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地面激光扫描仪的工作原理

时间:2022-10-14 百科知识 版权反馈
【摘要】:地面激光扫描仪的硬件系统主要由激光扫描仪、控制器(计算机)、存储设备、电源供应系统和辅助附件等几大部分组成,如图11-1所示。此外,对一些人员不易到达或有危险的区域,如崩塌地、矿坑等进行安全的测量和监测,地面激光扫描仪能更加凸显其优势。地面激光扫描仪的相关应用也多种多样,从工业模具扫描到土木工程测量,如石油管线配置测量及修补、古迹维护及重建、变形监测、建筑物结构分析及评估等,均能发挥其巨大作用。

§11.2 地面激光扫描仪的工作原理

地面激光扫描仪的硬件系统主要由激光扫描仪、控制器(计算机)、存储设备、电源供应系统和辅助附件等几大部分组成,如图11-1所示。

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1—激光扫描仪;2—线扫描装置;3—多面体;4—旋转方向; 5—平行数据输出接口;6—电脑;7—移动硬盘;8—电瓶

图11-1 地面激光扫描仪组成示意图

激光扫描仪(图11-1中结构①)本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统,同时集成CCD数码相机和仪器内部控制与校正系统等。工作时两个同步反射镜快速而有序地旋转,将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,通过测量每个激光脉冲从发射出到经被测物体表面反射回仪器所经历的时间(或相位差)间隔,从而计算出被测点与设备间的距离。扫描控制系统同时控制和测量每个脉冲激光的角度,进而可以计算出被测物体上每个激光点的三维坐标。

激光束的垂直偏转(“线扫描”)(图11-1中结构②),是通过一个包括几个反射表面的多面体进行控制(图11-1中结构③)。扫描时通过不断改变和调整多棱镜的旋转速度和角度,可以得到不同的激光扫描速度和扫描角度。如果对多棱镜进行上下线性振荡,即可以改变扫描速度或扫描角度。通过将光学面进行360°圆周旋转,激光扫描仪则在水平面内进行全方位扫描。

地面激光扫描仪通过平行数据输出接口(图11-1中结构⑤)与装有配套软件的手提电脑接口连接,可以直接将采集到的激光数据存储到电脑中。采用配套数据处理软件可以对激光数据进行后期加工处理,包括传感器参数、数据获取,激光数据显示、处理和存储等。

地面激光扫描仪的优点在于能在短时间内快速采集目标物体表面高精度、高密度的空间点位信息,通常每秒采集的目标点位达数万点之多,这相比较于传统的测量设备如全测站经纬仪、GPS等仅能单点采集点位坐标信息而言,地面激光扫描仪的工作效率是非常之高的。

此外,对一些人员不易到达或有危险的区域,如崩塌地、矿坑等进行安全的测量和监测,地面激光扫描仪能更加凸显其优势。

地面激光扫描仪的相关应用也多种多样,从工业模具扫描到土木工程测量,如石油管线配置测量及修补、古迹维护及重建、变形监测、建筑物结构分析及评估等,均能发挥其巨大作用。

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