解读徕卡TS20的AI能力——《徕卡TS20 AI白皮书》发布

2016年末至2017年初，匿名棋手Master在一周内横扫中韩顶尖围棋选手，斩获60连胜；完成第59局对局后，账号自曝为AlphaGo研发团队黄士杰博士。2023年GPT-4问世，在模拟美国统一律师执业考试中成绩优于90%人类考生。此后豆包、Gemini、Claude等各类AI产品集中落地，人工智能进入高速发展阶段。

这些会下棋、生成图像、对话的AI都离不开一个核心技术——神经网络。神经网络是一类用于从巨量数据中寻找模糊规律的计算模型。它是一个巨大的、由成千上万小计算单元连接成的网络，这些单元互相协作，一层层地从复杂信息中总结出规律。

每个圆形节点都代表一个神经元

连线代表它的“活跃度”

当然，AI模型并不只有神经网络模型一种，但当下流行的AI模型中大都使用了相关技术。

模型学会技能的过程被称为“训练”，训练实际上就是提供给模型一个包含了大量“原始数据+正确标注”的训练集，模型通过不断调整各个神经元的活跃度，在不断迭代中找到了一套总是能得到正确答案的最优参数。这就是模型自己“悟”出规律的过程。模型就是在大量训练中学会了各项技能。

不同行业AI通过使用不同的训练素材可以实现差异化功能：AlphaGo输入棋盘对局数据、大语言模型输入文本语料、绘图AI输入图文配对素材；而徕卡TS20专用AI，则以各型号棱镜、反射片在雨雾、逆光、遮挡、热辐射等全天候全场景工况下的信息作为训练素材。

不同的AI模型使用不同的数据学会了不同的技能，也可以把测量需要的各种技能训练成AI模型。

很多人认为AI必须具备对话交互能力，事实上，对话功能仅属于大语言模型（LLM）这一AI子类，并非所有AI的必备能力，AlphaGo、测绘识别AI均无需语言交互。

这其中还有着消费级AI和工业级AI的区别：

➤ 消费级AI：以通用对话大模型为代表，追求全场景泛化交互，大多云端部署，注重对话交互、推理、解答疑问。

➤ 工业级AI：为了解决某个特定的工业问题而训练的，核心要求识别稳定可靠、毫秒级响应、低功耗运行，普遍采用设备本地离线部署，徕卡TS20搭载的AI即属于工业级AI。

总而言之，会对话的大语言模型只是AI模型的一个子类，只是由于面向大众而被熟知，有大量的AI模型（尤其是工业级AI模型）实际上不需要对话。

徕卡TS20 AI测量机器人的“AI”是在硬件和软件上同时实现的。

硬件层面上，徕卡TS20集成了NPU神经网络芯片，与CPU芯片（擅长通用计算）和GPU芯片（擅长图形运算、并行运算）不同，NPU是一种专门做AI运算的芯片，其底层架构专门针对AI运算的特点而设计，能用更低的功耗、更快的速度完成AI运算。

软件层面上，徕卡TS20内置了多个工业级AI模型。我们将在下一章节详细介绍它们。

正是这种硬件+模型的全方位设计，赋予了徕卡TS20“又快又好”的“AI”能力。

徕卡TS20 AI测量机器人内置了多个已经训练好的AI模型：ATR识别模型、超级搜索识别模型、AI智能感知模型（自动识别棱镜类型）、AI智能跟踪模型（即将发布更新）。这些模型让徕卡TS20的ATR和超级搜索更稳定，从而能在更恶劣的工况下运行；能对反射片进行ATR和超级搜索；给了仪器认识棱镜类型的能力，提醒测量员不要犯错；以及在之后的更新里，会赋予仪器在“不通视”的情况下也能知道棱镜大概位置的能力。

以ATR识别模型为例，在徕卡TS20的研发阶段，徕卡测量系统的研发工程师们花费大量时间采集了各种棱镜（以及反射片）在不同环境（其中不乏雨、雾、遮挡、逆光）下的反射信号数据，同时也采集了正确的照准角度数据。这些数据都被作为训练集用以训练ATR识别模型。

正在采集训练数据的工程师

ATR识别模型的训练集中还包含了一些非常恶劣的情况，比如下图。模型提前学习过这些恶劣条件下的反射信号“规律”，因此，当在实际测量中遇到这种情况时，徕卡TS20已经可以正确处理。

你第一眼看到棱镜了吗？

正是由于使用了ATR识别模型，徕卡TS20的ATR性能和稳定性得到了大幅增强。不仅距离增加到了2000m，还支持对反射片进行ATR、支持对GRZ101微型360°棱镜进行跟踪锁定，并且受到的环境干扰要小得多。

要对拇指大小的360°棱镜进行跟踪锁定

这需要强大的ATR性能

类似的训练同样发生在其他三个模型上。下图是一些AI目标检测的图像数据，正是这些数据教会了模型“认识”棱镜类型，如果发现棱镜类型被设置错误，AI会立即进行提醒。

测量员收到的提醒

这是AI智能感知模型的功劳

数据的收集和模型的训练仅发生在徕卡测量系统研发中心。

被安装到徕卡TS20主机上的是已经训练完成的模型，它将使用NPU芯片完全在本地离线运行，而不会收集任何用户数据，更不会向外发送任何数据。

AI模型的更新是由徕卡测量系统研发中心独立训练出新的AI模型后，通过固件更新安装到徕卡TS20主机上的。

仪器仅本地存储用户测量成果，数据所有权归用户所有，不会使用用户的数据来改进模型，也不会记录和收集任何用户信息和数据，确保使用安全、信息安全。