NavVis是如何評估數(shù)據(jù)精度的？

來源：上海滬敖信息科技有限公司      分類：應(yīng)用方案 2024-06-21 16:45:07 116閱讀次數(shù)

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NavVis VLX作為移動掃描領(lǐng)域的標(biāo)桿產(chǎn)品，其數(shù)據(jù)精度一直是客戶關(guān)注的重點，今天我們就一起來看看NavVis是如何評估VLX的數(shù)據(jù)精度的。

評價一款測繪設(shè)備的精度時，我們總是將其與業(yè)內(nèi)公認的更高精度的設(shè)備的測量值做比較，在傳統(tǒng)測繪領(lǐng)域，全站儀是業(yè)內(nèi)公認精度最高的設(shè)備；在三維激光掃描領(lǐng)域，架站式掃描儀（TLS）的數(shù)據(jù)被認為是高于移動式掃描儀的。那么我們就將全站儀和TLS的測量數(shù)據(jù)作為精度的參考基準(zhǔn)，通過對比來評價VLX的掃描數(shù)據(jù)。

需要說明的是，移動掃描儀的數(shù)據(jù)精度與測量環(huán)境有關(guān)，所以聲稱某移動掃描設(shè)備達到了一個通用的精度是不負責(zé)任的。NavVis則通過不同的場景進行精度分析。

與全站儀的對比分析

早在2020年VLX 1發(fā)布之后，NavVis就對VLX 1在室內(nèi)的掃描精度做了全面的分析，針對一個小型辦公室場景，我們使用高精度全站儀測量并制作了CAD模型，然后在CAD模型中進行手動測量（在下方圖中用黑色數(shù)字表示測量值），然后在點云模型中測量同一位置（在下方圖中用藍色數(shù)字表示測量值）；并標(biāo)注兩組數(shù)據(jù)的偏差（在下方圖中用紅色數(shù)字表示）。

考慮局部（一個房間內(nèi)）精度時，如圖1所示， 在24個測量值中，22個測量值的偏差小于5mm；2個測量值的偏差在6-10mm之間。

圖1 局部精度對比

考慮全局（多個房間或整體模型）精度時，如圖2所示，7個測量值中，3個偏差小于5mm，2個偏差在6-10mm之間，2個在11-15mm之間。

圖2 全局精度對比

表1統(tǒng)計了所有的測量值對比結(jié)果，這樣的對比方式非常直觀，在既有建筑的平面圖制作或者模型創(chuàng)建時可以提供準(zhǔn)確的尺寸參考。例如，如果建模人員根據(jù)點云建立了一個5米乘5米的房間模型，他們可以很有把握的說，這個模型的誤差在5mm以內(nèi)。

	相對精度 局部點到點	絕對精度 全局點到點
偏差小于5mm 的測量值數(shù)	22	3
偏差在6mm到 10mm的測量值數(shù)	2	2
偏差在11mm到 15mm的測量值數(shù)	0	2

表1 局部和全局測量分析表

然而，在點云和CAD模型中

手動測量的方式未能充分利用到所有的點

其測量值的數(shù)量較少

也就是說采樣率較低

要知道，一個點云模型可是由

幾千萬到幾億甚至幾十億個點組成

我們能不能利用更多的數(shù)據(jù)

做更全面的分析呢？

當(dāng)然可以！我們可以利用

與TLS的點云數(shù)據(jù)做云對云的對比

↓↓↓

與TLS的對比分析

01

室內(nèi)場景

對比之前，我們有必要介紹一下TLS是如何表述精度的，當(dāng)我們提到TLS的精度時，我們指的是單個位置離散測量值的精度。對于一個站點的掃描，TLS的規(guī)格表通常會提到與標(biāo)準(zhǔn)偏差相關(guān)的置信度，通常是1西格瑪，即置信度為68%，有時是2西格瑪，即置信度為95%。

我們可以舉個例子來幫助大家理解，如果說標(biāo)準(zhǔn)偏差為5毫米，置信度為1西格瑪或68%，這意味著在所有的測量結(jié)果中，68%的測量必須在5毫米的精度范圍內(nèi)。

在對VLX 1和VLX 2的精度分析中，均使用了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的TLS對同一室內(nèi)場景進行了掃描，本文中我們著重講解VLX 2的精度分析方法。針對VLX 2掃描的同一個數(shù)據(jù)集，我們采取了兩種不同的處理方式：

??

一種是使用控制點(CP)將點云注冊到指定坐標(biāo)系但是不做精度優(yōu)化；

??

另一種使用控制點將點云注冊到指定坐標(biāo)系的同時優(yōu)化了點云精度；

然后將TLS掃描的點云模型作為精度基準(zhǔn)來進行全面的計算對比，對比結(jié)果代表了VLX 2的絕對精度。

在分別使用TLS和VLX 2對圖3的辦公室進行掃描獲取點云模型后，我們使用一個內(nèi)部工具對比點云模型。

圖3. 辦公室點云模型

圖5表示了TLS點云與NavVis VLX 2點云之間偏差的累積分布情況。可以看到，在不使用控制點優(yōu)化精度的情況下，68%的測量值是低于5.1mm的， 95%的測量值是低于12.9mm的；在使用了控制點優(yōu)化精度后，68%的測量值低于4.5mm, 95%的測量值低于12.7mm。

圖5

相比與手動的測量對比，點云與點云的對比更加全面，從圖5的對比結(jié)果來看，以TLS的數(shù)據(jù)作為精度基準(zhǔn)時，我們可以說：

??

在不使用控制點優(yōu)化精度的情況下，VLX 2的絕對精度在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。

??

在使用控制點優(yōu)化精度后，VLX 2的絕對精度在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。

絕對精度	不使用控制點 優(yōu)化點云	使用控制點 優(yōu)化點云
68%的測量偏差小于	5.1mm	4.5mm
95%的測量偏差小于	12.9mm	12.7mm

表 2

值得注意的是，在這樣一個室內(nèi)辦公室場景中，即使不使用控制點優(yōu)化，VLX 2的絕對精度與使用了控制點優(yōu)化的精度也相差無幾，所以我們有理由相信，在類似的環(huán)境中，NavVis VLX 2完全可以在無控制點的情況下為客戶提高精度的數(shù)據(jù)。

02

室外場景

盡管VLX 2的設(shè)計初衷是數(shù)字化室內(nèi)空間，隨著技術(shù)發(fā)展和客戶需求增加，VLX 2也針對室外環(huán)境優(yōu)化了掃描算法，我們一起來看看其在室外掃描的精度表現(xiàn)，選擇一個建筑的外立面，長31.3m,高20.3m。同樣以高精度TLS掃描點云作為精度基準(zhǔn)，與VLX 2掃描的點云做全局對比。結(jié)果如圖7所示：

	絕對精度
68%的測量偏差小于	5.6mm
95%的測量偏差小于	12.2mm

圖7 外立面全局點云對比

在掃描外立面時，越高的地方離掃描儀越遠，獲取的點數(shù)量越少，精度也隨之下降。所以我們可以更深入地分析不同高度區(qū)間內(nèi)VLX 2的精度表現(xiàn)。為了排除地面移動物體的干擾，我們將外立面分為三個高度區(qū)間，1.55m-7.8m，7.8m-14.05m, 14.05m-20.3m, 結(jié)果如下：

從分區(qū)的對比結(jié)果來看，VLX 2在外立面低區(qū)的精度與室內(nèi)的掃描精度相當(dāng)，在中區(qū)和高區(qū)略為衰減，這樣的精度表現(xiàn)在移動掃描領(lǐng)域無疑是領(lǐng)先的，為既有建筑BIM建模提供堅實的基礎(chǔ)。

本文介紹了NavVis在分析自身產(chǎn)品（VLX 1, VLX 2）精度時采用的分析方法和在不同場景下達到的精度。更多的分析細節(jié)，大家可以查閱NavVis官網(wǎng)提供的精度白皮書，今后，我們將繼續(xù)對其他建筑環(huán)境進行研究測量，并從長遠來看，我們將把這種精度評估的范圍擴展到具有挑戰(zhàn)性的戶外場景，如森林、公園和人工結(jié)構(gòu)較少的開放區(qū)域。

資料參考：

VLX 1 精度白皮書：NavVis VLX 1精度白皮書

VLX 2 精度白皮書：NavVis VLX 2精度白皮書

END

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HUAO 3D

  陳潭 Mavis

  上海滬敖信息科技

    副總兼市場總監(jiān)

                  

聯(lián)系電話：18616028362

 

“

滬敖3D是一家致力于三維數(shù)字化行業(yè)解決方案的技術(shù)型企業(yè)，擁有豐富的三維項目經(jīng)驗，公司以行業(yè)應(yīng)用為出發(fā)點，為客戶提供三維數(shù)字化采集、三維數(shù)據(jù)處理、三維數(shù)據(jù)管理等一系列應(yīng)用服務(wù)。

滬敖3D擁有結(jié)構(gòu)光拍照式三維掃描儀、手持三維掃描儀（大小空間）、地面三維激光掃描儀、無人機傾斜攝影測量、3D打印等多種技術(shù)手段，從幾厘米到幾百米的物體或三維空間，從幾個微米到幾個厘米的精度，滬敖均可提供涵蓋軟硬件產(chǎn)品和項目服務(wù)的完整解決方案。

滬敖3D目前主要服務(wù)于制造業(yè)（汽車、航空航天、船舶、模具、鑄造以及各種機械）、建筑業(yè)（建筑設(shè)計、施工、裝修等）、文化遺產(chǎn)（博物館、古建筑、考古等）、數(shù)字化工廠、警用公共安全、影視制作、教育等行業(yè)。提供質(zhì)量檢測、三維建模、逆向工程、數(shù)字存檔、GD/T分析、有限元分析、虛擬安裝、干涉分析、工程測繪、形變監(jiān)測、3D打印等技術(shù)方案。

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