RIEGL VZ-1000掃描儀測量不同反射面精度研究

李凱，黃承亮，張均

(重慶市勘測院，重慶 400020)

RIEGL VZ-1000掃描儀測量不同反射面精度研究

李凱?，黃承亮，張均

(重慶市勘測院，重慶 400020)

對RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀掃描不同反射面的測量精度進行了研究，介紹了RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀特性，采用了掃描儀與全站儀同時測量墻面并擬合平面的試驗方法，分析了水泥、瓷磚和保溫復合材料墻面的試驗數據，最終得出了RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀對不同反射面的測量精度。

RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀；反射面；精度

1 引 言

三維激光掃描技術是一種先進的全自動高精度立體掃描技術，又稱為“實景復制技術”。與單純的測繪技術不同，它主要面向高精度逆向工程的三維建模與重構。三維激光掃描數據能夠在計算機中精細地描述三維模型實體的表面特征。目前，三維激光掃描技術的測量能力、自動化程度、人工作業的勞動強度、測量的速度、數據處理的效力均明顯地高于其他的測量技術。在工業、計算機視覺、醫學等領域中，三維激光掃描技術已經得到了廣泛的應用。

在國內，三維激光掃描技術在建筑物三維建模中的應用比較廣泛。當前在建筑物修建時，其采用的表面材料各不相同，三維激光掃描儀發射的激光對不同材料的反射率也不一樣，因此獲得的點云數據精度不同，由于掃描點云數據精度直接決定建筑物三維建模的精度，因此為了全面了解激光掃描儀對不同材料表面的測量精度，本文選擇了水泥、瓷磚、保溫隔熱復合板、玻璃4種具有代表性的建筑物表面材料進行試驗。并通過實驗得到三維激光掃描儀對不同材料反射面建筑物的測量精度。技術和實時全波數字化處理和分析技術，每秒可發射高達300 000點的纖細激光束，提供高達0.000 5° (1.8″)的角分辨率。除此以外，基于RIEGL獨特的多棱鏡快速旋轉掃描技術，它能夠產生完全線性、均勻分布、單一方向、完全平行的掃描激光點云線。VZ-1000定位精度為±5 mm/100 m，測距精度為2 mm/50 m，掃描視場角為360×100。并且該儀器外置了獨立的1 200萬像素單反相機，并可以對相機進行升級，獲得更高像素的照片。

圖1 RIEGL VZ-1000

2 儀器介紹

目前市場上的三維激光掃描儀主要是徠卡、天寶和RIEGL三個公司的產品，每個公司的三維激光掃描儀都有各自的特點和應用范圍。本文根據研究要求及儀器性能選擇RIEGL VZ-1000(以下簡稱VZ-1000)三維激光掃描儀作為試驗儀器。

圖1所示掃描儀為本次試驗使用的VZ-1000三維激光掃描儀，其擁有RIEGL獨一無二的全波形回波

3 實驗方案

通過測試發現，水泥、瓷磚、保溫隔熱復合板可以較好地反射激光信號，而玻璃對激光的反射信號較差。因此本文主要針對水泥墻面、瓷磚墻面和保溫隔熱復合板墻面進行掃描。為了獲得較好的掃描效果，在墻面選擇時盡量選擇表面光滑、平整的立面進行試驗。

掃描時，在距離墻面100 m左右的位置布設基準點，采用VZ-1000掃描儀對墻面進行4次掃描，再采用TCA2003全站儀(0.5″，1+1PPm)對相應墻面上的特征點進行測量，然后通過坐標轉化，把兩種儀器的測量數據合并到同一坐標系下，對掃描儀采集的點云數據進行平面擬合，獲得擬合平面，并對不同材質的擬合平面進行分析，得出三維激光掃描儀對不同材質建筑物表面的掃描精度。墻面與特征點的相互關系如圖2所示。

圖2 不同材質墻面與特征點的位置示意圖

4 數據處理與分析

4.1 水泥墻面掃描的數據處理與分析

對水泥墻面掃描的4次點云數據進行平面擬合，得到每次掃描點云的平面模型，如圖3所示，每種顏色代表一個擬合平面。把全站儀測量的8個特征點與擬合平面進行坐標配準，把特征點的坐標轉換到擬合平面所在的坐標系統，通過配準使兩者在同一坐標系下，得到兩者之間的相互關系，如圖4所示，并計算特征點到各擬合平面的垂直距離，如表1所示。

圖3 四次掃描擬合平面示意圖

圖4 特征點與擬合平面位置關系示意圖

水泥墻面數據處理結果 表1

從表1可以看出，各擬合平面與特征點平均距離約為3 mm～4 mm，說明每次掃描數據之間的誤差約在1 mm以內，同時可以得出激光掃描儀對水泥材質墻面掃描誤差約為3.8 mm。

4.2 瓷磚墻面掃描的數據處理與分析

對瓷磚墻面進行4次掃描，掃描得到的點云數據如圖5所示。對每次掃描的點云數據進行平面擬合，得到每次掃描點云的平面模型。把全站儀測量的3個特征點與擬合平面進行坐標配準，得到兩者之間的相互關系，并計算特征點到各擬合平面的距離，如表2所示。

圖5 特征點與瓷磚墻面位置關系示意圖

瓷磚墻面數據處理結果 表2

從表2可以看出，各擬合平面與特征點平均距離約為1 mm左右，說明每次掃描數據之間的誤差約在0.5 mm以內，同時可以得出激光掃描儀對瓷磚材質墻面掃描誤差約為1.1 mm。

4.3 保溫隔熱復合板墻面掃描的數據處理與分析

對保溫隔熱復合板墻面進行4次掃描，掃描得到點云數據如圖6所示。對每次掃描的點云數據進行平面擬合，得到每次點云的平面模型。把全站儀測量的3個特征點與擬合平面進行坐標配準，得到兩者之間的相互關系，并計算特征點到各擬合平面的距離，如表3所示。

圖6 特征點與保溫隔熱復合板墻面位置關系示意圖

保溫隔熱復合板墻面數據處理結果 表3

從表3可以看出，各擬合平面與特征點平均距離約為2 mm左右，說明每次掃描數據之間的誤差約在0.3 mm以內，同時可以得出三維激光掃描儀對保溫隔熱復合板材質墻面掃描誤差約為2.2 mm。

綜上所述，VZ-1000三維激光掃描儀對水泥、瓷磚、保溫隔熱復合板材質的墻面掃描誤差均在4 mm以內，其中掃描瓷磚材質墻面的誤差能達到1 mm，掃描保溫隔熱復合板材質的墻面誤差達到2 mm，對水泥墻面掃描誤差為3.8 mm。同時可以得出，在三種材料中激光對瓷磚的反射率最好，對水泥的反射率較弱。

5 結 語

三維激光掃描技術能夠快速地獲取高密度、高精度的目標空間信息，在三維表面重建和測量方面具有顯著的優勢。本文得出了RIEGL VZ-1000三維激光掃描儀對不同反射面的測量精度。

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The Research of Surveying Different Reflecting Plane Precision Based on RIEGL VZ-1000 Laser Scanner

Li Kai，Huang Chengliang，Zhang Jun
(Chongqing Survey Institute，Chongqing 400020，China)

This paper researches precision of survey different reflecting plane of riegl vz-1000 laser scanner，introduced features for riegl vz-1000 laser scanner，used scanner and total station measuring wall，and fitting planemeth0d，analyzed concretewalls，ceramic tilewall，keep warm internal compositewall experimental data，finally abtained sruveying precision of different reflecting plane of riegl vz-1000 laser scanner.

RIEGL VZ-1000 laser scanner；reflecting plane；precision

1672-8262(2013)04-130-03

P234.4

B

2012—09—30

李凱(1979—)，男，工程師，主要從事GPS、變形觀測和工程測量等工作。