Gli strumenti attualmente sul mercato si possono suddividere in due categorie principali:
- high range (ad esempio il Riegl Z420i);
- low range.
Il primo gruppo, come suggerito dal nome stesso, si caratterizza per un'elevata distanza di lavoro (fino a 1000 2000m); la seconda, più precisa, ha un range molto più limitato. Lo strumento da noi utilizzato è, per le sue caratteristiche, il più versatile oggi disponibile. Si tratta di un TLS (Terrestrial Laser Scanner) a tempo di volo, configurazione strumentale comunemente usata nell'indagine geologica. In questo tipo di strumento, un impulso laser con tempo di salita di circa 1 ns (durata complessiva dell'impulso alcuni ns) è emesso lungo una direzione selezionata e individuata dalle coordinate angolari azimutale e zenitale; se l'impulso viene parzialmente retroriflesso da un oggetto (target), la misura del tempo di volo strumento-target-strumento (t) fornisce la distanza (d), data da d=ct/2, dove c è la velocità della luce. In tal modo si possono trovare le coordinate dell'oggetto riflettente.
Ad un singolo punto è associato un ulteriore dato, vale a dire la riflettanza; essa rappresenta la frazione di potenza ricevuta rispetto a quella emessa. Tale dato è ordinariamente normalizzato nella scala [0,255], dove 255 corrisponde al massimo livello di riflettanza di tutta la scansione. La riflettanza consente di riconoscere e modellare gli eventuali target artificiali posizionati per la georeferenziazione: questi possono essere acquisiti contemporaneamente da GPS o stazione totale in modo da trovarne le coordinate assolute. Ciò rende superflua la conoscenza della posizione precisa dello strumento durante l'acquisizione. Alcuni strumenti, tra cui il RIEGL Z420I, consento di associare al singolo punto anche un dato di colore RGB ottenuto mediante fotocamera digitale.
La direzione del fascio laser viene modificata, mediante specchi interni e/o sistemi di rotazione, di quantità discrete in modo da ottenere una scansione dell'area selezionata e con i passi di campionamento desiderati. Il prodotto di una scansione è quindi una nuvola di punti, che può constare di un grande numero di elementi, dell'ordine di alcuni milioni di punti.
L'acquisizione dei dati è in realtà solo la prima fase di una procedura il cui prodotto è un modello solido digitale, vale a dire un modello triangolato 3D oppure un modello 2.5D come un DTM (modello digitale di terreno), in base alle caratteristiche dell'osservato.
Il posizionamento dello strumento di rilievo può essere realizzato ad una distanza di oltre 1000 metri dal soggetto da monitorare, pertanto le operazioni di rilievo delle nuvole di punti 3D non intralciano la normale attività lavorative.
Per consentire la totale copertura dell'area monitorata il rilievo viene eseguito da più stazioni di misura, disposte opportunamente nell'area di cantiere in modo da avere una copertura totale delle superfici, eliminando totalmente le zone d'ombra.
Le nuvole di punti, acquisite dalle rispettive stazioni di misura, vengono unite fra loro e georiferite a dei target comuni alle nuvole. La georeferenzazione dell'area viene eseguita impiegando un GPS topografico o da rete topografica georeferenziata.
Il risultato finale un modello tridimensionale 3D, che può essere trasferito in ambiente CAD.