激光扫描仪在容积测量中的应用

　　0　引言

　　三维激光扫描系统是利用激光测距的原理，密集地记录目标物体的表面三维坐标、反射率和纹理信息，对空间进行真实的三维记录。该技术是一种基于空间点阵扫描技术和激光无反射棱镜长距离快速测距技术发展而产生的一种新的测量技术。三维激光扫描测量技术采用非接触主动测量方式快速获取物体表面大量采样点三维空间坐标。从目标实体到三维点云数据一次完成，能快速地原型重构，可以解决危险领域的测量、柔性目标的测量、需要保护对象的测量以及人员不可到达位置的测量等工作。它具有扫描速度快、实时性强、准确度高、主动性强、全数字特征等特点[1]。

　　三维激光扫描技术的应用十分广泛，在土木工程、地形测量、路桥设计、船舶建造、地理信息采集、文物数字化保护、自然灾害调查与防护、城乡规划等领域已有成功实例。

　　本文将激光扫描技术引入大容积罐体的容积测量，通过激光扫描仪测量储油罐容积的具体实例，并进一步给出了三维激光扫描仪测量容积的不确定度分析;与金属罐容量国家规程中各种测量方法比较，探讨了三维激光扫描仪在油罐容积测量上的优势。

　　1　三维激光扫描技术的原理

　　三维激光扫描仪的主要构造是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。激光测距仪主动发射激光，同时光电探测器接受由自然物表面反射的信号，从而进行测距。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的方向角，可以得到每一扫描点与扫描仪本身的空间相对坐标。如果扫描仪本身的空间坐标已知，则可以求得每一扫描点的空间坐标。

　　本实例应用 Leica 公司型号为 HDS ScanStation2 三维激光扫描仪(见图1)。该扫描仪采用高速脉冲式扫描仪、集成高分辨力数码相机;视场角为 360×270°，可以获取顶部，垂直方向、水平方向和水平方向以下区域的数据;出射激光的光斑较小，50 m 远处的光斑大小为 6 mm，因此取得了较高的测量准确度。其距离准确度为 ±4 mm，模型表面准确度为 2 mm。高准确度的扫描仪为大容量储油罐的容积准确测量提供了硬件保证。

　　2　激光扫描仪测量油罐容积

　　2.1　激光扫描仪在几个典型行业的应用

　　由于激光扫描仪相比于传统测量手段更高效、更准确，在比较多的行业得到了广泛的应用，尤其在文物保护领域，更是其他仪器不可替代。作为文明古国的中国，其拥有的文物种类繁多，数量庞大，随着时间的流逝和人类活动的影响，文物不断地遭到侵蚀和破坏。利用三维激光扫描仪，通过非接触扫描，保持文物、古建筑的整体的形状特点、空间的相对尺寸，扫描结果可以数字化处理，进行数字化存储，为以后文物、古建筑的修复提供准确的原始数据。近年来，故宫、西安兵马俑二号坑遗址、乐山大佛、敦煌等都应用激光扫描仪进行了数字化的保存工作。