隨著三維激光掃描技術(shù)的普及，三維掃描儀在隧道掃描方面的應(yīng)用已經(jīng)相當普遍。大家在選用掃描儀時大多關(guān)注彩頁上的距離、掃描速度、儀器精度，但拼接精度卻容易被忽視，拼接精度卻可以直接影響到整體數(shù)據(jù)精度。

　　每種儀器都有不同的推薦拼接方式，都有自己的特點，對掃描數(shù)據(jù)的影響也有所不同。

　　以下就討論一下拓普康GLS-2000推薦使用的棱鏡拼接的幾個特點：

　　1. 棱鏡拼接對整體數(shù)據(jù)的影響--高精度

　　說到儀器精度首先想到的是儀器的標稱精度，體積精度、距離精度、角度精度等等，目前掃描儀的儀器精度基本相當，大家往往忽略影響數(shù)據(jù)整體精度的一個因素— —拼接精度，就是這個因素卻起到了決定性的作用，每站微小的誤差在多站的累積過程中就會形成較大的偏差。

　　按照精度從高到低的拼接方式依次是：棱鏡拼接、標靶球拼接、標靶拼接、特征拼接，拓普康GLS-2000采用的棱鏡拼接方式，就是為了保證整體數(shù)據(jù)精度。

　　棱鏡拼接是最符合傳統(tǒng)測量習(xí)慣的拼接方式，可以分為架站后視法和后方交會法，采用此方式產(chǎn)生的誤差主要是人員操作的誤差，相對其他方式精度最高。

圖 1 使用棱鏡拼接的精度為1mm

　　標配球拼接通過兩個以上的目標球做拼接，標靶球的主要優(yōu)勢是在不同的視角都能看到標準的球體，但在數(shù)據(jù)拼接過程中產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)也較多，主要有掃描球的誤差、擬合球的誤差、多點拼接的誤差，最終導(dǎo)致整體拼接誤差較大。

　　標靶拼接的原理是通過識別標靶上的“棋形”或“圓形”反算出標靶的中心，計算方式主要以自動擬合為主，自動擬合總會有誤差，手動就更加考驗操作人員的“經(jīng)驗”。標靶主要是廠家標配或者打印的，標配的精度要高一些，打印的由于不同的紙張、不同的墨盒出來的效果都有差異，激光打在不同材質(zhì)(反射率)的標靶上獲得的激光測距結(jié)果是不同的，通常會在1cm以上，光這個誤差已經(jīng)超出隧道測量所能允許的精度。

圖 2 標靶掃描數(shù)據(jù)

圖 3 標靶數(shù)據(jù)的厚度測量--20mm

　　2.棱鏡拼接對整體數(shù)據(jù)的影響--長距離

　　一說到距離，第一時間想到的是儀器的掃描距離，但還有一個影響整體拼接的因素就是拼接距離，拼接距離直接影響到掃描的效率，相對于隧道這種留給測量時間有限的情況，拼接距離就更加重要。

　　棱鏡拼接主要取決于棱鏡的識別距離，以拓普康的GLS-2000為例，棱鏡識別的距離高達120m，拼接距離就可以做到200m以上。

圖 4 遠距離棱鏡識別

　　標靶球拼接距離取決于掃描密度的設(shè)置，適當?shù)奶岣邟呙杳芏葧黾幼R別距離，但掃描時間、后期數(shù)據(jù)處理時間就會成比例增加，受限于時間限制，一般使用中等密度來掃描，在此參數(shù)下標靶球在室外的識別距離在20m到25m，在現(xiàn)場環(huán)境相對惡劣的隧道的識別距離會下降到15m到20m，拼接距離也就是30m到40m。

　　標靶拼接中標靶的擺放是有要求的，必須擺放在平面上，這樣才能在軟件中計算出來，但是在隧道施工現(xiàn)場幾乎找不到相應(yīng)的位置。即使勉強使用此方式，受限于掃描夾角的限制，一般識別距離都在5m之內(nèi)，這樣就成了“短邊控制長邊”不科學(xué)的測量方式。

　　3.棱鏡拼接對整體項目的影響--高效率

　　效率可以理解為單站掃描的時間，此處是真正的項目現(xiàn)場，不是彩頁上標的每站時間，包括了架站、定位、掃描等的總時間。

　　棱鏡拼接使用棱鏡定位，直接把對中桿放在控制點位置，用掃描儀去識別棱鏡就完成了定位過程。以拓普康的掃描儀GLS-2000為例，架站定向加激光掃描的時間約為6分鐘。

　　標靶球拼接在掃描之前要先確定每個標靶球的坐標，這就要求一臺全站儀配合掃描儀定位，全站儀先完成自己的定位，再打出3個以上的目標球的坐標。整個過程要求標靶球不會有移動，大多數(shù)情況下還要清空現(xiàn)場，這樣的條件在隧道施工中也很難提供。整個標靶放置、全站儀識別標靶位置加掃描儀激光掃描的時間總共在15分鐘以上。

　　標靶拼接和標靶球拼接相似，全站儀要在掃描儀每站的架站位置附近架設(shè)全站儀做測量。每站放置標靶的時間加上測量標靶的時間和激光掃描的時間就在20分鐘以上。

　　從效率來看，拓普康的GLS-2000是傳統(tǒng)測量掃描測量方式的3到4倍。

　　總結(jié)

　　從拼接精度、拼接距離、效率來看,棱鏡拼接在隧道掃描中非常具有優(yōu)勢。GLS-2000三維激光掃描儀突破了以往掃描儀采用靶球拼接距離短、精度差、效率差、質(zhì)量不高的瓶頸(，依托拓普康掃描儀全球領(lǐng)先的掃描角精度，可以做到像全站儀一樣操作簡單，有效提高了外業(yè)測量人員的工作效率。