三維激光掃描技術又稱為實景復制技術，利用激光測距原理，通過高速激光掃描測量方法，大面積、高分辨率地獲取被測對象表面的高精度三維坐標數據以及大量空間點位信息，可以快速建立高精度(精度可達毫米級)、高分辨率的物體真實三維模型以及數字地形模型。是測繪領域繼GPS技術之后的又一次技術革命。

相較于傳統二維平面圖紙的抽象表示，三維激光掃描技術，可以直觀反映真實世界的本來面目，應用領域非常廣泛，主要有文物古跡保護、建筑、規劃、土木工程、工廠改造、室內設計、建筑監測、交通事故分析、法律證據收集、災害評估、船舶設計、數字城市、軍事等。

三維激光掃描系統根據其搭載的不同的平臺分為：

（1）固定式激光掃描系統

也稱地面三維激光掃描儀，使用時在地面不同方位設置測站進行掃描。

（2）車載激光掃描系統

以汽車作為平臺，在連續移動過程中連續快速掃描。

（3）機載激光掃描系統

以無人機或有人機作為平臺，在空中對地面進行連續快速掃描。

（4）手持型激光掃描系統

屬于便攜式激光掃描儀，使用簡單、快捷、輕便。

（5）背包式激光掃描系統

采用人工背包式背負作業，能適應復雜路線及環境。

（6） 推車式三維激光掃描系統

三維激光掃描系統通過掃描目標物體，可獲得海量的高精度空間三維點云數據，單點精度可達到毫米級，并且可具有真實色彩信息。獲取的點云模型能充分體現出目標物體的三維特征信息。根據不同的需求，通過對點云數據的分析、處理，可以獲得滿足不同需求的豐富數據，從而在不同領域發揮不可比擬的重要作用。

一、古建文物保護領域

三維激光掃描的測量方式可以發揮其獨特的優勢，能在較短的時間內獲取所測古建筑的三維數據，從而為后期修繕保護、模型存檔等工作提供準確的數據支撐。

根據掃描獲取的點云數據，生成古建正射影像

根據正射影像可繪制古建平面、立面及剖面圖等傳統施工圖紙

根據三維點云模型可輔助建模，細節更加豐富，模型更加真實準確，方便后續對古建的修復、維護及展示等工作。

二、工程領域

1.地形測量

三維激光掃描技術在測繪領域，其最基本的應用之一就是地形圖繪制。基于掃描的精細點云可直接生成三維地形模型，自動提取等高線，同時可獲取三維及二維數據資料。與傳統測繪手段相比，三維激光掃描具有：效率高、細節豐富、成果形式多樣。一次測量，地物、地形同時獲得。

3D數字高程

三維地表模型

2.規劃、設計

項目規劃設計階段，首要工作是獲得項目及周邊的環境信息，環境信息越充分，規劃設計工作越得心應手。采用三維激光掃描技術對項目目標環境進行掃描，取得的高精度三維模型，不僅直觀、真實，而且包含有項目目標的全部空間信息，對規劃設計工作可以起到事半功倍的效果。

在取得的三維空間信息的基礎上，可以進一步進行日照分析、管道分析等。

3.老舊建筑的維護、修復、測量

對于老舊建筑，采用三維掃描技術可以逆向繪制CAD圖紙，輔助進行設計、施工、測量等工作。

三維激光掃描點云模型可以獲得現狀建筑的全面數據。

根據點云模型返畫CAD圖可獲得高精度的設計圖紙。

4.工程測量

由于具有高精度、掃描數據全面的特點，三維激光掃描技術可代替傳統的工程測量，并在某些方面解決傳統手段解決不了的難題，發揮獨特的作用。

(1) 監理測量

三維激光掃描是真實場景的復制，資料具有客觀可靠性，為監理隱蔽工程、重點部位工程質量提供有效依據，為避免日后的糾紛提供了客觀依據。

(2) 竣工測量

竣工測量要求對實際施工完成的建筑物進行測量，基于對實景掃描及高精度的特點，三維激光掃描技術在對異形建筑測量等方面，可以發揮獨特的優勢。

(3) 隧道測量

通過三維激光掃描儀進行測量，獲取隧道表面海量數據點，可生成真實隧道模型，無論是超欠挖分析還是收斂變形分析，結果都更加精準。

數據全面，海量點云，還原隧道真實形態，細節也清晰可辨，數據可隨意查看。

結果精準，可達毫米級的測量精度，準確反映隧道變化情況。

收斂變形分析：基于多期數據，可進行隧道收斂變形分析。

超欠挖分析：通過點云模型與設計模型進行對比，可自動生成超欠挖報告，得到各段超欠挖體積分析，同時也可在任意斷面處查看形態對比。

5.變形監測

由于三維激光掃描技術具有高精度的特點，在一定的條件控制下，精度可達到1毫米以內，三維激光掃描技術可以用來對變形進行監測。主要應用在建筑物變形監測、基坑變形監測、橋梁變形監測、隧道變形監測以及地表形變監測等方面。

建筑物變形監測

基坑變形監測

橋梁變形監測

6.土方和體積測量

采用三維激光掃描儀對現場地形地貌進行掃描，獲得現場高精度三維地形數據，對相關數據進行處理后可以計算出土方工程量或其它相關體積。

根據項目情況，采用地面三維激光掃描儀在不同站點進行掃描。

掃描后，現場原始地貌被真實、直觀、精確記錄。

根據需要可以處理出地形圖、等高線、三維模型等各種數據成果。

現場標高點位數據可現場進行復核。

測量成果可進行存檔，土方體積計算可采用方格網等方式進行復核，方便后續審計、結算。

7.礦山測量

由于礦山地形復雜，采用全站儀和GPS等傳統的測量手段進行高精度測繪工作往往費時費力。特別隨著數字礦山概念的提出，礦山管理對空間三維信息的需求也顯得更加迫切，三維可視化的管理模式已經成為數字礦山的主要內容之一，而目前常規的測量方式所獲取的數據很難滿足三維數字礦山的需要。近年來快速發展的三維激光掃描技術為解決復雜的礦山地形測量和數字礦山建設提供了新的技術手段。三維激光掃描技術具有高分辨率、高采樣率以及非接觸測量的優勢，非常適合用于獲取礦山的復雜表面和高危區域的空間三維信息。

8.三維掃描+BIM應用

三維激光掃描與BIM均以三維模型為中心，兩者存在天然的相關性。三維激光掃描是BIM應用中最基礎的一個重要環節，對現場三維實際進行采集后與BIM進行結合，才能發揮BIM技術的應用價值。

(1) 三維掃描協助BIM進行逆向建模

通過三維激光掃描取得真實、精確點云模型。

采用相關軟件輔助建立BIM模型。

在沒有目標圖紙資料的情況下，采用三維激光掃描建立BIM模型是最高效的手段。建筑建成后，即使有原始圖紙資料，采用三維激光掃描建立的BIM模型更符合實際修建完成的建筑，方便后期的運營管理。

(2) 輔助裝飾裝修等二次設計

掃描取得的點云模型提供直觀及全面的原始室內原始設計數據。

在真實模型基礎上進行的裝修設計更加完善、減少變更及返工。

在真實模型基礎上進行幕墻設計可以提高設計精度和施工質量。

(3) 施工檢測及驗收

BIM模型可以指導施工，三維掃描模型可以描述真實情況，將兩者進行對比，不僅可以發現施工偏差，還可以檢測施工質量。

實際施工模型與設計BIM模型對比，可以檢查施工偏差情況。

施工偏差及施工質量分析數據一目了然。

9.工程存檔及展示

在工程建設當中，有很多工程存檔及項目展示的需要，采用三維激光掃描技術可以全面對工程進行存檔，全方位對工程進行展示，滿足工程后期結算、索賠，以及對樣板工程進行展示的需要。

10.鋼結構檢測

采用三維掃描技術將復雜零部件的三維尺寸精確進行掃描，并將得到的點云與設計模型做精確地三維偏差分析，從而分析出零部件與設計模型的偏差，檢測制作質量。

無接觸式自動測量，高效快捷。

海量三維真彩色點云數據，即便是復雜異形鋼構件也可全面測量記錄。

毫米級測量精度，保證檢測結果準確，采用色譜圖反映實際制造成果與設計模型間偏差，顯示更加全面直觀。

11.公路改擴建測量

在公路改擴建工程中，對已有舊路占地邊線、路基、路面、橋涵的測量和現狀描述對設計過程中的參考與決策尤為重要。采用車載激光掃描測量系統，每秒百萬點的測量速率，40-60公里每小時的行駛速度，可快速獲得路面點坐標信息及道路兩側地形情況。數據獲取的質量和有效性高于傳統的人工采集。

通過先進算法進行點云解算，點云精度可達5cm，滿足公路改擴建測量精度要求。

成果豐富。海量點云可提取車道線，生成公路橫斷面、地形圖等成果。

三、數字化園區

隨著信息化整體加快以及物聯網概念的提出，對園區智能化管理提出了更高要求。作為數字化的前提，精準的三維模型數據尤為重要，而點云處理對于精準空間數據的獲取有著天然的優勢。

點云高程渲染圖

建筑三維模型圖

建筑模型渲染效果圖

四、電力管理領域

對已建成的電力網絡，需要有效地對其進行巡線管理，以確保電力的安全輸送。

多平臺激光雷達系統具有快速獲取高精度激光點云和高分辨率數碼影像的優點，可以獲得輸電線路相關距離測量的數據，適用于對新建線路的走向選擇設計、對已建線路的危險點巡線檢查、線路資產管理以及各種專業分析。

以高精度、高分辨率正射影像和激光點云數據為基礎，結合架空送電線路設計業務需求，實現線路路徑優化設計、桿塔優化設計的一體化全流程應用。基于剖面進行塔位優化，根據塔位坐標數據、塔基斷面數據對線路各種指標進行統計分析。

利用無人機激光雷達系統獲取的高精度點云可以檢測建筑物、植被、交叉跨越等對線路的距離是否符合運行規范,線間距是否滿足安全運行的要求；同時相機獲取的高清晰度的影像，可以讓巡檢人員在室內進行線路設施設備和通道異常的判別。根據分類得到的電力線、植被和地面等分類的點云，可以計算出靠近電力線的植被并標記出來，可以起到預警的效果。

通過采集的高精度激光點云和高分辨率數碼影像數據，處理成DOM、DEM，結合分類后的點云，可以實現電力線路三維建模，恢復線路走廊地形地貌、地表附著物(樹木、建筑等)、線路桿塔三維位置和模型等，輔以線路設施設備參數錄入，可實現線路資產管理。

五、道路建模

城市道路作為連接城市不同功能區的空間紐帶以及城市空間信息流的主要載體，其三維模型是數字城市不可或缺的重要組成部分。道路三維模型一般是由路面模型及其附屬構造物組成，而三維激光掃描技術能快速獲取詳細道路面高精度點云數據，并以此為依據構建出更精細的道路模型。

點云高程渲染圖

點云強度渲染圖

道路三維模型圖

六、影視制作領域

在影視拍攝中，一些特殊的場景和道具無法進行實拍，或者在一些大型動畫的制作中，采用三維激光掃描技術對場景或道具進行掃描、建模，然后利用計算機進行后期制作，在大大減少人力投入的同時，效果也更顯逼真。

七、結語

三維激光掃描技術的應用遠不僅限于以上場景，由于與真實三維世界高度契合，符合大數據時代的技術發展趨勢，三維激光掃描技術應用必定在相關領域中快速發展、大展身手，讓我們拭目以待......