An Average Error-Ellipsoid Model for Evaluating TLS Point-Cloud Accuracy

Estimation of the accuracy of terrestrial laser scanning has become a topical research issue. Point-cloud accuracy should be clearly differentiated from the accuracy of individual points, as it is influenced by positional errors and adjacent error spaces. Furthermore, it cannot be determined by the sum of positional errors. In this paper it is proposed that the average error-ellipsoid model is favourable for evaluating the accuracy of point clouds. Central to this model is the computation of the overlap between adjacent error ellipsoids and the determination of a functional relationship between the average volume of error ellipsoids and the point-cloud accuracy. This paper outlines the key advantages of the proposed evaluation model, such as the capability of providing an estimate of local point-cloud accuracy. The effectiveness of the model is discussed using a validation experiment. Resume L'estimation de la precision des systemes terrestres de laser a balayage est devenue un important theme de recherche. La precision des nuages de points doit etre clairement distinguee de la precision des points individuels, et elle ne peut se reduire a la somme des erreurs de position ponctuelles. Cet article propose d'utiliser le modele de l'ellipsoide d'erreur moyen pour evaluer la precision des nuages de points. Ce modele s'appuie sur le calcul du recouvrement entre les ellipsoides d'erreur de points voisins et sur la determination d'une relation fonctionnelle entre le volume moyen des ellipsoides d'erreur et la precision du nuage de points. L'article met en avant les avantages du modele d'evaluation propose, comme la possibilite d'estimer une precision locale dans le nuage de points. L'efficacite du modele est etudiee a partir d'une experience de validation. Zusammenfassung Schatzungen zur Genauigkeit des Terrestrischen Laserscanning (TLS) sind weiterhin ein wichtiges Forschungsthema. Dabei sollte eine klare Unterscheidung zwischen Genauigkeit einer Punktwolke und Genauigkeit eines Einzelpunktes getroffen werden, da jene von Positionsfehlern und Nachbarschaftseinflussen gepragt ist. Auch kann die Genauigkeit einer Punktwolke nicht aus der Summe von einzelnen Positionsfehlern bestimmt werden. Hier wird deshalb das mittlere Fehlerellipsoid als Model zur Evaluation der Genauigkeit von Punktwolken vorgeschlagen. Als zentrales Element wird die Uberlappung benachbarter Fehlerellipsoide berechnet und der funktionale Zusammenhang zwischen dem mittleren Volumen der Fehlerellipsoide und der Genauigkeit der Punktwolke hergestellt. Dieser Beitrag umreist die entscheidenden Vorteile des Modells, wie u.a. die Fahigkeit daraus eine Schatzung der lokalen Genauigkeit der Punktwolke abzuleiten. Die Effektivitat wird an einem Experiment validiert und diskutiert. Resumen Estimar la precision del escaneo laser terrestre (TLS) se ha convertido en un tema de investigacion de actualidad. Se ha de diferenciar entre la exactitud de una nube de puntos de la exactitud de puntos individuales al estar influenciada por errores en la posicion y errores en el espaciado. Ademas, no puede ser determinada por la suma de errores posicionales. En este trabajo se propone el modelo de error del elipsoide medio para evaluar la exactitud de las nubes de puntos. Es basico en este modelo el calculo de la superposicion entre elipsoides de error adyacentes y la determinacion de una relacion funcional entre el volumen medio de elipsoides de error y la exactitud de nubes de puntos. En este documento se describen las principales ventajas del modelo de evaluacion propuesto, asi como la capacidad de proporcionar una estimacion de la precision local de la nube de puntos. Mediante un experimento de validacion se analiza la eficacia del modelo. 摘要 地面激光扫描精度的评价已成为重要的研究领域,激光扫描的点云精度不仅受点位误差的影响也受相邻点位误差空间的影响,其精度评价不同于单点精度,通过点位误差之和无法实现准确的点云精度评价。针对此,本文提出平均误差椭球模型来实现点云精度的评价。该模型的核心是相邻误差椭球重叠区域的计算及平均误差椭球体积和点云精度关系的确定。本文重点阐述了所提出的评价模型能够实现区域点云精度评价的优点,并通过实现验证了该模型的有效性。