地面三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀、計算機(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時器、激光脈沖發(fā)射器、激光接收器、測角系統(tǒng)、內(nèi)驅(qū)動裝置、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，由激光測距系統(tǒng)向被測物體發(fā)射激光，由計時系統(tǒng)記錄激光從發(fā)射到返回的時間，同時測角系統(tǒng)捕獲掃描儀器與被測物體間的水平角和豎直角，通過系統(tǒng)集成的驅(qū)動馬達(dá)和激光轉(zhuǎn)向鏡對掃描區(qū)域進(jìn)行覆蓋式掃描，以此實(shí)現(xiàn)對被測物體的三維坐標(biāo)采集。

　　在獲取目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)信息的同時，會同步記錄各點(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量的過程中，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物體的坐標(biāo)，是通過激光所測的距離與水平角和豎直角反算得到被測物體的三維坐標(biāo)。儀器實(shí)測的數(shù)據(jù)有激光發(fā)射到返回的時間？？？，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，？？？為激光往返的時間。三維激光掃描儀的主要技術(shù)激光測距技術(shù)從測距原理上可分為三種：基于脈沖往返時間測量距離的脈沖測距法、激光三角法及利用相位測量原理的相位測距法。激光三角法利用于光斑成像位置轉(zhuǎn)為“角邊角問題”求解三角形計算距離的。

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

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