N UMÉRISATION 3D EN DYNAMIQUE D UN T UNNEL C ANAL À PARTIR ET B ATHYMÉTRI Q UES. Colloque de la SFPT 7-9 Mars ENSG - Marne-la-Vallée

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Paul Croteau
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1 Colloque de la SFPT 7-9 Mars ENSG - Marne-la-Vallée N UMÉRISATION 3D EN DYNAMIQUE D UN T UNNEL C ANAL À PARTIR DE D ONNÉES P HOTOGRAMMÉTRIQUES ET B ATHYMÉTRI Q UES E. Moisan, C. Heinkele, P. Charbonnier, P. Foucher (CeremaDTer Est) P. Grussenmeyer, S. Guillemin, M. Koehl (INSA Strasbourg) 1

2 Le projet 33 tunnels canaux en France (42km) Construits durant les 19 e et 20 e siècles Double besoin : Préserver ce patrimoine Protection des biens et des personnes Objectif : Développement d un système automatique de mesure pour l inspection périodique des tunnels canaux 2

3 Introduction Acquisition Modélisation 3D Conclusion Contraintes Dangers lors de Turbidité de l eau Trafic l assèchement Capteur Cartographie Sonar subaquatique mobile Pas de signal GNSS Méthode alternative de localisation Environnement confiné Méthode adaptée 3

4 La méthode sélectionnée Approche classique Caméras GPS + Centrale Inertielle Sondeur Multifaisceaux Images Positions + orientations Profils de points Photogrammetrie Modèle 3D des parties au-dessus de l eau Cartographie mobile Modèle 3D des parties subaquatiques 4

5 La méthode sélectionnée Notre approche Caméras GPS + Centrale Inertielle Sondeur Multifaisceaux Images Positions + orientations Profils de points Photogrammetrie Modèle 3D des parties au-dessus de l eau Cartographie mobile Modèle 3D des parties subaquatiques 5

6 Introduction Acquisition Modélisation 3D Conclusion Dispositif Système imageur Appareil sonar 6 caméras industrielles (PIKE) 4 caméras 2 paires stéréo Sondeur multifaisceaux (Blueview MB1350) 1 appareil photo HD + objectif fisheye (Canon EOS 5D) 6

ouverture / 1 de largeur de faisceau) Le signal retour est mesuré par

7 Le Sondeur MultiFaisceaux (SMF) Émission d une onde acoustique (1,35 mhz) Arrangement des faisceaux en éventail (256 faisceaux / 45 d ouverture / 1 de largeur de faisceau) Le signal retour est mesuré par plusieurs antennes Profils de points (r, θ) Image acoustique d un profil 7

8 Expérimentation Site expérimental : le tunnel canal de Niderviller - Canal de la Marne au Rhin - Construit entre m de long / Droit / avec un chemin de hallage Précédents travaux : - Implantation de points topographiques * - Installation de cibles photogrammétriques* - Numérisation avec un Scanner Laser Terrestre (SLT) et un Scanner à Balayage Mécanique (SBM) * Modèle de référence Moisan et al Sensors * Coordonnées connues dans le système de référence Français 8

9 Expérimentation / méthode de levé Levé du demi-tunnel : - 3 orientations du sonar Réglage 1-2 configurations d une des paires stéréo Mesure du tunnel entier : - 3 allers-retours minimum Réglage 2 Réglage 3 9

10 Expérimentation / Données acquises Caméras industrilles Images Fisheye Sonar Fréquence d acquistion 5 Hz 0.5 Hz 40 Hz Vitesse du bateau 1 m.s-1 1 Passage Nb de données images 250 images profils Inter-acquisitions 20 cm 2 m 2.5 cm 10

11 Méthode de traitement IMAGES PHOTOGRAMMÉTRIE POSITIONS + ORIENTATIONS DU BATEAU PROFILS SONAR MODÈLE 3D DES PARTIES AU-DESSUS DE L EAU MODÈLE 3D DES PARTIES SUBAQUATIQUES 11

12 Photogrammétrie Logiciel de photogrammétrie MICMAC APERO (IGN) Ajustement de Faisceaux Positions + orientations de chaque caméra Particularités du calcul : - «Tuilage» des images faciliter la mise en correspondance des points homologues Positions approchées des caméras (odométrie visuelle simplifiée) - Prise en compte des contraintes de rigidité inter-caméras Charbonnier et al IJHDE 12

13 Construction du modèle 3D sonar PHOTOGRAMMETRIE Positions des centres optiques des CAMÉRAS À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR 1 2 À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR À chaque instant d acquistion du SONAR PROFILS SONAR MODÈLE 3D SUBAQUATIQUE 13

14 Construction du modèle 3D sonar PHOTOGRAMMETRIE Positions des centres optiques des CAMÉRAS À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR 1 2 À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR À chaque instant d acquistion du SONAR ESTIMATION DU BRAS DE LEVIER PROFILS SONAR MODÈLE 3D SUBAQUATIQUE 14

15 Introduction Acquisition Modélisation 3D Conclusion Construction du modèle 3D sonar \ Bras de levier Levé de chaque réglage du système Scanner Laser Terrestre Partie immergée : à terre Système entier : à bord Ex. Caméra Nuage de point Modèle CAD Alignement Algorithme type ICP 15

$modèle 3D sonar \ Bras de levier Levé de chaque réglage du système$ Scanner Laser Terrestre Partie immergée : à terre Système entier : à

16 Introduction Acquisition Modélisation 3D Conclusion Construction du modèle 3D sonar \ Bras de levier Levé de chaque réglage du système Scanner Laser Terrestre Partie immergée : à terre Système entier : à bord Ex. Caméra Nuage de point Modèle CAD Alignement Algorithme type ICP 16

17 Construction du modèle 3D sonar PHOTOGRAMMETRIE Positions des centres optiques des CAMÉRAS À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR 1 2 À chaque instant d aquisitiond IMAGES Positions + orientations du SONAR À chaque instant d acquistion du SONAR SYNCHRONISATION PROFILS SONAR Interpolation des positions LINÉAIRE Interpolation des orientations (angles d Euler) SPLINE MODÈLE 3D SUBAQUATIQUE 17

18 Résultat préliminaire 8m 13m Difficultés détectées - Imperfection dans la synchronisation - Forte influence de l orientation du système 18

19 Première évaluation Estimation des distances inter-caméras : Lasergrammétrie Photogrammétrie Calibration de la stéréovision Résumé des écarts Laser Laser Photog. Photog. Stereo Stereo Moy. 1.4 mm 5.5 mm 1.5 mm Max abs. 37 mm 8 mm 2 mm Seulement à partir des deux bases stéréo 19

(Filtrage Synchronisation) Construction du modèle complet Évaluation Comparaison des trajectoires

20 Conclusion Méthode pour construire les modèles 3D des tunnels canaux Traitement des données photogrammétriques et bathymétriques Développement + application Travaux en cours et futurs Améliorations (Filtrage Synchronisation) Construction du modèle complet Évaluation Comparaison des trajectoires (photogrammétrie et station totale) Comparaison du modèle avec celui de référence acquisitions statiques Moisan et al Sensors 20

21 MERCI DE VOTRE ATTENTION Emmanuel Moisan Doctorant +33 (0)

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