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【摘要】 根据各行业的技术需求，特别是建筑业物体或建筑物的变形监测，结合现代激光科技的发展，提出了利用激光扫描技术进行物体或建筑物数据的获取思路、精度研究和数据处理、分析等，经实践研究，预见了激光扫描技术在今后的应用前景。
【关键词】 激光扫描；物体；变形监测
引言
激光扫描技术是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲，经过反光镜的旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标信号接收器接收来自目标物体所反射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器经过的时间来获得被扫描物体到扫描中心的距离，同时用扫描控制模块来控制和测量每个激光脉冲的水平扫描角和竖向扫描角，然后处理软件算出被测多点的相对三维坐标即云点[1]，进而转换为绝对坐标系中的三维空间位置坐标和三维模型。
一、对建筑物进行变形监测的原因
建筑物的建址是比较复杂的，其变形原因不是单一的，通常都是由于综合多种因素造成的。（1）资料欠缺。没有实际的工程地的水文地质资料，仅仅只是参考相邻场地的地质情况来推测数据。并且为了节约时间和资金没有钻足够的钻孔，或钻的深度不够，对复杂地层的变化没有切实的掌握；（2）建筑物自身的原因。随着时间的推移，建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载等的变化引起建筑物的基础变形。（3）基础施工达不到设计的要求和规范，存在着客观误差。施工验槽（坑）时没有进行土体原位试验，只是凭着经验来判断，使建筑物未落在设计的持力层上。灌注桩的桩基清理的不彻底，施工不规范都会影响建筑物的变形监测。（4）众多其他因素。例如建筑物周围的施工影响、周围物体的扰动等等。
二、建筑物变形监测的分析
在一般情况下，在一段时间内测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下所产生的变形量及其数据的分析和处理的工作内容包括沉降、位移、倾斜、风振、挠曲等变形监测项目。这样做的目的是监视建筑物在施工过程中和竣工以后，投入使用中的安全情况。并验证地质勘查资料和设计数据的可靠程度，以及研究建筑物变形的原因和规律，从而改进设计理论和实践方法。
现针对激光扫描建筑物变形监测进行研究。
（1）激光扫描的特性
①穿透性。激光是具有一定的穿透性，可以穿透不算太浓密的植被等从而到达目标实体的表面来瞬间获取目标实体的表面存在的大量点云信息，这些点云信息能够描述目标表面的不同层面的几何信息。②实时性和动态主动性。地面的激光扫描系统是通过发射激光信号，经过反射棱镜发射和接收发射回来的激光信号来获取目标实体的信息，这样可以不受外部光照、气压等自然条件的限制，从而达到全天进行实时监测的目的。③密度大、精度高。激光扫描测量技术可以快速的获取大面积的目标空间信息，通过对目标的直接扫描来描述目标实体的特征，使用濃密的格网和点阵来获取目标信息，采样点之间的间距是很小的。④数据采样快。可以迅速准确的获取大面积目标实体的空间信息。应用激光扫描测量技术进行目标实体空间三维信息的获取速度很快并且贴合实际情况，可以实时的测定实体表面的三维信息，进而应用到建筑物变形监测中。⑤激光扫描的非接触性。激光扫描系统是通过发射脉冲信号和接收被测物体反射回来的脉冲信号对目标表面的形态信息进行获取和测量的。因此在这过程中是不需要人为的接触被测量的物体，使得这项技术可以广泛的应用与危险领域以及测绘人员不可达到的位置进行测量。
（2）激光扫描在监测过程中存在的误差
在使用激光扫描技术对建筑物进行变形监测时，是会出现一定的系统误差和偶然误差。系统误差是激光扫描技术在应用过程中不可避免的，这是由于机器在使用过程中受使用条件的约束而导致的误差，然而偶然误差则是测量人员在使用激光扫描技术中所产生的误差。这些误差一般包括是有仪器产生的系统误差、建筑物产生的测量误差及自然环境产生的测量误差等等，下面就让我们实际看一下激光扫描技术在应用过程中产生各种误差的因素是什么[2]。
①建筑物的自身特性造成的测量误差
在对建筑物进行激光扫描时，建筑物的自身是存在着一些特性，例如建筑物表面的光滑程度以及建筑物在施工过程中所产生的倾斜程度等特性，都会影响到激光扫描仪测量数据的准确性。当建筑物与扫描光束之间的夹角比较小时，在仪器中显示出来的数据就会失真，如果建筑物表面比较粗糙时，三维激光扫描仪发出的扫描光束将会发生漫反射，导致反映在三维激光扫描仪上数据与事实不符。
②仪器产生的系统误差的因素
激光扫描仪在使用的过程中，扫描仪在使用时内部的各个零件间出现的测距和测角的误差即为仪器使用中产生的系统误差。
测距误差主要是因为激光在测距的过程中会带来不可避免的误差，尤其是在对激光脉冲回波信号进行分析处理的过程中，由于中激光扫描仪中脉冲计时存在误差以及测距技术本身存在的缺陷而产生的误差。
测角出现误差主要是因为激光扫描仪在使用的过程中，扫描的角度对测量数据产生影响。激光扫描技术在对建筑物进行扫描时，扫描镜镜面发生微小的变动以及镜面平面角出现误差以及扫描电机的不规则运动都会导致测量数据失真。
③自然环境导致的监测误差
我们的环境不仅影响我们的健康，同时还影响着我们对建筑物进行测量。影响测量数据的自然因素主要有温度、压强及空气的质量。简单来说，每个物体都是具有热胀冷缩的特性，所以在使激光扫描仪的过程中，如果温度过高或过低都将会造成激光扫描仪测量数据的失真，另外在仪器使用的过程中，随着周围的压强发生改变，进而会产生风，那么风力将会对反射光束造成影响，从而影响测量数据。如果空气质量很差，那么将会腐蚀激光扫描仪器，导致不能测量出准确的数据。
三、进行激光扫描建筑物变形监测的方法研究
（1）设立监测站 针对建筑物的实际结构特点以及所在地的环境，来设立一个符合实际的监测站。为了减少工作量，在保证单独每个监测站之间有点云的重叠，还需要在全部监测站扫描能够涵盖目标实体的同时，选择尽可能的少设立监测站，并将扫描仪器架设在已经得知的控制点上。
（2）粘贴反射标靶
在被监测的建筑物的周身粘贴上合适的反射标靶，通过三个或三个以上的标靶中心来确定平面作为横截面的提取基准面。这个标靶也是在业内数据处理过程中的点云配准的重要信息。
（3）采集监测数据
根据仪器的精度和环境的要求，选择合适的激光扫描仪来对建筑物进行变形扫描采集数据。为了减少业内的工作量，提高精确度，在前后几次的扫描过程中，可以选择相同的监测站，并将扫描仪器架设在相同的控制点上。
（4）监测精度的确认
首先，为了避免激光在测距的过程中带来测距的系统误差，尤其是激光扫描仪器中脉冲的计时会存在一些误差，决定分别在前后期的扫描过程中，先采用相同的激光脉冲发射器，再采用不同的激光脉冲发射器，这样可以提高测量的精度。其次，为了避免激光在测角的过程中带来测角的系统误差，激光扫描技术在对建筑物扫描时，分别在前后，先采用不同的扫描镜面和相同的扫描电机，再采用相同扫描镜面和不同的扫描电机，这样可以防止测量的数据出现失真的情况。
（5）测量数据的处理
在经过点云的剪裁、去噪等各项处理之后，匹配连接之后，以合適的间距和厚度对扫描的监测数据进行截面处理并提取切片点云，对切片点云进行重心拟合，从而得到该横截面的点云中心坐标[3]。
（6）变形监测结果分析
将前后两期的扫描所得出的中轴线节点坐标进行对比，提取建筑物的变形信息，与此同时，为进行对比验证的准确性，可以拟合得到两期扫描中的标靶中心确定的基准面的中心坐标，以此来将两期的坐标进行比较分析。
结语
综上可了解，不同于常规变形监测中离散点的探测，基于激光扫描点云的变形监测，一般都是面的探测。在变形数据信息的提取时，一般采用的法向量变形提取、曲面拟合变形提取等方法，在建筑物的变形监测应用中存在工作量大、数据处理复杂等不足之处。
然而采用激光扫描仪可以快速的获取被测目标实体的变形监测数据，变形监测人员的劳动强度也随之大大的减轻，工作的效率越来越高，监测的结果令人十分满意。随着激光技术的快速发展，激光扫描仪器快速、准确等特点一定可以在建筑物变形监测领域内获得广阔的发展空间。
参考文献：
[1]刘春，杨伟.三维激光扫描对构筑物的采集和空间建模[J].工程勘察，2006，（4）：49-53.
[2]孙树芳，方源敏.三维激光扫描技术的数据处理及误差分析[J].科技创新导报，2008，（30）：1-2.
[3]吴侃，黄承亮，陈冉丽.三维激光扫描技术在建筑物变形监测的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011，30（2）：205-208.
【关键词】 激光扫描；物体；变形监测
引言
激光扫描技术是通过内部的激光脉冲发射器向目标物发射激光脉冲，经过反光镜的旋转，发射出的激光脉冲扫过被测目标信号接收器接收来自目标物体所反射回来的激光脉冲，通过每个激光脉冲从发出到被测物表面返回仪器经过的时间来获得被扫描物体到扫描中心的距离，同时用扫描控制模块来控制和测量每个激光脉冲的水平扫描角和竖向扫描角，然后处理软件算出被测多点的相对三维坐标即云点[1]，进而转换为绝对坐标系中的三维空间位置坐标和三维模型。
一、对建筑物进行变形监测的原因
建筑物的建址是比较复杂的，其变形原因不是单一的，通常都是由于综合多种因素造成的。（1）资料欠缺。没有实际的工程地的水文地质资料，仅仅只是参考相邻场地的地质情况来推测数据。并且为了节约时间和资金没有钻足够的钻孔，或钻的深度不够，对复杂地层的变化没有切实的掌握；（2）建筑物自身的原因。随着时间的推移，建筑物自身的荷载大小、结构类型、高度及其动荷载等的变化引起建筑物的基础变形。（3）基础施工达不到设计的要求和规范，存在着客观误差。施工验槽（坑）时没有进行土体原位试验，只是凭着经验来判断，使建筑物未落在设计的持力层上。灌注桩的桩基清理的不彻底，施工不规范都会影响建筑物的变形监测。（4）众多其他因素。例如建筑物周围的施工影响、周围物体的扰动等等。
二、建筑物变形监测的分析
在一般情况下，在一段时间内测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下所产生的变形量及其数据的分析和处理的工作内容包括沉降、位移、倾斜、风振、挠曲等变形监测项目。这样做的目的是监视建筑物在施工过程中和竣工以后，投入使用中的安全情况。并验证地质勘查资料和设计数据的可靠程度，以及研究建筑物变形的原因和规律，从而改进设计理论和实践方法。
现针对激光扫描建筑物变形监测进行研究。
（1）激光扫描的特性
①穿透性。激光是具有一定的穿透性，可以穿透不算太浓密的植被等从而到达目标实体的表面来瞬间获取目标实体的表面存在的大量点云信息，这些点云信息能够描述目标表面的不同层面的几何信息。②实时性和动态主动性。地面的激光扫描系统是通过发射激光信号，经过反射棱镜发射和接收发射回来的激光信号来获取目标实体的信息，这样可以不受外部光照、气压等自然条件的限制，从而达到全天进行实时监测的目的。③密度大、精度高。激光扫描测量技术可以快速的获取大面积的目标空间信息，通过对目标的直接扫描来描述目标实体的特征，使用濃密的格网和点阵来获取目标信息，采样点之间的间距是很小的。④数据采样快。可以迅速准确的获取大面积目标实体的空间信息。应用激光扫描测量技术进行目标实体空间三维信息的获取速度很快并且贴合实际情况，可以实时的测定实体表面的三维信息，进而应用到建筑物变形监测中。⑤激光扫描的非接触性。激光扫描系统是通过发射脉冲信号和接收被测物体反射回来的脉冲信号对目标表面的形态信息进行获取和测量的。因此在这过程中是不需要人为的接触被测量的物体，使得这项技术可以广泛的应用与危险领域以及测绘人员不可达到的位置进行测量。
（2）激光扫描在监测过程中存在的误差
在使用激光扫描技术对建筑物进行变形监测时，是会出现一定的系统误差和偶然误差。系统误差是激光扫描技术在应用过程中不可避免的，这是由于机器在使用过程中受使用条件的约束而导致的误差，然而偶然误差则是测量人员在使用激光扫描技术中所产生的误差。这些误差一般包括是有仪器产生的系统误差、建筑物产生的测量误差及自然环境产生的测量误差等等，下面就让我们实际看一下激光扫描技术在应用过程中产生各种误差的因素是什么[2]。
①建筑物的自身特性造成的测量误差
在对建筑物进行激光扫描时，建筑物的自身是存在着一些特性，例如建筑物表面的光滑程度以及建筑物在施工过程中所产生的倾斜程度等特性，都会影响到激光扫描仪测量数据的准确性。当建筑物与扫描光束之间的夹角比较小时，在仪器中显示出来的数据就会失真，如果建筑物表面比较粗糙时，三维激光扫描仪发出的扫描光束将会发生漫反射，导致反映在三维激光扫描仪上数据与事实不符。
②仪器产生的系统误差的因素
激光扫描仪在使用的过程中，扫描仪在使用时内部的各个零件间出现的测距和测角的误差即为仪器使用中产生的系统误差。
测距误差主要是因为激光在测距的过程中会带来不可避免的误差，尤其是在对激光脉冲回波信号进行分析处理的过程中，由于中激光扫描仪中脉冲计时存在误差以及测距技术本身存在的缺陷而产生的误差。
测角出现误差主要是因为激光扫描仪在使用的过程中，扫描的角度对测量数据产生影响。激光扫描技术在对建筑物进行扫描时，扫描镜镜面发生微小的变动以及镜面平面角出现误差以及扫描电机的不规则运动都会导致测量数据失真。
③自然环境导致的监测误差
我们的环境不仅影响我们的健康，同时还影响着我们对建筑物进行测量。影响测量数据的自然因素主要有温度、压强及空气的质量。简单来说，每个物体都是具有热胀冷缩的特性，所以在使激光扫描仪的过程中，如果温度过高或过低都将会造成激光扫描仪测量数据的失真，另外在仪器使用的过程中，随着周围的压强发生改变，进而会产生风，那么风力将会对反射光束造成影响，从而影响测量数据。如果空气质量很差，那么将会腐蚀激光扫描仪器，导致不能测量出准确的数据。
三、进行激光扫描建筑物变形监测的方法研究
（1）设立监测站 针对建筑物的实际结构特点以及所在地的环境，来设立一个符合实际的监测站。为了减少工作量，在保证单独每个监测站之间有点云的重叠，还需要在全部监测站扫描能够涵盖目标实体的同时，选择尽可能的少设立监测站，并将扫描仪器架设在已经得知的控制点上。
（2）粘贴反射标靶
在被监测的建筑物的周身粘贴上合适的反射标靶，通过三个或三个以上的标靶中心来确定平面作为横截面的提取基准面。这个标靶也是在业内数据处理过程中的点云配准的重要信息。
（3）采集监测数据
根据仪器的精度和环境的要求，选择合适的激光扫描仪来对建筑物进行变形扫描采集数据。为了减少业内的工作量，提高精确度，在前后几次的扫描过程中，可以选择相同的监测站，并将扫描仪器架设在相同的控制点上。
（4）监测精度的确认
首先，为了避免激光在测距的过程中带来测距的系统误差，尤其是激光扫描仪器中脉冲的计时会存在一些误差，决定分别在前后期的扫描过程中，先采用相同的激光脉冲发射器，再采用不同的激光脉冲发射器，这样可以提高测量的精度。其次，为了避免激光在测角的过程中带来测角的系统误差，激光扫描技术在对建筑物扫描时，分别在前后，先采用不同的扫描镜面和相同的扫描电机，再采用相同扫描镜面和不同的扫描电机，这样可以防止测量的数据出现失真的情况。
（5）测量数据的处理
在经过点云的剪裁、去噪等各项处理之后，匹配连接之后，以合適的间距和厚度对扫描的监测数据进行截面处理并提取切片点云，对切片点云进行重心拟合，从而得到该横截面的点云中心坐标[3]。
（6）变形监测结果分析
将前后两期的扫描所得出的中轴线节点坐标进行对比，提取建筑物的变形信息，与此同时，为进行对比验证的准确性，可以拟合得到两期扫描中的标靶中心确定的基准面的中心坐标，以此来将两期的坐标进行比较分析。
结语
综上可了解，不同于常规变形监测中离散点的探测，基于激光扫描点云的变形监测，一般都是面的探测。在变形数据信息的提取时，一般采用的法向量变形提取、曲面拟合变形提取等方法，在建筑物的变形监测应用中存在工作量大、数据处理复杂等不足之处。
然而采用激光扫描仪可以快速的获取被测目标实体的变形监测数据，变形监测人员的劳动强度也随之大大的减轻，工作的效率越来越高，监测的结果令人十分满意。随着激光技术的快速发展，激光扫描仪器快速、准确等特点一定可以在建筑物变形监测领域内获得广阔的发展空间。
参考文献：
[1]刘春，杨伟.三维激光扫描对构筑物的采集和空间建模[J].工程勘察，2006，（4）：49-53.
[2]孙树芳，方源敏.三维激光扫描技术的数据处理及误差分析[J].科技创新导报，2008，（30）：1-2.
[3]吴侃，黄承亮，陈冉丽.三维激光扫描技术在建筑物变形监测的应用[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2011，30（2）：205-208.