SLAM 和移动扫描之权威指南

它是如何工作的，对 3D移动扫描 意味着什么？

由于自 20 世纪 80 年代以来计算能力的飞速发展，更不用说像谷歌这样的公司可以免费下载代码，SLAM 现在已经被广泛应用于各种领域。事实上，在几乎所有需要实时三维地图的机器运行应用中，你都能看到它的身影。这项技术的发展帮助我们了解了如何在不同的平台和环境中实施SLAM ，从而增强了移动扫描 系统的功能。

以下是一些依赖 SLAM 技术的应用程序：

• 自主消费机器人技术（如无人机或扫地机器人）
• 自动驾驶汽车
• 智能手机增强现实应用
• 3D移动扫描 系统

这些日常产品利用同步定位和制图技术实现精确的实时导航。

现在我们可以谈谈SLAM 对我们最重要的应用：移动扫描 系统。同步定位和绘图技术使用激光扫描仪，旨在提供最佳的建筑文档工作流程。

移动扫描 系统采用高度校准的传感器和SLAM 技术相结合的制图优化技术。这些工具了解如何实施SLAM ，使您能够边走边捕捉三维点云和全景图像。它们可为大型资产和复杂环境（如工厂、工地和办公室）提供快速、全面的记录。

您可能还会看到这些设备：

• 移动扫描 系统（彩信）
• 走动式移动扫描系统
• SLAM 激光扫描仪

但它们本质上都是一样的。

这些设备不应该与另一种移动扫描系统混淆，即可以安装在车辆顶部以进行大型户外捕获项目的系统。

→想要了解有关移动扫描设备组成部分的更多信息，包括设备外形尺寸以及构成它的各种传感器等，请点击这里。

SLAM 是移动扫描 系统无需三脚架即可工作的 "秘诀"。

SLAM 技术融合了移动扫描 系统上传感器的数据，可在您穿过资产时跟踪您的位置。您可以将这一轨迹上的每个位置视为一个 "虚拟三脚架"，软件在处理阶段会使用它来确保点云中的每个点都位于正确的位置。这凸显了同步定位和绘图在生成可靠数据集方面的效率和准确性。

→您可以在这里找到 SLAM 的更多技术说明，以及它与移动扫描相关的工作方式。

通过支持移动扫描 技术的发展，SLAM 帮助我们顺理成章地迈出了建筑文档技术的下一步。从手动方法到移动系统中同步定位和绘图的复杂应用，这代表着效率、准确性和速度的重大飞跃。

长期以来，人们都是用经纬仪或卷尺之类的仪器手动创建建筑文档。1980年代才有了第一个全站仪，能以更快的速度和极高的精度捕获场点。2000年代出现了架站激光扫描仪（TLS）。相比于之前设备一次捕捉一个点，架站仪能够一次捕获数百万个点，将文档记录工作流程提至新高度。

2015 年，首款使用SLAM 的移动扫描 系统问世。这些系统又向前迈进了一步，它们还可以在操作员移动时捕捉数百万个点，因此不再像 TLS 那样局限于一个专门的位置。作为一项重要奖励，它们还包括 RGB 摄像机，无需额外工作即可捕捉 360° 摄影。

快速捕捉

架站仪工作流可能需要为单个项目设置数十次扫描程序的时间（如果建筑资产特别庞大，则可能需要数百次）。移动扫描则省略了这一步骤，从而大大加快了工作流程。在项目的经典案例中，我们观察到扫描速度提高了10倍以上。

对比它们的工作流程以及它们如何满足您的项目要求

为了说明 SLAM 和移动扫描系统的优势，让我们看一下它在扫描普通办公环境时与架站仪相比之下的性能。

右图是使用 TLS 和基于目标的套准捕捉这一复杂空间所需的设置示意图。在每个门框中增加额外的设置，以便点云对准 注册（除非您想花时间设置目标）。如果有家具遮挡扫描仪的视线，则需要增加额外的设置；如果要捕捉窗框等特征的细节，则需要增加更多的设置。

用架站仪最快可以在20分钟内扫描该空间，但是鉴于上面列出的其他因素，它可能要花费更多时间。

通过实现上面讨论的快速和灵活的工作流程，SLAM和移动扫描系统可以对你的业务产生长期影响。在你的工具包中加入移动扫描仪可以帮助你留住现有客户并获得新客户，这将有助于你的业务增长。

要了解移动扫描 ，我需要知道哪些技术术语？

我们在这里整理了一个简短的词汇表，用通俗易懂的语言解释了所有技术术语。

移动扫描系统的精确度如何？

答案很简单：最好的移动扫描 系统采用最新的同步定位和绘图技术，能够可靠地生成完全符合建筑现状文档 需求的数据。在我们的一份白皮书中，我们提供了一个案例分析 ，通过测试我们自己的NavVis VLX ，在停车场进行一次扫描，说明了如何有效实施SLAM 。通过使用闭环来纠正错误，该团队验证了数据的绝对精度为 8 毫米，达到 1 sigma。通过闭环扫描 和控制点优化，绝对精度提高到 6 毫米。

这意味着您可以放心地将数据用于LOD 300 BIM 或比例大至1:50的平面图。

更复杂版本的回答是：移动扫描仪的绝对精度很难用单个数字来定义。这是因为他们使用 SLAM 技术来处理最终点云-SLAM 的性能取决于许多现场情况的因素，例如扫描环境的几何形状。（因此您经常看到规格表上列出的绝对精度的数字是一个范围，如6-15毫米。）

在供应商就任何给定的移动扫描仪的准确性做出一般性陈述之前，他们必须先在各种情况下广泛测试该设备，并查看系统在各种实际情况下如何工作。

→为了让您更好的理解有关移动扫描设备的精度问题，NavVis 开发了一种可以严格验证精度的方法，欢迎个人进行验证和审查。（博客文章为英文原文）。

为何某些 SLAM 系统的性能要好于其他系统呢？

即使您将三个外形尺寸相同，带有传感器有效负载的系统排列在一起，这些系统得到的结果质量差异仍然会很大。原因是什么呢？

差别在于 SLAM 系统的构建质量。这是区分不同 SLAM 系统的两个主要因素。

耐用性

在现实世界中，SLAM 移动扫描 系统会发现有些环境比其他环境更具挑战性。下面就是一个很好的例子：一条门洞极少的长走廊缺乏SLAM 追踪您位置所需的特征。这会导致SLAM 生成的轨迹数据出现误差，并降低最终点云的精度。

功能更强的 SLAM 可以更好得处理此类情况。它们能够生成更好的轨迹，进而产生更精确的最终点云。

误差纠正

环境不是唯一会在移动数据集中出现误差的元素。误差也会来自传感器本身，所有传感器都会产生一定量的噪点，从而可能导致 SLAM 估算中的微小偏差。时间久了这一问题便可能积累成为漂移误差。

这就是为什么市场上几乎所有的移动扫描 系统都提供纠正错误和提高最终数据集准确性的功能。

大多数供应商建议在使用移动扫描 系统扫描时执行循环闭合，该系统可在您返回已扫描点时纠正错误。但是，并不是每台扫描仪都能获得相同的结果。此外，有些系统提供捕捉控制点的选项，以便将轨迹数据锁定到勘测的控制点，但大多数系统不提供这种选项。

简而言之，某些 SLAM 系统的设计使之能比其他系统更好地处理实际复杂的扫描。这一差异在数据结果中得到了清晰的显示。

为何某些 SLAM 系统比其他系统处理速度快？

这取决于该系统的计算能力。

如上所述，SLAM 地图绘制系统融合了各种传感器的数据，生成点云。这些传感器包括跟踪设备方位的 IMU、拍摄彩色大图像的高清摄像头，以及每秒记录 600,000 个点（更多）的多个激光雷达装置。

造成挑战的是传感器有效载荷会产生大量数据-对于移动设备中的计算机而言，太多数据将难以处理。

这导致每个制造商都需要选择优先进行处理的数据。一些公司将其设备设计为实时生成点云，在质量上做出了妥协。其他人则为了更好质量的结果选择缓慢处理数据。而另一组则根据您项目的需求为您提供了实时处理或是更高质量处理的选项。

NavVis 选择了另一种方法。该公司的移动扫描 系统可以在您扫描的同时处理数据，在您的平板电脑上显示实时视觉反馈。然后，他们在办公室利用云计算的强大功能最终确定数据并生成最高质量的点云。

SLAM 系统如何生成比特定传感器更精确的点云？

因为移动扫描 系统会在您行走时持续捕捉。

架站仪在扫描过程中一次捕获一个测量点，而 SLAM 系统会在您移动时从多个角度自动多次捕获每个测量值。

这样，后处理 软件就为每个点提供了大量可能的 x、y 和 z 值。软件可对这些值进行复杂分析，从而减少甚至消除因传感器噪点 等物理现象而产生的不确定性。

结果如何呢？它可以生成比特定传感器更精确的点云。

移动扫描技术日新月异，我如何知道我的设备在购买之后不会过时？

SLAM 移动扫描 设备不仅仅是硬件，它在很大程度上依赖软件来生成最终的点云。通过更新和调整软件，制造商可以在您首次购买设备后很长时间内对设备进行升级。

一些供应商在您购买设备后仍继续开发其软件，以改进 SLAM 处理，实时可视化以及其后期处理的质量。他们会以软件更新的形式发布这些改进，因此您只需下载并将它们安装到你的设备或计算机上即可进行升级。这样您就能拥有最新技术了。

→ 移动扫描系统软件拥有一个非常重要的优势： 购买者可以期待他们的工具在首次购买后继续升级发展。