三维测量范文

三维测量范文第1篇

关键词：光学三维测量；三维激光扫描；面结构光

光学三维测量是指运用光学方法获取物体表面的三维立体坐标的技术。光学三维测量利用现代光学技术成就，结合光电子学、计算机图像处理等学科成就发展起来的一种先进测量技术。

1 光学三维测量的分类

图1 光学三维测量技术分类图

光学三维测量技术按测量原理可以分为摄影测量方法、结构光技术和光学干涉方法。摄影测量法是基于多视角的非主动式测量方法。在普通照明（阳光、日光灯）情况下，由摄像头获取多视角物体图像，利用计算机查找多幅图像的同态标记点，进而获得物体的表面形貌。结构光技术通过不同宽度且明暗相间的结构光照射被测物体表面，获取到的经物体调制的图像，再经过计算获取物体的立体形貌信息。光学干涉法是利用干涉原理进行测量，具有高精度、高分辨率等优点。以下介绍几种常见的光学三维测量方法。

图2 三维激光扫描工作原理图

三维激光扫描技术根据光学三角形测量原理，以激光作为光源，光电探测器接收反射光，通过对采集到数据进行计算得到物体的深度信息。三维激光扫描仪包括发射器和接收器。发射器射出一束脉冲激光，激光经过物体表面漫反射，沿相同路线射入接收器。由脉冲激光发射到反射被接收的时间tL可计算出扫描点到扫描仪的距离值S。扫描仪内精密测量系统获取每个激光脉冲的水平方向角α和垂直方向角度β。依据上述数据计算出扫描点的三维空间坐标（XP、YP、ZP）[1]。

双目视觉技术属于摄影测量方法，是通过视差原理被动测量三维数据的技术。双目视觉技术测量物体三维形貌的原理是，从两个或以上的视角去观察一个物体，获得多张不同视角下物体的二维图片，根据三角测量原理得出同一个像素点的坐标偏差，以此获得测量物体的三维形态。此过程与人眼的立体视觉原理相类似[2]。

面结构光系统由投影仪和数码相机组成。投影仪将明暗相间光栅条纹投影到待测物体上。物体高度的变化引起光栅条纹的形变。条纹形变可认为是载波信号相位和振幅被空间物体调制。数码相机拍摄调制后的图像，对其进行解调制，获得物体的整个高度信息值，依照三角法原理，形成物体的三维立体影像[3]。

2 光学三维测量的应用

光学三维测量技术具有诸多优势，如非接触式测量、高精确度、快速获得结果等。光学三维测量技术主要应用在虚拟现实、逆向工程、医学工程等领域。

2.1 虚拟现实

利用光学三维测量技术对实物外形进行三维形貌扫描，经过三维建模软件处理，在计算机内生成人物、场景的三维模型。由三维模型生成人物动作，实现动画制作，满足电脑游戏、CG特效等场合需要。

2.2 逆向工程

逆向工程是利用光学三维测量设备获取物体表面上所有点的三维立体坐标，根据坐标点信息利用三维设计软件进行实物模型重建的过程。逆向工程获得的模型被用于改进、完善原有的产品，被广泛地应用到磨具开发、汽车制造等领域，是现代产品快速开发的重要技术手段。

2.3 生物、医学工程

运用光学三维测量技术获得人体骨骼、肌肉的数据用于人体工程学研究。例如根据人体相关三维数据，制作出符合人体生理结构的防护头盔、防护服等。三维光学测量技术还可以测量伤口的尺寸、分析人的面部结构、设计牙齿矫形手术等。

参考文献

[1]潘建刚.基于激光扫描数据的三维重建关键技术研究[D].北京：首都师范大学，2005.

[2]隋婧，金伟其.双目立体视觉技术的实现及其进展[J].电子技术应用，2004，30（10）：4-7.

[3]宋万忠，苏显渝.基于结构光投影的三维物体识别[J].光电子・激光，1999，10（1）：59-62.

三维测量范文第2篇

【关键词】光学、三维测量技术、应用

一、前言

自从改革开放以来，我国的经济和科学技术在不断的发展，光学三维测量技术由于具有非接触、快速测量以及精度高的优点，所以在机械、汽车、航空航天以及服装等领域得到了广泛的应用，同时光学三维测量数据通过简单的处理就可以使用了，无需复杂的数据后处，这样就给各个领域的实际工作带来了很大的方便。此外，光学三维测量技术是可视化的高新技术，可以用于对物体空间外形和结构进行扫描，这样就可以得到物体的三维轮廓，从而获得物体表面点的三维空间坐标。

二、三维测量技术

三维测量技术是获取物体表面各点空间坐标的技术，主要包括接触式和非接触式测量两大类。

1、接触式测量

物体三维接触式测量的典型代表是三坐标测量机。它以精密机械为基础，综合应用电子、计算机、光学和数控等先进技术，能对三维复杂工件的尺寸、形状和相对位置进行高精度的测量。三坐标测量机作为现代大型精密、综合测量仪器，有其显著的优点，包括：灵活性强，可实现空间坐标点测量，方便地测量各种零件的三维轮廓尺寸及位置参数；测量精度高且可靠；可方便地进行数字运算与程序控制，有很高的智能化程度。缺点是测量速度慢，对环境要求较高。

2、非接触测量法

非接触式三维测量不需要与待测物体接触 ，可以远距离非破坏性地对待测物体进行测量。常用的非接触式三维测量波谱：微波适合于大尺度三维测量领域，采用三角测量原理或者利用飞行时间法获取物体的三维信息。由于微波波长较长，衍射形成的爱里斑半径较大，角度分辨率低，不能满足工业制造技术的要求，常用于航空航天领域。超声波受到波长的限制，分辨率也不高 ，但由于可以穿透介质，可以实现零件材料内部的三维无损检测探伤，在工业检测领域得到广泛的应用，但由于需要耦合介质，限制超声探伤的应用范围。与微波和超声波相比，光波波长短，在300nm（紫外）到 3um （红外）范围内的光学三维传感器的角度分辨率和深度分辨率 比微波和超声波高10到10数量级，主要通过三角法或者飞行时间法获得物体的深度信息，在三维测量领域运用的最多。

三、常用的光学三维测量基本原理

常用的光学三维测量基本原理有3种：飞行时间法、干涉法和三角法。

飞行时间法：飞行时间法是基于三维面形对结构光束产生的时间调制，一般采用激光 ，通过测量光波的飞行时间来获得距离信息 ，结合附加的扫描装置使光脉冲扫描整个待测对象就可以得到三维数据 。飞行时间法 以对信号检测的时间分辨率来换取距离测量精度，要得到高的测量精度，测量系统必须要有极高的时间分辨率，常用于大尺度远距离的测量。

干涉法 ：干涉测量是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光，利用测量光波与参考光波的相干叠加来确定两束光之间的相位差，从而获得物体表面的深度信息。这种方法测量精度高，但测量范围受到光波波长的限制，只能测量微观表面的形貌和微小位移，不适于大尺度物体的检测。

光学三角测量法：光学三角法是最常用的一种光学三维测量技术，以传统的三角测量为基础 ，通过待测点相对于光学基准线偏移产生的角度变化计算该点的深度信息。根据具体照明方式的不同，光学三角法可分为两大类：被动三角法和基于结构光的主动三角法。双目视觉是典型的被动三维测量技术，它的优点在于其适应性强，可以在多种条件下灵活地测量物体的立体信息，缺点是需要大量的相关匹配运算以及较为复杂的空间几何参数的校准等问题，测量精度低，计算量较大，不适于精密计量，常用于三维目标的识别、理解以及位形分析等场合，在航空领域应用较多。

四、光学三维测量技术应用

光学三维形状测量技术的应用范围很广，从传统的制造业到新兴的三维动画产业和虚拟现实领域等。限于篇幅，下面仅对三维激光扫描技术在航空航天方面的应用作简单介绍。

1、服装制作

传统的服装制作都是按照标准尺寸批量生产的。随着生活水平的提高 ，人们开始越来越多地追求个性化服装设计，量体裁衣。三维扫描仪可以快速地 测得人体的外形尺寸 ，获得其立体彩 色模型，把这些数据与服装 CAD技术结合 ，可以在计算机中的数字化人体模型上，按每个人的具体尺寸进行服装设计 ，设计 出最合适的服装，并可以直接在计算机上观看最终的着装效果。整个过程速度快、效果好。美国Armstrong实验室将Cyberware的三维扫描仪用于为高级战斗机飞行员设计服装。

2、航天飞机外形检测

为航天器发射安全，美国特制定防止发射时热防护系统被破坏的研究计划。发现者号携带一种新的外部检测系统，该系统能检测出宇航飞机外壳热防护面小于毫米尺寸的破坏点。这种外部检测系统是由加拿大Neptec公司研制的三维激光扫描仪，它采用 1500nm 的激光，不受光照条件变化的影响，工作不受昼夜限制。

3、地形地貌测量

航空三维激光扫描技术可以用于地面的航空遥感定位和影像获取，还可实时得到地表大范围内目标点的三维坐标 ，同时，它也是 目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的可行技术。迄今为止，航空三维激光扫描技术主要用于：测制带状目标图如道路、铙路线、管道及水道附近的地貌；测制输电线和电线杆图；生成林区 DTM ；海岸区测图，包括沙丘和潮湿洼地，还可监测海岸变化及漫蚀情况；高精度及高测量密度的测图应用，如洪涝区测图，生成矿物采区 DTM 和开采立方计算及道路建模；生成市区DTM和DSM，自动提取建筑物；生成无线电远程通信中继线位置设计的3D城市模型和城市规划；自然灾害监测，如台风、地震和滑坡；测制冰雪覆盖图，包括冰川监测、湿地测量 ；推算植被参数，如树高、树冠直径、树木密度，估算生物量及森林边界测定；测量水深。此外，ALS还可用于陆地景观设计、电影三维模型生成、视频和计算机游戏的生产、计算机动画、建筑物和工程项目设计、3D模型模拟、可视化、植被生态监测及雪崩危害估测等。

五、结束语

综上所述，本文主要对光学三维测量技术与应用进行了探究和分析，由于光学三维测量技术的主要特点是实时性、主动性、适应性好，并且不需要和被测物体接触，这样就可以在比较复杂的环境下应用，同时具有很多传统摄影测量方法不能取代的优越性，这样在很多领域就得到了更加深入和广泛的应用。从目前的形势来看，我国在这方面的技术比较薄弱，而国外成熟产品只能用于民用，因此，我国可以借鉴国外的先进技术进行开发研究，研发出适合我国的光学三维测量技术，这样就可以促进我国科技的进步，从而保证国家的经济建设和国防建设。

参考文献：

[1]郑团结，缪剑等.基于机载三维激光扫描的实时一体化摄影测量及数据处理，测绘科学，2007，32（1）：64～66

[2] 曹剑清；数字摄影测量[M]；武汉；武汉测绘科技大学出版社；2009：34-35.

三维测量范文第3篇

[关键词]参考点、扫描测量、三维光学扫描测量系统

中图分类号：TH74 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）18-0374-01

汽车工业是当今世界上最大的制造业之一，随着市场需求的改变，汽车的更新换代速度日趋加快，其设计、制造速度的快慢直接制约着汽车工业的发展，由此而提出的逆向工程在汽车工业中的应用将大大地促进汽车制造业的发展。逆向工程技术可以通过扫描测量获取实物外形坐标点、重建实物的三维数字模型。在此基础上可以方便地进行模型再设计、快速原型制造与快速模具制造等后续工作，从而大大节省研发时间，缩短设计周期。

1、三维光学扫描测量系统工作原理

三维光学扫描测量系统由左右两个高分辨率的工CCD相机和中央光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式， 由光栅投影单元将一组具有相位信息的光栅条纹投影到测量工件表面，左右两个相机进行同步的测量， 利用立体相机测量的原理，可以在1 秒时间内准确获得500万到 800万个高密度的三维数据点；自动识别参考点和自动拼接，将不同位置和角度的测量数据对齐在统一的坐标系，获得完整零件的扫描结果。

2、三维光学扫描测量系统扫描测量汽车工件的前期准备

三维光学扫描测量系统通过每次（第一次除外）自动将扫描的数据进行拼合并统一到同一坐标系下，实现完整的工件三维点云数据。因此，为保证单幅扫描的点云能精度较高地拼合在统一的坐标系中，需要对固定参考点提出一定的要求。

2.1 固定参考点的要求

参考点粘贴于被测工件表面或被测工件周围。粘贴参考点的直径大小要合适，必须保证从斜的透视图中能看到参考点的直径范围内至少包含6～10个像素，以便ATOS系统进行识别。在工件的扫描测量过程中，为保证两个CCD镜头的单幅测量能以较小的拼合偏差合并到统一的坐标系中，两个CCD镜头的单幅照片应至少能看见前面已经标识过的3个固定参考点（第一张照片除外）；若能看见4个或更多已经标识且不在一条线上的参考点时，扫描测量系统的自动拼合精度会更高，建议最好有4个（或更多）公共参考点，这样精度才会高，否则测量后期误差会很大。

3、扫描测量方式

1）工件在扫描测量范围内。这种扫描测量方式可保证在单幅扫描中能清楚地看见已识别的3个及更多的参考点，容易保证拼合精度。

2）工件尺寸比扫描仪扫描测量范围大，又没有使用Tritop相机。采用这种扫描测量方式时，通常被扫描工件比ATOS扫描仪的扫描测量范围大2～3倍，并要求参考点有较好的分布。从被扫描工件的中部开始向两边扫描测量。

3）工件尺寸大，ATOS扫描仪配合Tritop相机使用。首先通过Tritop照相系统获取参考点坐标值：先拍比例尺和参考点；移开比例尺和编码参考点后用ATOS扫描仪单幅扫描。系统能精确地自动将单幅扫描合并到统一坐标系中，测量精度高。

4） 工件自身遮挡，利用单眼扫描。采用这种扫描方式前需要标定，首先打开投射光源，将白色平板放在标准距离上，调整光强扫描白色平板；然后把设备与白色平板靠近些，再调整光强扫描白色平板；最后把设备与白色平板离远些，再调整光强扫描白色平板，计算，完成标定过程。需要特别注意的是两个CCD相机都要完全看到白色平板，否则不能进行单眼扫描。

4、整车测量思路

对于整车应该采用扫描仪配合Tritop相机来测量。结合我公司三位光学扫描测量系统对扫描对象的要求，采用直径为5mm的参考点。

1）根据汽车对称性，选择较好的一侧（一般是左侧）进行完整测量。汽车左侧是结构较复杂的一侧。测量前先定好哪些特征是完全对称，扫描时要特别留意。

2）为了保证填充参考点质量，在粘贴参考点时要注意避开有特征的区域及一些工件的边缘；参考点数量要尽可能多一些，保证在560mm×420mm范围内有6～9个参考点。

3）测量前先选择贴7个（或者>7个）不同长、宽、高位置的参考点，来保证最后测量坐标统一到车身坐标系。

4）测量过程中对于完全对称的，可完整扫描一侧，另一侧按要求扫描；对于有所区别的对称，应该完整扫描不同的地方。

5）测量完，认真检查点云文件的完整性。将测量好的数据进行三角化处理。

5、结束语

三维测量范文第4篇

关键词：三维放样测量；断面测量；技术问题；方法和措施

1.概述

水电工程施工测量工作量大，特别是在开挖施工阶段，既要进行开挖轮廓放样测量，又要进行断面计量测量，且该阶段往往设计变更较多，更增加了测量的工作量。现在土石方施工的机械化程度越来越高，施工速度越来越快，要求测量工作快速准确，并且能很快地提供测量成果，而传统的测量方法已很难满足这样的要求，本文介绍的测量方法已在实际施工中得以成功应用，对解决以上问题很有借鉴作用。

2.直线段边坡开挖线的放样

2.1存在问题

在土石方开挖工程中，有很大一部分的开挖轮廓都是直线，设计图纸一般都给出了开挖边坡坡比，以及某一高程面上距中轴线的宽度。在施工中有的测量人员不懂得如何进行这种情况下的测量方法，要么只考虑了宽度而忽略了坡度，或者只考虑了坡度而忽略了宽度，按这种放样数据进行施工，必然难以满足设计要求，最后的结果将是返工，给施工方造成重大的经济损失。

2.2解决问题的方法

对这种直线段既带边坡又带距中轴线的宽度的放样测量，实际只需将各控制点的测图坐标换算成需放样的以中轴线为纵轴、垂直于该直线的线为横轴的坐标系下的施工坐标即可。因为设计给出的数据都是相对数据，所以根据三维测量坐标数据，在实际工程测量放样中，将测量仪器安置在任意控制点上，按公式（1）、（2）计算来控制放样的开挖边线位置，不论什么情况都不会发生问题。

该点距中轴线的理论宽度：

D=（H-H0）m+a （1）

该点距中轴线的实测值与理论值之差：

d=E±D （2）

（2）式中的“+”、“-”号视点的位置而定，测点在中轴线左侧取“-”号，在右侧时取“+”号。式中各符号的意义：D为该点距中轴线的理论宽度；H为该点的实测高程；H0为该点建基面上高程（由设计给出）；m为该点设计坡比； a为该点设计底部宽度；d为该点距中轴线实测宽度与理论宽度之差；E为该点处距中轴线的实测宽度。

在实际放样中，只需按（2）式控制，由测站人员指挥立尺（镜）人在垂直于中轴线上移动，直到D=E为止，则该点的位置就是既满足设计坡比要求又满足设计底宽要求的开挖边线位置，或在某一允许值范围内。

3.曲线段边坡开挖的放样

3.1存在问题

对曲线的放样，在很多书籍、文献中都有介绍，但这些都是基于平面问题的施工放样，在实际施工中，特别是水利水电工程，点与点高差可在几十上百米之间，放样不可能是平面，大部分是要基于三维坐标问题考虑放样方法。

3.2解决问题的方法

在开挖平面图中，曲线段与直线段一样，设计都给出了相应的参数，如曲线的圆心坐标（x0，y0）、圆心角（θ）、半径（R）等，在某一成型高程面的半径大部分需要测量人员自己解析出来。与直线段相类似，首先将各控制点、曲线圆心点、拐点（曲线段与直线段结合点）测图坐标（xi，yi）换算为施工坐标（xi″，yi″），在放样测量前先在室内计算好除圆心外各拐点的桩号和偏轴距（当曲线的放样边缘线是与中轴线平行的则只需计算偏轴距，放样边缘线是垂直中轴线的则只需计算桩号，究竟是平行还是垂直中轴线从开挖平面图中就可能确定）等曲线放样范围数据。在实际工程测量放样中，将测量仪器安置在任意控制点上，按公式（3）、（4）、（5）计算来控制曲线段放样边线位置，非常方便。

该点距曲线圆心的理论半径值：

R=（H- H0）m+r （3）

该点距曲线圆心的实测半径值：

（4）

该点距中轴线的实测值与理论值之差：

r= R-R （5）

式中R为该点距曲线圆心的理论半径；R为该点距曲线圆心的实测半径；H为该点的实测高程；H0为该点要开开挖到某一高程面上设计高程；m为该点处的设计坡比；r为圆心至开挖坡脚线距离：r该点测距理论半径与实测半径之差；xi″、yi″为该点的实测坐标x0″、y0″为曲线圆心点坐标。

按照（3）、（4）两式计算，在实际放样中，先将要放样的某一高程面上的曲线边桩点平面位置在地面测设出来（此仅仅是个标示范围的作用），然后只需按（5）式控制，由测站人员指挥立尺（镜）人在曲线范围上移动，直到R = R、及桩号或偏轴距与设计一致为止，则该点的位置就是既满足设计坡比要求又满足设计底宽要求的开挖边线位置，或在某一允许差值范围内。

4.计量横断面的测量和放样

3.1存在问题

计量断面测量不仅要检查开挖断面是否满足设计要求，而且还要为经营结算提供计量依据，其外业和内业工作量都较大，外业测量成果出不来，内业工作无法进行。一般的断面测量方法是把仪器安置于所测断面上逐个断面地测，速度慢，劳动强度大。

3.2解决问题方法

计量横断面的测量和放样与前述的的两种放样方法类似，同样是先将各控制点测图坐标换算为施工坐标系坐标，在进行断面测量时将测量仪器安置在任意控制点上进行任意断面的测量。测量仪器如果是经纬仪配合测距仪或经纬测距法，则应按相应的坐标计算公式计算出所测点的三维坐标，全站仪就不用另外计算，根据三维坐标数据只需控制标尺（或棱镜）处所测桩号断面上，或在某一充许差值范围内。采用这种方法进行计量断层的测量给测量人员带来很大方便。

5.结束语

本文介绍的测量方法改进了传统的施工测量放样方法，简便易行，可靠实用，快速高效，可以在满足测量精度要求的条件下，大大提高施工测量放样的速度，放样、断面测量可同时进行，可大大减轻测量人员的劳动强度,完全能满足现在越来越快速的施工。

三维测量范文第5篇

【关键词】 三维细化 删除模板 拓扑结构 旋转不变性 三维非接触测量

一、引言

图像细化广泛应用在各个领域，如医学图像分析，模式识别等。三维图像细化是图像处理和视觉分析的主要研究方向，细化提取的骨架是后续图像分析和特征提取的重要基础。从三维细化的结果中可提取基本尺寸和基准线、基准面等特征，包括物体的轴线基准、轴线长度，形状结构及联接关系。通过这一系列参数和特征准确表述和确定目标的当前状态，从而实现对三维目标的全方位的非接触测量。

三维细化算法主要包括提取中心线和提取中心面两类，本文重点研究中心线的提取。在一个三维二值图像中黑点和白点分别代表目标点和背景点，细化就是将逐层将黑点移除（黑点改为白点）直到仅剩一个像素宽的骨架。连通性及拓扑结构的保持是三维细化过程中考虑的主要问题，概括为三个方面：（1）输入图像中的任何物体不能被拆分或完全消除；（2）任何空腔不能与背景或另一个空腔合并；（3）不能消除或新增任何的空腔和孔洞。连通性的保持是拓扑性质的保持的基础，例如形如“o” 的物体细化后不能形如 “c”，细化后提取的骨架应位于物体的中轴，并且看起来相似于原物体；同时细化算法在物体平移、比例变化及旋转前后提取的骨架应基本保持一致。

提取中心线的三维细化算法多是基于模板的并行细化算法。并行细化算法有子迭代并行细化算法，区域并行细化算法[10，11]和完全并行细化算法三类。完整的基于模板的完全并行三维细化算法由Ma和Sonka提出，这一算法不能很好的保护三维物体的拓扑结构，后续研究者发现这一问题，Wang和Basu通过扩充删除模板解决了某些情况下细化结果出现断裂的情况，但仍存在一些问题，且由于删除模板扩充后有方向性，不能保证三维物体旋转后的细化结果保持不变。

针对上述问题，提出一种新的细化算法，从基础模板在各个方向上旋转得到具有各向同性的删除模板，保证了模板的对称性，使物体旋转之后细化结果和旋转前细化结果保持一致；给出了真伪删除点的定义，并证明了提出的算法满足连续性保持的条件，解决了点同时删除造成不连续的问题。

二、三维细化旋转不变性理论分析

Wang和Basu针对Ma和Sonka的算法中不能保持连通性的情况对D类模板添加更多更细致的限制，扩充了最终的删除模板。Ma算法中D类删除模板是12个，Wang对模板中的一些点增加了限制，把D类模板扩充为36个。Ma算法中d7如图2所示，Wang扩充后的d7如图3所示。

图3 Wang算法中删除模板d7-1，d7-2，d7-3算法主要步骤：

1）检测边界点（26邻域内至少有一个是背景点）。

2）并行删除满足任一删除模板的非尾点。

3）返回1）直到o任何点可以被删除。

完全并行细化算法，从各个方向同时逐层删除三维物体中的点，这保证了最终结果位于原物体的中轴上，且相似于原物体。但并行细化算法的细化结果有出现断裂的可能，每一层的点在进行删除模板的匹配及其他删除条件的判断时，若点与点之间相互为满足删除条件的必要点，同时删除所有满足条件的点得到的细化结果就可能出现断裂，不能保持原物体的拓扑结构。

其他情况下仍仍然会出现断裂，使最终细化结果无法保持原物体拓扑结构。同时因为只改变了某些方向上的模板，最终的删除模板不再是完全对称，使得细化算法不具旋转不变性。

三、基于保拓扑结构和旋转不变性的细化算法

针对上述分析提出一种新的基于保拓扑结构和旋转不变的三维细化算法。首先给出旋转不变性的定义，其次设计了各向同性的删除模板，最后根据需要定义了真伪删除点，并论述了提出的算法满足连续性保持的条件。通过假设验证法，检测候选删除点删除前后26邻域内目标体和背景组的数目变化，确认删除点的真伪，保持了原有的拓扑结构，进而确保物体旋转后细化结果的连续性不变。

关于旋转不变性做如下定义：

定义1（旋转不变性）：当物体相对之前位置旋转后，通过细化提取的骨架与旋转前提取的骨架形态及结构保持一致，简称该细化算法具有旋转不变性。

为使旋转后结果与旋转前结果保持一致，本文构造了具有各向同性的删除模板。如图4所示，新算法中具有各向同性的D类删除模板是12个，且模板中限制点比Ma算法中少。改进删除模板是基于图2中四类基本模板，通过绕三个中轴旋转获得，在结构上是完全对称的，从而保证在各个方向模板是同性的，使新算法具有旋转不变性。

为准确表达该算法，做如下定义：

定义2（真伪删 除点）：在每次迭代中，通过与删除模板的匹配，简单点、非尾点的判断选出候选点，假设所有候选点被删除，再逐个检验候选点被同时删除后26邻域内目标体的数目和背景组的数目有没有改变，若改变称为伪删除点，若未发生变化称为真删除点。

每次迭代中对符合删除模板且满足其他删除条件的目标点做标记，假设标记点已全部被删除（值为0），逐个对标记点位置进行检测，检测标记点位置26邻域中目标点（黑点）的连通性，和18邻域中背景点的连通性，若连通性发生改变则把标记点重置为1，若未改变确定删除。因为在一次迭代中任何点的删除不应该改变其26邻域中目标点的连通性和18邻域中背景点的连通性。这就有效防止同时删除一系列点造成细化结果出现断裂破坏拓扑结构的可能。

连通性证明：本文算法按照简单点的定义选候删除点，为保证被删除的点是简单点，在删除前做如下判断：判断当前点26邻域内的目标点是否连通；判断当前点18邻域内的背景点是否连通且至少有一个点与当前点是6邻接，所以被删除的点都是简单点，满足条件①。通过删除点的真伪验证表明对每一个删除点来说，在其他点被删除后，26邻域内仍然只有一个目标体，18邻域内只有一个背景组，即还是简单点，所以每次迭代中同时删除的所有点的集合是一个简单点集合。那么属于一个单位正方形上的两个，三个或四个不同点被同时删除时，它们也是简单点集合，表明本文算法满足条件②、③、④。假设存在一个包含在单位立方体内的目标体被完全删除，那么单位立方体内八个点只能是可被删除的点或者背景点，可被删除的点必须满足某一删除模板，根据根据本文算法设计的删除模板特点，八个点中总有一个面上的四个点必须同时是背景点，因此包含在一个单位立方体内能被完全删除的目标体不存在，即满足条件⑤。因此本文算法满足三维细化算法保持连通性的条件。

基于保拓扑结构具有旋转不变性的三维细化算法主要步骤：

1）检测边界点（26邻域内至少有一个是背景点）；

2）检测满足任一删除模板同时属于非尾点和简单点的点，并标记为候删除点；

3）根据定义2判断2）中标记的候删除点的真伪，若为真，则确认删除，否则不删除；

4）返回1）直到无任何点可以被删除。

四、 物体的尺寸提取与非接触测量

对细化后的骨架进行像素数的统计可以得到三维模型的几何尺寸信息，这些测量信息可以精准地描述三维模型的当前状态。比如表面即为边界点的集合，通过判断是否具备空间26连通可以快速提取边界点，表面积可以表示为边界点像素的总和，这种表示方法不仅简单，而且被证明是物体表面积的无偏和一致的最好估计。

根据三维图像数据和尺寸基准线，可提出和计算目标的厚度、高度、径向、轴向、位置等几何尺寸，计算各组成部分的长度、高度、宽度或直径、半径等形状参数，计算表面各部分的几何距离，有关结构与重要基准面、基准线的距离以及平行度、平面度、圆度、同轴度等形位误差。用这一系列参数和特征准确表达和确定目标的实际当前状态，从而实现对目标的全方位的非接触测量。

五、实验结果与分析

该部分设置了四个实验。在前两个实验中把新算法分别和Ma的算法，Wang的算法做对比，表明新算法在保持连通性方面的优势；在第三个试验中把新算法与Wang的算法的细化结果做对比，表明新算法具有旋转不变性；第四个实验是新算法细化各类模型得到的精实墓羌堋

新算法与Ma算法的细化结果对比如图5所示，在图5.（a）中是一个连续的简单模型，图5.（b）中是Ma算法的细化结果，左右连在一起的两个方形在细化后被分开，破坏了原有的连通性，图5.（c）中是新算法的细化结果。左右两个方形细化后任连在一起，保持了原有的拓扑结构。在图6.（a）中是一个连续的简单模型，图6.（b）中是Ma算法的细化结果，上下连在一起的两个方形在细化后被分开，破坏了原有的连通性，图6.（c）中是新算法的细化结果。上下两个方形细化后任连在一起，保持了原有的拓扑结构

六、结论

完全并行基于模板的细化算法，会出现断裂，导致细化结果拓扑结构发生改变，并且不具有旋转不变性，本文通过设计各向同性模板，判断后删除点的真伪解决了这一问题，并通过实验进行了验证；在三维细化的基础上实现了非接触测量，提取三维特征信息，这将进一步满足对三维模型特征分析的需求。

参 考 文 献

[1]廖开阳，张学冬，章明珠.一种新的指纹图像快速细化算法[J].计算机工程与应用，2008，44（5）：93-95.

[2]邓刚，童学锋.FPTA快速细化算法在脱机手写体汉子识别中的应用.计算机工程与应用，2002，01：135-136

[3] Chuang JH， Tsai CH， Ko MC. Skeletonization of three-dimensional object using generalized potential field[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence， 2000，22（11）： 1241-1251.

三维测量范文第6篇

关键词：三维数据采集；近景摄影；测量

1 近景摄影测量系统构成

（1）检查过的两个碳纤维尺两个，碳纤维尺两端的白色编码点有严格的尺寸要求。（2）非测量相机尼康D300S24mm定焦镜头，1200万像素。（3）用于摄影位置编码点和几个定位十字。（4）TRITOP软件。之所以无法跟测量相机一样进行内、外方位定位、对象（即非代码点）的定位必须依靠人工定义的特殊图形即编码的识别点才能完成，因为测量相机的使用。

下面以德国GOM公司的TRITOP光学测量系统进行说明，如图1所示。

2 近景摄影成像原理

通过摄影手段以确定目标外形的测量方法称为近景摄影测量。相机的姿态定位及数字照片的定位是近景摄影的关键技术，其定位方式直接关系到相机的成像精度。目前市场上技术成熟的非量测摄影系统有AICON公司的德通社-pro系统、德国GOM公司的TRITOP系统等。使用非量测摄影系统进行三维定位点构建时，经常使用形如图2所示的非编码点和编码点的人工标识，方便于软件在定位解算时识别，是因为非量测摄影系统不具备专业量测摄影系统的定位框标，无法进行相片的内方位元素和外方位元素的定位，二维图像重建广场空间是近景摄影测量的主要任务，这是图像形成的反过程。

近景摄影测量中常用的坐标系统有三种，对物体进行三维测量可以利用坐标变换和内、外方位定位及共线方程，能够解算出物方点坐标。由于对摄影精度要求较为苛刻，为了确保摄影精度，在近景摄影测量中，常常使用多重交向摄影技术对被测物体进行测量。通过一点多角度多次摄影，就能达到较高测量精度。多摄站式交向摄影。超过两次对同一点的摄影，有利于被测物体精度的提高和软件解算的稳定性。但是一般两次不同角度的重复摄影即可完成物方点的定位。对于TRITOP摄影系统按德国VDI/VDE2634标准方法检测精度可达0.0125mm/m。

3 近景测量的主要应用

3.1 古代建筑物或者遗址的精密测绘

古代建筑一般都经历了成千上万年的历史，由于自然和人为的破坏，保护和修复工作显得尤为重要。无论是国内还是国外，越来越多的古建筑古遗址修复工作正在展开。目前传统的建筑古老的历史记录测量的方法主要有：直接测量法、免棱镜全站仪测量法、三维影像扫描法。每种测量方法都或多或少存在缺点。直接量测法的缺点是要直接接触，容易造成建筑物损坏，而且该方法效率低下，容易出现人为的误差精度不高。免棱镜全站仪测量虽然不用直接接触，避免对建筑物的破坏但是在结构复杂时精度不高。传统的测量方法很难准确地衡量古建筑的整体结构条件下，如列和光束倾斜，弯曲梁和方舟子，框架的倾斜和沉降等。使用传统建筑测量只能测量记录一个接一个，只要有轻微的疏漏就很难完整的表达，不能依照整个测量过程。使用现代的近景摄影测量手段可以更好地解决问题。

3.2 建筑物变形的测量

随着社会经济的发展，越来越多的建筑物和桥梁在各地陆续建起，在建设的过程中以及建成后我们都需要对建筑物的变形进行观测。与其他测量工作相比，变形监测要求的精度比较高，并且要求一定频率的重复观测建筑物上布置的变形监测点。获得监测点的三维（X，Y，Z）位移变化。建筑物变形监测的主要方法有三种：地面监测技术、GPS监测方法、近景摄影测量法。[5]

3.3 现场视觉及工业制造的精密测量

这几年来，伴随着制造技术的进步，也对精密测量技术提出了新要求。先进制造必备的关键技术之一就是在工业现场使用精密三维坐标测量技术。在工业上，为了得到被测物体准确的表面尺寸（监测项目的三维数据），通常使用投影光栅扫描设备。提高三维测量精度最有效的方式是使用近景摄影测量方法建立具有非编码点群的三维测量。基于测量汽车外表面为例，表达的近景摄影测量原理和使用方法，提出了以实现大尺寸物体的精确测量而使用近景摄影测量投影和光栅扫描方法的组合。结果表明，三维数据采集使用近景摄影测量方法不仅在很大程度上提高大尺寸物体的扫描精度，而且提高扫描效率。近景数字摄影视觉测量技术是一个专注于精密测量技术的研究和应用，用于精密测量，基于数字成像和摄影、图像处理和精密测量原理的基础上，一种新型的精密测量技术。传统的通用三维精密测量仪器（CMM）一般不能应用于生产领域，只能用于特殊的测量环境，因为测量仪将受到线性导轨运动的条件。最近开发了各种不同类型的三维精密测量技术和设备，以适应制造技术的进步，如：近景数字摄影、激光跟踪干涉测量系统，视觉测量系统基于机器人柔性坐标测量系统，等等。

4 近景摄影测量一般流程

在工业三维数据采集的过程中，只要遵守一定的操作流程就能获得准确的结果。但是不当的操作流程会给数据采集带来不可预知的测量误差。近景摄影测量的一般流程如下：第一，规划测量意图：确定测量方案，比例尺放置在恰当的位置。第二，选择适宜的工作环境：尽量不在强光和振动的环境下进行测量，温度20°为宜。第三，被测物体预处理：此过程一般涉及三个方面：（1）被测物体表面要贴上白色非编码定位点；（2）将白色显影剂喷涂在被测物体表面；（3）放置编码点。第四，近景摄影的测量：初始摄站位置需正对一根比例尺用来拍摄4副两两相互成90°夹角的相片，使用相机在距离被测物2m左右的地方进行多摄站拍片，完成相机标定。第五，照片处理：与TRITOP软件对整个拍的全部相片绑定，得出三维框架。第六，数据收集：定位的三维框架进行基于3d的扫描对象，得出符合测量精度的三维点云。

5 结束语

我们提出利用多重交向摄影的近景摄影测量方法，就是使用特殊人工标识，为提高大尺寸物体光栅投影扫描的精度，通过编码点即普通非量测摄像机，将解算结果利用于光栅投影扫描设备，并对非编码点建构三维空间尺寸，得到符合测量精度的密集点云。事实证明，此方法不仅实现了物体的高精度测量，而且又提高了扫描效率。关于近景摄影测量的现行趋势是：能不断满足低、中、高以及超高精度的工作要求，发展模块完整数据归算系统。总之，根据现行活动的情况和暗中隐现的趋势来看，近景摄影测量将会应用到越来越多的行业和地方，为我们的生活和工作带来便捷。

参考文献

[1]张德海.大型复杂曲面产品近景工业摄影测量系统开发[J].光电工程，2009，36（5）：122-128.

[2]冯文灏.近景摄影量测[M].武汉：武汉大学出版社，2002.

[3]中国国家标准化管理委员会.GB/T12979-2008.近景摄影测量规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]盖绍彦，达飞朋.光栅投影三维精密测量[M].北京：科学出版社，2011.

三维测量范文第7篇

【关键词】工程测量；三维测绘技术；应用；发展

近年来，随着社会经济的快速发展和工业化建设进程的不断加快，传统测绘技术逐渐向现代数字化测绘技术方向转变，新时期的工程测量技术的发展趋势和方向将会朝着测量数据整理、控制实时化、自动化以及数字化方向发展；同时，测量数据信息管理也讲朝着标准化、科学化以及规格化方向发展；而工程测量数据的传播与适用将朝着多元化、网络化以及社会化方向发展。

1 三维测绘技术现状分析

实践中可以看到，现代工程建设过程中对三维测绘技术的创新需求具有一定的迫切性，然实际情况来看却并不乐观，而且发展存在着严重不平衡现象。以下讲通过三维测量仪器的分析，来阐释现代三维测量技术现状。

对于三维测量仪器而言，目前常见的是卫星定位测量系统、摄影测量仪器、全站仪、三维激光扫描仪以及关节臂三坐标量测仪和激光跟踪仪。其中，前三种测量仪器均为我们日常工程测量中所熟知和常用的量仪器，而三维激光扫描技术则是近年来新出现的三维测绘仪器，以上测绘仪器分析如下：

1.1 卫星定位测量系统

对于卫星定位系统而言，其点位坐标是地心直角坐标系中的三维坐标，同时也是真正的三维测量，而且其测量精度非常的高，尤其是双频GPS点差分测量精度可达到毫米级。实践中需要注意的是一种错误操作方法，即将卫星定位结果转换至大地坐标系之中，使之与传统的三维测量结果对比，则差值一定会非常的大。之所以会出现这一问题，主要原因在于三维测量受大地水准面影响，其精度会受到不同程度的影响。

1.2 全站仪

对于全站仪而言，其作为一个相对标准的三维测量仪器，可同时对距离、角度进行准确测量，而且全站仪具有如下几个方面的特征。可以自动显示、计算出相关数据信息；存在着多种数据信息的记录储存方式；可实现水平角、垂直角的自动补偿。在2+1维测量中，基准面是水准面，测量结果会受到大地水准面精度的影响。

1.3 三维激光扫描仪

对于三维激光扫描仪而言，实际上它是近年来才出现的三维测量新仪器。该种仪器扫描速度非常的快，而且点位精度相对较高、点密度也非常的高，因此应用普及速度较快。实践中可以看到，这种仪器设备通常不依赖水准面，而且受大地水准面精度影响也非常的小。

1.4 三维测绘技术在工程测量中的有效应用

所谓三维测绘，实际上是测量目标空间的三维坐标，通过三维目标形状、位置以及空间姿态的确定，对目标实行三维重建，并将其真实地再现在计算机上。目前来看，国内现行的测绘技术均基于三维理论测量体系。其中二维确定目标平面位置，一维对目标高程进行确定。

在工程设计过程中，三维工程测量技术已经基本形成和应用，三维CAD软件的普及率也非常的高。工程测量、设计过程中，要求在现状图基础上进行，因此现状图即三维图，工程测量中的三维测绘技术应用时必不可少的。对于工程施工而言，其过程中存在着很多不确定性因素，而且很多施工环节非常的复杂，很难按照传统的施工模式、层层递进，由地面逐渐向空中施工。实际上他采用的是立体吊装式施工模式，比如鸟巢、中央电视台以及国家大剧院等，在此过程中不可避免地需应用三维测绘技术。

作为三维测绘技术的一种，摄影测量技术在现代工程测量中的应用非常的广泛，摄影测量技术在市政、工程测绘领域中的应用更为普遍。对于摄影测量而言，由于高质量和高精度摄影测量仪器的生产研发，利用现代计算机网络技术，使得摄影测量技术可完全、实时获取测量物的三维空间信息数据，而无需接触物体，这在很大程度上有效地减少了户外作业的工作量，同时也有效地提高了测量精度和效率，能够提供更为丰富多样的测绘结果。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物表形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以起到的作用，具有广泛的应用前景。由于全数字摄影测量工作站的出现。为摄影测量技术应用提供了新的技术手段和方法，该技术已在一些大中城市和大型工程勘察单位得以引进和应用。由于技术在摄影中的应用，大量减少并加快了野外控制点联测工作，大大提高了航测成图的效率与效益，使得工程摄影测量向自动化、数字化方向迈进。

1.5 三维测绘技术未来发展前景展望

在新的历史时期，工程测量已经不再是单一的简单的提供一些地图数据方面的服务活动，它要求工程测量提供相关的、准确地理信息服务，从而全面推动我国工程测量事业进入信息化发展时代。所谓信息化测绘技术，其主要是依托于现代计算机网络技术，同时利用现代信息技术以及空间技术设备，为工程建设行业的发展提供了有效的地理信息服务三维测绘技术。从实践来看，三维测绘技术的未来发展，必将朝着实时获取信息、自动处理相关数据以及提供网络化信息服务和信息社会化应用方向发展。从某种意义上来讲，三维测绘技术正在正朝着数字化、高精尖方向发展。三维测绘技术最具代表性的是3S技术，即GPS、GIS以及RS。在现代工程测量过程中，3S技术的应用更加的广泛，其中GPS技术提供了准确的目标空间位置，便于工程建设的准确定位。在工程地面控制测量实践中，尤其是在新矿区建立新控制网过程中，对已有控制网应当进行全面的检验、改善与审核；同时，还要对旧有的控制网实施加密操作。对于GIS技术而言，其主要是更加便于建立多源数据信息模型，建立工程项目信息管理系统，综合管理工程建设项目的设计、沉降监测、开采以及矿区土地复垦和环境评估，对多种来源的时空数据综合考虑、处理和实施集成化与动态管理。RS技术主要是进行矿区地形图测绘工作，开展土地资源调查、矿区生态环境和地质灾害调查，快速提供矿区信息。 “3S”技术是当前国内外工程测量技术发展的重要趋势，在应用过程中，GPS主要是确定目标的空间位置，RS主要是快速提供目标信息，GIS主要是对多种数据进行集成处理。三种技术在功能上相互补充，只有建立一个统一的平台，让他们充分发挥优势，才能实现工程测量的精准性。

2 结语

总而言之，随着现代计算机网络技术的不断创新与改进，三维测绘技术也逐渐走向成熟，这使得数字工程建设发展理念的提出不再只是一个空想，而是实实在在的发展目标。实践中可以看到，依托于先进计算机网络技术的数字工程建设需较长时间的完善与改进，而且会随着现代三维测绘技术在工程测量中的应用不断增大器范围，并最终会走向工程测量的自动化、数字化以及信息化和智能化道路。

参考文献：

[1]黄强，范东明，冯远，范晓燕.Auto CAD三维立体图测绘技术及数据处理[J].工程勘察，2010（12）.

[2]陈思杰.民生服务中心设计探讨[J].建筑设计管理，2011（02）.

三维测量范文第8篇

【关键字】三维GIS；工程测量；应用

近年来，随着我国科学技术的发展和综合国力的提高，人们越来越多地要求从真三维空间来处理问题。目前，三维GIS应用在房产、旅游、安防、城市规划等方面较多一些，但是他们的技术不够成熟，只是针对自己的领域开发的， 没有从理论上加以系统完整的研究。

1.三维GIS的概念

三维GIS从不同的视角出发有着不同的概念。从数据库出发认为GIS是一个数据库系统，在数据库里的大多数数据能被索引和操作，以回答各种各样的问题。从工具箱角度出发认为GIS是一个从现实世界采集、存贮、转换、显示空间数据的工具集合。从组织机构出发认为GIS是一个功能集合，能够存贮、检索、操作和显示地理数据，是一个集数据库、专家和持续经济支持的机构团体和组织结构，提供解决环境问题的各种决策支持。各个定义的侧重点不同，但是都能突出整个三维实体空间的高精度建模和准确的度量分析。

三维GIS借助强大的地理空间数据库，运用地理模型分析，提供了多种信息资源，为地理研究和决策提供了依据。在三维GIS中，空间目标通过X、Y、Z三个坐标轴来定义，以立体造型技术给用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系。GIS在处理二维空间的应用较多，但是随着GIS应用的深入，人们越来越多地要求从三维空间来处理问题。经过三维GIS处理后所得到的图形、图像、表格等等，供工作人员参考得出结论的有用数据。三维GIS正常运做需要各种不同的部件组合完成。三维GIS的核心是三维空间数据库。三维GIS可以输入数据，分析数据，输出数据，通过对地理数据的输入、分析，得出供工作人员参考的信息，为合理的利用土地资源、自然资源、环境、运输、城市设施和其它管理的规划与管理提供决策支持。三维GIS记录着整个地球或者部分区域的环境情况和资源的使用情况，可以说是对人类现实居住环境的描述记录。从其深层内涵上来看，三维GIS是一个由计算机程序和地理数据有机组合形成的地理空间信息模型。三维GIS能为管理和决策提供依据。三维GIS还具有对空间对象进行三维空间分析和操作的特有功能，具有独特的管理复杂空间对象能力及空间分析的能力等优点。

2.三维GIS在工程测量的特点

2.1空间可视性

（1）空间地物轮廓特征的可视化。三维GIS是利用数据对现实世界空间关系的模拟，使我们能够比较直观的感受到空间各种事物的状态。它利用现实的尺寸距离按照一定的比例缩放，而且对于现实事物空间的模拟都非常形象、逼真，清楚地反映事物的特征，比较清晰的看到地物的外形轮廓。

（2）地物属性信息的可视化。三维GIS的空间可视化功能还包括对空间分布的地物的属性信息可视化，它是将地理空间信息与对应空间的属性信息相结合的结果。例如，我们可以在地理信息系统中查出某地区的地理概况、人口密度、占地面积、资源使用情况，通过测量相应的尺寸就可以换算为现实的距离，粗略的规划设计施工方案，这样空间地物的属性信息实现了信息可视化，可以更全面的考虑到实际情况，使得定位更加准确。

2.2空间导向性

利用三维GIS不仅可以纵览研究区域的信息，还可以利用其所具有的其他功能带领我们到更有趣、更令我们感兴趣的潜在区域。

三维GIS能够提供给我们比较全面的空间数据，通过各种比例观察地域的全局、局部和细节。在比例变换的过程中，系统就会不停的更新数据。就比如我们在浏览全国地图信息时，只会显示一些大的山脉、河流，省份和地区，重要铁路、公路，在逐渐扩大的过程中，系统会自动更新，逐渐出现稍微小一些的河流、县城、干路等，再放大比比例时，甚至可以具体到村庄的建筑物、公园等，与文明实用的地图差不多。三维GIS的导向功能主要表现在它能通过查询得到我们想要的信息，如果我们在搜索内容里填写药店，它就会在你指定的区域内全部标出，系统的写出有多少家，通过扩大和缩小来观察。

2.3空间思维性

三维GIS不仅储存有各地物的描述信息，而且还储存有地物之间的空间位置关系，这非常便于空间的分析。

三维GIS的空间思维主要表现在，利用三维GIS固有的系统工具对输入的数据信息进行处理，得到直观的数据分析图。三维GIS中积聚许多处理工具，各个工具利用其具有的功能对数据分析，每个工具将结果交由系统处理，得出可视化的分析结果。三维GIS的空间思维功能能够提供给我们空间关系、空间分布模式和空间发展趋势等，这是其他信息系统不能达到的。如城市与区域规划中，对于地理信息系统的使用特别多，是利用其空间思维的典范。

3.三维GIS在工程测量中的应用现状和前景

目前，三维GIS在工程测量中的应用逐渐广泛，标志着工程测量技术的发展方向。它具有精度高、效率高、测试简便等优点，能精确的测量工程数据。遥感技术是地理信息系统的一种技术，它是通过航空或卫星利用可见光、红外、微波等对地形地貌进行摄影成图的技术。三维GIS为国土资源的开发利用和城市规划建设提供了宝贵的信息资料，广泛应用在绘制大比例尺地形图和工程图。三维GIS技术的应用可以有效地避免环境的艰苦恶劣，而且工作效率高，精度高、准确性有保障。利用三维GIS技术，实现了数据采集与图形编辑的同步完成，加之近年来出现了掌上电脑，小巧方便，操作简单，功能齐全，可以与全站仪无线联机，采集数据成图，加快了三维GIS在城市建设的工程测量中的应用步伐。

三维GIS在工程测量上的应用，对工程测量是一次革命性的转变，也是工程测量必然的发展趋势。三维GIS侧重于对数据的读取分析，是目前比较强大的数字地面模型的解析工具。通过对数据库处理分析实现全球变化、环境监测、海洋导航、防灾减灾等领域。

4.结语

三维测量范文第9篇

【关键词】三维激光扫描仪原理；反射标靶；点云；地形测量

1、三维激光扫描仪应用现状

地面三维激光扫描技术是以三维激光扫描仪的诞生为代表，是继GPS （Global Position System）技术以来测绘领域的又一次技术革命，该技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，是继GPS空间定位技术后的又一项测绘技术革新。三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能够全天候的对任意物体进行扫描，快速将现实世界的信息转换成可以处理的数据。该技术具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点，作业时间短，使用成本低，且使用方便，其输出格式可直接与CAD、三维动画等工具软件接口。目前在工程、环境检测和城市建设方面如断面三维测绘、绘制大比例尺地形图、灾害评估、3D城市模型的建立、复杂建筑物施工、大型建筑的变形监测等均有成功的应用实例。随着三维激光扫描测量技术、三维建模的研究以及计算机硬件环境的不断发展，其应用领域日益广泛，如制造业、文物保护、逆向工程、电脑游戏业、电影特技等，逐步从科学研究发展到进入了人们日常生活的领域[1]。

2、三维激光扫描仪工作原理

三维激光扫描仪由一台高速精确的激光测距仪，配上一组可以引导激光并以均匀角速度扫描的反射棱镜为主要构造组成。其工作方式为激光测距仪主动发射激光，同时接受由自然物表面反射的信号从而可以进行测距，针对每一个扫描点可测得测站至扫描点的斜距，再配合扫描的水平和垂直方向角，得到每一扫描点与测站的空间相对坐标，如果测站的空间坐标是已知的，那么则可以求得每一个扫描点的三维坐标。

按照扫描平台的不同三维激光扫描仪可以分为：地面型激光扫描系统、机载（或星载）激光扫描系统、便携式激光扫描系统。本文工程中使用的为地面型三维激光扫描仪，其工作原理为：三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算日标点P与扫描仪距离S，控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测值β。三维激光扫描测量一般为仪器自定义坐标系。X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内与X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。获得P的坐标。

整个系统由地面三维激光扫描仪、数码相机、数据后处理软件、电源以及附属设备构成，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[2]。

3、工程应用实例

该工程为千岛湖引水工程，引水管布设长约100公里，沿途多处布设埋管、钢衬段及支洞口，测区多为山区丘陵地貌，植被较为茂密，通视情况较差，采用传统全站仪地形测量方案，废时、废力且效率低下，影响工作效率。现以一处支洞为例，采用地面型三维激光扫描仪进行测量并与传统测量方式进行比较。

本测区采用仪器为徕卡Scanstation C10 新一代一体化扫描仪，具有以下功能：[3]

（1）轻松实现全视场扫描。视场角高达360°X 270°，可轻松获取顶部，水平方向及垂直方向的数据，旋转镜头（智能X-MirrorTM设计），可覆盖几乎整个垂直方向的视场角。

（2）使用了和徕卡全站仪一样的高精度双轴（倾斜）补偿器，能完成导线测量、后方交会测量和放样。

（3）实用有效的测距范围，扫描距离大于300米。

（4）具有全站仪的测量精度，能使点位、距离和角度测量精度达到专业级测量精度。

（5）超高速激光扫描，扫描速度高达50000点/秒。

（6）Cyclone常规地形测量功能，基于扫描点云数据，利用徕卡 CYCLONE II TOPO地形测量软件模块可以轻松完成二维地形图的测绘和输出，节省了外业数据采集的大量时间，提高了地形测绘工程的作业效率。

3.1控制网布设

测区首级控制网由4点E级GPS点构成，采用南方9600北极星GPS接收机进行静态观测，并布设四等水准测量，使整个测区建立在一个基准控制框架内，便于徕卡Scanstation C10扫描仪的起闭。测区内利用GPS RTK进行控制点加密，其作用为三维激光扫描仪过程中布设定向、检查标靶点和特征控制点。

3.2野外作业过程

3.2.1野外设站

将三维激光扫描仪架设在加密点T1，反射标靶架设在T2进行定向（可自由架站，无需人员干涉）。由于三维激光扫描仪的测程是有限的，不同测站的测量数据如何拼接到一起，就需要标靶来完成，因此根据扫描仪测程，需要在各相邻测站重合的位置布设3个以上形成不规则图形的标靶，以供点云拼接需要。

3.2.2测区扫描

根据测区划分区域，设置采样间隔和扫描分辨率。采样间隔和扫描分辨率设置过大或过小均会对后期的数据处理精度及采集到的点云数据量，数据的传输、保存以及后期的数据处理带来很大的麻烦。因根据地形测量精度的要求合理设置，以达到最佳的效果。同时每站重叠区域不小于5米，360°水平范围和270°垂直范围内自动扫描，进行点云之间的拼接，实现对准与地理配准。

3.2.3内业处理

经外业扫描到的三维点云数据量非常大，其中包含河流、山体、房屋和沟渠之类等有用的数据，也包含车辆、行人、树叶等等无用的数据，利用Cyclone、leica地形后处理软件提取点云质量好，精度高，数据全面的部分点云数据进行内业数据处理，并采用数据滤波和数据抽隙的方法对点云数据进行处理，完成后将点云数据转成txt格式导入Maptek I-Site Studio进行最后地表DEM的建立和等高线及高程点的提取。如果现场地物较为分散且种类繁多，还可以利益徕卡cloudworx将点云导入CAD或者CASS中对地形图进行进一步的描绘从而得到我们所需的地形图。（如图1）

3.2.4优势比较

整个支洞需要测量作业的范围近0.2平方公里，落差近100米。传统全站仪作业方法外业用时需5天，采用三维激光扫描仪作业用时2天大量节省了外业工作时间，大大减轻了外业人员工作强度，另外高分辨率数码相机真实反映了地物特征，提高了内业处理的速度，提升了内业成果精度，增加了成果展示的形式。

4、结束语

三维激光扫描仪测量技术给传统测绘带来了一股清风，是数据测图又一次创新进步，相比传统的地形测量具有效率高、表现力强、测量细节丰富，地形、地貌一次测量完成、并同时获得影像模型，自动得到DEM数据，且成果形式多样，可以满足不同人员对数据的需求，同时还具有智能化，兼容性强等特点。但通过本次工程的实践，我发现地面三维激光扫描技术的普及也存在以下不足：在大比例尺地形图数据采集过程当中受现场条件限制较多，如山区植被较多时，精度较低；数据后处理较复杂，外业完成后需要较长时间的数据处理，耽误后续工程的人员投入；仪器设备价格昂贵[4]。

相信随着科学技术的不断进步，在企业生产成本最低化，效益最大化的时代背景下，这项继GPS之后的高端测绘技术在地形测绘、道路桥梁测绘等领域具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]徐晓熊.刘松林.李白.三维激光扫描测量技术及其在测绘领域的应用[J].中国测绘，2009.（2）

[2]宋宏.地面三维激光扫描测量技术及其应用分析[J].测绘技术装备，2008.10（2）

[3]徕卡测量系统股份有限公司 Leica Scanstation C10使用手册，2011

[4]许映林.三维激光扫描技术在温泉水电站大比例尺地形图测量中的应用[J].水利水电测绘，2007，3

作者简介

三维测量范文第10篇

摘要:

三维数字化扫描检测技术已经广泛应用于航空航天、汽车、模具、制造业、雕塑、文物保护等多个行业，对于大型复杂物体，快速准确获取物体的三维信息是一个非常重要的研究领域。为解决大物体测量存在误差大、速度慢的问题，以现代索纳塔汽车为载体，采用德国Carl－Zeiss公司的PHOTOGRAMMETRY照相法系统和COMET三维扫描仪的方法，研究出整体精度控制方法。

关键词:

逆向工程;点云;参考点;大物体测量

0引言

随着人们生活水平的日益提高，汽车已经以必需品的角色走进了寻常百姓家，人们在追求汽车性能的同时更多的关注汽车的外形设计。汽车工业面临着巨大的挑战，从几年设计一款车型到现在每年推出多款车型来满足大众日益多样化的市场需求，以求更快的占领市场。一款车型的投产是需要多环节以及大量的资金来支撑，以车身的设计来说，三维数字化测量技术的应用可大大缩短新车型的开发周期，在竞争激烈的市场上抢占先机。

1三维数字化测量技术概述

逆向工程也称反求工程，它是在已有的产品模型或实物模型基础上，通过三维数字化测量系统得到数据，从而建立起数字模型，然后将这些模型或者部分表征用于产品的分析、设计、制造以及加工生产的过程［1］。三维数字化测量技术是逆向工程技术的首要环节，也是关键环节，被测物体的数据是否能够准确、完整的获取，直接影响到后续重构数学模型以及产品二次开发等环节的质量。常用的三维数字化测量系统主要分为接触式以及非接触式测量2种。接触式的点测量设备主要有三坐标、划线机、关节臂点接触扫描仪等，精度最高，为μm级，但是耗时过长，对于物体不能实现完全特征扫描。非接触式扫描仪多为光学扫描仪，市场上主要有加拿大形创激光扫描仪、德国Stein-bichler、GOM、博尔克曼公司的结构光扫描仪，国内的有天远三维等。当前市面上最多的为非接触式光学扫描仪，质量良莠不齐，国内的设备多为131万像素，从精度上来说德国的设备在国际上属于顶尖水平，目前最高端设备已达到1600万像素。

2汽车车身数据采集

2．1三维数字化测量设备方案制定

考虑到汽车车身整体尺寸大，汽车车身为中心平面对称，各曲面为A级曲面，同时需要整合进入车身原始坐标系，对扫描精度要求极高，故采用龙门式三坐标、德国Steinbichler公司照相法PHOTOGRAMME-TRY、COMETL3D蓝光三维扫描设备以及COMETplus软件相结合的方式，采取分区域数据采集，最终通过GEOMAGICSTUDIO软件处理车身整体曲面数据。PHOTOGRAMMETRY照相法(如图1所示)是利用专业数码相机对被测物体从不同角度拍摄图片，根据三角测量原理来计算参考点的空间三维坐标，该系统主要应用于中型、大型(几米甚至几十米)工件，使用照相法进行测量，可轻易获取被测物所有的三维参考点数据(将数码相机作为数据采集器，对编码点与标记点进行空间三角测量)。通过照相法获得的参考点空间三维坐标数据，可直接使用测量被测物体的尺寸等相关信息数据，也可为光学三维扫描系统提供精确的参考坐标，使其可将任意单幅测量数据逐一、准确地拼接与吻合起来［2］。并可通过COMETPLUS软件将由三坐标测得车身原始框架关键点坐标与照相法测得框架坐标系整合进原始坐标系，使坐标系得到精确控制。COMETL3D2M蓝光三维扫描设备(如图2所示)由光学投影模块(蓝光)、数据采集模块(CCD摄像机)组成，采用光学三角原理的相位测量法，是将一系列不同密度的黑白相间的光栅投影到被测物体表面，形成一块待测区域，通过光栅线发生的畸变以及光学三角原理获得物体表面的三维数字化信息［3］。该款设备采用创新的蓝色LED照明技术和先进的单目技术，精度更高，数据采集更快(单次少于1．5s)，并配有多组镜头满足不同特征的需要，最为关键的是设计为重量轻的便携式设备，使用操作极为方便。

2．2准备工作

测量过程中不可避免的存在随机误差，为了保证精度尽量选择环境温度、光线稳定的室内空间，并保证在长时间的测量过程中温度、光线不要变化，采用蓝光扫描仪，可以减少由于光线变化引起的误差，保证空间足够大，摄影测量系统要求照相机距离被测表面至少2～3m，而且测量大物体时COMETL3D需要固定于大的立柱支架上，便于升降以及移动，有助于提高扫描的速度以及稳定性。故需考虑立柱支架的体积以及伸缩臂的长度。如图3所示，汽车表面反光需要均匀的薄薄的喷涂一层显像剂，从侧面看不反光即可。大部分三维扫描设备对深颜色的物体不识别，特别是黑色，此款扫描仪可通过调整曝光以识别深色并可不需要参考点直接通过曲率拼接，但由于此案例为与照相法相配合大物体测量，需要进行标记点拼接。本案例选择了3种三维数字化测量设备相结合的方法，故需要准备3种不同类型的参考点:一种是龙门式三坐标测量坐标值的带中心点的标记点A;一种是与照相法相配合的编码点B，每个编码点都有唯一的编号;还有一种就是与CometL3D配合的直径6mm的普通参考点C。粘贴参考点规则:一般情况下A类的标记点整车贴个20个左右;B类的编码点，要保证1个点至少出现在5张不同角度的照片中;C类保证单幅测量范围4至5个点，尽可能不在一条直线上。

2．3车身三维数字化测量

当所有的准备工作完成以后，开始进行数据的采集。首先将十字标尺和比例尺放正，通过照相法从不同角度对被测物拍摄图片，进行车身框架坐标系的采集。一字标尺共4个编码点，距离较远不易同时识别，可以采取远距离拍摄同时取到4个点;十字标尺材料为碳纤维材料，可定义照相法获取数据的XYZ3个坐标方向，对十字标尺进行拍摄识别时，最少4张图片参与标定过程;保证其余每个编码点至少被5张图片拍到。在整体坐标系统采集的时候，必须保证标尺完全被采集上，标尺决定了全局坐标系统的精度。最后将这些图片导入COMETplus软件中，由三角测量原理，软件自动将这些图片进行运算，即可得到车身整体的全局三维坐标系统，如图4所示。照相法参考点三维坐标数据计算结果中，如图5所示，可以将少于5张照片识别的参考点(如图5右侧框内)删除，也可以将参考点中识别误差较大的参考点(如图5左侧竖框)删除，并重新绑定计算结果，以提高测量精度，更好的控制整体车身误差。之后，通过三坐标划线机将带中心孔的各参考点的坐标值求出，代入到全局坐标系统，找正全局坐标系统对齐到车身原始坐标系统，使坐标系保持一致，坐标对齐更精准。全局定位完成之后不要立刻拆下编码点，先用COMETL3D扫描设备进行试验，无问题后可将编码点以及标尺移除，分区域进行扫描，数据获取过程如图6所示。由于车身为对称式，故只需要扫描一半即可。数据采集的过程中，曲率平缓处，例如四门、两盖可以利用框架点拼接，曲率较大并有特征处可以使用自由拼接，也可使用手动拼接，即使扫描区域参考点数量不足，也无需增加参考点，直接使用COMETplus软件的特征拼接功能即可实现拼合，提高扫描效率。在扫描过程中，可使用拼合误差彩图功能随时查看扫描拼合误差，及时发现扫描过程中存在的问题，避免重复工作，提高扫描数据整体质量及扫描效率。扫描长物体的时候，一般从两边向中间扫描，如果从一边扫到另一边会积累误差较大，使整体误差变得更大。当数据采集完成后，COMETplus在数据拼接上，提供了最终全局优化拼接，使车身整体点云数据拼接达到全局最优。综上所述，整车三维数字化测量流程如图7所示。

2．4GEOMAGIC点云数据处理

本次采用GeomagicStudio2012软件对采集的点云数据进行降噪处理以及数据的精简、数据修复等工作，这个处理环节直接影响曲面重构的精度。点云数据中存在着一些偏离原曲面的坏点，我们通常叫做噪点，这是不可避免的。要对这些测量数据进行降噪处理，但为保证精度，不宜做过多处理，特别是删除体外孤点不可多次使用，会使数据产生轻微变形［4］。如果点云数据量过大则可通过曲率方式进行采样，便于后期的建模，处理后的整车数字化模型如图8所示。提供信息化技能培训，提高其对网络的应用能力。与此同时进行网络信息安全教育［5］，提高用户的网络安全意识和网络安全管理水平，使其能够意识到信息时代网络安全的重要性，自觉遵守网络安全相关法律法规，自觉抵制网络不良信息，不发表反动言论，做到文明上网、科学用网。

3结论

建设一个人人使用、人人满意的数字化校园，是学校每一位信息化建设工作者不懈的追求。这不仅需要学校层面的顶层设计，技术人员的精心运维，更加需要每一位校园网络用户共同的努力。希望通过大家共同的努力，建成一个网络稳定、性能优良、信息安全的数字化校园。

参考文献：

［1］游佳易宇峰．校园网络管理难点及对策研究［J］．西南科技大学学报，2008(10):95－98．

［2］杨梅，甘露，张林涛．校园网络管理和信息安全保障实践探讨［J］．玉林师范学院学报，2013(01):112－116．

［3］李苗利．高校校园网络文化建设与管理存在的主要问题及对策［J］．科技信息，2014(3):115－116．

［4］刘定一．数字化校园安全管理研究［J］．网络安全技术与应用，2014(2):67－68．

［5］孙茂圣．校园网建设与管理中几对矛盾关系的分析［J］．扬州大学学报，2003(6):72－74．

三维测量范文第11篇

关键词：三维激光扫描；管片钢模；测量精度；地下隧道建设；盾构法 文献标识码：A

中图分类号：P234 文章编号：1009-2374（2017）07-0103-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.07.048

钢筋混凝土衬砌管片需要在高精度钢模内制作成型。钢模由底模、侧模、端模三部分拼装而成，整体型腔内部组合成和浇筑衬砌环管片一致的腔体结构。其中型腔宽度公差要求控制在0.5mm范围内，型腔弧长公差要求控制在0.7mm范围内。混凝土管片整体拼装后，相邻环面间隙和纵缝相邻块间隙小于1mm。为达到这样的尺寸精度，要求钢模在制造工艺全流程中严格控制，只有完全符合精度要求的单体结构最终才能装配出合格的整体钢模。而常规的测量控制工具如千分尺、游标深度尺、专用检测样板等仅能测量单点局部尺寸，不能检测整体形位尺寸，单一的检测数据和结果难以分析制造过程缺陷和问题。为解决这一问题，笔者所在公司引入三维激光扫描技术，利用数字化检测手段对管片钢模进行全程检验和数据分析，为产品控制和生产工艺提供有力的数据支撑。

1 三维激光扫描技术简介

1.1 三维激光扫描技术概述

三维激光扫描技术自问世以来就受到测量界的广泛关注，其技术优势有目共赌。与传统的检测技术相比，三维激光扫描仪能提供视长内、有效测程的一定采样密度的点云数据，并且具有较高的测量精度和极高的数据采集效率，可以有效避免传统的检测数据的局限性和片面性。而且三维激光检测技术对光线条件没有要求，能快速直接获取目标物表面所有三维坐标，可以利用三维坐标重建三维模型，通过三维坐标可以重建物体的线、面、体，进行各种计算、运算和分析等。三维激光扫描技术在建材机械、工程机械制造领域极具推广和现实意义。

1.2 三维激光扫描仪

三维激光扫描仪如图1所示。三维激光扫描仪由手持式扫描探头、笔记本工作站、三维检测分析软件和光学坐标测量系统组成。仪器可以对工件进行整体三维数据采集，形成全面的检测数据报表，也可通过全局定位系统先对整体工件进行全局定位，将整体三维数据采集后通过检查软件和理论CAD数模进行三维比较，然后进行分析，得出的结果用色谱图的形式反映偏差分布情况。最后对偏差位置进行重点标注，生成详实的检测报告。

1.3 三维激光扫描仪的检测精度

检测最高精度0.01mm，体积精度0.020+0.060mm/m，分辨率0.050mm，检测速率480000次测量/s，扫描区域275*250mm，基准距300mm。相对于管片钢模要求的尺寸精度而言，三维激光检测完全可以满足使用要求。

2 管片钢模实际检测案例分析

隧道衬砌环管片的长度一般根据隧道直径的大小达到数米，根据隧道工程的要求生产管片的钢模的精度要求一般以0.01mm级别测量检验。这样的高精度是钢结构制造中比较少见的，也是管片钢模具不同于其他模具的技术难点。就此对一组典型的6m系列管片钢模部件进行了全程跟踪检验，根据数据结论分析生产工艺中存在的不足和缺陷，通过改善工艺流程，提高产品质量。三维激光扫描技术用于管片钢模的生产检测，并通过检测结果对生产工艺过程进行反馈修正，全面控制单件尺寸和整w钢模拼装形位尺寸。

2.1 管片钢模的组成部分

一般由两个侧模、两个端模、一个底模和相关附件组成。两个侧模形成的档距尺寸是环宽尺寸，两个端模间的尺寸是弧长尺寸，底模至侧模顶面的尺寸是深度尺寸。这三组尺寸是管片钢模装配后的关键控制尺寸。为达到装配后整体尺寸合格，必须严格控制单件的尺寸精度，及时修正过程缺陷是关键。

2.2 端模检测

端模是管片钢模的端部组件，结构简单，面板加工型面长宽比较小。常用的制造工艺是组焊后整体退火消除内应力，最后整体数控机加成型。数控机加时采用焊接临时压板方式装卡。传统检验方法为百分表检查和刀口尺检查平面度，但弧度及微小的斜面尺寸却难以检测，激光扫描技术却以轻松解决测量难题。经三维激光检测数据采集和理论三维模型拟合对比，用颜色谱图的形式反映偏差分布情况。具体图谱报告如图2所示：

通过色制图谱分析判断，端模加工表面多呈绿色，且色制均匀，说明整面加工精度基本符合要求，仅在角落处有颜色突变，其中红颜色代表向上凸起，蓝颜色代表塌陷，证明存在微量的机加缺陷。经工艺跟踪检查发现，变形处恰在焊接工艺装卡压板区域，微量变形和焊接工艺装卡压板有关。综合焊接应力和加持点状态分析，出现变形的主因在于焊接工艺压板的不合理。根据这次检验，及时调整加工工艺，取消压板装卡方式，改用专用工装夹持固定机加，及时消除影响尺寸精度的不利因素。

2.3 侧模检测

侧模是管片钢模中机加量最大的工件，其结构形式呈弧形，机加表面和衬砌管片腔面一致，多具有凹凸榫型结构，相比端模复杂许多。利用常规的检测工量具，如游标卡尺、专用样板、刀口尺、塞尺等，对关键的直线间距、凹凸榫型角度和整体平面度等关键行为尺寸都难以精准测量。常规的测量数据仅能得出局部尺寸，受人工和环境温度影响较大，难以追溯加工制造问题。使用激光三维检测技术却完全弥补了这一缺点。经三维激光检测，得出色制图谱报告如图3所示：

三维测量范文第12篇

关键词：倾斜摄影测量；三维建模；单斜片测量

中图分类号：O353.5 文献标识码： A

引言:近年来，国际地理信息领域将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，发展了一种称为机载多角度倾斜摄影的高新技术，简称倾斜摄影技术。倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台或多种传感器，同时从多个角度采集地面影像，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥

补了正射影像的不足，通过整合POS、DSM 及矢量等数据，进行基于影像的各种三维测量。基于人眼视觉适合于观察倾斜透视像片的特点，倾斜影像测量技术更适合于网络环境应用。针对倾斜摄影数据的特点，人们进行了多方面的研究探讨。该技术可广泛应用于测绘、国土安全、城市管理等领域。

1、机载多角度倾斜摄影简述

机载多角度倾斜摄影测量系统是新一代摄影测量系统。其主要内容包括倾斜摄影数据获取技术和相应的数据处理技术。该系统数据获取部分一般由5个数码相机组成，包括1个垂直摄影相机和4个倾斜摄影相机，系统还可将摄影相机与机载GPS接收机、高精度IMU 进行高度集成。摄影相机用来提供影像信息，而GPS、IMU 则分别提供位置和状态信息。通过在系统中集成定位定姿设备或进行空中三角测量处理可为每张拍摄的影像提供位置姿态信息用于后续的数据处理。倾斜摄影测量系统是数字制图方面的一个重要突破，它使得“非现场”测量和分析不仅可在模型上进行，而且也可在倾斜航片上进行。通过摄影测量方式获得的垂直正射像片和倾斜正射像片被整合到一个所谓的“场景文件”中，而“场景文件”则提供了对任一地块、建筑物、构筑物及特征物的多维度、多视向的观察。国外在上世纪90年代就开始了对倾斜摄影测量系统的研究，目前该技术正成为研究的热点和市场的应用方向。美国Pictometry公司是世界上最早研究倾斜摄影技术的公司。目前Pictometry公司的倾斜摄影系统已在北美、欧洲得到广泛的应用，该类系统所具有的特点对人们使用地理空间信息的方式产生着很大的影响。它在美国的早期成功是用于突发事件方面的应用，而真正的发展始自于与微软的合作，并被集成进微软公司开发的Bing Maps之中。Google Earth也可能集成大角度的倾斜影像。经过地理参考定位的倾斜影像拓展了传统垂直影像的特性，提供了独特的透视观测方式，基于影像的三维测量系统具有如下的作用：①直接观测到建筑物的立面，垂直影像上是很困难或不可能的；②能够在影像上直接测量物体的高度、长度、面积等；③改善了对电杆、灯杆等物体的识别，而要在正射影像上进行这些识别是很困难的；④改善了非地图专业人员对地理信息的“可读性”；⑤扩展了以倾斜影像的3D观测GIS数据的方式。

2、基于倾斜摄影数据的三维测量技术

倾斜摄影测量系统三维建模的主要目标是，基于多角度倾斜相机摄影数据获取系统飞行拍摄的影像、拍摄时同步记录的POS数据、该区域DSM 数据、矢量图形数据等资料，进行必要的加工处理，建立基于机载多角度倾斜摄影影像的三维测量系统。其主要内容如下。

（1）利用POS进行倾斜摄影高精度空中三角测量利用航拍时同步记录的POS数据，研制开发高精度光束法区域网平差程序模块，计算每幅影像的内外方位元素及检校参数等，计算立体测图所需的定向点、连接点等。

（2）影像数据及辅助数据管理与检索针对倾斜摄影系统拍摄的大量影像及位置姿态

数据等，建立数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。

（3）DSM 数据管理与检索

针对摄影区域内的大量DSM 数据，建立数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。

（4）矢量数据管理与检索

针对摄影区域内的矢量图形数据，建立必要的数据管理与检索模块。为后续处理提供该类数据的访问接口。

（5）影像与DSM 融合

在上述处理模块的基础上，研制开发倾斜摄影影像与DSM 数据的融合方法，生成高密度彩色点云或三维彩色影像，实现点云彩色化或图像三维化。

（6）影像与矢量数据融合

研制开发倾斜摄影影像与矢量图形数据的融合方法，实现影像与矢量图形数据的叠置整合。

（7）基于影像的三维测量与建模

在上述处理模块的基础上，实现基于倾斜摄影影像的显示及交互三维量测，包括（相对）位置、高度、长度、距离和面积等。实现基于倾斜影像的三维建模功能。

（8）基于WEB的查询应用

在上述模块加工处理数据的基础上，开发基于WEB的查询浏览软件，实现基于互联网的影像三维测量功能。

2.1三维建模技术

在利用倾斜摄影影像数据、POS数据、DSM 数据及矢量图形数据的基础上，采用如下的技术路线：通过研制开发基于POS的倾斜摄影空中三角测量技术，进一步提高位置姿态的测量精度，得到每幅影像的方位数据；拟采用快速索引技术实现对多源空间数据的管理与检索，开发统一的数据访问接口；采用DSM 数据作为多源数据配准的几何基准；利用空间同步原理实现影像数据与DSM数据及矢量图形数据的配准融合；研究基于影像信息支持的内插法进行影像三维化；拟根据摄影测量几何约束研究开发三维建模纹理自动（或半自动）映射方法。

2.2单斜片测量技术

单斜片测量是在一些基本的测量数据产品的基础上，能够对单张斜片进行某些参数的应用测量，主要包括地物的高度、长度、距离及面积的测量等。

（1）单斜片测量需要的基础数据资料包括5头相机倾斜摄影影像资料，POS数据或空三加密成果（主要是斜片的内外方位元素），包含斜片地面覆盖范围的测区DEM、DOM 数据等。

（2）单斜片测量的思路

在POS数据或空三加密成果及测区的DEM、DOM 数据的基础上，建立待测量斜片与DOM数据之间的关系，得到一定意义上的倾斜纠正影像，再对倾斜纠正斜片进行一些相对参数的测量。

3、实验结果与分析

基于上述思想，初步开发了一个利用倾斜影像数据进行三维建模与单斜片测量的软件系统。开发环境采用的操作系统为XP／W7，开发语言为VC＋＋6．0／VC＋＋2010。下面对软件系统的基本功能及实验情况做一下简单介绍。

3.1加载DOM、DEM 影像由于要实现对倾斜影像的检索和量测，首先需要加载该区域的DOM影像，在菜单栏文件目录下，打开需要加载的该区域的DOM 影像，同时DEM影像也会自动加载。

3.2计算斜片覆盖范围

计算斜片覆盖范围所需资料包括对应的POS数据、内方位数据、相机大小数据和测区地面的平均高程数据。在菜单栏目录下预处理斜片覆盖范围，打开POS或像片外方位元素数据文件对话框，加载外方位元素数据，即可计算像片的覆盖范围，提示程序正常运行，此时在每个相机文件夹下会自动生成计算出的像片覆盖范围结果文件Photos.cov和Photos.ctp。只有在新加载一个工程时，才需要计算像片的覆盖范围，之后如果重新需要加载该工程，则不需要首先计算像片的覆盖范围，直接进入下一步即可。

3.3检索斜片

加载了DOM 影像之后，就可以在DOM 影像上任何区域检索出该区域所有匹配的影像，分为两部分检索斜片和检索列表。单击该区域即可检索出该区域对应的像片个

数。

3.4斜片测量

检索完像片之后，即可选择最佳像片进行测量。该软件在斜片测量方面给出了两种方法：

一种方法是根据DEM 确定动态比例尺，计算长度和面积。测量目录下有斜片长度和斜片面积两个命令，可测量任意长度和面积。

结束语:

机载多角度倾斜摄影测量系统是对单角度摄影测量系统的改进和发展，通过在一个飞行平台上搭载多个摄影角度的传感器或数码相机，不仅能够实现常规的地表三维测量，而且由于其能够同时获取更多的地表覆盖数据，因而能够大大提高地表三维测量的可靠性和测量精度；还能够在完成地表三维几何测量的同时，获取大量的常规摄影无法得到的地物立面的纹理信息和几何信息，其在数字城市构建中具有重要的意义。

参考文献：

［1叶泽田，杨勇，赵文吉，等．车载GPS／IMU／LS激光成像系统外方位元素的动态标定［J］．测绘学报，2011，40（3）：345－350．