Optimizing Urban LiDAR Flight Path Planning Using a Genetic Algorithm and a Dual Parallel Computing Framework
Notice bibliographique
Résumé
This paper introduces a genetic algorithm (GA) and a beam tracing algorithm incorporated within a dual parallel computing framework to optimize urban aerial laser scanning (ALS) missions to maximize vertical façade data capture, as needed for many three-dimensional reconstruction and modeling workflows. The optimization employs a low-density point cloud from the site of interest as a spatial representation of the urban scene. The GA is suitable for LiDAR flight path optimization due to its capability of handling open-ended problems that have many solutions. However, GAs require evaluating a very large number of candidates. The use of an initial point cloud allows realistic modeling of the urban environment in the optimization at the cost of high data input volumes. To cope with the computational and data demands, a dual parallel computing framework was devised. The parallel computing framework consists of two layers of parallelization. In the upper layer, multiple evaluators work in parallel and in conjunction with a main multi-threading GA optimizer to perform GA operations and evaluate the flight paths. In the lower layer, to evaluate assigned flight paths, each evaluator distributes its data and computation to multiple executors, which can reside on multiple physical nodes of a distributed-memory computing cluster. In addition to parallelism, the data partitioning on the lower layer allows out-of-core computation. Namely, data partitions are efficiently transferred between disks and memory so that only relevant subsets of data are kept in the main memory. The objective of the proposed method is threefold: (1) search for flight paths that yield the highest numbers of vertical points, (2) create a means to explicitly consider the detailed spatial configuration of urban environments, and (3) assure that the proposed optimization strategy is fast and can scale to large problem sizes. Multiple experiments were conducted and demonstrated the success of the proposed method. Converged results were achieved after dozens of generations within two hours. Two flight paths identified by the GA as the most and the least optimal candidates were deployed in real flight missions. The optimal flight path captured 16% more vertical points than the least optimal one, slightly higher than the 13% predicted. Both layers of parallelization were efficient: 13.1/16 for the lower layer and 3.2/4 for the upper layer. The two complementary layers of parallelization allowed flexible and efficient use of distributed computing resources to reduce the runtime. The scalability of the proposed approach was successfully demonstrated up to a data size of 460 million points. The optimization results were realistic and aligned well with the test flight results.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».