點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取與精度分析

點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取與精度分析第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日野外掃描方案設(shè)計(jì)1.制定掃描方案的作用：測繪工程項(xiàng)目多數(shù)都有技術(shù)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)。在我國三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用還處于初級(jí)階段，多數(shù)應(yīng)用項(xiàng)目屬于實(shí)驗(yàn)研究性的，只有少數(shù)應(yīng)用技術(shù)路線相對(duì)成熟，項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)還未當(dāng)成必要環(huán)節(jié)來要求，而且目前我國掃描儀檢測與應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范還沒有開始制定。但是由于三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用的核心是準(zhǔn)確獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，依據(jù)目前一些學(xué)者的研究成果，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度影響因素較多。所以，為了控制誤差累積，提高掃描精度，三維激光掃描測繪和傳統(tǒng)測繪一樣，測繪前首先要進(jìn)行基于精度評(píng)估的技術(shù)設(shè)計(jì)是非常有必要的，對(duì)于項(xiàng)目的順利完成將起到非常重要的作用。第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日2.制定掃描方案的主要過程：1）.明確項(xiàng)目任務(wù)要求。當(dāng)掃描項(xiàng)目確定后，承包方技術(shù)負(fù)責(zé)人必須向項(xiàng)目發(fā)包方全方位細(xì)致的了解項(xiàng)目的具體任務(wù)要求，這是制定項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2）.現(xiàn)場勘查。為了項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)能合理并順利實(shí)施，全面細(xì)致的了解項(xiàng)目現(xiàn)場環(huán)境雙方相關(guān)人員必須到掃描現(xiàn)場進(jìn)行踏勘。踏勘過程中注意查看已有控制點(diǎn)位置、保存情況以及使用的可能性。根據(jù)掃描對(duì)象的形態(tài)、空間分布、掃描需要的精度以及需要達(dá)到的分辨率確定掃描站點(diǎn)的位置、標(biāo)靶的位置等。根據(jù)掃描站點(diǎn)位置考慮掃描模型拼接方式，繪制現(xiàn)場草圖，對(duì)主要掃描對(duì)象進(jìn)行拍照。根據(jù)現(xiàn)場勘查以及照片信息找到整個(gè)掃描過程中的難點(diǎn)，并對(duì)其提出相應(yīng)的解決方法。第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日3）.制定技術(shù)設(shè)計(jì)方案。完整的技術(shù)設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括項(xiàng)目概況、技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)、測量控制點(diǎn)布設(shè)方案、掃描儀選擇與參數(shù)設(shè)置、掃描數(shù)據(jù)拼接方案、數(shù)據(jù)處理方案、提交成果、項(xiàng)目工作進(jìn)度計(jì)劃、人員分組、后勤保障等。第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日掃描方案的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：A.掃描儀選擇與參數(shù)設(shè)置。目前，掃描儀的品牌型號(hào)較多，在激光波長、激光等級(jí)、數(shù)據(jù)采樣率、最小點(diǎn)間距、模型化點(diǎn)定位精度、測距精度、測距范圍、激光點(diǎn)大小、掃描視場等指標(biāo)方面各有千秋，為項(xiàng)目實(shí)施選擇儀器提供了較大空間，一般應(yīng)根據(jù)儀器成本、模型精度、應(yīng)用領(lǐng)域等因素綜合考慮。儀器選擇時(shí)首先考慮項(xiàng)目任務(wù)技術(shù)要求、現(xiàn)場環(huán)境等因素，再結(jié)合儀器主要技術(shù)參數(shù)確定項(xiàng)目使用的儀器，多數(shù)情況下需要有一臺(tái)儀器能夠滿足作業(yè)需求，但是在特殊情況下（比如項(xiàng)目任務(wù)量較大、工期較短、掃描對(duì)象有特別要求），需要多臺(tái)儀器參與掃描，甚至使用分辨率不同型號(hào)的儀器。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日B.測量控制點(diǎn)布設(shè)方案。掃描儀本身在掃描過程中會(huì)自動(dòng)建立儀器坐標(biāo)系統(tǒng)，在無特殊要求時(shí)能滿足項(xiàng)目需要。但是為了將三維激光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)（國家，地方或者獨(dú)立坐標(biāo)系）下，需要使用全站儀或其他測量儀器配合觀測，這樣在點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接后就可以通過公共點(diǎn)把所有的激光掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)下，方便以后的應(yīng)用。測量控制點(diǎn)布設(shè)要考慮現(xiàn)場環(huán)境、點(diǎn)位精度要求等，這些都可以參考測繪相關(guān)技術(shù)規(guī)范。測量控制網(wǎng)的布設(shè)有如下兩種。第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日目前，不同品牌儀器的性能參數(shù)還不統(tǒng)一，在選擇儀器前應(yīng)充分了解儀器的相關(guān)標(biāo)稱精度情況，結(jié)合項(xiàng)目技術(shù)要求選擇相應(yīng)的參數(shù)配置，比如最佳的掃描距離、每站掃描區(qū)域、分辨率等指標(biāo)。參數(shù)選擇的原則是能夠滿足用戶的精度需要即可，精度過高會(huì)造成掃描時(shí)間增加，、工作效率下降、成本上升、增加數(shù)據(jù)處理工作量與難度等后果。第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日a.對(duì)簡單建筑物變形監(jiān)測控制網(wǎng)的布設(shè)原則：①控制網(wǎng)的精度要高于建筑物建模要求的精度。②控制網(wǎng)布設(shè)的網(wǎng)形合適，要能滿足三維激光掃描儀完全獲取建筑物數(shù)據(jù)的要求。③控制網(wǎng)中各相鄰控制點(diǎn)間通視良好，要求一個(gè)控制點(diǎn)至少與兩個(gè)控制點(diǎn)通視。④為了提高測量精度，要求控制點(diǎn)與被測建筑物之間的距離保持在50m以內(nèi)。第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日b.復(fù)雜建筑物建模觀測控制網(wǎng)布設(shè)原則：①觀測控制網(wǎng)建設(shè)精度高于復(fù)雜建筑物模型要求精度的一個(gè)等級(jí)。②控制網(wǎng)各控制點(diǎn)平面坐標(biāo)采用高精度全站儀實(shí)施導(dǎo)線測量，高程采用精密水準(zhǔn)測量方法，并進(jìn)行嚴(yán)格平差計(jì)算。③控制網(wǎng)網(wǎng)形合適，滿足三維激光掃描儀完整獲取建筑物數(shù)據(jù)的要求。對(duì)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)加密變形監(jiān)測控制點(diǎn)使掃描時(shí)能更好的獲得掃描數(shù)據(jù)。④控制網(wǎng)中各相鄰控制點(diǎn)間通視良好，要求一個(gè)控制點(diǎn)至少與兩個(gè)控制點(diǎn)通視。⑤為了提高測量精度，要求控制點(diǎn)與被測建筑物之間的距離保持在50m以內(nèi)或者更近的距離。第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日4).野外掃描方案設(shè)計(jì)在整個(gè)項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)中，野外掃描方案是最重要的組成部分掃描之前要做全面仔細(xì)的方案設(shè)計(jì)。根據(jù)測量場景大小、復(fù)雜程度和工程精度要求，確定掃描路線，布置掃描站點(diǎn)，確定掃描站數(shù)及掃描系統(tǒng)至掃描場景的距離，確定掃描分辨率。儀器參數(shù)的確定，將直接影響到掃描精度和效率，分辨率一般根據(jù)掃描對(duì)象和需要獲取的空間信息進(jìn)行確定。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日3.掃描設(shè)計(jì)方案主要內(nèi)容：1).標(biāo)靶。掃描儀的內(nèi)部有一個(gè)固定的空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)掃描站上不能測量物體全部而需要在不同位置進(jìn)行測量時(shí)，或者需要將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到特定的工程坐標(biāo)系中時(shí)，都要涉及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。為此，就需要測量一定數(shù)量的公共點(diǎn)來計(jì)算坐標(biāo)變換參數(shù)。為了保證轉(zhuǎn)換精度，公共點(diǎn)一般采用特制的球面（形）標(biāo)志（也稱球星標(biāo)靶）和平面標(biāo)志（也稱平面標(biāo)靶），在變形監(jiān)測時(shí)一般采用貼片固定在監(jiān)測對(duì)象上。第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日放置標(biāo)靶時(shí)注意：標(biāo)志能夠被良好識(shí)別，不要被物體遮擋；不要將標(biāo)靶放在一條直線上，否則會(huì)降低拼接精度；安放位置要確保穩(wěn)定；標(biāo)靶之間應(yīng)有高度差。為滿足點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接要求，相鄰測站至少要求有三個(gè)公共點(diǎn)重合，因此購置儀器時(shí)一般至少要配置四個(gè)標(biāo)靶。如果有條件，可以多配置，這樣，掃描時(shí)每站的掃描范圍就會(huì)加大，同時(shí)也會(huì)提高工作效率。第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日2).測站設(shè)置。根據(jù)掃描實(shí)施方案，設(shè)置站點(diǎn)要保證三維激光掃描儀在有效范圍內(nèi)發(fā)揮最大的作用，科學(xué)的設(shè)置站點(diǎn)可大幅提高測量效率。需要掃描標(biāo)靶的情況下，換站前要計(jì)劃好下站位置，確定下站也能看到標(biāo)靶；若不需要標(biāo)靶，測站的位置要保證盡量多的看到特征點(diǎn)，方便后續(xù)點(diǎn)云拼接。第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日測站設(shè)置一般遵守的原則：①使得掃描儀所架設(shè)的各個(gè)測站可以掃描到目標(biāo)區(qū)域的全部范圍；②對(duì)測站數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在保證采樣率的前提下采用最小的設(shè)站數(shù)量，最大的覆蓋面積減小拼接次數(shù)，減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接誤差和數(shù)據(jù)總量；③相鄰兩站之間有不少于三個(gè)可清晰識(shí)別標(biāo)靶或特別標(biāo)志，掃描儀至掃描對(duì)象平面的距離要在儀器標(biāo)稱測距精度的最佳工作范圍，一般要與掃描對(duì)象平面垂直。④在可視范圍內(nèi)，保證90%以上數(shù)據(jù)的完整性，站站之間重復(fù)率20%~30%左右，可以保證研究對(duì)象整個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的完整性和不同測站點(diǎn)間拼接的最低要求。針對(duì)古建筑的特殊部位，要進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充，保證完整性。對(duì)于大型的復(fù)雜建筑，尤其是具有一定高度的建筑，應(yīng)采用其它輔助手段，保證點(diǎn)云數(shù)據(jù)完整性。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日3).大范圍區(qū)域掃描方案設(shè)計(jì)。當(dāng)掃描范圍比較大，掃描站數(shù)較多時(shí)，采用一種拼接方式可能會(huì)有較大的累積誤差。目前大范圍區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接是研究的熱點(diǎn)問題，直接影響野外掃描方案的制定。第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)1.掃描的基本步驟。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，野外獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)是重要的組成部分，獲取完整符合精度要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是后續(xù)建模與應(yīng)用的基礎(chǔ)。掃描開始前要做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，主要包括儀器、人員組織、交通、后勤保障、測量控制點(diǎn)布設(shè)等。第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日一個(gè)側(cè)站上掃描的基本步驟為：a.儀器安置。對(duì)于集成度較高的掃描儀，儀器安置主要工作包括電源（鋰電池或者交流電源）、對(duì)中（在需要條件下）、整平，這些操作需要的時(shí)間非常短。對(duì)于掃描控制與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用筆記本電腦的分體式掃描儀，需要將各個(gè)部件連接完整，就需要一定的時(shí)間內(nèi)，一般是半小時(shí)以內(nèi)。b.儀器參數(shù)設(shè)置。在確認(rèn)儀器安置無誤后，可以打開儀器電源開關(guān)，一般開機(jī)可能需要幾分鐘時(shí)間。當(dāng)開機(jī)完成后，可以進(jìn)行掃描參數(shù)設(shè)置，主要包括工程文件名，文件存儲(chǔ)位置，掃描范圍，分辨率，標(biāo)靶類型等。其中與精度相關(guān)參數(shù)設(shè)置要與項(xiàng)目設(shè)計(jì)相符。第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日c.開始掃描。當(dāng)確認(rèn)儀器參數(shù)設(shè)置正確后，可以執(zhí)行掃描操作。儀器在掃描過程中會(huì)有掃描進(jìn)程顯示，完成掃描的剩余時(shí)間，如有問題可以暫?；蛘呷∠麙呙?。當(dāng)儀器掃描結(jié)束后，可以檢查掃描數(shù)據(jù)質(zhì)量，不合格需要重新掃描，依據(jù)掃描方案，還可以進(jìn)行照相（也可用專業(yè)相機(jī)），掃描標(biāo)靶，測量標(biāo)靶坐標(biāo)等。為了保證后續(xù)工作順利完成，在測站上應(yīng)做好觀測記錄，主要內(nèi)容包括掃描測站位置略圖，掃描儀品牌型號(hào)，掃描時(shí)間，掃描操作人，測站編號(hào)，參數(shù)設(shè)置等，可自行設(shè)置表格填寫。第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日d.換站掃描。當(dāng)確認(rèn)測站相關(guān)工作完成無誤，可以將儀器搬到下一測站，是否關(guān)機(jī)決定于儀器電源情況，兩站之間距離，儀器操作要求等因素。當(dāng)儀器搬移到下一測站后，可以重復(fù)前三個(gè)步驟的工作。注意與前一個(gè)測站需要相同的工程文件名稱，分辨率等特殊指標(biāo)參數(shù)設(shè)置。第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日2.掃描中主要注意事項(xiàng)：由于儀器本身及掃描外界環(huán)境等因素，對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度有一定影響，為保證獲取精度都符合要求的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在野外掃描中主要注意：a.在可能的條件下，應(yīng)該使用最佳距離和角度。在室內(nèi)掃描或者掃描距離較短的情況下，不同的角度會(huì)有不同的接收率，并不是正直掃描時(shí)接收率最高。b.防止在儀器工作溫度以外使用。如果天氣較熱的情況下，應(yīng)盡可能地將設(shè)備放在陰涼環(huán)境下，或者在儀器上部搭一塊濕布，幫助儀器散熱。c.儀器內(nèi)部安裝了高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，因此在設(shè)定掃描機(jī)位點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意不要將設(shè)備直接對(duì)著太陽光。第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日d.儀器在掃描操作時(shí)，應(yīng)盡量避免風(fēng)、施工機(jī)械影響造成的地面顫動(dòng)等造成的三腳架晃動(dòng)。還有掃描范圍內(nèi)人員走動(dòng)、空氣中浮塵等造成三維數(shù)據(jù)的噪音，應(yīng)選擇合適的時(shí)機(jī)盡量避免，無法避免時(shí)在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行消除。e.激光在穿透濕度高的空氣時(shí)，會(huì)有很大程度的衰減，所以盡量避免在潮濕區(qū)域作業(yè)。特別是封閉潮濕的環(huán)境，空氣中的水汽不僅會(huì)吸收激光，而且被測目標(biāo)表面的水也會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，這樣會(huì)使掃描儀的測量距離降到非常小的范圍。第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日3.掃描儀全站化實(shí)施方案隨著儀器性能不斷提高，與傳統(tǒng)測繪技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，如GPS，IMU，全站儀等，提高了獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度。第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源與精度分析

地面三維激光掃描儀在數(shù)據(jù)采集過程中容易受到外界因素的干擾，這些因素將會(huì)在某種程度上影像點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，影響測量精度。錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或誤差較大的數(shù)據(jù)對(duì)用戶而言是沒有意義的。只有獲得了有用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（精度較高的數(shù)據(jù)）才能建立精確的實(shí)體三維模型。所以，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析是有必要的。第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日1.點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差來源掃描系統(tǒng)誤差可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。系統(tǒng)誤差引起三維激光掃描點(diǎn)的坐標(biāo)誤差，可以通過公式改正或者修正系統(tǒng)予以消除或減小。所以，偶然誤差仍是激光掃描系統(tǒng)的主要誤差來源，經(jīng)綜合分析，包括儀器自身的誤差，儀器架設(shè)產(chǎn)生的誤差，數(shù)據(jù)去噪建模產(chǎn)生的誤差，距離誤差，植被覆蓋處的噪音誤差。地面三維激光掃描系統(tǒng)掃描過程中，影響最終獲取數(shù)據(jù)精度的誤差是多方面的，誤差包含粗差，系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差三部分。許多誤差來源也是傳統(tǒng)測量工作中普遍出現(xiàn)的。如激光束發(fā)散特性，導(dǎo)致在掃描測量中的角度定位的不確定性，掃描系統(tǒng)各個(gè)部件間的連接誤差等，這些不確定性因素都會(huì)造成最終的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中含有誤差。系統(tǒng)誤差傳播同樣遵循測量誤差傳播的基本規(guī)律。第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日在操作中，造成獲取數(shù)據(jù)含有誤差的因素包括：a.軸系之間的相互旋轉(zhuǎn)引起的測距和測角誤差；b.掃描系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)的棱鏡鏡面來發(fā)射激光束到目標(biāo)實(shí)體表面，鏡面的旋轉(zhuǎn)同樣會(huì)引起測距誤差。c.在掃描系統(tǒng)提供的各種外置設(shè)備，如GPS或者數(shù)碼相機(jī)，這種儀器之間的綁縛會(huì)導(dǎo)致最終點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度降低；第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日d.對(duì)具有絕對(duì)定向功能的激光掃描系統(tǒng)，測站點(diǎn)和后視點(diǎn)定位定向精度會(huì)影響著掃描獲取數(shù)據(jù)的精度，如掃描儀整平對(duì)中操作中，人為因素造成的誤差也是制約數(shù)據(jù)精度的一個(gè)重要原因；e.掃描系統(tǒng)內(nèi)置或外置的相機(jī)的校對(duì)誤差，相機(jī)的標(biāo)定誤差；f.外界環(huán)境，如溫度、氣壓、的影響，實(shí)體的反射特性等因素造成點(diǎn)云數(shù)據(jù)含有誤差。第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日由于激光掃描儀的測量特點(diǎn)，有些誤差的影響顯得尤為重要。許多學(xué)者對(duì)激光掃描儀的誤差分類有著不同的研究結(jié)果。如瑞士聯(lián)邦大學(xué)的Zogg博士將三維激光掃描儀的系統(tǒng)誤差分源總結(jié)為由激光掃描儀本身、反射目標(biāo)及環(huán)境條件等三方面。a.掃描激光儀本身（成為儀器誤差）包括距離測量、激光束的擴(kuò)散效應(yīng)、角度測量、多傳感器數(shù)據(jù)同步、軸系穩(wěn)定性、校準(zhǔn)及其他。第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日b.儀器誤差一般是可以通過儀器生產(chǎn)廠家來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，計(jì)量檢定人員采用一定的檢定設(shè)備進(jìn)行檢查后對(duì)儀器進(jìn)行改善。大氣環(huán)境引起的誤差源包括折射、大氣漩渦、大氣灰塵、障礙物、目標(biāo)的背景及其他。除了個(gè)別誤差源（如大氣折射）可以進(jìn)行改正外，其他誤差源只能夠通過儀器儀器使用者本身通過選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境和時(shí)間來減小其影響。c.反射目標(biāo)包括大小、表面形狀、材質(zhì)、反射面曲率及其他。目前反射目標(biāo)對(duì)測量成果的影響，還只能通過了解其影響規(guī)律利用工作經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際工作中盡量避免。第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日誤差對(duì)精度影響分析

三維激光掃描的精度一般是指掃描點(diǎn)云的坐標(biāo)精度，它包括絕對(duì)定位精度和相對(duì)定位精度兩種，當(dāng)然，精度還與掃描儀的測程有很大關(guān)系。點(diǎn)云的絕對(duì)中誤差與距離測量、垂直角測量和水平角測量的精度有關(guān)。掃描的誤差來源對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度的影響規(guī)律：1.儀器誤差A(yù).角度測量。與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀相似，激光掃描儀的軸系也必須滿足以下條件：水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）應(yīng)垂直于視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）；水平軸應(yīng)垂直于垂直軸（第二旋轉(zhuǎn)軸）；（帶傾斜補(bǔ)償器的儀器）垂直軸應(yīng)當(dāng)鉛直；當(dāng)視準(zhǔn)軸水平時(shí)，垂直度盤的天頂距讀數(shù)為90°；視準(zhǔn)軸、水平軸及垂直軸相交于儀器中心。第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日在三維激光掃描儀測角系統(tǒng)中，需要考慮以下誤差源：a.垂直度盤指標(biāo)差。當(dāng)視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）水平時(shí)，如果垂直度盤的天頂距讀數(shù)不為90°，那么其差值就是垂直度盤指標(biāo)差。目前有些三維激光掃描儀帶有傾斜補(bǔ)償器，有些激光掃描儀則不帶。因此，不同類型儀器的垂直度盤指標(biāo)差會(huì)具有不完全相同的含義。b.視準(zhǔn)軸誤差。當(dāng)水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）與視準(zhǔn)軸（激光束發(fā)射與接收軸）不垂直，或者當(dāng)垂直軸（第二旋轉(zhuǎn)軸）與水平軸（第一旋轉(zhuǎn)軸）不垂直，這種不垂直的偏差被稱為視準(zhǔn)軸誤差。當(dāng)存在視準(zhǔn)軸誤差時(shí)，激光掃描儀掃出的扇面將會(huì)不同，從而給后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來非常大的麻煩。c.偏心差。在理想情況下，第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸垂直同時(shí)與視準(zhǔn)軸相交，三軸的交點(diǎn)為儀器中心。但是實(shí)際上，因?yàn)槭芨鞣N誤差的影響，使得上述條件不能滿足，產(chǎn)生偏心差。第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日B.距離測量a.周期性誤差。目前部分激光掃描儀采用相位式進(jìn)行距離采樣。當(dāng)采用相位式進(jìn)行距離測量時(shí)，測距成果中自然包含周期誤差，這是原理性誤差。周期誤差主要由反射及接收之間的電信號(hào)、光串?dāng)_而引起的?，F(xiàn)代儀器采用了如數(shù)字分析信號(hào)在內(nèi)的多項(xiàng)新技術(shù)，從而使得周期誤差振幅的幅值越來越小。第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日b.加常數(shù)誤差。加常數(shù)為電磁波測距儀的固有系統(tǒng)誤差，測距儀及全站儀中加常數(shù)已經(jīng)為眾多儀器使用者所熟悉。與傳統(tǒng)的全站儀相比激光掃描儀不需要反射棱鏡就能夠進(jìn)行距離測量，這樣就無法使用反射棱鏡的常數(shù)來補(bǔ)償激光器偏心；激光束經(jīng)過了系統(tǒng)轉(zhuǎn)向后再投射到被測物體上，由被測物返回，再由接收光學(xué)系統(tǒng)接收，這樣必然存在接收起算點(diǎn)的問題，通常情況下是將激光束的發(fā)射點(diǎn)以及接收點(diǎn)共同形成的點(diǎn)稱作激光掃描儀測距的零點(diǎn)；同時(shí)第一旋轉(zhuǎn)軸與第二旋轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)為三維激光掃描儀中心。因此，三維激光掃描儀的加常數(shù)是指測距的起算點(diǎn)與儀器中心之間的差值。第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日c.相位不均勻性誤差。造成相位不均性的原因包括儀器性能及使用兩個(gè)方面：從使用儀器方面來講，由于反射面將反射回測距激光束的信號(hào)，也會(huì)給測距結(jié)果帶來誤差。這種因激光束位置不同進(jìn)行距離測量造成的誤差稱相位不均勻性誤差；而從儀器性能方面來講，因?yàn)榘l(fā)光管的發(fā)光面上各點(diǎn)發(fā)出的光的延遲不同（針對(duì)相位式測距儀而言），或者由于發(fā)光面上各點(diǎn)發(fā)出的光的時(shí)間不一致（就脈沖式測距儀而言），都將會(huì)給測距結(jié)果帶來誤差。第三十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日d.比例改正誤差。無論是采用脈沖法還是相位法，均需要儀器產(chǎn)生一個(gè)一個(gè)基準(zhǔn)頻率當(dāng)做儀器距離測量的基準(zhǔn)。當(dāng)基準(zhǔn)頻率偏離設(shè)定值時(shí)，則將會(huì)對(duì)測距結(jié)果產(chǎn)生與所測距離成相應(yīng)比例的改正誤差。e.幅相誤差。三維激光掃描儀與全站儀（免棱鏡）的最大區(qū)別是前者無測距信號(hào)強(qiáng)度控制裝置。隨著被測物體的位置、材質(zhì)、反射面的平整度、離儀器的遠(yuǎn)近等變化，激光掃描儀接收到的信號(hào)必然將發(fā)生劇烈變化，劇烈變化的測距信號(hào)不但會(huì)給測距結(jié)果帶來誤差，可能甚至出現(xiàn)不能夠完成測距的后果。因此，幅相誤差是三維激光掃描技術(shù)的難點(diǎn)之一。第三十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期日