【正文】 處理軟件和電源構(gòu)成。二者的不同之處在于固定式掃描儀采集的不是離散的單點(diǎn)三維坐標(biāo)，而是一系列的“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)。此類型的儀器配有聯(lián)機(jī)軟件和反射片，如萊卡的迪士通系列產(chǎn) 品。機(jī)載三維成像系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)主要有四種：圖像數(shù)據(jù)、激光測距數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)姿態(tài)數(shù)據(jù)、 GPS 給出的位置坐標(biāo)。 4）數(shù)字化程度高、擴(kuò)展性強(qiáng)。這種方法雖能一次性獲取大量點(diǎn)的空間信息，但必須花大量時(shí)間處理影像。 同傳統(tǒng)的測量手段相比，激光掃描技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢：數(shù)據(jù)獲取速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；數(shù)據(jù)量大，能詳細(xì)描繪物體的細(xì)節(jié)；主動性強(qiáng)，能 全天候工作；全數(shù)字特征，信息傳輸、加工、表達(dá)容易；操作方便，掃描時(shí)由軟件控制儀器工作。而且后處理軟件用戶界面友好，能夠與其它常用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及共享，可與外接數(shù)碼相機(jī)、 GPS 配合使用，拓寬其應(yīng)用范圍，具有較好的擴(kuò)展性。 圖 先掃描 方式 圖 圓掃描方式 激光掃描儀的特點(diǎn) 三維激光掃描技術(shù)，具有精度高、速度快、高分辨率、非接觸式、兼容性好等優(yōu)勢，被譽(yù)為“測繪領(lǐng)域繼 GPS 技術(shù)之后的又一次技術(shù)革命”。該系統(tǒng)屬于主動型系統(tǒng)，能夠直接獲取地面三維坐 標(biāo) 。而數(shù)碼相機(jī)的功能就是提供對應(yīng)模型的紋理信息。 國際著名廠商美國徠卡、 0PTEcH、德國 IGI、奧地利 RIGEL 等公司都 先后推出了各自的機(jī)載三維激光掃描設(shè)備。在三維激光掃描儀內(nèi)，有一個激光脈沖發(fā)射體，兩個反光鏡快速而有序的旋轉(zhuǎn)，將發(fā)射體發(fā)出的窄束激光脈沖依次掃過被測區(qū)域。能對工作人員不能直接到達(dá)的地方對物體進(jìn)行測量。 1）成果的整體精度與精細(xì)程度更高：三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)是主動式的直接測量技術(shù)，單點(diǎn)精度遠(yuǎn)高于立體像對模擬測量技術(shù)的精度；三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)采集原始點(diǎn)的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)航測，平均每平方米可達(dá)到一個、甚至十幾個原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)航測立體像對模擬技術(shù)采集或工程測量人工采集所無法比擬的； 2）生產(chǎn)效率高、工期相對較短：三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)采 集數(shù)據(jù)時(shí)受天氣的影響比傳統(tǒng)航測要小；三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)技術(shù)只需少量的人工野外測量 工作，內(nèi)業(yè)智能化、自動化生產(chǎn)水平較高；而傳統(tǒng)航測必須要基于大量野外測量工作的基礎(chǔ)之上，并采用立體像對模擬技術(shù)、通過大量人工內(nèi)業(yè)測量工作來完成生產(chǎn)； 3）成果質(zhì)量更有保障：三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)成果的精度基本不受野外工作的影響，而傳統(tǒng)航測的關(guān)鍵基礎(chǔ)是需要大量野外人工工作，顯然野外人工工作的質(zhì)量是較難控制的；三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)在現(xiàn)場就可以直接快速確定原始成果的質(zhì)量情況，而傳統(tǒng)航測在現(xiàn)場無法直接確定原始成果的質(zhì)量情況；三維激光雷達(dá)測 量系統(tǒng)是同時(shí)采集激光點(diǎn)云、數(shù)碼影像等多源原始數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)之間彼此可以互驗(yàn)，而傳統(tǒng)航測只采集單影像類原始數(shù)據(jù)； 4）應(yīng)用價(jià)值更加深遠(yuǎn)：基于真實(shí)環(huán)境的三維地形、地貌數(shù)字成果將是今后數(shù)字城市發(fā)展的核心基礎(chǔ)，三維激光雷達(dá)測量系統(tǒng)所生產(chǎn)的三維數(shù)字化成果。一部分光波會經(jīng)過反射返回到到激光雷達(dá)的接收器中。 圖 激光原理 激光的特性 1） 高方向性： 普通光向四面八方輻射，而激光基本沿某一直線傳播，激光束的發(fā)散角很小。這種躍遷稱為受激吸收。 激光掃描技術(shù)是一種剛剛起步的產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)還沒有廣泛推廣。隨著對激光掃描技術(shù)的進(jìn)一步深入，它的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛， 人們對空間三 維信息的需求更加迫切。 GPS一機(jī)多天線特點(diǎn) 測站間無需通視。以 GPS 一機(jī)多天線技術(shù)為核心建立的變形監(jiān)測系統(tǒng)如圖 2 所示 , 由 3 部分組成 : 1） .數(shù)據(jù)采集 , 由 GPS 多天線控制器完成 。由于礦區(qū)變形監(jiān)測一般情況下要布設(shè)很多個監(jiān)測點(diǎn)， GPS 儀器設(shè)備成本高，在礦區(qū)布設(shè)大量的 GPS 接收機(jī)投資太大，這就制約著 GPS 在變形監(jiān)測中的應(yīng)用。但隨著電磁波測距技術(shù)的發(fā)展以及電磁波測距儀的普及，建立邊角網(wǎng)與導(dǎo)線網(wǎng)的測量方法逐漸被采用。不過需要注意的是為了控制方位角傳算誤差的積累，需要沿導(dǎo)線測定必要數(shù)據(jù)的天文方位角。在各點(diǎn)上可以進(jìn)行水平角觀測，從而精確測量各三角形的內(nèi)角。作為 GPS 測量 RTK 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種，測量的精度得到了進(jìn)一步提高，而且測量受到的限制條件也少了很多。采用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、測距儀、全站儀等常規(guī)測量儀器測定點(diǎn)的變形。像傾斜度的監(jiān)測，如果為了保障居民居住安全，精度可能要求低，如果是高聳的大廈，監(jiān)測精度就要求高了。根據(jù)監(jiān)測目的，監(jiān)測方法的不同，變形監(jiān)測就有了分期監(jiān)測和連續(xù)監(jiān)測 ,兩者相比分期監(jiān)測者居多。在精密測量中，最具代表性的變形體又不大壩，高層建筑，坡，隧道，礦山開采沉陷等地表變形。在觀測過程中，為了避免礦區(qū)已有的變形對觀測點(diǎn)的影響，觀測基站應(yīng)遠(yuǎn)離變形區(qū)；同時(shí)為了保證通視條件，提高觀測精度，觀測基站又要盡可能的靠近監(jiān)測點(diǎn)這兩者 本身就是矛盾的。因此，進(jìn)行地表變形監(jiān)測成為礦區(qū)安全生產(chǎn)不可缺少的一部分，是礦區(qū)的重中之重。不同監(jiān)測技術(shù)是否能聯(lián)合使用，以及對比性的來說明各監(jiān)測技術(shù)。 變形監(jiān)測的含義 變形是在自然界中常見的現(xiàn)象，它是指 在 各種外力 作用下 ， 其形狀、大小及位置在時(shí)間、空間領(lǐng)域中的變化 。 變形監(jiān)測的特點(diǎn) 與一般的工程測量相比，變形監(jiān)測有著自己的特點(diǎn) : 1).變形監(jiān)測有著多科學(xué)性的特點(diǎn) 變形監(jiān)測有時(shí)不能簡單的理解為測量工作，不是測量人員單獨(dú)完成的問題，一般需要其他相關(guān)學(xué)科的科研人員共同參與，由于變形體的種類繁多，變形體的變形所受影響因素以及作用方式有很大的差別，很大程度上牽涉到地質(zhì)構(gòu)造、工程結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)理論以及變形體受溫度、濕度、風(fēng)力等各種外界環(huán)境因素的影響。 變形監(jiān)測的時(shí)間性還與觀測周期有著聯(lián)系。在精密工程監(jiān)測中，可以采用常規(guī)大地測量儀器，但有時(shí)還的需要特殊的儀器聯(lián)合使用。 在近 10 年來， GPS 技術(shù)的快速發(fā)展，使得其在隧道、橋梁、大壩、礦區(qū)等方面的變形監(jiān)測中得到了大范圍的應(yīng)用。對礦區(qū)進(jìn)行變形監(jiān)測，可以對變形發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測和研究，監(jiān)測礦區(qū)在垂直方向和水平方向上的位移，以確保地表建筑物及其周圍環(huán)境的安全 ,還能為恢復(fù)礦區(qū)地表、重建礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境提供參數(shù)。 觀測元素：三角網(wǎng)中觀測的所有邊長或角度。 缺點(diǎn)：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單，檢核條件不足，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性也就不高。 4） .天文測量法 天文測量法是在地面點(diǎn)上架設(shè)儀器，通過觀測天體并記錄觀測天體瞬間位置的時(shí)刻，來確定地面觀測點(diǎn)的地理位置，即確定該點(diǎn)的天文經(jīng)度、天文緯度和該點(diǎn)到另一點(diǎn)的天文方位角。 與 1 臺 GPS 天線使用 1部 GPS 接收機(jī)相比 , 這樣建立的變形監(jiān)測系統(tǒng)的成本因 GPS接收機(jī)數(shù)量的減少而大大降低。 礦區(qū)地表變形監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件、趨勢分析及預(yù)警 5 個子系統(tǒng)組成 ,見圖 5。 全天候監(jiān)測， GPS 測量不受氣候條件限制，配備防雷設(shè)施后， GPS 變形檢測系統(tǒng)便可以實(shí)現(xiàn)全天候觀測，它對防汛抗洪、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害檢測等領(lǐng)域極為重要 。因此，如何 獲取空間三維信息 ，來 滿足應(yīng)用的需求，如何快速、有效地將現(xiàn)實(shí)世界的三維信息數(shù)字化 并能快速導(dǎo)入 計(jì)算機(jī)成為解決這一問題的 難題 。 微觀粒子都具有特定的一套能級（通常這些能級是分立的） 。眾多原子以自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)、傳播方向上的一致，是物理上所說的非相干光。 4） 相干性： 時(shí)間相干性和空間相干性都很好。 于是，就能夠得到由飛機(jī)上的的激光雷達(dá)到地面上的目標(biāo)物的距離 R 為 : 1R= C T2 ?? 這里 C代表光速，是一個常數(shù)，即 C=300,000 公里 /秒。 激光掃描儀的原理 激光掃描方式 三維激光掃描儀所得到的原始觀測數(shù)據(jù)主要是： 1）根據(jù) 2 個連續(xù)轉(zhuǎn)動的用來反射脈沖激光的鏡子的角度值得到的激光束的水平方向值和豎直方向值； 2）根據(jù)脈沖激光傳播的時(shí)間而計(jì)算得到的儀器到掃描點(diǎn)的距離值； 3）掃描點(diǎn)的反 射強(qiáng)度等。如果所測目標(biāo)是按一定間隔連續(xù)測量則如圖 所示： 這可將掃描區(qū)域按 X和 Y自動進(jìn)行掃描， X 方向 400。激光掃描三維測量一般使用儀器內(nèi)部坐標(biāo)系， X 軸在橫向掃描面內(nèi)， Y軸在橫向掃描內(nèi)與 X 軸垂直， Z 軸與橫向掃描面垂直（如圖 ）。所謂移動式掃描系統(tǒng)，它是集成了激光掃描儀， CCD 相機(jī)以及數(shù)字彩色相機(jī)的數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)?？梢跃_的給出物體的長度、面積、體積測量。目前國外有幾十家公司正在積 極 從事這方面的研究。在目標(biāo)危險(xiǎn)、環(huán)境惡劣、人員無法到達(dá)的情況下，傳統(tǒng)測量技術(shù)無法完成，此時(shí)三維激光掃描技術(shù)優(yōu)勢明顯。由于其良好的技術(shù)特點(diǎn)，在工程建設(shè)各領(lǐng)域，應(yīng)