2024年3月29日发(作者：geforce mx250)

三维扫描技术在罐体几何形变监测中的应用

摘要：

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技

术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。由于传统的罐

体形变监测效率很低，严重影响了外业进度。本文结合具体实例，阐述三维扫描技术的优

势。

关键词：

三维扫描；油罐；形变监测

三维激光扫描技术利用激光测距原理来获取目标数据，在变形监测、工程测量、体积

测量中得到了广泛应用。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此

可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期

开始出现的一项高新技术，它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取

被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建立物体的

三维影像模型提供了一种全新的技术手段。

1 三维激光扫描原理

根据三维激光扫描仪种类的不同，工作原理也不尽相同，常用的大致有两种：

（1）脉冲式

脉冲式三维激光扫描仪工作原理是短时间内发射大量激光脉冲来进行距离测量，根据

距离和角度关系，得出三维数据。

图1 脉冲式三维激光扫描仪工作原理

特点：测量距离远，测量精度高

适用方向：对特定区域内，进行测量和监测，特别是对距离有一定要求的群体，如地

形测绘监测，土石方流失量计算，数字城市，建筑物建模等。

（2）相位式

相位式激光测距是通过测量调制的激光信号在待测距离上往返传播所形成的相移，间

接测出激光传播时间，再根据激光传播速度，求出待测距离。

图2 相位式三维激光扫描仪工作原理图

特点：测量距离短，点位近距离高（一般50m内）

适用方向：对精度要求比较高的行业，如变形监测测，隧道测量，断面测量等。

2 三维激光扫描技术的误差影响分析

三维激光扫描激光扫描系统具有高分辨率、快速、高准确度的技术特点，并在众多领

域得到广泛应用。三维激光扫描系统如同其他精密系统一样，存在数据采集的精度问题，

三维激光扫描系统在扫描过程中，会受到各种外界因素的影响，这些因素将影响点云的数

据质量。为提高数据成果的质量和可靠性，获取精确的实体三维数字模型，接下来将对扫

描系统的数据误差来源、规律进行分析。

从误差产生理论分析，激光扫描系统测量误差可分系统误差和偶然误差。系统误差引

起三维激光扫描点的坐标偏差，而偶然误差是一些随机性误差的综合体现。三维激光扫描

系统扫描过程中，导致误差的影响因素较多，大致可分为三类：仪器系统误差、与扫描目

标相关的误差及外界环境条件影响。

系统误差包括系统内轴系之间的相互旋转等引起的测距和测角误差；与扫描目标相关

的误差主要有目标物体反射面与扫描激光光束交角过小和物体表面粗糙度影响等；外界环

境条件影响主要包括温度、气压、空气质量等因素。

激光测距的影响。激光测距信号在处理的各个环节都会带来一定的误差，特别是光学

电子、电路中激光脉冲回波信号处理时引起的误差，主要包括扫描仪脉冲计时的系统误差

和测距技术中不确定间隔的缺陷引起的误差。

扫描角的影响。扫描角的影响包括激光光束水平扫描角度和竖直扫描角测量角度。扫

描角度引起的误差是扫描镜的镜面平面角误差、扫描镜转动的微小震动、扫描电机的非均

匀转动控制等的综合影响。

扫描目标物反射面倾斜及反射表面粗糙程度的影响。由于扫描目标的反射面与扫描光

束交角较小时，激光光斑等影响测距及定位造成的误差相对要大。另外，三维激光扫描点

云的精度与物体表面的粗糙程度有密切关系。由于三维激光回波信号有多值性特点，将造

成测量位置偏差。

3 三维激光扫描外业流程

本次试验中所用的仪器是天宝TX8。Trimble TX8 激光扫描仪在性能和易用性方面为三

维扫描设立了新的行业标准。凭借其在测量速度、测程和测量精度等方面的优异表现，TX8