测量新技术学习报告

测量新技术学习报告一、前言测绘是门古老的科学，在中国源远流长，自有文字记载就有了关于测绘的记述。《史记.夏本纪》上说，公元前两千二百多年，夏禹治水“左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道”。《山海经》也说，夏禹派大章和竖亥两位徒弟步量世界大小（大范围测绘）。这说明四千多年前，我们的祖先为发展农业，在与洪水的斗争中，就已经开展过规模较大的测绘工作。上面提及的“准”是测高低的，“绳”是量距的，“规”画圆，“矩”则是画方形和三角形的；还有个“步”，是计量单位，折三百步为一里。禹治水成功，促进了农业发展，使夏朝进入盛世，各部族和九州首领向大禹进贡图画、金属等物品，禹命工匠铸成九鼎，并刻上图，图上有九州的山川、草木、道路以及禽兽的分布情况，这就是古代的原始地图，供人们外出交往沟通、狩猎时参考。《晋书》中有段记载，在夏、商、周三代，已设置了“地官司徒”官职，专司管理全国地图。可见，远在三千五百多年前，我国就已经测绘了相当数量的地图，以至需专人管理。从先秦到民国，不少朝代有过专管测绘的官职和机构设置。测绘技术科学的基础和实力的真正形成，只有在新中国成立以后，才成为现实。随着全国科技事业的蓬勃发展，测绘事业迅速进步，取得了巨大成就。我们建立了一支强大的、有战斗力的、高素质的科学技术专业队伍。他们为祖国的经济建设和国防建设，为科学事业的繁荣做出了重要贡献，堪与中华民族古代文明相映同辉。在国外，最早的测量技术产生于公元前四千多年的古埃及，在尼罗河泛滥后农田边界的整理过程中产生。古埃及人通过天文观测，确定一年为365天，这是古埃及在古王国时期（公元前3000年）通用的历法，他们通过观测北极星，来确定方向，古老的埃及金字塔，每一座都有标准的几何尺寸，说明那时，人们对长度和角度都有比较精确的测量手段。17世纪初望远镜的发明和应用对测量技术的发展起了很大的促进作用。1683年法国进行了弧度测量，证明地球是两极略扁的椭球体。1730年英国机械师西森首先研制出了具有测角功能的经纬仪，后经改进成型，正式用于英国大地测量中。1794年德国高斯提出最小二乘法理论，以后又提出横椭圆柱正形投影学说，对测量理论做出了宝贵的贡献。1903年飞机的发明，促进了航空摄影测量技术的发展，大大减轻了野外测绘的劳动强度。1904年，德国开始生产玻璃度盘经纬仪，随着电子技术的发展，60年代出现了电子经纬仪，在此基础上，70年代初期由瑞典捷创力公司推出制成了世界上第一台全站仪。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。GPS的出现，广泛应用于船舶远洋导航和进港引水；飞机航路引导和进场降落；汽车自主导航；地面车辆跟踪和城市智能交通管理；紧急救生；个人旅游及野外探险；个人通讯终端（与手机,PDA,电子地图等集成一体），方便了人们的日常生活。随着科学技术的发展，各种先进的测量仪器层出不穷。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，是继GPS空间定位系统之后又一项测绘技术新突破。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。无人机航测遥感作为一种新型的低空遥感监测技术，作为高空卫星遥感数据、中低空普通航空遥感的有效补充，具有响应速度快、精细度高、使用成本低、操作培训简便的技术特点，在多云多雾、影像获取困难、人力难以到达等地区应用，具有明显的可操作性优势。二、三维激光扫描仪简介三维激光扫描仪是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。由于三维激光扫描系统可以密集地大量获取目标对象的数据点，因此相对于传统的单点测量，三维激光扫描技术也被称为从单点测量进化到面测量的革命性技术突破。该技术在文物古迹保护、建筑、规划、土木工程、工厂改造、室内设计、建筑监测、交通事故处理、法律证据收集、灾害评估、船舶设计、数字城市、军事分析等领域也有了很多的尝试、应用和探索。三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。按照载体的不同，三维激光扫描系统又可分为机载、车载、地面和手持型几类。1、三维激光扫描仪作业流程整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备构成，它采用非接触式高速激光测量方式，获取地形或者复杂物体的几何图形数据和影像数据。最终由后处理软件对采集的点云数据和影像数据进行处理转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同应用的需要。简单来讲就是：（1）数据获取，①.设定扫描的范围，②.确定采样密度及扫描距离，③.数据采集；（2）数据处理：①数据预处理②数据拼接匹配；（3）建模：①算法选择，②模型建立和纹理镶嵌，③数据的输出与评价。2、三维激光扫描仪应用领域作为新的高科技产品，三维激光扫描仪已经成功的在文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、工厂、大型结构、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域里应用。三维激光扫描仪，其扫描结果直接显示为点云（pointcloud意思为无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果），利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。最近几年，三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟，三维扫描设备也逐渐商业化，三维激光扫描仪的巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。这样一来可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。因此，其已经成为当前研究的热点之一，并在文物数字化保护、土木工程、工业测量、自然灾害调查、数字城市地形可视化、城乡规划等领域有广泛的应用。3、三维激光扫描仪发展方向近些年来，三维激光扫描仪已经从固定朝移动方向发展，最具代表性的就是车载三维激光扫描仪和机载三维激光雷达。车载三维激光扫描仪的系统传感器部分集成在一个可稳固连接在普通车顶行李架或定制部件的过渡板上。支架可以分别调整激光传感器头、数码相机、IMU与GPS天线的姿态或位置。高强度的结构足以保证传感器头与导航设备间的相对姿态和位置关系稳定不变。机载激光三维雷达系统（LightDetectionAndRanging，简称LiDAR）是一种集激光扫描仪（Scanner）、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)以及高分辨率数码相机等技术于一身的光机电一体化集成系统，用于获得激光点云数据并生成精确的数字高程模型（DEM）、DSM（数字表面模型），同时获取物体DOM（数字正射影像）信息，通过对激光点云数据的处理，DSM、DOM可得到真实的三维场景图。4、国内外产品及指标国内产品及指标：HS450高精度三维激光扫描仪是中海达完全自主研发的脉冲式、全波形、高精度、高频率三维激光扫描仪，配套中海达自主研发的全业务流程三维激光点云处理系列软件，具备测量精度高、点云处理效率高、成果应用多样化等特点，广泛应用于数字文化遗产、数字城市、地形测绘、形变监测、数字工厂、隧道工程、建筑BIM等领域。中海达HS450测距方式脉冲式，激光波长：1545nm激光等级1激光发散性≤0.35mrad测程450m1最小测程0.5m测距精度1cm@100m分辨率1cm全景相机大于1亿像素2数据获取速度最高30万点/秒3视场角垂直100°(-40°～+60°)水平360°角度分辨率垂直0.002°水平0.002°扫描速度水平最快36°/秒垂直最大150线/秒双轴补偿器范围±5°分辨率0.001°数据存储240GB固态硬盘数据传输以太网/USB2.0操控面板全彩色触摸屏通讯接口以太网/WLAN/2xUSB，连接外部相机和其他传感器例如：GPS、里程计等电池时间4h（可接外置电池）操作温度0℃～50℃储存温度-20℃～70℃光照条件强烈日光下或黑暗中均可操作湿度非冷凝防护等级IP64尺寸200mm×200mm×356mm重量12.8kg国外产品及指标徕卡C5三维激光扫描仪主要技术参数技术参数ScanstationC5仪器精度点位6mm距离4mm角度12模型表面精度2mm标靶获取精度2mm激光扫描系统类型-颜色及波长绿色/532nm激光类型3R扫描距离35米扫描速率多达25000点/秒,最大即时扫描速率扫描视场角水平方向最大360°，垂直最大270°激光光斑大小4.5mm/0~50m;最小扫描密度1mm数据存储容量80G通讯方式动态IP地址，以太网机载界面显示完全彩色触摸屏图形化显示界面，QVGA（320X240像素)数据传输以太网或USB2.0激光对中器2级,精度为1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可开/关激光对中器2级,精度为1.5mm/1.5m,光斑大小2.5mm/1.5m且可开/关电源外接电源15V直流电或90~260V交流电功耗50W电池类型内电池/外电池均为锂电池电源接口可同时使用两块内电池和一块外电池，支持热交换供电时间内电池（两块）3.5h,外电池6h环境指标工作温度0°C~+40°C存储温度-20°C~+65°C照明白天和晚上均可工作湿度非冷凝防尘/水IP54物理性能扫描仪尺寸/重量238mm长x358mm宽x395mm高/13kg内电池尺寸/重量40mm长x72mm宽x77mm高/0.4kg外电池尺寸/重量95mm长x248mm宽x60mm高/1.9kg物理性能交流电供电单元尺寸/重量85mm长x170mm宽x41mm高/0.9kg扫描速率可升级到50000点/秒扫描范围可升级到300米双轴补偿器可以激活内置双轴补偿功能内置数码相机可以激活内置高像素相机拍照功能天宝TrimbleTX8性能参数扫描原理：水平旋转基座上的竖直旋转镜扫描测距原理：由天宝“闪电(Lightning™)”技术提供的超高速脉冲激光测量速率：1MHz最大测程：120m（对于大多数表面），340m（最远）测距噪声：2毫米（对于大多数表面）测距系统：激光等级：1类，对人眼安全（依据国际电工委员会激光等级测试标准EN60825-1）激光波长：1.5μm，不可见激光束直径：6毫米（距离10m处）10毫米（距离30m处）34毫米（距离100m处）最小测程：0.6m最大标准测程：120m（对于反射率在18–90%间目标）100m（对于反射率在5%左右的超低反射率物体）扩展选项测程：340m测距噪声：2毫米（2m–100m范围内反射率18–90%的物体）测距系统误差：2毫米扫描系统：视场角：360°x317°测角精度：16″扫描参数：1级、2级、3级、扩展选项最大测程：120米、120米、120米、340米扫描用时：2分钟、3分钟、10分钟、14分钟30m处点间距：22.6毫米、11.3毫米、5.7毫米、7.5毫米扫描镜旋转速度：60转/秒、60转/秒、30转/秒、16转/秒有效扫描速度：0.5百万点/秒、1百万点/秒、1百万点/秒、0.4百万点/秒一站总点数：3400万点、1.38亿点、5.55亿点、3.12亿点其它：亮度分辨率：8位水准整平：外部水准泡，内置电子水准泡双轴补偿：（可设定：开/关）分辨率：0.3范围：±10‘精度：0.5数据存储：USB3.0闪存硬件规格：主机尺寸：335毫米（宽）x386毫米（高）x242毫米（深）重量：10.6公斤（包括三角基座，不包括电池）11.0公斤（包括三角基座和电池）电源适配器：尺寸：76毫米（宽）x43毫米（高）x130毫米（深）重量：0.66公斤功耗：72瓦设备箱尺寸：500毫米（宽）x366毫米（高）x625毫米（深）环境参数：操作温度：0°C-+40°C（非冷凝空气）存储温度：–20°C至+50°C操作湿度：非冷凝每块电池扫描时间：2小时光线条件：整个测程范围内所有室内、室外光线条件（无光线条件限制）防尘防水等级：IP54电池尺寸：89.2毫米（宽）x