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拓普康体积测绘GLS-2000 叁维激光扫描仪

一、  拓普康 GLS-2000  型叁维激光扫描仪产物介绍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数字模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、***，数字化、自动化等特性，其应用推广会像 GPS 一样引起测量技术的又一次革命。三维激光扫描技术是近年来出现的新技术，在国内越来越引起研究领域的关注。它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、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。作为*为***的测绘与视光设备生产厂家，拓普康隆重推出GLS-2000 型叁维激光扫描仪。该款扫描仪在原有拓普康 3D 激光扫描仪的基础上，进行了多项重大技术革新。其便捷性、高集成性、高精度等特点满足了全部三维扫描作业人员对于叁维激光扫描仪的期望，利用拓普康多年测绘工程领域的实践经验，GLS-2000 型叁维激光扫描仪成为*测量型中距离叁维激光扫描仪。目前***市场已有 300 家以上测绘公司使用 GLS-2000 型叁维激光扫描仪进行三维扫描工作，GLS-2000 在 3D 领域中的***已得到了***用户的***认可。

二、 GLS-2000  型叁维激光扫描仪硬件特点

1. 0 130  米0 /350  米0 /500 。 米可选测程，中距离三维激光扫描易如反掌。GLS-2000 型叁维激光扫描仪可根据固件进行测程调整，三种可选测程适用多种工作环境，减少试用成本，更快更远，使命必达！

2.  提供 m 3.5mm  测距精度，满足多种测量行业需求GLS-2000 型叁维激光扫描仪提供多种扫描模式，可根据不同现场环境进行多类型扫描工作，150 米处平均 3.5mm 测距精度满足绝大部分测量工作，相比较其他工业型扫描仪，GLS-2000 叁维激光扫描仪在点云质量、精度上均优于对手，实现了将三维扫描走向***的过程。

3.  全视场扫描能力，可实现  360 ° *270 °全圆扫描

4.  高速扫描能力，5 25  秒快速扫描模式

扫描精度  全圆扫描时间

25mm@10m  0.4min

12.5mm@10m  1.8min

6.3mm@10m  6.9min

5.  同轴广角双相机快速获取  360 °全景影像170 8.9广角相机（ 500  万像素） 长焦相机（ 500  万像素）GLS-2000 叁维激光扫描仪内置两台 500 百万像素相机，可在 1 分钟快速获取 360°全景影像，广角相机拍摄全景地物，同轴长焦相机拍摄细节特征，为您提供更详细的纹理信息。

6.  一键式数据采集功能，*作业人员一分钟掌握使用方法拓普康 GLS-2000 型叁维激光扫描仪，内置全彩色显示屏，可实现单人一键式采集工作，*自动量测仪器高功能，测***可达3mm，避免因量高误差产生数据拼接高程误差；主机控制面板界面简单明了，触摸屏扫描功能可在一分钟内学会并掌握，无需作业人员具备相应技术基础。

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1.457

三、 GLS-2000  型叁维激光扫描仪技术特点

1.  全站仪导线测量扫描方式，测量行业使用易如反掌；GLS-2000 型叁维激光扫描仪将传统导线测量模式引入都三维扫描

工作中，作业人员若具备全站仪测站基础，仅需在扫描过程中通过测站后视法对后视棱镜/标靶进行观测，GLS-2000 将自动对棱镜/标靶板进行扫描照准，从而实现***定向，简化后期数据拼接过程，实现进准数据合成；

2.  改进的“Precise Scan Technology  Ⅱ"去噪技术，有效解决针对低反射率物体噪声明显的问题，对于传统叁维激光扫描仪工作复杂地区（诸如煤矿、化工厂），***提升成果点云质量，为用户后期数据应用提供更为准确的数据保障！

去噪技术，有效解决针对低反射率物体噪声明显的问题，对于传统叁维激光扫描仪工作复杂地区（诸如煤矿、化工厂），***提升成果点云质量，为用户后期数据应用提供更为准确的数据保障！

3.  业内范围液态双轴补偿器，提供±6′自动补偿范围，***照准自动补偿范围，***照准 4 ″精度，保证数据精度满足作业需求！

4.  业内***脉冲式扫描仪反射信号选择法，可选择***/***次回波信号，有效减少因栅栏、树木遮挡产生的点云噪声；***次回波信号，有效减少因栅栏、树木遮挡产生的点云噪声；

四、 GLS-2000  型叁维激光扫描仪参数列表

型号 拓普康  GLS-2000

扫描方式  脉冲式（时间飞行法）

相机分辨率（像素）  双相机（长焦/广角），500 万像素

单点精度  3.5mm

角度精度

水平  6″

垂直  6″

双轴补偿功能

分辨率  1″

精度  6″

范围  +/-4′

显示屏  3.5 英寸 VGA 彩色触摸液晶显示屏

扫描距离(尘)

90% ref  350-500

18% ref  210-350

扫描速度（点/秒)  120,000

激光等级  1M/3R

扫描视场角

水平  360°

垂直  270°

靶标捕捉  2~200m/3″@50m

波长  1064nm/635nm

激光对中  有，自动量测

工作温度  -5℃~40℃

存储温度  -20℃~60℃

存储容量   64GB，SD 存储卡

防尘防水等级  IP-54

工作时长(h)  大于 2.5 小时

电池型号  BDC70（5240mAh 拓普康全站仪通用）

重量  10kg（含电池和基座）

后处理软件  ScanMaster v3.0

五、  拓普康 GLS-2000  型叁维激光扫描仪项目案例

案例 1—— 建筑物翻新设计（BIM  一体化设计案例）

使用拓普康 GLS-2000 型叁维激光扫描仪，可执行 BIM 一体化设计。

通过使用拓普康 ScanMaster 软件将所扫描的旧式建筑进行快速后期

处理，获得真彩色***叁维激光点云数据；接下来将数据无缝链接

进入 Autodesk Revit 三维设计软件中，利用 Autodesk 强大的三维空间

处理能力，进行虚拟化建筑翻新工作，原始建筑物的快速矢量化可为

设计翻新提供准确，直观的可视化信息，同时利用设计图纸上的矢量

信息又可快速建成叁维模式，与所扫描的空间坐标完整迭合，从而为

后期规划、施工提供强有力的信息保障。

针对原始建筑物进行快速叁维扫描，扫描方式如下：

使用 Topcon ScanMaster 数据后处理软件进行数据自动拼接，影像渲

染，点云数据输出等工作：

将点云数据直接导入至 Autodesk Revit 三维设计软件中：

提取感兴趣点、线、面，进行二维矢量化工作，并构建叁维数字模型；

在 Autodesk Revit 软件中进行三维可视化翻新设计，导入前期设计好

的阳光房设计图；

使用叁维激光点云数据与翻新设计模型进行效果显示，分析；

总结：

建筑信息模型（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的

各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字

信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化，协调性，模

拟性，优化性和可出图性五大特点。在 BIM 的设计与施工过程中，三

维激光扫描仪可成为快速数据获取的有效手段，通过使用拓普康 GLS-

2000 叁维激光扫描仪，结合拓普康与欧特克深层次的二三维综合解

决方案合作，可为用户提供***的叁维数字化应用方向，同时由于我

国属于 BIM 的起步阶段，城市建筑建设正逐渐向 BIM 工程领域靠近，

目前上海市已经出台了《上海推进 BIM 技术应用指导意见》，为促进

这一市场发展提供了***政策支持。&苍产蝉辫;

案例 2—— 文物保护数字化信息留存

TOPCON 古建筑三维测量与维护 —— *故居

一、 引言

古建筑蔓延了历史文脉，是人类文明的载体。随着社会经济的发展，古建筑的

价值逐渐受到人们的高度重视。对于古建筑，必须采取积极的手段进行保护与利用。

保护与利用的过程需要对古建筑进行维护、整理与修复，同时也需要保护或恢复历

史街区的空间格局与尺度。重大历史建筑在修复前都需要进行***的测量，以取得

较完备的科学记录档案，为古建筑的规划保护和修复提供***手资料，同时也是研

究古建筑史和建筑理论的重要资料。

二、 现状与问题

2.1 现状分析

目前阶段，认识古建筑和研究古建筑的普遍途径是手工测绘以及普通测量。我

国传统的古建筑测绘方法一般为人工实量法。由于这一方法费时费工、效率不高，

难以保证观测结果的精度，而且成本高也不安全，人们越来越体会到使用这一方法

的不便性。近年来随着空间定位技术、计算机技术和地理信息系统的应用，古建筑

测绘技术已进入数字化时代，已发展成为以 3S 集成为特征的新技术应用。

2.2 存在问题

为了减小测量误差，提高测量结果的精度，需要了解误差的主要来源及产生的

原因，以便采取相应的措施。古建筑测绘中存在的问题主要有：

1.  建筑物现状问题：由于长期承受荷载、基础的不均匀沉降、材质的不同还有外界自然因

素的影响等，构件发生不同程度的收缩、弯曲等多种变形以及其他部位的损坏。

2.  总尺寸与分尺寸不统一，即各个组成部分分别测出的尺寸之和与整体测出的尺寸不符。

相对于这两大问题，解决的方法和应当遵循的原则如下：

1.  对结构有重大影响的变形及破坏应按照原有状态测绘，选择若干个同类构件进行测量

和比较，找出其中量的数值作为这类构件的统一尺寸；

2.  对结构没有重大影响的变形及损坏应依照现状测绘，以真实地表达古建筑的存在状态，

保持其历史感和时间感；

3.  次要尺寸服从主要尺寸,分尺寸服从于总尺寸,少数服从多数；

4.  后换构件应服从于原始构件。应找出建筑物各个部分的原始构件加以测量。从而定出统

一尺寸。而不能以某一构件的某个尺寸数量***多，或某个构件保存得***完好，来决定统

一尺寸。

2.3 三维激光扫描技术在古建筑维护的发展与前景

三维激光扫描技术是自 20 世纪 90 年代起兴起的***测量技术，它集成了多种

高新技术的***空间信息数据获取的手段与工具，这一技术在国际上处于***水平，

而在国内尚处于起步阶段。中国作为古建筑和文物资源大国，为叁维技术在古建筑

上的应用提供了广阔的应用空间。根据文物部门统计，我国目前被列入保护范围的

古建筑有近 30 万处，古建筑的保护、抢救及修复的工作量非常大，而传统的建筑测

绘和资料整理的方法和技术手段远远不能满足古建筑保护的实际需要。而目前，使

用叁维激光扫描仪进行古建筑维护工作已初见成效。

三、 测量原理与方法

在古建筑研究的活动中，用户需要对于研究对象的完整性数据。叁维激光扫描

技术是一项通过高密度的扫描点来记录和表达被测古建筑形状的技术，叁维点云是

***原始的测量数据，被测建筑物的几何空间信息都被包含其中。如何利用点云，如

何在点云的基础上通过软件来提取空间信息，决定了叁维激光扫描技术在古建筑保

护及维护***的应用方式和成果形式。从对点云的应用方式来看，可分为档案记

录型应用、尺寸量测型应用、叁维可视化型应用和逆向重建应用。从***终的提交成

果形式可分为二维图件形式（各种平、立、剖面图，等值线图）和叁维图件形式（叁

维高密度点云数据、三维 CAD 模型、三角图片格网等）。利用三维激光扫描技术进行

古建的保护，目前主要集中在档案记录、叁维可视化及虚拟叁维重建几个方面。

3.1 档案记录

使用叁维激光扫描技术进行古建筑建档，主要是以记录完整扫描的点云数据为

主。采用具有叁维坐标和真实色彩信息的点云数据记录建筑物，既能快速完成测量

任务，并确保多角度测站合并后无扫描死角，又能保证在测量时不必攀爬古建筑物，

确保了建筑物不受损害和测量者的安全。

由于叁维激光扫描技术是以较高的密度连续采集等间隔的点，而且每个点具有

叁维坐标、点所处被测古建筑表面材质反射强度和颜色信息，因此我们可以直接通

过将这些记录被测古建筑的点在同一窗口内显示的方法来浏览和观察被测古建筑的

外观和内部特征。由于叁维激光扫描仪采集数据快速，被测古建筑可在***的时间

间隔内被多次测量，方便用户分析其变形情况，并在关键部位标注符号，标明该部

位的实时状态。

3.3 虚拟三维重建

被测古建筑的点云集合可以看做是立体模型。点云模型可以构建叁维数字模型，

以作虚拟现实和模拟修复等应用，亦可制成各类工程图、结构图、切面图等。自此

实现室内外空间***模型的*一体化和模型建构的*可逆操作，有助于古建研

究以及其他***利用其在各自领域作更深的拓展研究。***的古建筑模型信息可以

帮助研究人员更加深入地探究古建筑的结构、艺术价值、营造方法。

四、 古建筑测量实例 —— *故居

4.1 数据采集方案

经过现场勘察分析，我们共布置了 3 个测站，并将测站和测站使用标靶连接点

方法进行了拼接。测站、标靶分布如下图所示：

图 1 数据采集方案示意图

扫描时，逐一在相应测站对相应的区域和标靶进行了扫描。在测站一，进行了

360°的故居内部的全景扫描。扫描间隔为 1 厘米，扫描距离为 10 米；在测站二，在

故居的外部约 15 米处进行了扫描；在测站三，在故居的左侧进行了扫描。由于 GLS-

2000 内置了高清晰的彩色数码相机，影像数据可在扫描时与点云数据同步取得。

4.2 扫描参数设置

统计各测站数据库的大小与扫描参数如下表所示：

表 1 点云数据大小和扫描仪参数设置

测站名  扫描距离  扫描间隔  扫描用时

点云文件大

小

测站一  10 米  1 厘米  1.8 分钟  31.3MB

测站二  10 米  1 厘米  2 分钟  34.63MB

测站三  10 米  1 厘米  1.5 分钟  24.33MB

外业测量根据上段所述 3 个测站按顺序进行了测量。本项目采用了 GLS-2000 特

*故居

有的一体化集成操作模式，并从连接点测量、测站/后视测量和导入坐标值测量

法等三种测量方法中， 选择了连接点测量方法进行测试。连接点测量方法测量法简

单、***且易操作，适用于测量范围在 350 米之内的区域。

外业测量过程中，待测对象和标靶是分开进行扫描和测量的。我们可以首先选

择测量标靶的命令，照准标靶位置，记录点位。之后，在同一个测站位置上，我们

选定测量区域，***测量距离与间距，扫描仪即可自动开始扫描。在内业处理过程

中，将测站一、测站二及测站叁的点云数据、图像数据及连接点数据（标靶）输入

到 ScanMaster 软件下，并将不同测站下的相同连接点（标靶）一一对应，就可将点

云数据拼接到同一坐标系下了。

拼接完成后的点云效果如下图：

图 3 局部浮雕精细点云效果

图 4 整体建筑点云效果

图 5 局部建筑点云效果

4.4 建模流程

叁维模型建立的流程一般由特征线提取和模型构建两部分组成。

(1). 特征线提取

特征线提取可采用多种方法。如自动提取剖面、等高线，根据点云自动拟合线段、圆柱、圆锥、多边形等基本几何形状等。本项目成果包括单线结构图，提取时采用了先绘制三维结构线，再统一投影到同一二维平面的方法，以保证结构线的平面精度。本项目提取所采用的使用的软件为 Topcon 公司自行研制开发的 ScanMaster软件及 AutoDesk 公司的AutoCAD 软件。

(2). 三维模型和虚拟现实的创建

基于线划图的三维模型创建方法的主要思想是由线成面。将 CAD 线划图导入

3DMax 软件中。基于点云每个方向构件的线划图间都具有准确的位置关系，将前后

左右上下六个立面图一同导入后，可合成***建筑结构图。

图 11 整体线框图

在这个***线框图上，可根据建筑的结构，逐一搭建实体模型，比如 3DMax

里的基础几何模型 BOX，PLANE 等。

图 12 在线框结构上搭建实体模型

逐步细化模型直至整体建筑模型大体形态基本成型。

图 13 实体模型基本结构

之后将基础模型进行纹理贴图，并对整个场景的灯光进行设置。

图 14 贴图后的模型

在 3DMAX 里面将模型贴图整理完成，并且检查无误后。将整个场景导入三维虚

拟平台，进行平台测试。在平台中添加天空、景深效果，以及对一些材质做细化处

理（如反射等）以求更好的表现效果。然后进行 UI（用户界面）设计，添加天气系

统等，使虚拟现实场景具备漫游设置、测量距离等功能。

图 15 加入灯光和天空效果的虚拟现实截屏

结束语

使用叁维激光扫描仪比较常规测量仪器对建筑物进行测量与成图工

作，它更具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特

征等特点，可以***降***，节约时间，而且使用方便，能够实

现与设计图纸进行分析比较，以确定其形变误差大小等。叁维激光扫

描测量技术已经在测绘领域有***的应用。激光扫描技术在高大建筑

物数字高程模型的***的实时获取方面已经表现出强大的优势，成

为摄影测量与遥感技术的一个重要补充。现在在大型建筑的变形监测

工程、环境检测和城市建设方面等均有成功的应用实例。

拓普康体积测绘GLS-2000 叁维激光扫描仪