地面三维激光扫描系统主要由三维激光扫描仪、计算机控制单元、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成，其重要组成部分三维激光扫描仪由计时器、激光脉冲发射器、激光接收器、测角系统、内驱动装置、CCD 相机、控制系统及其他辅助功能系统构成。

　　三维激光扫描仪器工作时，由激光测距系统向被测物体发射激光，由计时系统记录激光从发射到返回的时间，同时测角系统捕获扫描仪器与被测物体间的水平角和竖直角，通过系统集成的驱动马达和激光转向镜对扫描区域进行覆盖式扫描，以此实现对被测物体的三维坐标采集。

　　在获取目标物体的三维坐标信息的同时，会同步记录各点位的激光反射强度（Intensity），并由 CCD相机获取目标物体各个点位的 RGB 色彩信息。因此所得到的点云数据不再是传统全站仪所获得的三维坐标数据，而是包含了反射强度和 RGB 色彩数字信息的更为丰富的数据。

　　三维激光扫描仪器在测量的过程中，以自身定义的坐标系统为基准，激光发射点亦即水平与竖直旋转轴的交点为坐标原点，Z 轴竖直向上位于竖向扫描面内，向上为正；X 轴与 Y 轴互相垂直于所在的平面内，Y 轴正向指向物体，且与 X 轴、Z 轴一起构成右手坐标系。如下图所示。

　　三维激光扫描仪器并不是直接获得被测物体的坐标，是通过激光所测的距离与水平角和竖直角反算得到被测物体的三维坐标。仪器实测的数据有激光发射到返回的时间？？？，距离 S，垂直角度？？与水平角度？？，则点的三维坐标可由下式解算出：

　　其中 C 是光速，？？？为激光往返的时间。三维激光扫描仪的主要技术激光测距技术从测距原理上可分为三种：基于脉冲往返时间测量距离的脉冲测距法、激光三角法及利用相位测量原理的相位测距法。激光三角法利用于光斑成像位置转为“角边角问题”求解三角形计算距离的。

　　相位测距法利用不间断的整数波长，通过记录信号往返传播产生的相位差，间接计算被测物体的距离，由下式可得出距离 S。

　　其中 c 为光速，？是相位差，？？是信号往返相位差不足 2??部分，f 是脉冲频率，n 是调制信号半波长整数，？？？为不足波长的小数部分。