Conception de modèles 3D précis pour un suivi 4D optimisé des ouvrages hydrauliques linéaires : intérêt et particularité du drone

Accurate 3D models for a 4D monitoring of linear hydraulic structures: opportunities and characteristics of UAV

¹ Institut National de l'Information Géographie et Forestière, 77420 Champs-sur-Marne, France
² Compagnie Nationale du Rhône, Centre d'Analyse Comportementale des ouvrages Hydrauliques, Lyon France

Résumé

Confrontée au vieillissement de ses endiguements et à des conditions d'accès parfois dégradées, la Compagnie Nationale du Rhône, 2ème producteur d'hydro électricité français, souhaite développer de nouveaux systèmes d'auscultation complémentaires aux capteurs et inspections visuelles déjà déployés sur ses ouvrages.

Les développements des drones, des capteurs photographiques et des algorithmes de calculs automatiques de modélisation 3D à partir d'images multi-stéréoscopiques permettent aujourd'hui d'obtenir la géométrie fine d'ouvrages linéaires via des modèles 3D. Actuellement, avec un réseau de point au sol dense, la précision atteignable est de l'ordre de 5 cm.

Afin de pouvoir atteindre les précisions souhaitées (± 1 cm à ± 3 cm) tout en minimisant le nombre de points au sol, et donc le temps terrain, la CNR et l'Institut Nationale de l'Information Géographique et Forestière (IGN), ont mis en place un partenariat aboutissant à la réalisation d'une thèse de recherche sur la métrologie par photogrammétrie aéroportée légère appliquée au suivi d'évolution de digues.

L'article s'attache à présenter dans un premier temps le contexte du projet à travers la description de la surveillance actuelle des endiguements et des nouveaux besoins en auscultation de la CNR. La suite s'appuie sur une étude de cas sur la digue de la Palière pour présenter les avancées des méthodes photogrammétriques qui permettent à mi 2015 d'atteindre des précisions centimétriques avec seulement 1 point de calage au sol par tranche de 100 mètres.

Situé à la croisée du monde des drones, de la recherche en algorithmes photogrammétriques et des besoins de concessionnaires d'ouvrages, ce projet débouchera fin 2015 sur un système d'auscultation renforcé permettant un suivi centimétrique de zones sensibles des endiguements CNR. Les nouveaux algorithmes photogrammétriques écrits dans un environnement open-source seront ouverts à l'ensemble de la communauté scientifique et les problématiques résolues (mesures géoréférencées de haute précision sur des ouvrages linéaires) seront utilisables par d'autres concessionnaires ou prestataires sur d'autres ouvrages présentant la même géométrie.

Abstract

Confronted with the ageing of its dikes and with the sometimes degraded conditions of access, the Compagnie Nationale du Rhône, the 2nd producer of hydro electricity in France, wishes to develop new systems of auscultation complementary to the sensors and visual inspections already deployed.

The developments of drones, photographic sensors and algorithms of automatic calculations of 3D modelling from multi-stereoscopic images allow today to obtain the fine geometry of linear works via 3D models. At present, with a network of point to the dense ground, the reachable precision is of the order of 5 cm.

In order to achieve the desired specifications (± 1 cm ± 3 cm) while minimizing the number of points on the ground, and thus the time field, CNR and the National Institute of Geographic and Forest Information (IGN) have established a partnership resulting in the completion of a research thesis on metrology by light airborne photogrammetry applied to the monitoring of developments dikes.

The paper attempts to present the context of the project through the description of the current monitoring of embankments and of the new needs in auscultation of CNR. The following, based on a case study on the dike of the Palière is introducing advanced photogrammetric methods to mid 2015 to reach centimeter details with only 1 setting point ground for every 100 meters.

Located at the interface of the world of Drones, of Research in photogrammetric algorithms and of concessionaires needs, the project will lead to the end of 2015 to an enhanced testing system allowing centimeter monitoring of sensitive embankments areas. The new photogrammetric algorithms written in an open source environment will be open to the entire scientific community and solved problems (high precision geo measures on linear structures) will be used by other distributors on other works with the same geometry.