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CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE

CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 1 LA LASERGRAMMETRIE La lasergrammétrie 1. Description des observations réalisées La lasergrammétrie ou le relevé par capteur laser est la technique d’acquisition rapide de points afin de confectionner un modèle numérique de terrain (nuage de points) avec une précision homogène MAIS relative. Ce modèle permettra l’obtention d’un modèle 3D exploitable. La lasergrammétrie fait appel à des capteurs numériques motorisés, ou scanners, qui vont permettre de relever des points en coordonnées en enregistrant certaines informations radiométriques. Pour saisir et calculer ces points en XY et Z localement (référentiel appareil), il est nécessaire d’obtenir des mesures de distances et des valeurs angulaires. En schématisant, un capteur 3D est composé : – d’un élément d’émission laser dont la faible dispersion spatiale des rayons et leur grande précision temporelle autorise les mesures de distances avec exactitude. – d’éléments mécaniques (miroirs rotatifs et encodeurs électromécaniques) qui vont en temps réel diriger le faisceau laser suivant des valeurs angulaires zénithales et azimutales, programmées par un maillage défini (balayage). L’ensemble est couplé à une unité d’enregistrement de grande capacité. Sont associés un capteur vidéo ou appareil photo haute résolution afin de saisir de manière simultanée une image de l’objet. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 2 Le nuage de points se présente sous la forme d’une grille dont l’espacement entre les points doit être défini par l’utilisateur avant l’acquisition suivant une résolution angulaire à fixer. La fixation de cette résolution d’acquisition aura une signification différente à 10m, 20m ou plus. Plus cette résolution angulaire sera faible, plus la densité est élevée, plus le nombre de points est grand, et plus la durée d’acquisition est importante, allant de pair avec la durée de traitement. 2 Le matériel existant : Il existe sur le marché plusieurs types de technologies et d’instruments qui diffèrent sur la portée, sur la résolution, sur la quantité de points pris par seconde. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 3 3 Les domaines applications - exemples Les différents types de scanners laser permettent une large palette d’applications : le lever topographique état de lieux avant travaux / après travaux : « as built » ( tel que construit ) : contrôles de conformité Un des atouts les plus évidents du scanner laser terrestre par rapport aux méthodes traditionnelles est sa capacité à enregistrer toutes les données spatiales visibles depuis l’appareil. En effet, alors que le levé traditionnel fait l’objet d’une sélection des points à «prendre», la technique lasergrammétrique utilise la vitesse d’acquisition et ne se préoccupe plus de l’impact du point. C’est la densité du nuage, à définir en fonction de la demande, qui permet de représenter plus ou moins de détail. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 4 Le levé lasergrammétrique est des plus exhaustifs car la position d’un grand nombre d’éléments peut facilement être déterminée avec précision : caténaires, fils, rails, voûtes, traverses, ballast, niches... Qui plus est, il est possible de réaliser des acquisitions très denses en des points particuliers : Jusqu’à 1 point tous les 1,2mm. Ceci permet de distinguer de petits éléments et d’effectuer des mesures de ceux-ci: diamètre et longueur de barres métalliques, tailles de boulons... La précision de ces mesures dépend de l’appareil utilisé pour effectuer l’acquisition, mais aussi du nombre de points pris en compte pour la mesure. Plus le nombre de points pris en compte est important, plus l’imprécision de mesure sur un point est atténuée. En procédant de la sorte, il est possible d’atteindre une précision sur la mesure de l’ordre de quelques millimètres. La rapidité d’exécution d’un chantier de levé lasergrammétrique, au vu de la quantité d’informations acquises, fait qu’il est plus intéressant de réaliser le levé complet d’un ouvrage, quelle que soit sa taille, plutôt que de réaliser une acquisition morcelée. Une fois l’ouvrage relevé, il est tout à fait possible de ne traiter que ce qui est nécessaire, puis d’extraire les informations progressivement, au fur et à mesure des besoins. Avec un tel outils la topographie n’est plus seulement en 2D+1 mais directement en 3D. Afin de représenter l’ouvrage, on peut toujours établir des plans et des coupes. Dans le cas d’un relevé classique de coupes, l’’inconvénient est qu’elles sont réalisées en des points précis, ou arbitraires (tous les 10, 20m). Par conséquent, on n’a aucune information sur ce qu’il se passe entre deux coupes. Dessin de la coupe de l’ouvrage d’art SNCF Dessin de la vue en plan d’un ouvrage d’art SNCF. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 5 Le relevé Tel Que Construit consiste à réaliser le levé d’un ouvrage après sa construction ou sa modification. Il s’agit ni plus ni moins d’un levé de récolement tridimensionnel. Son intérêt réside dans la possibilité de comparer ce relevé après travaux au relevé d’avant travaux, ou au projet. Il est alors possible de contrôler l’intégrité des travaux effectués, ou le cas échéant de mettre en évidence les endroits qui ne correspondent pas au projet. Pour cela, la technique dite d’inspection est indispensable: elle permet de comparer deux objets, deux surfaces, et de mettre en évidence par un code de couleurs leurs différences. relevés sur sites industriels Une fois le nuage de point saisi, on a recours aux technologies qui accompagnent le développement du scanner : modélisations, représentations en trois dimensions, contrôles des installations,... Nécessité d’avoir des logiciels d’extraction, de modélisation adaptés et puissants : relevés de tunnels CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 6 relevé de façades, patrimoine historique, travaux archéologiques surveillance de talus On peut qualifier cette application d’auscultation grossière puisqu’elle consiste à comparer des nuages relevés à 2 dates afin de voir l’évolution d’un talus à proximité d’ouvrage d’art. On peut également citer : coupes diverses calcul de cubatures relevés de scènes de crimes .... CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 7 4 Géoréférencement et assemblage : La lasergrammétrie permet l’obtention d’un nuage de points d’une précision homogène MAIS relative. Selon les dimensions de l’objet à numériser, il est nécessaire de stationner le scanner laser à plusieurs endroits autour de celui-ci. Cependant, chaque nuage de points est défini dans le système de coordonnées propre à chaque station. Il faut alors assembler les différents nuages de points par traitement informatique de manière à ce que l’ensemble des points soit dans un système de coordonnées unique. On appelle ce processus le géoréférencement. Chaque nuage de points issu de chaque station doit être géoréférencé et assemblé Le but du géo référencement est de donner des coordonnées à la station qui a généré le nuage de point et de l’orienter. On pourra : - soit stationner et viser des points géométriquement bien définis dont on connait les coordonnées (issus de méthodes de topométrie classiques : polygonale avec points au sol ou par centrage forcé) - soit viser uniquement des points géométriquement bien définis dont on connait les coordonnées. (méthode de la station libre). On recalera alors chaque nuage par cette méthode = géo référencement Enfin on assemblera tous les nuages. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 8 Le géoréférencement indirect repose sur l’identification de points homologues entre différents nuages. Un minimum de trois points homologues entre deux nuages de points permet cet assemblage. Grâce à une présélection manuelle, un rapprochement se fait par itération successive avant l’assemblage. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 9 Afin de faciliter l’extraction aisée de l’information, le traitement le plus courant consiste à réaliser une «tranche» (à une épaisseur donnée : ex 1cm) dans le modèle 3D des points : ainsi on obtient soit une vue en plan soit une coupe : l’orthoplan. L’orthophoto (ou vue) est le résultat du processus qui permet de créer une image dont les caractéristiques géométriques sont conformes au plan (orthogonal) de restitution (élévation, coupe, situation). On projette ainsi l’ensemble, ou une partie du nuage de points sur un plan prédéfini. On obtient une image sur laquelle on peut mesurer ou superposer d’autres informations vectorielles. On peut donc facilement la mettre en référence au plan dessiné dans un logiciel de CAO. La modélisation de surfaces Le nuage de points peut servir à modéliser des surfaces en créant des maillages triangulés associés à des techniques de lissage et d’optimisation. Des logiciels spécifiques sont bien souvent utiles (3DReshaper par exemple). Ce traitement particulièrement lourd est à réserver à de petits objets dans un but de contrôle de fabrication ou de documentation, plus particulièrement dans le domaine industriel. Un modèle constitué de plusieurs millions de triangles est difficilement utilisable dans une application CAO ou d’infographie 3D, bien qu’on puisse faciliter la géométrie en la simplifiant. CONNAISSANCES TOPOGRAPHIQUES E4B DOMAINE PRO TECHNIQUE LA LASERGRAMMETRIE PAGE 10 En conclusion, la lasergrammétrie est un outil complémentaire aux autres instruments utilisés en topographie. On l’a vu, ses domaines d’application sont extrêmement variés, sa précision relative sur une même zone est fiable mais la qualité de son positionnement absolu reste malheureusement un peu flou car il y a peu uploads/Ingenierie_Lourd/ lasergrammetrie-v2020.pdf