地面三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)控制單元、電源供應(yīng)系統(tǒng)、支架以及系統(tǒng)配套軟件構(gòu)成，其重要組成部分三維激光掃描儀由計(jì)時(shí)器、激光脈沖發(fā)射器、激光接收器、測(cè)角系統(tǒng)、內(nèi)驅(qū)動(dòng)裝置、CCD 相機(jī)、控制系統(tǒng)及其他輔助功能系統(tǒng)構(gòu)成。

　　三維激光掃描儀器工作時(shí)，由激光測(cè)距系統(tǒng)向被測(cè)物體發(fā)射激光，由計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄激光從發(fā)射到返回的時(shí)間，同時(shí)測(cè)角系統(tǒng)捕獲掃描儀器與被測(cè)物體間的水平角和豎直角，通過(guò)系統(tǒng)集成的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和激光轉(zhuǎn)向鏡對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行覆蓋式掃描，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的三維坐標(biāo)采集。

　　在獲取目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)信息的同時(shí)，會(huì)同步記錄各點(diǎn)位的激光反射強(qiáng)度（Intensity），并由 CCD相機(jī)獲取目標(biāo)物體各個(gè)點(diǎn)位的 RGB 色彩信息。因此所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不再是傳統(tǒng)全站儀所獲得的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而是包含了反射強(qiáng)度和 RGB 色彩數(shù)字信息的更為豐富的數(shù)據(jù)。

　　三維激光掃描儀器在測(cè)量的過(guò)程中，以自身定義的坐標(biāo)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，激光發(fā)射點(diǎn)亦即水平與豎直旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z 軸豎直向上位于豎向掃描面內(nèi)，向上為正；X 軸與 Y 軸互相垂直于所在的平面內(nèi)，Y 軸正向指向物體，且與 X 軸、Z 軸一起構(gòu)成右手坐標(biāo)系。如下圖所示。

　　三維激光掃描儀器并不是直接獲得被測(cè)物體的坐標(biāo)，是通過(guò)激光所測(cè)的距離與水平角和豎直角反算得到被測(cè)物體的三維坐標(biāo)。儀器實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)有激光發(fā)射到返回的時(shí)間？？？，距離 S，垂直角度？？與水平角度？？，則點(diǎn)的三維坐標(biāo)可由下式解算出：

　　其中 C 是光速，？？？為激光往返的時(shí)間。三維激光掃描儀的主要技術(shù)激光測(cè)距技術(shù)從測(cè)距原理上可分為三種：基于脈沖往返時(shí)間測(cè)量距離的脈沖測(cè)距法、激光三角法及利用相位測(cè)量原理的相位測(cè)距法。激光三角法利用于光斑成像位置轉(zhuǎn)為“角邊角問(wèn)題”求解三角形計(jì)算距離的。

　　相位測(cè)距法利用不間斷的整數(shù)波長(zhǎng)，通過(guò)記錄信號(hào)往返傳播產(chǎn)生的相位差，間接計(jì)算被測(cè)物體的距離，由下式可得出距離 S。

　　其中 c 為光速，？是相位差，？？是信號(hào)往返相位差不足 2??部分，f 是脈沖頻率，n 是調(diào)制信號(hào)半波長(zhǎng)整數(shù)，？？？為不足波長(zhǎng)的小數(shù)部分。