Scanners laser, drones et photogrammétrie numérique : les nouvelles technologies pour la construction à l’aide du BIM
L’influence des nouvelles technologies numériques peuvent modifier, améliorer l’ensemble du processus de gestion du bâtiment : scanners laser, photogrammétrie numérique et drones pour la numérisation des bâtiments à l’aide du BIM
Ces dernières années, l’évolution des outils technologiques dans les professions a conduit à des innovations majeures, notamment dans le domaine de l’arpentage et de la topographie du bâtiment : il suffit de considérer les avantages significatifs (de précision, temps, coûts) pouvant découler d’un scanner intégré à un drone.
Des avantages accessibles à tous les techniciens, grâce avant tout à l’évolution des logiciels qui permettent de reconstituer des Mesh (structure de donnée) tridimensionnel à partir des photographies prises de vue aériennes :
la grande partie des données peuvent être aujourd’hui effectué avec des logiciels facile à utiliser, qui rendent les données disponibles dans les maquettes numériques 3D.
Ces logiciels transforment les données collectées à partir de dispositifs laser et photographiques en des nuages de points, Mesh (en maille) tridimensionnels, en modèles altimétriques numériques (DTM) et en orthophotographie géoréférencées :
vous permettent d’obtenir tout ce dont vous avez besoin pour arpenter des bâtiments, la conception de nouvelles infrastructures et la leur maintenances.
Nous voyons les principes de fonctionnement de ces technologies.
Arpentage des bâtiments
À une époque où ou l’on construit de moins en moins et sont récupérés les immobiliers existants, il est essentiel de disposer d’une étude précise de l’état du bien à récupérer.
La connaissance détaillée d’une structure, d’une façade ou d’un site permet au concepteur de se concentrer sur la conception de la meilleure façon possible. Il peut faire des choix judicieux, optimiser au mieux les espaces, comptabiliser les travaux à exécuter avec une précision considérable.
Il y a quelque temps, l’arpentage sur les bâtiments et / ou les sites était réalisée à l’aide d’outils simples ne permettant pas d’avoir une modélisation du bâtiment sur lequel il était nécessaire d’intervenir.
Les mesures prises pour générer le plan d’un bâtiment étaient très souvent des sections horizontales, à une certaine cote, qui ne prenaient en compte aucune inclinaison des murs, aucune anomalie statique des planchers, etc. Même si une maquette 3D du bâtiment était défini, celle-ci était conditionné par une série d’approximations.
Aujourd’hui, les nouvelles technologies permettent de combiner des informations métriques, photographiques, thermographiques, etc. : grâce à l’utilisation de scanners laser et de drones.
Le concepteur travaille directement sur la structure, connaissant sa forme, ses dimensions, ses matériaux, ses situations critiques (fissures, situations malsaines, etc.).
Tout cela au profit d’une conception de très haut niveau.
Photogrammétrie numérique
Photogrammétrie numérique
La photogrammétrie architecturale est une technique d’arpentage qui permet d’acquérir des données métriques d’un objet (forme et position) au moyen d’une capture et d’une analyse de deux photogrammes stéréoscopiques.
L’arpentage avec la photogrammétrie architecturale prévoient deux phases :
- les prises de vue, produisent le double de photogrammes stéréométriques. L’objet est photographié à l’aide de la caméra stéréométrique ou de la caméra métrique, placé en deux points distincts et choisi dans le respect de la stéréoscopie artificielle.
- le rendu, utilise la paire de photogrammes stéréométriques. Avec cette opération, il est possible de détecter les dimensions qui vous intéressent ou de élaborer un dessin, une représentation orthogonale de l’objet photographié.
La photogrammétrie numérique est la technique d’arpentage qui permet d’obtenir des informations métriques et géographiques, des formes et des positions d’objets tridimensionnels, tels que des terrains et des bâtiments, à travers des images photographiques numériques.
L’application aux drones (aérophotogrammétrie) fonctionne par la création de maquettes de terrain numériques et d’orthophotographies. Elle réalise également des relevés d’architecture et de bâtiments pour la création des maquettes 3D.
L’aérophotogrammétrie est actuellement l’une des techniques d’acquisition de données les plus fiables, économiques et précises du territoire, également utile dans l’analyse des changements de terrains.
La photogrammétrie avec drone a différentes applications techniques : orthophotographies, levés géologiques, relevés topographiques avec drone, modélisations 3D (reconstructions de nuages de points, courbes de niveaux), cartographie de sites de construction et de territoires, rendu de bâtiments, surveillance de sites à instabilité hydrogéologique, DEM (Digital Elevation Model).
À partir d’une série d’images numériques, il est possible d’obtenir une maquette tridimensionnelle. La source de données peut être multiple, les principales sont :
Scanner laser
Scanner laser
Le scanner laser mesure, la position des points des objets présents dans un environnement d’espace et selon une densité prédéfinie.
Un nuage de points est généré, c’est-à-dire un ensemble de points avec des coordonnées définies dans l’espace. À partir du nuage de points, il est possible de définir des surfaces composées de triangles Mesh (maille) et de surfaces continues (nurbs). Les surfaces peuvent être photoréalistes. Conçu pour des applications industrielles, le scanner laser est un dispositif électro-optique mécanique, qui grâce à la technique de balayage, permet de détecter automatiquement un objet dans ses trois dimensions.
Le relevé en trois dimensions fournit quatre informations : les trois coordonnées du point détecté et la valeur de la réflectance, qui varie en fonction de la nature des matériaux.
La réflectance représente la capacité des corps à réfléchir le faisceau laser ; il indique pour chaque point d’une surface de matériau opaque, touché par un rayon lumineux,
- le facteur de réponse, c’est-à-dire la relation sans dimension entre l’éclairement énergétique (irradiance) ou la densité de flux rayonnant incidente
- l’émittance ou la densité du flux radiant sortant.
Quelle que soit la technologie de laser scanner utilisée il en résulte un nuage de points très dense à partir duquel il est possible d’obtenir un nombre impressionnant de traitements de données :
- Modélisations 3D en couleur des bâtiments détectés
- Modélisations 3D avec surfaces ou mesh
- Orthophotographie de façades et d’élévations
- Coupes et planimétries
- Navigations virtuelles à l’intérieur des nuages de points
- Implémentation dans des environnements numériques et logiciels RA (Réalité Augmentée)
- Implémentation dans des environnements BIM (Building Information Modeling) pour une modélisation rapide d’une situation réelle.
Le résultat peut être intégré aux technologies GNSS pour le géoréférencement du nuage de points, avec des arpentages d’aero photogrammétries à partir de drones pour la construction de toits et tout autre arpentage numérique préexistant.
Vidéos numériques
La possibilité d’utiliser une caméra vidéo professionnelle pour obtenir un relever rend cette technologie facile à utiliser et à diffuser, avec l’avantage de pouvoir détecter rapidement même de très grandes zones. La portabilité des appareils et leur autonomie rendent ces instruments très appropriés pour des enquêtes dans des zones difficiles d’accès.
Photographies numériques
Le fait de pouvoir utiliser un appareil photo numérique comme outil de secours permet à cette technologie d’être encore plus facile et plus accessible. Le principal avantage est sans aucun doute celui de réaliser une photogrammétrie tridimensionnelle à un cout réduit.
Qu’est-ce qu’un nuage de points ?
Nuage de points
Lors d’un arpentage au scanner laser, le scanner enregistre un très grand nombre de points de données. Chaque point résulte de l’impact du laser sur une surface situées dans la zone. Ceux-ci peuvent inclure des murs, des fenêtres, des pipelines, des structures en acier, etc.
Le point est donc l’entité fondamentale sur laquelle repose la méthode d’arpentage photogrammétrique.
Le résultat obtenu est un nuage de points, de coordonnées x y z, qui peut être visualisé directement sur l’écran d’un ordinateur en tant que « photographie en trois dimensions », composée de millions de points. Celles-ci décrivent en détail la surface de l’objet scanné, et des informations dimensionnelles et colorimétriques peuvent être obtenues.
En simplifiant, nous pouvons comparer un nuage de points à un corps 3D constituée de petites gouttelettes.
Les points détectés ont, parmi les différentes caractéristiques, associées à une couleur ; en fait, scannent, il est possible d’associer aux données des points, des données RGB provenant d’un appareil photo.
La gestion des données
Les données numérisées issues du scanner laser sont importés dans le logiciel de modélisation. Les différents balayages laser sont soumis à des opérations de filtrage pour éliminer automatiquement les signaux parasites qui fournissent des coordonnées 3D incorrectes.
Nous passons ensuite au traitement des données à travers des outils d’édition, qui vous permettent de gérer des milliers de points issus du processus de numérisation. Le nuage de points est transformé en spline, surfaces et mesh (mailles).
Suite au traitement des données, il est possible de :
- mesurer ;
- produire des enregistrements ;
- obtenir des images corrigées ;
- exporter les coupes obtenues au format DXF ;
- positionner l’objet détecté en fonction d’une référence topographique ;
- créer des modèles BIM.
Les logiciels qui permettent la gestion des nuages de points sont de plus en plus performant : l’utilisation de la technologie structure from motion (SfM) améliore constamment leurs algorithmes qui permettent désormais, avec des résultats remarquables de réaliser un modèle tridimensionnel de voiture avec une photo prise d’un smartphone.
