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4 mai 2018

[Thèse CFR] Intégration des Données de Nuages de points LIDAR dans des Architectures B.I.M.


Catégorie : Doctorant


Introduction : L'intégration de données de construction avec les systèmes d'information géographique (S.I.G.) et les outils de conception assistée par ordinateur (C.A.O/C.A.D) a connu un premier frémissement au début de la dernière décennie, notamment avec le concept de GEO-analyse [2,3]. Des projets s'appuyant sur des logiciels libres ont émergé, des standards, les classes de construction I.F.C. et les formats de construction géographique de l'OGC, KML et CityGML sont apparus. L'objectif était d'aboutir à une présentation 3D à travers le WEB [1] dont des relevés de données de construction en les intégrant à des données d'information géographiques. Cependant, la faiblesse de disponibilité des données de construction patrimoniales a fortement handicapé ce développement. Néanmoins, la standardisation du B.I.M. s'est poursuivie, notamment avec l'enrichissement de l'intégration de données géométriques dans les normes I.F.C..

Aujourd'hui, le concept de "Smart city" élargit encore l'horizon avec l'ambition, à terme, de gérer l'ensemble du mobilier urbain, des constructions et les nomenclatures associées[4]. Vaste projet exigeant une forte capacité de relevé de données. Si, à ce jour, le B.I.M. (``Building Information Model'') permettrait de gérer ainsi les nouvelles constructions, donc d'assurer la gestion de l'ensemble des données techniques de ces constructions, c'est un tout autre problème de gérer le patrimoine construit qui est la part essentielle du bâti mais disposant rarement de leurs données de construction et d'évolution. Or, cette part représente un élément majeur de l'activité économique du BTP en tirant les travaux d'aménagement, d'amélioration, d'adaptation, de maintenance et de réfection.

La dernière décennie a vu l'éclosion de l'automatisation des relevés dimensionnels des constructions. Des travaux importants ont été conduits en s'appuyant notamment sur la photogrammétrie et, sur le dernier venu dans la mesure, le LIDAR mobile terrestre. Si on obtient des résultats qualitatifs spectaculaires dans les restitutions 3D, il n'en demeure pas moins que des progrès importants sont à rechercher en matière de précision de mesure, comme dans le dépouillement plus efficace des données fournies par un nuage de points LIDAR, afin de les intégrer dans un ensemble plus vaste de gestion de données techniques. Le B.I.M. et les standards I.F.C. ont beaucoup évolué au cours des 10 dernières années. Des outils de la chaîne sont apparus de manière fragmentaire. Des progrès importants restent à faire, pour fiabiliser les données LIDAR reversées dans des dépôts B.I.M. via des outils de C.A.O/C.A.D. Les travaux attendus, dans ce projet, devraient contribuer à la construction de cette chaîne. Au vu de l'existant, l'approche proposée privilégie l'emploi des logiciels libres.

 

Segmentation de données 3D issues de LIDAR mobile terrestre

Nous nous intéressons ici uniquement au patrimoine construit où, pour lequel, il y a nécessité d'acquisition de données ou de reconstruction de dossiers architecturaux, cotés et nomenclaturés. En conséquence, dans le cadre du présent projet notre objectif est, partant d'un nuage de points obtenu par relevé LIDAR, d'assurer dans l'ordre, tout ou partie, des opérations qui suivent:

A ce jour, au prix d'un traitement manuel assez lourd, il est possible de conduire des extractions de données d'un nuage de points LIDAR afin d'aboutir:

L'objectif de cette thèse est donc clairement l'amélioration de l'existant :

  1. Nous explorerons la méthodologie des processus de relevés in situ, associant LIDAR et imagerie optique, en effet divers travaux sur la fusion de ces données donnent des résultats prometteurs [5].
  2. Nous développerons de nouvelles méthodes de segmentation conjointes de nuages de point 3D et d'images 2D associées [9,11,12,13] avec pour objectif, d'automatiser l'extraction des objets géométriques élémentaires (OGE), droites, plans, coins 2D et 3D, etc...
  3. Nous fusionnerons des nuages de points acquis selon plusieurs points de vues: on pourra par exemple considérer des données 2D et 3D par appariement d'images et de nuages de points [10].
  4. Nous assurerons la segmentation des données 3D en objets élémentaires, il s'agira essentiellement de travailler sur les points 3D [8]. Par exemple les librairies comme CloudCompare, P.C.L, P.D.A.L. ou C.G.A.L., fournissent un ensemble de méthodes permettant de manipuler des nuages de points 3D, cependant il sera très certainement nécessaire d'y ajouter des développements spécifiques d'algorithmes. Notamment, l'utilisation conjointe des données 3D et images 2D est envisagée.
  5. Nous contribuerons au reversement des données des objets géométriques extraits, dans un outil tel que FeeCAD dérivé d'OpenCasCade, passerelle vers un serveur B.I.M., d'une manière telle à alléger la reconstruction manuelle des objets en facilitant la part d'automatisation.
  6. Nous intégrerons dans notre approche, en phase de préparation des données, des éléments de règles de contrôle, de ces données, qui est un champ de recherche très actif [6, 7].

Tout ceci, nécessitera une prise en main de la chaîne complète de traitements, allant de l'acquisition jusqu'aux dépôts B.I.M., en particulier une analyse précise des algorithmes présents dans les librairies de type CloudCompare, P.D.A.L, P.C.L., C.G.A.L. sera nécessaire, quitte à les enrichir.

Bibliographie :

[1] A. Nalo, M. Rumor. "DeS.I.G.n and development of a generalized LIDAR point cloud streaming framework over the web". Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica,Faculty Mathematics-Informatics, Università degli Studi di Padova Facoltà di Ingegneria, 2015, Padova, Italy.

[2] Ihab Hijazi. "Integrated management of indoor and outdoor utilities by utilizing B.I.M. and 3DGIS". PHD-thesis, Faculty Mathematics-Informatics, Institute for Geoinformatic and Remote Sensing, 2011, University of Osnabruck, Germany.

[3] I. Hijazi, M. Ehlers, S. Zlatanova. "B.I.M. for geo-analysis (B.I.M.4GEOA): setup of 3D information system with open source software and open specification (OS)'". 5th International 3D GeoInfo Conference, 2010, Berlin, Germany.

[4] Zhiliang Ma, Yuan Ren. "Integrated Application of B.I.M. and GIS: An Overview'". Creative Construction Conference (CCC) 2017, 19-22 June 2017, Primosten, Croatia.

[5] T. Kelly, J. Femiani, P. Wonka, N. J. Mitra. "BigSUR: Large-Scale Structured Urban Reconstruction". ACM Transaction on Graphics, Vol. 36, No 6, Article 204. Publication date: November 2017.

[6] Wawan Solihin. "A Simplified B.I.M. Data Representation Using a Relational Database". PHD-thesis, Georgia Institute of Technology, May 2016.

[7] Cornelius Preidel, André Borrmann. "Toward code compliance checking on the basis of a visual programming language". ITcon Vol. 21, 2016.

[8] Daniel Girardeau-Montaut. "Détection de changement sur des données géométriques tridimensionnelles". Thèse de doctorat de l'Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications, 2006, Paris, France.

[9] Hasan Abdulrahman, Baptiste Magnier and Philippe Montesinos. "Oriented Asymmetric Kernels For Corner Detection". 25th European S.I.G.nal Processing Conference (EUSIPCO), 2017, Kos, Greece.

[10] P. Montesinos, B. Magnier. "Des filtres anisotropes causaux pour une diffusion non contrôlée". GRETSI, 2017, Juan-Les-Pins, France.

[11] D. Venkatrayappa, P. Montesinos, D. Diep, and B. Magnier. "RSD-DOG: A New Image Descriptor Based on Second Order Derivatives". In Advanced Concepts for Intelligent Vision Systems (ACIVS), 2015, Museo Diocesano, Catania, Italy. Springer International Publishing.

[12] D. Venkatrayappa, P. Montesinos, D. Diep, and B. Magnier. "A novel image descriptor based on anisotropic filtering". Computer Analysis of Images and Patterns (CAIP), 2015, Valetta, Malta. Springer International Publishing.

[13] Jean-Louis Palomares, Philippe Montesinos, Daniel Diep, "A New Affine Invariant Method for Image Matching". 3D Image Processing and Applications (3DIP), Electronic Imaging, Proceedings of SPIE Vol. 8290, 2012, Burlingame, California.

Profil du Candidat

Contacts

Pour toute candidature merci d’envoyer CV, lettre de motivation, notes de Master et recommandations à :

Philippe Montesinos

LGI2P/EMA
6 Avenue de Clavières, 30100 Alès France.
Tel : +(33) 04 34 24 62 69
Email : Philippe.Montesinos@mines-ales.fr

Baptiste Magnier

LGI2P/EMA
6 Avenue de Clavières, 30100 Alès France.
Tel : +(33) 04 34 24 62 90
Email : Baptiste.Magnier@mines-ales.fr

Henri Borreill

EXAMETRICS
6 rue des imprimeurs, 66240 Saint Estève France.
Tel : +(33) 06 03 97 50 85
Email : henri.borreill@exametrics.fr

Marcel Bariou

BRASNAH sarl
Mas Saragosse, Route de Thuir, 66170 Millas France.
Tel : +(33) 06 71 94 14 46
Email : marcel.bariou@brasnah.fr

 

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