪器价格，应加强三维激光扫描技术的自主产权，通过自身的技术力量发展来降低国内三维激光扫描测量仪器价格，拉动国内激光测量市场发展。规范三维激光扫描测量仪器的数据处理软件格式，通过制定相关的行业规范来统一数据标准，从而实现不同仪器间的数据交流与共享，拓宽行业内部的技术交流渠道，制定统一的交流平台。
三维激光扫描仪与摄像机的集成化，在扫描的同时获得物体影像，提高云数据和影像的匹配精度。与传统测量手段相结合，从而克服精度、测距之间的矛盾，实现外业测量中的长距离、高精度测量，将联合测量作为未来大型地面测量的主要研究方向。
在不断提高三维激光测量技术的基础上， 应侧重研究该技术核心下的新型测量方式和数据算法，通过适当的测量操作方式来提高测量初始精度，通过改善数据算法来不断降低数据的计算误差。 未来的三维激光扫描测量技术应注重对被测物的实景还原，从单向的表面测量转向多角度同时测量，实现真正意义的全景三维测量。
结语
三维激光扫描测量技术的广泛应用推动了工程建设行业的发展和进步， 虽然当前三维激光扫描测量技术应用还存在一些缺陷， 但是随着三维激光扫描测量技术研究的不断深入和各类仪器推广工作的不断合理化与规范化， 相信三维激光扫描测量技术的使用范围会进一步获得增长，该技术的精准性也会进一步获得提升。
参考文献
[1]任洪文，刘兆富，韩智尧，王京海，邓国平. 三维激光扫描技术在测绘采空区中的应用[J].黄金科学技术，2013.
[2]刘昌军，叶长锋，赵雨，解家毕.基于激光扫描技术的复杂工程挖填方计算[J].水电能源科学，2011.