三维激光扫描技术的应用进展

张雨露 阎思丁

摘   要：文章阐述了全球范围内三维激光扫描技术及其应用进展。在国外，三维激光扫描技术主要在救灾、事故现场、山脉、建筑物及生物等领域开展应用，是一种新兴技术。在国内三维激光扫描技术发展很快，在铁路、安全生产及林业等领域广泛应用，在工程领域的应用与二次开发方面超过国外。

关键词：三维激光扫描技术;国外;国内;应用

1    三维激光技术在国外的概况

三维激光扫描测量技术是21世纪出现的一种新兴测量技术，表现为高测量精度、高效率、实景可视化，这项世界前沿技术已在部分西方发达国家、地区开始应用，如地震变形事件的监测，建设项目的建模，道路、管道及建筑等文物的保护[1-3]。2011年3月，在位于日本福岛发生强烈的地震和海啸，进而引发了全球对位于福岛一号核电站基础设施安危的关注和担忧。日本相关地震管理部门利用RIEGL型三维激光扫描仪，对位于福岛一号核电厂周围的地震危险区域和车辆进行了全息三维激光扫描，快速、准确掌握了地震灾区的最新情况和数据，从而也实现了对受灾车辆情况的实时掌控。

2014年，英国公路警署斥巨资在公路上引入三维技术，利用激光扫描仪在英国高速公路上的事故现场快速采集证据，车辆发生碰撞的场景及其多维度角度的事故场景视图，能够有效地作为对事故责任关系认定的重要凭证，同时大大提高了事故处理的效率。

荷兰国际地理信息科学和地球物理观测工程学院的S.SLOBANDH.R.G.K. Hack，针对较规整的结构面、明显露出等简单地形，实现识别，但还存在一些问题需进一步解决[4-5]。

意大利和新加坡的Rongjun Qin等[6]首次利用三维激光的扫描监测技术结合基于图像的三维移动街道测绘系统（Mobile Mapping System，MMS）技术实时监测街道和城市景观的变化，采集、更新街道的数据和信息来实时监控城市基础设施的安全性和健康状况，推进了现代数字化城市管理建设的进程。

新加坡和意大利的Francioni M等[7]采用三维激光扫描监测技术并充分结合常规技术与先进测量方法对滑坡体采石场的安全性进行了稳定性评估，研究得出三維结果，利用激光的扫描监测技术，使采石场具有高测量精度和可靠的对岩石边坡建模和稳定性分析的能力。

比利时Schueremans L等[8]利用三维激光获取了比利时Saint Jacobs教堂的三维点云，以此构建了完整的三维模型，评估该教堂的稳定性，并对点云进行结构剖分，以便于建筑的修复和存档，具有一定的指导意义。

约旦Sharaf等[9]研究了约旦沙漠宫殿的三维可视化档案形成问题，对数据感知、分析、建模和纹理4个方面进行了详细研究，并融合WebGIS技术进行网络处理，为提供在线漫游打下了互联网基础。

英国J.A.Entwistle等[10]把三维激光扫描技术应用于考古研究中，并取得一定的成果，研究小组通过使用地貌点云数据，结合地质属性还原遗址原貌，以GIS平台为基础，进行可视化分析和逼真的虚拟建模。

俄罗斯Andrey V.Leonov等[11]在数据丢失和信息不完整的情况下，完成了对莫斯科无线电塔的三维建模，创建了虚拟遗产的下载和二次开发。

土耳其Cumhur Sahin等[12]对伊斯坦布尔的某大型广场进行三维建模，通过CAD，3Ds Max和地图等工具完成了该城市的实体建模还原，后来推广到其他城市的建模中。

2    三维激光技术在国内的概况

三维激光技术在国内的研究与应用虽然发展较晚，但非常迅速，许多方面甚至处于国际前列。利用三维点阵式云数据分析和大数据实时提取森林树木的树体胸径、树高、材料体积、树冠的总体积及树木表面积等多种相关测量因子，对林木树测的基本设计理论及实际适用性问题进行具有探索性的深入研究，奠定了三维激光技术在林业广泛应用的基础。四川省安全科学技术研究院的团队在全球首次系统性地将三维激光应用在安全生产中，在矿山安全领域，该院通过三维激光定期对矿山体检建模，实现安全监管[13-14]，在危化品安全生产领域，通过将三维激光与红外等先进技术的结合，首次实现对化工园区的安全隐患进行量化监控和管理[15]，减少了事故的发生。在地质工程领域，成都理工大学在三维激光扫描技术的应用取得了一定进展，如近期基于三维激光扫描技术，对锦屏水电站开挖边坡为研究对象，开展了为期近两年的现场扫描工作[16]，取得系列成果。

3    结语

三维激光技术作为新兴技术，得到了产学研界的高度重视，在国内外的应用发展非常迅猛。

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Abstract：In this paper， the progress of three-dimensional laser scanning and its application in the world is reviewed. In foreign countries， it is a new technology that is mainly applied in the fields of disaster relief， accident site， mountain， building and biology.It has developed rapidly in China， and has been widely used in railway， safety production， forestry and other fields. It is more widely used in engineering and secondary development than abroad.

Key words：three-dimensional laser scanning technology; foreign; domestic; application