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摘要：激光扫描仪作为一种新的空间数据获取手段，可高速、高精度获取物体表面点云的三维坐标值和实体纹理信息。从激光扫描测量系统的工作原理、激光扫描仪的分类、激光扫描测量系统的应用领域出发，阐述了激光扫描测量系统的应用现状，并指出该技术的未来发展趋势。
关键词：激光扫描测量：测量系统；应用发展
激光扫描测量系统通过后处理软件对采集的点云数据或者影像数据进行处理，进而转换成空间坐标系中的位置坐标或模型，并可以以多种不同的格式输出，以提供满足空间信息数据库建库的数据源和不同行业应用的需要。是集成了多种新技术的新型空间信息数据获取的手段与工具。激光扫描测量系统是继全站仪和GNSS之后，测绘领域又一次技术新突破。作为一种新的数据获取手段，以其非接触性、高效率、精确、高时效性和可获得大量测量目标物的三维坐标数据的优势广泛应用于各个研究领域，克服了传统测量技术的局限性，在国内外都有很好的发展和应用。
一、激光扫描测量系统概述
1．激光扫描测量技术原理
激光扫描仪的工作原理是通过发射红外线光束到旋转式镜头的中心，旋转检测环境周围的激光，一旦接触到物体，光束立刻被反射回扫描仪，由记录器记录并计算出激光发射点与物体的距离，最后再配合扫描的水平和垂直方向角，以获得每个点的X、Y、Z坐标。设测点到目标点的观测距离为S，精密时钟编码器同步测量获得每个激光脉冲的水平方向扫描角度观测值α和垂直方向扫描角度观测值θ。一般采用内部坐标系统，X轴在水平扫描面内，Y轴在垂直扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。扫描过程中，在每个站点上都可以获取大量的点云测量数据，且每个点云的位置信息在扫描坐标中均以极坐标（α，ζ，d）的形式来存储。如果是用传统测量手段获取了控制点的大地坐标，则可以将将点云数据的扫描数据转换为大地坐标，然后应用到测绘领域的各项工程建设中。
2.激光扫描仪分类
现阶段扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同。按照系统运行平台，机载型激光扫描系统可以在短时间内采集大范围内详细的三维点云数据和影像信息。具有测量范围广、速度快的特点，但其测量精度相对较低，且造价昂贵。车载激光扫描系统主要用于城市的建设和维护。地面激光扫描系统是一种固定式扫描系统，精度可以达到变形监测精度的要求。现阶段，地面激光扫描系统在如矿区开采沉降、隧道变形等变形监测中已得到越来越广泛的应用[1]。便携式激光扫描系统是一种手持式激光测距系统，主要应用于测量物体的长度、面积、体积等。
二、激光扫描测量系统应用现状
近年来，随着电子信息技术的不断进步，激光扫描测量系统产业化应用方面的研究也在不断深入，其应用领域日益扩大，逐步从科学研究进入到人们的日常生活。
1.工程应用领域
大型土木工程测量：主要是在道路、桥梁、地下坑道等施工工程现场，对施工之前的地形图进行扫描，提高准确的数据支持，建立施工后目标三维图形，对施工进行质量上的把控，并进行相关数据的记录。复杂工业设备测量：工业设备一般管线林立，纵横交错，因此对工业设备进行规划、改造过程中，可以对激光扫描测量系统进行利用，生成高精度3d模型，为数据测量提供依据。地质应用：可以在地质方面的地质调查、编录、环境监测、安全监测以及裂缝研究中提供技术支持。变形监测：相较于常规变形监测技术，激光扫描测量系统可以得到精度均匀、密度高的数据，可以发现许多细节变化，数据中包含任意截取断面，能够对目标的整体稳定性分析。
2.文物保护领域
通过激光扫描测量仪的高精度、无缝隙测量实现对古建筑的高精度模拟存储、古建筑结构探测和古建筑修复性测量等。同时，还能够通过高精度测量对文物进行真伪鉴别，因此激光扫描测量仪是考古技术发展的重要突破。
3.空间信息技术领域
激光扫描技术与全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、电荷耦合（CCD）等技术相结合，在大范围内高精度数字高程模型（DTM）的实时获取、城市三维模型重建、局部区域地理信息数据的获取等方面均表现出强劲的优势，成为测绘科学与技术的一个重要补充。
4.其他领域
激光扫描测量系统还有一些应用，在制造业中，基于激光扫描仪数据的快速原型法为产品模型设计开发提供了另一种思路，与虚拟制造技术（VirtualManufacturing）一起，被称为未来制造业的两大支柱技术。基于激光扫描测量系统重建的三维模型，可直接应用到国防、执行机关及政府机构等社会安全辨认上。在电脑游戏业方面，利用激光扫描仪获取数据构建三维场景。在电影特技制作方面，也有着广泛的应用[2]。激光扫描测量系统的介入促进了相关应用领域的发展，同时应用领域的大量需求也成为促进研究的动力。
三、激光扫描测量系统发展趋势
随着激光扫描测量系统、三维建模算法及技术的研究和计算机硬件环境的不断发展，结合其自身所具备的特点，激光扫描测量系统也将在以下方面取得较大的发展和应用。1）点云数据处理软件的多功能化和公用化，实现海量数据处理及实时数据共享。2）在硬件设备不变的情况下，测量方法和算法上提高精度，多种方法相结合。3）进一步扩大扫描范围，实现全圆球扫描，获得被测景物空间三维虚拟实体显示[3]。4）能够与其他测量设备（如IMU、GPS、全站仪等）进行联合测量，实现实时导航，定位、并扩大测程和提高精度。5）激光扫描仪与摄影、摄像机实现集成化，在扫描的同时获得物体影像，提高点云数据和影像的匹配精度。6）多源数据的智能化融合处理及多传感器的集成。
总之，激光扫描测量系统是一项新兴的测绘技术，它突破了传统的单点测量模式。随着激光扫描测量系统在理论算法和硬件需求方面的不断完善与发展，势必在相关应用领域内引起新一轮的技术革新，不难看出其应用前景将十分广阔。
参考文献：
[1]曲松，李丽娟，侯茂盛，郭丽丽.提高激光扫描投影系统精度的方法研究[J].激光与光电子学进展，2018，55（02）：147-151.
[2]郑跃骏，岳仁宾.基于激光扫描的交通隧洞几何形变监测方法[J].北京测绘，2018，32（11）：1318-1321.
[3]葛聪.激光扫描的物流条形码识别系统[J].激光杂志，2017，38（07）：188-191.