Optimal path planning for kinematic laser scanning

Efficient acquisition of accurate three-dimensional building façade data is crucial for diverse applications such as urban modeling, heritage preservation, and autonomous navigation. Mobile Laser Scanning (MLS) systems have emerged as essential tools for rapidly generating high-resolution spatial datasets. However, their effectiveness relies heavily on the optimality of the scanning trajectory. This thesis introduces a novel visibility-aware optimization framework for determining optimal closed-loop paths for MLS platforms. The approach involves modeling the scanning environment as a directed graph where edges represent potential movement paths, and nodes reflect candidate positions. Visibility analysis is rigorously applied by subdividing both façade surfaces and traversal edges, incorporating range limitations, incidence angles, and obstacle presence. Integer Linear Programming (ILP) is employed to select the minimum-cost set of edges that ensures comprehensive façade coverage, optimizes visibility, and satisfies operational constraints. Validation through the Helios++ simulation platform demonstrates the practical feasibility and effectiveness of the proposed methodology, achieving significant improvements in path efficiency, coverage completeness, and data quality.

L'acquisizione efficiente di dati tridimensionali accurati delle facciate degli edifici è cruciale per applicazioni quali la modellazione urbana, la conservazione del patrimonio e la navigazione autonoma. I sistemi di scansione laser mobile (Mobile Laser Scanning, MLS) si sono affermati come strumenti essenziali per la rapida generazione di dataset spaziali ad alta risoluzione. Tuttavia, la loro efficacia dipende significativamente dall'ottimizzazione della traiettoria di scansione. Questa tesi propone un nuovo framework di ottimizzazione basato sulla visibilità per determinare percorsi ottimali a circuito chiuso per piattaforme MLS. L'approccio prevede la modellazione dell'ambiente di scansione come un grafo diretto, in cui gli archi rappresentano possibili percorsi di movimento e i nodi corrispondono a posizioni candidate. L'analisi della visibilità è applicata rigorosamente suddividendo sia le superfici delle facciate che gli archi percorribili, considerando limitazioni di raggio, angoli di incidenza e presenza di ostacoli. La Programmazione Lineare Intera (Integer Linear Programming, ILP) è utilizzata per selezionare l'insieme di archi a costo minimo che garantisce una copertura completa delle facciate, ottimizza la visibilità e soddisfa vincoli operativi. La validazione mediante la piattaforma di simulazione Helios++ dimostra la fattibilità pratica e l'efficacia della metodologia proposta, ottenendo significativi miglioramenti in termini di efficienza del percorso, completezza della copertura e qualità dei dati.