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設(shè)備與工具三維激光掃描技術(shù)是測繪領(lǐng)域繼全站儀、GPS技術(shù)后的又一次革命產(chǎn)品，被稱為“實景復(fù)制”或 “逆向工程”技術(shù)。近景攝影測量是其部分領(lǐng)域的競爭產(chǎn)品。三維激光掃描技術(shù)始于 1995 年，目前是朝陽行業(yè)。在國內(nèi)，正在出臺相關(guān)的規(guī)范和標準。該技術(shù)能夠真實描述掃描對象的整體結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征，快速準確地生成三維數(shù)據(jù)模型，防止基于點數(shù)據(jù)的分析方法導(dǎo)致的片面性，應(yīng)用方面大大提高了工作效率，填補了部分行業(yè)空白。
國內(nèi)外該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于變形監(jiān)測、工程測量、地形測量、斷面和體積量測等領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的三維激光技術(shù)與應(yīng)用有許多弊端：
傳統(tǒng)三維建模方式從數(shù)據(jù)采集到成圖周期太長，如航測;
傳統(tǒng)街景方式為二維，清晰度低，不夠逼真;
傳統(tǒng)城市部件采集方式效率低。
因此，現(xiàn)代三維激光技術(shù)基本上都是基于地面或機載某種單一方式，或?qū)煞N方式結(jié)合在一起的應(yīng)用。傳統(tǒng)方式采用單一方式的激光掃描，但不可避免地會有漏洞，一般都是采用軟件內(nèi)插點云的方式填補空洞。采用空地一體掃描技術(shù)，可以將傳統(tǒng)的被動測量、間接測量有效轉(zhuǎn)化為主動測量、直接測，可以選擇性地使用地面三維掃描儀補充特殊地區(qū)真實點云，達到更加精確的結(jié)果。因此探索空地一體掃描技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用方法與理論，將具有一定的現(xiàn)實意義，如圖1所示。
圖1 空地一體掃描技術(shù)
01 空地一體掃描技術(shù)簡介
三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展并日漸成熟，三維掃描儀的巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，無需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)，如此則可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現(xiàn)。因此，其已成為當前研究的熱點之一，并在文物數(shù)字化護、土木工程、工業(yè)測量、自然災(zāi)害調(diào)查、數(shù)字城市地形可視化、城鄉(xiāng)規(guī)劃等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。測量技術(shù)的快速發(fā)展，各種先進的測量裝備及儀器也隨之投入到信息化測繪作業(yè)中，信息化測繪作業(yè)也越來越向空地一體化發(fā)展。空地一體掃描技術(shù)可以定義為： 采用機載激光輔以地面三維激光等多種掃描技術(shù)，快速采集物體表面真實可靠的三維數(shù)據(jù)的技術(shù)，其流程如圖 2 所示。
圖2 空地一體掃描技術(shù)整體流程
1.1 硬件集成： 核心技術(shù)
空地一體掃描的核心技術(shù)包括： 位置姿態(tài)（ positioandorientation system，POS）positioandorientation system，POS） 、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（ inertial navigation system，INS） 、捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（ strapdown inertial navigation system，SINS） 、慣性測器件（ inertialmeasurement unit，IMU） 、激光建模測（lasermodeling instrument，LMI） 。
POS 的本質(zhì)是 SINS GPS 構(gòu)成的組合系統(tǒng)。SINS 可實時連續(xù)地測量載體的位置、速度和姿態(tài)等全部運動參數(shù)，但是其誤差隨時間累積。GPS 可以提供載體的高精度位置和速度，但是 GPS 信號易受到遮擋、干擾等因素影響，且數(shù)據(jù)更新率低，因此將SINS 和 GPS 相組合，可以綜合二者的優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，是一種較為理想的位置姿態(tài)測量系統(tǒng)，如圖3所示。
圖3 SINS 與 GPS 相結(jié)合
1.2 時間同步數(shù)： 數(shù)據(jù)采集頻率內(nèi)插
由于數(shù)據(jù)采集頻率不同，在對數(shù)據(jù)融合時，需要以時間為標志，對數(shù)據(jù)進行內(nèi)插處理和數(shù)據(jù)匹配，結(jié)合傳感器檢定信息，分別求得每一掃描及拍照時刻傳感器的運動位置與姿態(tài)參數(shù)。
1.3 激光技術(shù)指標計算
基于激 光 技 術(shù) 指 標 的 假 設(shè) 前 提： 假 定 轉(zhuǎn) 速50 圈，即每秒激光掃描儀掃描頻率可達 50 條線，相當于 100 k /50-2 k 個點在 360°的空間均勻分布，此時角分辨率 = 2 × 3. 14 /2000.約為 3 mrad，在時 速50 km / h，在 100 m 外的數(shù)據(jù)點縱向和橫向的間距僅為 0.3 m 左右，如圖 4 所示。車行方向激光點間距計算： 車 速 50 km / h =13 m / s（ 13 /50 = 0.26 m） 。掃描方向點距計算： 圓弧長 = 半徑×弧度; 100×3 /1000 = 0.3 m。100 m 外半徑為： 0.3/1000×100= 0.03 m，即3 cm，如圖4所示。
圖 4 激光建模測量設(shè)備
02 空地一體掃描技術(shù)特點
2.1 空地一體，多方位獲取高精度點云數(shù)據(jù)
輕型無人機機載雷達搭配地面三維激光掃描儀，可快速多角度獲取高精度點云數(shù)據(jù)，具有傳統(tǒng)測量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢。
2.2 非接觸式數(shù)據(jù)獲取，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)
三維激光掃描技術(shù)采用非接觸掃描目標的方式進行測量，無需反射棱鏡，對掃描目標物體不需進行任何表面處理，直接采集物體表面的三維數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)完全真實可靠?？梢越鉀Q危險目標、環(huán)境（ 或柔性目標） 及人員難以企及的情況，具有傳統(tǒng)測量方式難以完成的技術(shù)優(yōu)勢。
2.3 主動發(fā)射掃描光源（ 激光） ，不受掃描環(huán)境時間和空間的約束
三維激光掃描技術(shù)采用主動發(fā)射掃描光源（ 激光） ，通過探測自身發(fā)射的激光回波信號獲取目標物體的數(shù)據(jù)信息，因此在掃描過程中，可以實現(xiàn)不受掃描環(huán)境時間和空間的約束。
2.4 快速、高精度獲取海量點云數(shù)據(jù)
三維激光掃描技術(shù)可以快速、高精度獲取海量點云數(shù)據(jù)，可以對掃描目標進行高密度的三維數(shù)據(jù)采集，從而達到高分辨率的目的，可準確反映出地物信息。
2.5 可與 GPS 系統(tǒng)配合使用
這些功能大大擴展了三維激光掃描技術(shù)的使用范圍，對信息的獲取更加全面、準確。內(nèi)置數(shù)碼攝相機的使用，增強了彩色信息的采集，使掃描獲取的目標信息更加全面。GPS 定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣泛，與工程測量的結(jié)合更加緊密，近一步提高了測量數(shù)據(jù)的準確性。
03 該技術(shù)在某地形測繪中的應(yīng)用
3.1 實例應(yīng)用
如圖 5 所示，該項目位于廣州番禺區(qū)，測區(qū)總面積約 18 km2.總建筑面積約 1.5 km2 ; 項目成果要求為 1 ： 500 地形地籍圖; 房屋依河涌而建，整體比較分散; 但房屋間距較小，小范圍內(nèi)房屋密集，且房屋周圍樹木茂密。無人機航測手段由于房屋密集幾乎看不到地面，傳統(tǒng)測繪手段由于信號遮擋，通視不便，獲取目標地物真實數(shù)據(jù)也異常困難，且傳統(tǒng)手段耗費人力物力較大，18 km2 幾乎要做 6 個月。測繪精度要求本次不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查中地籍測量精度按照國家及省相關(guān)標準執(zhí)行，農(nóng)村房屋測量面積量算精度要求為三級，見表1.
圖 5 項目范圍線
2025-09-12 11:30
2025-09-11 10:41
2025-09-09 10:52
2025-09-04 21:58
2025-08-28 11:13
2025-08-27 14:14
2025-08-26 13:50
2025-08-23 20:37
2025-08-22 10:33
2025-08-18 14:20
