三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成。三维激光扫描测量是基于三角测量原理进行的，根据激光扫描的传感驱动进行三维方向的自动步进测量^[3]，能够直接获取被扫描物体表面的反射强度、位置、颜色等信息，之后能够实现对扫描的点云数据的自动储存和计算。三维激光扫描常常用于高精度的复杂测量扫描任务，因此对其精度要求较高。根据误差来源，可将其分为三类：外界环境条件引起的误差、目标物体反射面引起的误差和仪器误差^[4]。

（1）外界环境条件引起的误差包括环境温度、环境湿度、大气折射、大气漩涡、大气灰尘、障碍物、目标的背景等。这些误差可以通过调整仪器使用条件和控制仪器使用时间来减少。

（2）目标物体反射面引起的误差主要包括目标大小、表面形状、材质、反射面曲率等。目前在实际工作中只能通过了解其影响规律尽量避免^[5]。

（3）仪器本身的误差：距离误差、角度误差、数据同步、轴系稳定性、校准、仪器供电漂移误差、时钟误差等。

目前，三维激光扫描仪器一般只是内置了激光扫描仪功能，无法准确获得站点的坐标信息^[6]，作业时对各测站点数据的拼接、配准、坐标纠正会影响到点云数据的精度，市面上普通的三维激光扫描设备无法满足一些严格限制精度项目的需求。而P50全站扫描仪技术克服了上述缺点，更加精确，其优点为：①工作效率高，扫描快速；②测量条件需求底，可以远距离扫描；③测量程序简便，能实现全景扫描，盲区很少，一般情况下能直接借助其他软件自动拼接扫描的点云数据；④防护需求低，能在较大的环境温度区间下正常作业，防止灰尘、水等的影响；⑤激光的穿透性高，建筑物表面不同层次的信息都可以经过扫描得出；⑥智能主动，主动式扫描，探测由激光脉冲回射信号，进而描述目标建筑的信息，不受时间和空间的约束。机器发射准平行光，减少了光学变形误差，可以更加完整地描述建筑的具体信息，更加实效、准确；⑦测量密度高、精度高，传感工艺精密，对建筑物实体的立体和表面结构的三维空间数据自动立体采集。减少了因为人工计算绘图总结导致的误差。利用庞大的点阵和格网来描述实体信息，获取的点云分布较均匀；⑧自动聚焦，减少人为干预，方便操作，减少人的作用，从而提高精度，获得的数据组成的模型更加接近实体建筑物。

三维激光扫描工作流程见图1。

图1 三维激光扫描工作流程Fig.1 Three-dimensional laser scanning workflow

P50在360°视角场、270 m扫描距离和6 mm定位精度下，单测站进行拍照和扫描仅需要5分钟左右，其测量精度和测量效率在此环境下都能满足要求。普通情况下，P50两个测站之间的距离可以达到50米甚至更多，但该建筑周围环境复杂，遮挡较多，因此我们在测量时两个测站间的距离适当减小，几乎都不超过30 m，个别特殊位置如楼梯处加设测站。为了后续实施其他工作的需要，我们在该建筑的四个角点都设置了测站和标靶，一方面这四个点视野开阔，另一方面以这四个点为控制点以便之后利用RTK等获取绝对坐标，这样的布置同时也方便了下面的拼接工作。其次，我们在这四个测站之间路径上的出入口、楼梯间、遮挡较多部位处设置了其他测站，最终在该建筑外围布置了9个测站。这样的布置不仅使得工作量适宜，而且保证了任何两个测站扫描得到的点云之间都有超过20%的重叠率，这大大降低了后续点云拼接工作的难度。

测量时，在角点处的测站（如下图2所示）需要先获取标靶，其他所有测站处只需要将参数设置为全景扫描加拍照，调整测程和精度（结构复杂程度增加的位置可以选择高一级的精度）。扫描完成后，可以在仪器上预览扫描效果，对某些部位点量不满意时，可单独框选该部位进行局部再扫描。

图2 点云数据获取Fig.2 Acquisition of point cloud data

扫描过程中，在移动设备上运用Cyclone Field 360软件对各个点云进行初拼接，这可以极大减少后续拼接点云的工作量。扫描完成后，将数据传输到电脑上，借助Cyclone、Cyclone Register 360等软件进行数据处理。

在Cyclone Register 360中预处理过后的点云数据导出为.ptx格式，导入Autodesk Recap中，数据将按测站以及其测站的顺序呈现，成功导入数据后对其进行注册，即通过确定扫描或图像之间的公用区来连接项目数据，可选择自动注册或手动注册。本次项目采取手动注册，按照测站的分布进行数据的合并扫描，进而进行连接。同时针对一些数据密度较低的位置，或3D预览效果较差的位置进行目标识别，如窗户、水管等较细致的对象，提高数据注册的重叠度和平衡度，使模型更接近实际状况。

完成数据注册后，Autodesk Recap自动为扫描编制索引，编制完成后即可启动项目，启动项目即可见由所扫描数据创建的建筑信息模型。在Autodesk Recap中可对模型进行项目浏览或共享，可设置模型的显示，可对所需要的两点测取距离，还可以将Navisworks项目附着到该模型中，建筑信息化模型后续的精细化、模型数据的补充十分方便，有利于建筑的管理以及未来的维护工作进行。

图5 点云数据导入Fig.5 Import of point cloud data

图6 点云数据报告Fig.6 Point cloud data report

存储在Autodesk Recap的建筑信息模型已经可以供参与项目的各方进行建筑信息的操作，可从中获取如建筑概况、管线分布等信息，可直接获取两点间的距离，极大简化测绘的工作；还可以导出. rcp格式的模型数据并导入Autodesk Revit，在Revit中可对信息化模型进行更多的操作，如为信息模型的不同部分添加材质、注释等，使模型信息更加完整、质量更加精细。