NavVis VLX 捕捉英国城堡

案例研究

2022年5月

测绘公司 Terra Measurement 通过使用 NavVis VLX 移动扫描系统，为高质量的地形土地测量开辟了一条新的道路

关键点

Terra Measurement 在其现有的虚拟测绘工作流程中使用了 NavVis VLX 的点云
一项严格的测试证明 VLX 数据质量与 TLS 点云数据相当
移动扫描系统将他们的现场测绘时间从40天缩短到仅仅两天
NavVis VLX 使得城堡和动物园能够在重新开放之前完成测绘
Terra Measurement 现在已将 NavVis VLX 作为地形测量项目的常用工具

Dudley Castle

调动团队

Terra Measurement 公司与一般的测绘公司不同，他们的使命不仅是提供顶级的结果，更致力于使用最新的硬件和软件，以不断提高服务的质量和速度。

该公司赢得了 Dudley 城堡项目的投标。Dudley 城堡是英格兰西米德兰兹的一个山顶防御工事，被一个庞大而密集的公共动物园所环绕。Terra Measurement 将为一个纪念碑区域采集现场数字文件。

他们将以极高的标准——甚至高于英国历史博物馆规定的最严格标准——来采集数据。该公司将为该地区提供平面图、正交立面图和全面的地形测量。

董事总经理 Andy Beardsley 解释说，为了与公司创新的使命保持一致，该团队做了前所未有的尝试：他们使用移动扫描系统生成的数据进行了地形测量。

现场工作时间的限制

该团队最初并没有打算使用移动扫描系统来测绘，而是想采用更传统的工作流程。正如 Beardsley 所解释的那样，他们计划用全站仪和全球导航卫星系统（GNSS）组件来捕捉一个长300米、宽220米的水滴形石灰岩悬崖。

该项目原本应该按照一个40天的时间表进行，接着团队将在办公室完成地形测量图和3D地形模型的构建。

但后来项目的操作手册却比预期晚到了六个星期。“这次的测绘项目本来就不简单”，Beardsley 说，“现在又加剧了挑战。”Terra 的团队在该地“变得杂草丛生之前”只有两到三周的时间，之后可能无法捕捉到需要的数据。

而且，即使团队可以在植被生长的地方扫描，该地区的人群活动也是一个问题。一旦新冠疫情的限制被解除，人们很快就会重返动物园，这样全站仪的工作也会受到影响。

Beardsley 说，由于时间紧迫，再加上对捕捉质量的高要求，团队决定尝试使用 NavVis VLX。

虚拟到场

Terra Measurement 公司秉着对创新技术和方法的执着追求，已经建立了一个虚拟测绘工作流程。而且他们计划在该项目上应用这一流程。

Beardsley 解释道：“我们将数据在LSS和LSS-3D-Vision应用程序中打开。由于点云是真实世界的数字孪生，我们接下来所做的本质上是带着‘虚拟测量杆’在现场走动。每走五到十米，我们会生成包含细节和不同水平的数据，正如我们在现实中采集的数据一样，并利用这些信息来进行地形测量。”

这样做的挑战是什么？该方法传统上使用的是架站式激光扫描仪（TLS）的点云，而非移动扫描系统。因为 TLS 的点云长期以来一直代表着行业的精度和逼真度的标准，而精度和逼真度又是当你回到办公室里进行虚拟测量时最重要的两个指标。

为了在该工作流程中使用 NavVis VLX 这样的系统，Terra Measurement 需要捕捉极其精确且逼真的点云。因此，他们决定在将移动扫描仪用于 Dudley 城堡的地形测量之前，先对其进行快速的压力测试。

一测再测

该小组将 NavVis VLX 带到他们正在测绘的地点附近，Cromford Mills，有时也被称为德温特河谷工业区世界文化遗产中“皇冠上的宝石”（jewel in the crown）。该遗址是理查德-阿克莱特爵士（Sir Richard Arkwright）启动18^世纪启动工业革命的地点。

Terra 用移动扫描系统扫描了该场地的大型内部庭院、路旁和停车场。“我们没有刻意的过多干扰它，” Beardsley 说，“我们想看看它能做什么，也想给 NavVis 一个公平的机会。因此我们只设立了四个控制点。这是一个简单的捕捉网络，但它远非理想。”

捕获完数据之后，Terra 将 NavVis 点云与架站仪仪在其最高精度设置（ +/- 1毫米）下生成的数据集进行了比较。

Beardsley 说：“NavVis VLX 的点云仅仅是看上去就非常令人印象深刻。它比我预期的移动扫描系统的数据干净得多，逼真度也更高。光看这些点云，就知道它的精度是相当高的，这个设备绝对是货真价实的。即使我们从事这行的工作已经多年，这个设备还是让我们感到惊叹。”

它的精度也令人印象深刻。研究小组发现，在对 TLS 和 NavVis VLX 的点云进行切分并详细对比后，在20米的距离内捕捉的数据的精度已经达到了小于10毫米—— 即使是在不怎么干预扫描的情况下。

Beardsley 说：“NavVis VLX 的点云仅仅是看上去就令我印象深刻。它比我预期的移动扫描系统的数据干净得多，逼真度也更高。

Andy Beardsley

Terra Measurement 公司总经理

扫描尽在掌握之中

Terra Measurement 公司对 Dudley 城堡的扫描做了详细的规划，以确保获得尽可能好的数据。他们在整个工地安装了大约100个测量控制点，并配备了一台1秒全站仪。Beardsley 将其描述为“经过最小二乘法调整的由相互连接的控制点组成的扫描网络。”

这种“终极测量控制法”将帮助 NavVis 系统通过后处理算法产生最佳的数据质量。

在规划了他们的行走路线并考虑了诸如电池寿命和可用的扫描时间等因素后，该团队开始了扫描。团队不仅获得了所有可捕捉的控制点数据，且与他们预算所需要的40天相比，仅用了两天时间就完成了44.7公顷区域的扫描。

根据 Beardsley 的描述，他们“在现场仍然有六天的剩余时间来弥补被植被遮挡的和只能用传统测绘方法获得的区域的扫描。”

他指出，虽然使用 NavVis VLX 并没有缩减他们在办公室的虚拟测绘流程，但这些数据完全可以胜任这项任务。“我们在尝试使用虚拟现实测绘的方法将现场数字化的过程中取得了巨大的成功。”

另外，该公司发现当他们确实需要返回动物园进行进一步的捕捉时，即使在公众已经返回的情况下，他们也可以执行扫描。Beardsley 说：“得益于 NavVis VLX 的高速以及噪点移除功能，扫描没有受到人群的影响。这要是换做 TLS 就没那么容易了。

（几乎）前所未有的工作流程

Beardsley 说，Terra Measurement 公司自该初始项目以来就在一些地形测量中战略性地使用了 NavVis VLX。但他谨慎地指出了一些注意事项。

首先，在使用移动扫描之前，你应该确保移动扫描是最适合该项目的方式。例如，他的团队在测绘一家餐馆的建筑时使用了 NavVis VLX，而客户希望对参观周围的地区也进行小型地形测量。

他说：“由于我们能够将 NavVis VLX 和我们设置的内部控制网络连接起来，而且那里的植被并不是很多，所以扫描并不困难。但不是所有测绘项目的解决方案都是移动扫描。它并不适合个别环境。”

他补充道，这不是购买一个移动扫描系统，然后就能到野外为虚拟捕捉采集数据了那么简单。“如果你想使用像 NavVis VLX 这样的工具，同时满足客户的标准，你应该了解项目的最佳实践应该是怎么样的，以及如何使用混合扫描工作流程。你需要理解控制网络和SLAM扫描的工作原理，才能保证你的数据尽可能的准确和可靠。”

但如果你工作方法正确，而且你清楚自己的工作目标是什么，那么 NavVis VLX 则可能是你用于虚拟地形测量的第一个移动扫描系统。

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