三维激光扫描技术具有扫描速度快、直接获得数字信息、非接触性、扫描效率高、使用简单方便等特点。通过高速激光扫描测量法，可快速、准确获得扫描主体的表面实体集合信息和大量空间点位信息，快速扫描复制建筑及物体三维影像，为测绘和物体复原提供数据参考。

　　 三维激光扫描作为一种最先进的数字测量方式，不仅高精度还原采集现场真实坐标数据，且提供的通用数据还可作为后期规划、制图、资料存档、变形检测等测量数据的来源。除提供高精度数字三维点云，三维扫描仪还具有彩色多格式网格、正色摄影及三维点云的中望CAD输出等功能。

　　 通过三维激光扫描技术扫描整个巴基斯坦真纳墓的内部形体及灯具，即采集建筑及灯具几何信息，将几何信息以点云形式进行储存，通过数据拼接组成点云模型。通过分析建筑点云模型，测量、校核建筑及灯具的位移与形变数值。本项目数据采集包含真纳墓的建筑外形及内部吊顶主体灯具2部分(其中重点扫描灯具，建筑只为提供相应参考)。

　　 真纳墓(见图1)为巴基斯坦国父———穆罕默德·阿里·真纳的陵墓。作为中巴友谊的历史见证和友好象征，我国政府于20世纪70年代将水晶吊灯作为国礼赠送给巴政府，安放在真纳墓。时隔几十年吊灯已年久失修，应巴方政府请求，我国政府无偿援助对吊灯予以更换。而当年制作吊灯的灯厂已不存在，吊灯图纸及设计文件均已丢失，缺少基本几何尺寸信息。为实现吊灯的复原重建，使用三维激光扫描技术，通过三维扫描成像原理恢复灯具的各部件尺寸，从而绘制水晶吊灯设计图纸，以进行重建。真纳墓属于圣地，朝圣及参拜民众多，水晶吊灯在真纳墓的大厅，下方放置棺椁。由于不能在灯具正下方搭设大量脚手架，同时为最大限度确保当地民众参拜，使用三维扫描技术是最好的方式。

　　 三维扫描技术记录的数据档案能保证现场环境的真实状态，为资料存档与后期模拟提供最佳解决方案。三维扫描仪可替代传统测量方式，高精度全景记录环境现状，为水晶吊灯复原提供全三维信息。水晶吊灯如图2所示。

　　 全球最早研发三维扫描技术的是欧美发达国家，可追溯到20世纪60年代，欧美各国在三维扫描技术上发展迅速，已步入产业化，应用成熟。全球许多国家已形成较完善的产业规模，各方面特性，如精度、准度、速度方面都达到世界顶级水平。当前世界上的三维激光扫描仪产品类型主要有美国Trimble公司的天宝TX5和GX200、瑞士Leica公司的Scanstation激光扫描系列、加拿大Optech公司的Real Work系列激光扫描仪、奥地利RIGEL公司的VZ-400、澳大利亚Maptek公司的I-Site系列车载三维激光扫描仪。另外，美国3D Digital和Polhemus、法国MENSI、瑞典TopEye及日本Minolta公司等也都在三维扫描设备和技术方面有许多研究成果。

　　 我国在三维扫描技术上开展863计划，同时对研究应用给予大力支持，重点研究三维激光扫描系统，虽还处在起步阶段，但通过科研单位的努力，国内已逐步完善三维扫描产品。如北京大学用三维激光扫描仪对故宫建筑进行三维扫描，对整体进行三维模型重建，并对古建筑物的立面可视化和三维地形扫描测量进行研究;安徽建筑工程大学利用三维激光扫描仪对合肥市中心区进行大规模扫描，对大部分建筑进行数据采集，实现城市CBD中心的数字模型实景重建，取得较好科研成果;武汉大学李清泉教授等研制开发地面激光三维扫描测量系统，在堆积测量和城市采集数据上得到较好应用;武汉大学自主研发了LD激光自动扫描测量系统。

　　 考虑巴国治安及物品供应问题，可能出现所需物品无法购买或辅助器材不能随时补充等问题，在本项目实施前进行详细的方案制定与模拟。为在现场得到高精度的扫描模型，节省标靶布设时间，采用BIM技术进行辅助，在国内预先建立真纳墓简易模型，利用BIM建模软件的体量功能建立墓室简模。利用族文件建立扫描仪放置点位及扫描捕捉位置，最大限度减少扫描仪站点，消除累计误差。在保证扫描图像完整与精细的前提下减轻后期数据处理压力。测站设置如图3所示。

　　 由于水晶吊灯上有大量水晶吊坠，扫描仪激光束在扫描透明物质时发生折射，不能很好得到扫描实物。为解决这一问题，出发前购买试验用水晶灯，经过多次试验对比找出扫描仪架设的最优位置，减小折射带来的偏差，同时利用全站仪辅助打点纠正偏差。

　　 为进一步获取水晶吊灯细节，采用分层扫描的方式采集数据，采集吊灯所有细节装饰。测站点位分布如图4所示。

　　 为避免现场标靶设置问题，预先设计标靶纸贴设装置，考虑装置的制作与携带，利用BIM建模软件建立模型，便于加工制作。

　　 外业测量结束后，整理全部扫描数据，然后进行扫描数据的内业处理。首先拼接各测站点云，形成完整吊灯模型，并区分扫描仪采集的照片与点云。数据处理流程如图5所示。

　　 通过RealWorks软件，优化处理相位式扫描仪数据，自动去除不合理噪点。通过对比扫描照片剔除扫描过程中的行人、脚手架、杂物等数据，获取干净清晰的整体扫描点云数据，如图6所示。

　　 可自动识别扫描过程中的参考球，实现全自动数据拼接。高精度的参考球识别可将扫描仪拼接误差降至最低。还可结合全站仪和GPS大地坐标控制点数据及标靶点数据，实现真实坐标转换，且可以平差方式提高大范围数据拼接精度。

　　 通过扫描仪自带的影像采集系统，全自动赋予点云色彩信息，获取照片般清晰的彩色可量测点云全景图。得到含有7个数值信息的点云数据(x,y,z,i,r,g,b)。

　　 获得完整彩色点云后，通过数据计算得到完整项目点云，可快速浏览和调取数据。生成数据可建立服务器，以可测量全景图的方式提供网络共享。通过网络可快速调取测量数据及点云数据。

　　 原始数据获取是该项目重点之一，所有后处理工作都围绕原始扫描数据进行，三维激光扫描数据的精度和仪器与被扫描物体间的角度直接相关，当扫描仪发射光束与被扫描物体趋近于垂直角度时，获取的点云数据精度最理想，随着扫描仪发射光束与被扫描物体角度越来越大，获取精度逐渐降低，如图7所示。

　　 选择合适距离与角度关系扫描被测物体，在内业后处理方面也需优化数据，当对多站点进行配准及高精度融差后，从每相邻的两站间选取点云交叠数据，仅保留与被测物体角度最小的点云数据，以确保扫描数据的最高精确性。

　　 在数据后处理过程中，拼接多站点扫描数据以达到被测物体数据的完整性，在这些后处理的配准作业中会慢慢凸显误差，并随站点的增多出现累计误差，可通过建立控制网等方法提升配准精度，减小累计误差，并配合多扫描站点数据实体模型结构吻合匹配系统(后简称系统)，降低多扫描站点数据配准的误差。两站点数据细部实体模型截面细节位置偏差如图8所示。

　　 通过系统对多组细分模型结构特征进行整体吻合运算，对数以百万计的控制点、标靶进行相互配准，大大提高配准精度。本项目利用多个扫描站点整体配准使融差精度最小达0.3mm。

　　 根据扫描点云数据，经过数据整合、测站拼接、数据处理、点云分析、表面拟合、数据转化，将出具的模型导出为中望CAD，并标注灯具尺寸，出具的水晶吊灯设计图纸如图9所示。

　　 通过三维扫描技术采集复杂构件的三维空间数据，经过数据处理、优化和三维建模能复原物体图纸，利用数字化手段进行测量取样工作。该技术在真纳墓吊灯扫描项目中发挥极大优势，简化现场工作，方便作业人员的现场测量，且降低管理工作量，保证测量尺寸的准确性。通过三维扫描技术对真纳墓水晶吊灯图纸进行测绘，进而复原实物。