3.1 地面激光雷达系统

正如第一章所介绍的，近三十年内激光测距技术在陆地测量及工程测量方面的应用得到了快速发展，从将激光器纳入标准测量仪器（如全站仪和激光测距仪）就可以看出，比如剖面仪、水准仪、以及对准设备在这些领域都成为了日常工具。在此背景下，将扫描机制加入到已经配备了激光测距仪和角编码器的全站仪上并将其应用于现场的三维扫描测量似乎是一种自然的升级。通过这种方式，激光扫描仪可以在很短的时间内，获取仪器周边环境的数以万计的三维坐标点，而不是类似于全站仪的工作形式，通过测量人员在现场进行特定的地物特征的单独的点被测量。地面激光雷达系统不像机载系统那样，需要GPS/IMU系统支持以获取位姿参考信息，他可以通过传统的测量学技术获取自身的位置，通过三脚架的对中整平来控制姿态。
然而，由于各种原因，地面或地面激光扫描仪的发展往往落后于机载激光扫描仪。 地面激光扫描的发展已经很成熟，并被整个地球信息学行业所接受，其在功能上并不等价于机载激光扫描系统。 当前专业的测绘组织或团队对购置激光扫描仪的需求没有那么高，因为其费用远远超过全站仪、GPS、以及经纬仪、水准仪等传统测绘仪器。事实上，地面激光扫描仪的第一批用户来自大型机载测绘公司的测绘部门，他们已经使用了激光扫描仪，因此对这项技术有了很好的了解。在此背景下，值得注意的是，在实际的发展过程中，许多早起的地基激光扫描仪的开发者，尤其是短距测距系统的开发是由这些厂家而不是传统的测绘设备厂家开展的。后者是在当这些技术都成熟之后也快速投入到了地基产品领域的。
另一个有意思的成果是基于相位测量的测距技术在近距离扫描仪上的应用，与机载激光扫描系统形成了鲜明对比，后者主要采用的还是脉冲测距技术。地面激光扫描仪的技术已经得到了充分的发展，并已被测量专业所接受并在各个领域得到广泛的应用，虽然其价格依然昂贵，但是也只有购买机载激光扫描仪十分之一左右。
地面移动制图的另一个主要的系统是车载激光扫描系统，该系统与机载系统有很多相似之处。由于车载系统在作业过程中需要实时获取位姿信息，因此使用了GPS/IMU综合系统作为整个移动测绘系统的基本组成部分。然而，这些系统的均存在GPS信号遮断的问题，由于在城市制图扫描过程中，受到高层建筑物的遮挡，会造成GPS信号中断甚至是完全失去信号。此外，附近建筑物的信号反射会产生多径效应，从而降低GPS测量的位置精度。因此在某些情况下，由于全球定位系统测量中的这些缺陷，在安装激光扫描仪的车辆车轮上安装了车轮编码器。许多地面激光扫描仪被永久安装在车辆上，以提高其生产效率，使其实现能够更快地部署，并总体上给予更多的灵活性。还有一种车载系统，激光扫描仪安装在可升降的结构上，可以竖立到更高的位置，提供了一个比三脚架上扫描更好的视野。 显然，这些“停止和前进”系统不属于移动映射系统的范畴。
然而，地面激光扫描仪，无论是三脚架或车载，在三维城市构建项目中，对建筑物立面扫描方面确实有很大的优势。 在这方面，来自地面激光扫描仪的数据补充了使用机载立体摄影测量和激光扫描方法获得的数据。 后者可以在屋顶或地面上产生整体的三维城市模型，但缺乏关于立面的详细信息。 因此，这两种方法（空中和陆地）的结合在这些三维城市模型的制作中变得越来越普遍。
如上所述，用于地形测绘和建模作业的地面激光扫描仪可以以架站方式操作，例如安装在三脚架上，也可以从货车、卡车或轨道车等动态(或移动）方式操作。 因此，本章主要介绍两个不同的类别-分别覆盖静态和动态激光扫描仪。