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以下文章來源于內芬茲NavVis ，作者NavVis
與全站儀的對比分析
早在2020年VLX 1發布之后，NavVis就對VLX 1在室內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字表示測量值）；并標注兩組數據的偏差（在下方圖中用紅色數字表示）。
01
室內場景
室外場景
資料參考：
NavVis VLX作為移動掃描領域的標桿產品，其數據精度一直是客戶關注的重點，今天我們就一起來看看NavVis是如何評估VLX的數據精度的。
評價一款測繪設備的精度時，我們總是將其與業內公認的更高精度的設備的測量值做比較，在傳統測繪領域，全站儀是業內公認精度最高的設備；在三維激光掃描領域，架站式掃描儀（TLS）的數據被認為是高于移動式掃描儀的。那么我們就將全站儀和TLS的測量數據作為精度的參考基準，通過對比來評價VLX的掃描數據。
需要說明的是，移動掃描儀的數據精度與測量環境有關，所以聲稱某移動掃描設備達到了一個通用的精度是不負責任的。NavVis則通過不同的場景進行精度分析。
早在2020年VLX 1發布之后，NavVis就對VLX 1在室內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字表示測量值）；并標注兩組數據的偏差（在下方圖中用紅色數字表示）。
考慮局部（一個房間內）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統計了所有的測量值對比結果，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建時可以提供準確的尺寸參考。例如，如果建模人員根據點云建立了一個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。
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據
做更全面的分析呢？
當然可以！我們可以利用
與TLS的點云數據做云對云的對比
↓↓↓
與TLS的對比分析
室內場景
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的規格表通常會提到與標準偏差相關的置信度，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，如果說標準偏差為5毫米，置信度為1西格瑪或68%，這意味著在所有的測量結果中，68%的測量必須在5毫米的精度范圍內。
在對VLX 1和VLX 2的精度分析中，均使用了業內領先的TLS對同一室內場景進行了掃描，本文中我們著重講解VLX 2的精度分析方法。針對VLX 2掃描的同一個數據集，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系但是不做精度優化；
然后將TLS掃描的點云模型作為精度基準來進行全面的計算對比，對比結果代表了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的對比結果來看，以TLS的數據作為精度基準時，我們可以說：
在不使用控制點優化精度的情況下，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。
表 2
值得注意的是，在這樣一個室內辦公室場景中，即使不使用控制點優化，VLX 2的絕對精度與使用了控制點優化的精度也相差無幾，所以我們有理由相信，在類似的環境中，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據。
02
室外場景
盡管VLX 2的設計初衷是數字化室內空間，隨著技術發展和客戶需求增加，VLX 2也針對室外環境優化了掃描算法，我們一起來看看其在室外掃描的精度表現，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，與VLX 2掃描的點云做全局對比。結果如圖7所示：
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間內VLX 2的精度表現。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間，1.55m-7.8m，7.8m-14.05m, 14.05m-20.3m, 結果如下：
從分區的對比結果來看，VLX 2在外立面低區的精度與室內的掃描精度相當，在中區和高區略為衰減，這樣的精度表現在移動掃描領域無疑是領先的，為既有建筑BIM建模提供堅實的基礎。
本文介紹了NavVis在分析自身產品（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，大家可以查閱NavVis官網提供的精度白皮書，今后，我們將繼續對其他建筑環境進行研究測量，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性的戶外場景，如森林、公園和人工結構較少的開放區域。
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