2025年測(cè)繪專業(yè)考研三維激光掃描技術(shù)押題（附答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.三維激光掃描技術(shù)主要利用什么原理來(lái)獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)？A.光電效應(yīng)B.三角測(cè)量原理C.結(jié)構(gòu)光原理D.超聲波測(cè)距原理2.下列哪種點(diǎn)云數(shù)據(jù)格式是開(kāi)放的ASCII格式，易于查看和編輯？A.LASB.E57C.ASCIID.FME3.在三維激光掃描中，用于精確測(cè)定掃描儀自身位姿的設(shè)備組合通常是？A.全站儀和棱鏡B.GNSS接收機(jī)和IMUC.激光筆和水準(zhǔn)儀D.反射片和卷尺4.點(diǎn)云濾波的目的是？A.增加點(diǎn)云密度B.移除點(diǎn)云中的噪點(diǎn)和無(wú)關(guān)點(diǎn)C.改變點(diǎn)云的顏色D.合并離群點(diǎn)5.以下哪項(xiàng)不是三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)？A.數(shù)據(jù)采集速度快B.成像質(zhì)量高C.能在完全黑暗環(huán)境下工作D.精度受光照條件影響大6.將靜態(tài)掃描獲取的多站點(diǎn)云進(jìn)行整合，使其處于同一坐標(biāo)系下的過(guò)程稱為？A.點(diǎn)云去噪B.點(diǎn)云配準(zhǔn)C.點(diǎn)云分類D.點(diǎn)云加密7.在進(jìn)行工程測(cè)量放樣時(shí)，三維激光掃描技術(shù)主要利用其哪種能力？A.高精度測(cè)距和定位B.快速生成三維模型C.自動(dòng)識(shí)別紋理特征D.大范圍大容量數(shù)據(jù)采集8.下列哪項(xiàng)屬于動(dòng)態(tài)三維激光掃描系統(tǒng)的組成部分？A.高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀B.慣性測(cè)量單元（IMU）C.經(jīng)緯儀D.激光指向器9.評(píng)估點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度的常用指標(biāo)不包括？A.點(diǎn)云密度B.重復(fù)設(shè)站精度C.相對(duì)精度D.點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差10.三維激光掃描技術(shù)與攝影測(cè)量技術(shù)相比，其主要局限性在于？A.采集數(shù)據(jù)不易存儲(chǔ)B.受光照條件影響較大C.難以獲取細(xì)小紋理信息D.無(wú)法進(jìn)行大范圍掃描二、填空題（每空1分，共15分）1.三維激光掃描技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)主要是______和______信息。2.點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括______、______、______和點(diǎn)云去噪等步驟。3.三維激光掃描系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有測(cè)距精度、______、______和掃描范圍等。4.用于記錄三維激光掃描儀在掃描過(guò)程中空間位置和姿態(tài)變化的數(shù)據(jù)稱為_(kāi)_____。5.點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的目的是將不同來(lái)源或不同時(shí)刻獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)______到同一坐標(biāo)系下。6.三維激光掃描技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域可用于______和______。7.移動(dòng)三維激光掃描是指掃描儀安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，如汽車、船舶或機(jī)器人上進(jìn)行的______掃描。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述三維激光掃描技術(shù)的基本工作原理。2.簡(jiǎn)述靜態(tài)三維激光掃描數(shù)據(jù)處理的典型流程。3.簡(jiǎn)述三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中至少三個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡(jiǎn)述影響三維激光掃描點(diǎn)云精度的主要因素有哪些？四、計(jì)算題（每題6分，共12分）1.某三維激光掃描系統(tǒng)標(biāo)稱測(cè)距精度為±（5mm+2ppm×D），其中D為測(cè)距距離（單位：m）。若在該系統(tǒng)上測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離為100米，求該距離測(cè)量的中誤差。2.對(duì)一個(gè)區(qū)域進(jìn)行三維激光掃描，在掃描完成后，在兩個(gè)不同的位置布設(shè)了5個(gè)控制點(diǎn)，分別測(cè)量了控制點(diǎn)的掃描坐標(biāo)與已知坐標(biāo)，計(jì)算得到點(diǎn)1的坐標(biāo)中誤差為±3mm，點(diǎn)2的坐標(biāo)中誤差為±4mm。若要求點(diǎn)1和點(diǎn)2連線的相對(duì)中誤差不超過(guò)±5mm，問(wèn)是否滿足要求？（假設(shè)其他控制點(diǎn)誤差影響可忽略）五、論述題（每題10分，共20分）1.論述三維激光掃描技術(shù)相較于傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量方法（如全站儀、水準(zhǔn)儀）的主要優(yōu)勢(shì)。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，論述三維激光掃描技術(shù)當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)及可能的解決方案。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.B5.D6.B7.A8.B9.A10.B二、填空題1.三維坐標(biāo)（或：空間位置），強(qiáng)度（或：灰度）2.點(diǎn)云去噪，點(diǎn)云分割，點(diǎn)云濾波3.掃描分辨率，掃描速度4.點(diǎn)云坐標(biāo)文件（或：掃描日志文件）5.對(duì)齊（或：融合）6.文物三維建模，病害監(jiān)測(cè)7.動(dòng)態(tài)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：提出掃描原理，說(shuō)明如何獲取距離和角度信息，最后如何合成三維坐標(biāo)。通常圍繞三角測(cè)量原理展開(kāi)。*答：三維激光掃描技術(shù)的基本工作原理是：掃描儀主動(dòng)發(fā)射激光束照射到目標(biāo)物體表面，通過(guò)測(cè)量激光束發(fā)射到目標(biāo)點(diǎn)并反射回掃描儀的時(shí)間（或相位）來(lái)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)與掃描儀之間的距離；同時(shí)，掃描儀通過(guò)測(cè)量激光束在水平方向和垂直方向上的角度變化，來(lái)確定目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于掃描儀坐標(biāo)系的方向角和天頂角；最后，將計(jì)算得到的距離和角度信息結(jié)合掃描儀的自身位置和姿態(tài)參數(shù)，即可確定目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2.解析思路：按照數(shù)據(jù)處理的邏輯順序，列出主要步驟。靜態(tài)掃描處理流程相對(duì)固定。*答：靜態(tài)三維激光掃描數(shù)據(jù)處理的典型流程通常包括：數(shù)據(jù)導(dǎo)入、點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云濾波、點(diǎn)云分割、特征點(diǎn)提?。ㄈ缬行枰?、點(diǎn)云配準(zhǔn)（將不同掃描站的數(shù)據(jù)合并）、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、點(diǎn)云精化（如有必要）、數(shù)據(jù)抽稀、三維模型構(gòu)建（網(wǎng)格模型或表面模型）以及模型后處理（如紋理映射）等步驟。3.解析思路：列舉測(cè)繪工程領(lǐng)域的典型應(yīng)用，突出三維激光掃描的優(yōu)勢(shì)（如高精度、快速獲取實(shí)景模型）。*答：三維激光掃描技術(shù)在工程測(cè)量中的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：大型工程（如橋梁、大壩、隧道）的施工放樣與竣工測(cè)量、建筑物及構(gòu)筑物的變形監(jiān)測(cè)（如沉降、傾斜）、地形復(fù)雜區(qū)域的高精度數(shù)字地形圖測(cè)繪、地籍測(cè)量與房產(chǎn)測(cè)繪、基礎(chǔ)設(shè)施（如道路、管線）的現(xiàn)狀調(diào)查與三維建模等。4.解析思路：從儀器、環(huán)境、操作三個(gè)層面分析可能影響精度的因素。*答：影響三維激光掃描點(diǎn)云精度的主要因素有：儀器自身精度（包括測(cè)距精度、角度精度）、測(cè)量距離（距離越遠(yuǎn)，誤差累積越大）、大氣條件（溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、大氣抖動(dòng)）、掃描目標(biāo)表面特性（反射率、顏色、紋理、幾何形狀）、控制點(diǎn)布設(shè)與測(cè)量精度、數(shù)據(jù)后處理方法與精度等。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用誤差傳播定律。先計(jì)算基本誤差項(xiàng)（2ppm*D），再合成中誤差。注意單位換算。*解：系統(tǒng)測(cè)距中誤差的構(gòu)成分為兩部分：固定誤差部分為±5mm，比例誤差部分為±2ppm×D。其中D=100m，1m=1000mm，所以比例誤差項(xiàng)為±2ppm×100m×1000mm/m=±200000ppm=±0.2mm?？倻y(cè)距中誤差m_D=√(m_固定2+m_比例2)=√((5mm)2+(0.2mm)2)=√(25+0.04)=√25.04≈±5.004mm。答：該距離測(cè)量的中誤差約為±5.004mm。2.解析思路：應(yīng)用相對(duì)誤差公式。計(jì)算相對(duì)中誤差，與允許值比較。注意是連線的相對(duì)誤差，與單個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)中誤差不同。*解：點(diǎn)1和點(diǎn)2的坐標(biāo)中誤差分別為m_1=±3mm，m_2=±4mm。根據(jù)誤差理論，兩點(diǎn)連線的長(zhǎng)度中誤差m_L不等于m_1+m_2，但可以估算其影響或直接比較相對(duì)誤差。更準(zhǔn)確的方法是，若要求點(diǎn)1和點(diǎn)2連線的相對(duì)中誤差不超過(guò)±5mm，即m_相對(duì)≤5mm/L（L為兩點(diǎn)間實(shí)際距離，這里未給出L，但通常題目會(huì)隱含或要求理解概念）。相對(duì)中誤差m_相對(duì)≈√(m_12+m_22)/L=√((3mm)2+(4mm)2)/L=√(9+16)/L=√25/L=5/Lmm/L。要滿足要求，即5/L≤5mm/L，這意味著L可以無(wú)限大，或者說(shuō)只要計(jì)算出的相對(duì)中誤差小于等于5%（假設(shè)L有意義），則滿足。但題目直接比較中誤差平方和，m_相對(duì)'=√(m_12+m_22)=√(32+42)=√(9+16)=√25=5mm。題目要求相對(duì)中誤差不超過(guò)±5mm（即中誤差小于等于5mm），計(jì)算結(jié)果為5mm，剛好等于要求值。通常認(rèn)為滿足要求。答：計(jì)算得到的相對(duì)中誤差為5mm，剛好滿足不超過(guò)±5mm的要求。五、論述題1.解析思路：*優(yōu)勢(shì)1（精度高）：指出其測(cè)距、測(cè)角精度高，不受目標(biāo)顏色、紋理影響，尤其適合復(fù)雜表面。*優(yōu)勢(shì)2（速度快）：說(shuō)明數(shù)據(jù)采集速度快，尤其動(dòng)態(tài)掃描，能快速獲取大范圍數(shù)據(jù)。*優(yōu)勢(shì)3（非接觸）：強(qiáng)調(diào)非接觸測(cè)量，避免對(duì)目標(biāo)物體造成損傷。*優(yōu)勢(shì)4（獲取豐富信息）：說(shuō)明同時(shí)獲取點(diǎn)的三維坐標(biāo)和強(qiáng)度信息（顏色），數(shù)據(jù)維度高。*優(yōu)勢(shì)5（自動(dòng)化程度高）：提及數(shù)據(jù)處理流程可高度自動(dòng)化。*總結(jié)：綜合闡述這些優(yōu)勢(shì)使其在眾多領(lǐng)域優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量。*答：三維激光掃描技術(shù)相較于傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量方法（如全站儀、水準(zhǔn)儀）具有多方面的顯著優(yōu)勢(shì)。首先，其測(cè)距精度和角度精度普遍較高，并且能夠直接獲取目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)和強(qiáng)度信息，不受目標(biāo)物體顏色、紋理、透明度等特征的干擾，尤其適合對(duì)表面形狀復(fù)雜、不規(guī)則的物體進(jìn)行精確測(cè)量。其次，三維激光掃描數(shù)據(jù)采集速度快，對(duì)于靜態(tài)場(chǎng)景，一次設(shè)站即可快速獲取大量數(shù)據(jù)；對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，如移動(dòng)掃描，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取大范圍區(qū)域的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。此外，三維激光掃描屬于非接觸式測(cè)量，可以在不損壞目標(biāo)物體的前提下進(jìn)行測(cè)量，適用于易損、危險(xiǎn)或難以接近的場(chǎng)景。獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是連續(xù)的、高維度的空間點(diǎn)集，包含豐富的幾何和物理信息。最后，隨著技術(shù)的發(fā)展，三維激光掃描的數(shù)據(jù)處理流程正朝著高度自動(dòng)化的方向發(fā)展。綜上所述，這些優(yōu)勢(shì)使得三維激光掃描技術(shù)在逆向工程、實(shí)景三維建模、工程測(cè)量、文物保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，成為傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量的重要補(bǔ)充和替代方案。2.解析思路：*挑戰(zhàn)1（成本）：指出高質(zhì)量掃描設(shè)備和軟件價(jià)格昂貴，是推廣應(yīng)用的主要障礙。*挑戰(zhàn)2（精度與算法）：討論實(shí)際應(yīng)用中精度受多種因素影響，復(fù)雜算法（如點(diǎn)云配準(zhǔn)、分割、濾波）研發(fā)和優(yōu)化仍有難度。*挑戰(zhàn)3（數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性）：強(qiáng)調(diào)海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理需要強(qiáng)大計(jì)算能力和專業(yè)軟件，對(duì)操作人員技能要求高。*挑戰(zhàn)4（環(huán)境適應(yīng)性）：分析大氣抖動(dòng)、溫度變化、目標(biāo)反光/低反等問(wèn)題影響測(cè)量效果。*挑戰(zhàn)5（融合與標(biāo)準(zhǔn)化）：提出多傳感器（LiDAR+IMU+相機(jī)）融合技術(shù)集成、數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。*解決方案（針對(duì)挑戰(zhàn)）：*成本：提出發(fā)展低成本掃描設(shè)備，提供云點(diǎn)云處理服務(wù)。*精度/算法：加強(qiáng)核心算法研究，開(kāi)發(fā)更魯棒的軟件。*數(shù)據(jù)處理：發(fā)展云計(jì)算、GPU加速技術(shù)，簡(jiǎn)化操作界面，提供易用軟件。*環(huán)境適應(yīng)性：研發(fā)更高穩(wěn)定性的測(cè)距技術(shù)，優(yōu)化大氣補(bǔ)償算法。*融合/標(biāo)準(zhǔn)化：推動(dòng)多傳感器集成技術(shù)發(fā)展，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和交換格式。*總結(jié)：強(qiáng)調(diào)克服這些挑戰(zhàn)需要技術(shù)進(jìn)步、成本下降和行業(yè)協(xié)作。*答：三維激光掃描技術(shù)雖然優(yōu)勢(shì)顯著，但在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。首要挑戰(zhàn)是成本問(wèn)題，高性能的掃描設(shè)備和專業(yè)的處理軟件價(jià)格昂貴，限制了其在一些成本敏感領(lǐng)域的普及應(yīng)用。其次，盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，但實(shí)際測(cè)量精度仍受多種因素（如大氣抖動(dòng)、目標(biāo)表面特性、測(cè)量距離等）的影響，同時(shí)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理涉及復(fù)雜的算法（如精確的點(diǎn)云配準(zhǔn)、高效的點(diǎn)云分割、智能的點(diǎn)云濾波與特征提取等），這些算法的研發(fā)和優(yōu)化仍面臨技術(shù)難題。此外，三維激光掃描通常會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理需要強(qiáng)大的計(jì)算能力和專業(yè)的軟件支持，對(duì)數(shù)據(jù)處理人員的技術(shù)水平要求較高，數(shù)據(jù)處理流程有時(shí)顯得復(fù)雜且耗時(shí)。環(huán)境因素，如大氣中的水汽、溫度變化、風(fēng)速以及目標(biāo)物體表面的反光或低反特性，都可能對(duì)掃描精度產(chǎn)生不利影響。最后，如何有效地將三維