评价一款测绘设备的精度时，我们总是将其与业内公认的更高精度的设备的测量值做比较，在传统测绘领域，全站仪是业内公认精度最高的设备；在三维激光扫描领域，架站式扫描仪（TLS）的数据被认为是高于移动式扫描仪的。那么我们就将全站仪和TLS的测量数据作为精度的参考基准，通过对比来评价VLX的扫描数据。
需要说明的是，移动扫描仪的数据精度与测量环境有关，所以声称某移动扫描设备达到了一个通用的精度是不负责任的。NavVis则通过不同的场景进行精度分析。
与全站仪的对比分析
早在2020年VLX 1发布之后，NavVis就对VLX 1在室内的扫描精度做了全面的分析，针对一个小型办公室场景，我们使用高精度全站仪测量并制作了CAD模型，然后在CAD模型中进行手动测量（在下方图中用黑色数字表示测量值），然后在点云模型中测量同一位置（在下方图中用蓝色数字表示测量值）；并标注两组数据的偏差（在下方图中用红色数字表示）。
考虑局部（一个房间内）精度时，如图1所示， 在24个测量值中，22个测量值的偏差小于5mm；2个测量值的偏差在6-10mm之间。
图1 局部精度对比
考虑全局（多个房间或整体模型）精度时，如图2所示，7个测量值中，3个偏差小于5mm，2个偏差在6-10mm之间，2个在11-15mm之间。
图2 全局精度对比
表1统计了所有的测量值对比结果，这样的对比方式非常直观，在既有建筑的平面图制作或者模型创建时可以提供准确的尺寸参考。例如，如果建模人员根据点云建立了一个5米乘5米的房间模型，他们可以很有把握的说，这个模型的误差在5mm以内。
相对精度 局部点到点 | 绝对精度 全局点到点 | |
偏差小于5mm 的测量值数 | 22 | 3 |
偏差在6mm到 10mm的测量值数 | 2 | 2 |
偏差在11mm到 15mm的测量值数 | 0 | 2 |
表1 局部和全局测量分析表
然而，在点云和CAD模型中
手动测量的方式未能充分利用到所有的点
其测量值的数量较少
也就是说采样率较低
要知道，一个点云模型可是由
几千万到几亿甚至几十亿个点组成
我们能不能利用更多的数据
做更全面的分析呢？
当然可以！我们可以利用
与TLS的点云数据做云对云的对比
与TLS的对比分析
01
室内场景
对比之前，我们有必要介绍一下TLS是如何表述精度的，当我们提到TLS的精度时，我们指的是单个位置离散测量值的精度。对于一个站点的扫描，TLS的规格表通常会提到与标准偏差相关的置信度，通常是1西格玛，即置信度为68%，有时是2西格玛，即置信度为95%。
我们可以举个例子来帮助大家理解，如果说标准偏差为5毫米，置信度为1西格玛或68%，这意味着在所有的测量结果中，68%的测量必须在5毫米的精度范围内。
在对VLX 1和VLX 2的精度分析中，均使用了业内领先的TLS对同一室内场景进行了扫描，本文中我们着重讲解VLX 2的精度分析方法。针对VLX 2扫描的同一个数据集，我们采取了两种不同的处理方式：
??
一种是使用控制点(CP)将点云注册到指定坐标系但是不做精度优化；
??
另一种使用控制点将点云注册到指定坐标系的同时优化了点云精度；
然后将TLS扫描的点云模型作为精度基准来进行全面的计算对比，对比结果代表了VLX 2的绝对精度。
在分别使用TLS和VLX 2对图3的办公室进行扫描获取点云模型后，我们使用一个内部工具对比点云模型。
图3. 办公室点云模型
图5表示了TLS点云与NavVis VLX 2点云之间偏差的累积分布情况。可以看到，在不使用控制点优化精度的情况下，68%的测量值是低于5.1mm的， 95%的测量值是低于12.9mm的；在使用了控制点优化精度后，68%的测量值低于4.5mm, 95%的测量值低于12.7mm。
图5
相比与手动的测量对比，点云与点云的对比更加全面，从图5的对比结果来看，以TLS的数据作为精度基准时，我们可以说：
??
在不使用控制点优化精度的情况下，VLX 2的绝对精度在68%的可信度下是小于5.1mm的；在95%的可信度下是小于12.9mm的。
??
在使用控制点优化精度后，VLX 2的绝对精度在68%的可信度下是小于4.5mm的；在95%的可信度下是小于12.7mm的。
绝对精度 | 不使用控制点 优化点云 | 使用控制点 优化点云 |
68%的测量偏差小于 | 5.1mm | 4.5mm |
95%的测量偏差小于 | 12.9mm | 12.7mm |
表 2
值得注意的是，在这样一个室内办公室场景中，即使不使用控制点优化，VLX 2的绝对精度与使用了控制点优化的精度也相差无几，所以我们有理由相信，在类似的环境中，NavVis VLX 2完全可以在无控制点的情况下为客户提高精度的数据。
02
室外场景
尽管VLX 2的设计初衷是数字化室内空间，随着技术发展和客户需求增加，VLX 2也针对室外环境优化了扫描算法，我们一起来看看其在室外扫描的精度表现，选择一个建筑的外立面，长31.3m,高20.3m。同样以高精度TLS扫描点云作为精度基准，与VLX 2扫描的点云做全局对比。结果如图7所示：
绝对精度 | |
68%的测量偏差小于 | 5.6mm |
95%的测量偏差小于 | 12.2mm |
图7 外立面全局点云对比
在扫描外立面时，越高的地方离扫描仪越远，获取的点数量越少，精度也随之下降。所以我们可以更深入地分析不同高度区间内VLX 2的精度表现。为了排除地面移动物体的干扰，我们将外立面分为三个高度区间，1.55m-7.8m，7.8m-14.05m, 14.05m-20.3m, 结果如下：
从分区的对比结果来看，VLX 2在外立面低区的精度与室内的扫描精度相当，在中区和高区略为衰减，这样的精度表现在移动扫描领域无疑是领先的，为既有建筑BIM建模提供坚实的基础。
本文介绍了NavVis在分析自身产品（VLX 1, VLX 2）精度时采用的分析方法和在不同场景下达到的精度。更多的分析细节，大家可以查阅NavVis官网提供的精度白皮书，今后，我们将继续对其他建筑环境进行研究测量，并从长远来看，我们将把这种精度评估的范围扩展到具有挑战性的户外场景，如森林、公园和人工结构较少的开放区域。
资料参考：
VLX 1 精度白皮书：NavVis VLX 1精度白皮书
VLX 2 精度白皮书：NavVis VLX 2精度白皮书
上海沪敖信息科技
副总兼市场总监
沪敖3D是一家致力于三维数字化行业解决方案的技术型企业，拥有丰富的三维项目经验，公司以行业应用为出发点，为客户提供三维数字化采集、三维数据处理、三维数据管理等一系列应用服务。
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沪敖3D目前主要服务于制造业（汽车、航空航天、船舶、模具、铸造以及各种机械）、建筑业（建筑设计、施工、装修等）、文化遗产（博物馆、古建筑、考古等）、数字化工厂、警用公共安全、影视制作、教育等行业。提供质量检测、三维建模、逆向工程、数字存档、GD/T分析、有限元分析、虚拟安装、干涉分析、工程测绘、形变监测、3D打印等技术方案。
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