Brevet FR2805350A1 — publié le 20010824

Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tri-dimensionnelle d'un volume. La présente invention concerne le domaine de la télémétrie et de la cartographie bi ou tridimensionnelle. Les relevés de plan ou l'acquisition du volume d'un espace architectural ou industriel sont généralement effectués par des géomètres par relevés successifs et traçage de plans à partir des ces relevés. Le relevé d'intérieur rencontre plusieurs obstacles: S'il n'est fait que manuellement, il est lent et cher car un tel relevé doit être réalisé par un personnel qualifié, généralement un géomètre. S'il est fait automatiquement par un appareil, il est également lent parce que l'appareil va devoir enregistrer un nombre de données considérable (télémètre laser à relevé angulaire fin) dont le traitement par ordinateur peut prendre plusieurs heures. Une fois l'acquisition des points effectuée, il est nécessaire de procéder à une construction informatique de l'image et à un traitement de l'image obtenue sera lent (technique photogrammétrique), complexe et en fait peu fiable en raison de la difficulté d'interprétation automatique des résultats. De plus si ces mesures sont faites par un appareil, il faut situer cet appareil dans un référentiel absolu de manière à rassembler les mesures. La technique utilisée par les théodolites motorisés comme la technique du double relevé selon laquelle le théodolite relève sa propre position d'une mesure à l'autre est précise mais lente. Les télémètres habituellement utilisés sont des télémètres à temps de vol qui présentent une précision d'environ 3 cm (1 cm en moyenne sur plusieurs mesures) qui n'est pas compatible avec la précision demandée en relevé d'intérieur. On a proposé dans l'état de la technique d'automatiser ces prélèvements et le brevet français FR2610400 décrit un dispositif de relèvement tridimensionnel d'une scène, comprenant un émetteur laser, des moyens de balayage pour balayer la scène à l'aide du faisceau émis par le laser, et un premier récepteur photosensible pour former une image du spot crée par le faisceau laser sur la scène. Il comprend des moyens de mesure pour mesurer l'orientation du faisceau à la sortie des moyens de balayage. Le brevet FR2394817 décrit un télémètre à laser connu comprenant en combinaison un générateur de faisceau laser, un moyen de commande de rotation pour provoquer un balayage en azimut du faisceau, un moyen de commande d'évaluation pour provoquer l'oscillation en élévation du faisceau. Ces deux moyens sont liés de façon à produire une figure de balayage, et un déflecteur acousto-optique pour défléchir le faisceau en élévation par rapport à l'élévation instantanée déterminée à tout instant par le moyen de commande d'élévation. Le brevet français FR2656430 présente un procédé qui consiste à faire tourner le miroir autour d'un axe (R) distinct de la perpendiculaire au plan du rayon tournant. En particulier, cet axe (R) de rotation fait un angle (i) avec la perpendiculaire au plan du rayon tournant, cet angle (i) étant lui-même fonction de l'angle (B1) d'incidence du faisceau lumineux. Le brevet européen EP439011 décrit un télémètre avec un récepteur de lumière photoélectrique et un émetteur de lumière disposé à côté de celuici et qui envoie des trains d'ondes lumineuses vers le récepteur de lumière alternativement sur une section de mesure et un objectif dont la distance par rapport à l'émetteur doit être mesurée. Le brevet français FR2630539 a pour objet des procédés pour effectuer des levés de métrés d'enveloppe constituée de surfaces planes en utilisant un télémètre à faisceau laser. Le procédé de l'art antérieur consiste à créer un matériel pour le relevé intérieur, pour la mesure de métrés sur courte distance à l'intérieur de bâtiment et de l'associer à un programme de conception assisté par ordinateur, de façon à reproduire les enveloppes et les éléments constitutifs d'une pièce sous toute forme souhaitée. Pour cela, on effectue avec le télémètre les mesures des coordonnées polaires de nuage de points quelconques P, pris sur chaque surface, constituant l'enveloppe à partir de la même station Sl. On calcule alors la position de chaque plan, sphère, tore, cylindre ou autre surface simple puis l'intersection de tous les surfaces pris deux à deux pour définir les arêtes du volume considéré. Un tel procédé est délicat à mettre en oeuvre en raison de son automatisation totale, impliquant la prise en compte de toutes les situations géométriques susceptibles d'être rencontrées sur le terrain, et la mise en oeuvre de traitements informatiques élaborés. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution permettant de réduire sensiblement le temps d'acquisition des informations utiles. L'invention porte à cet effet sur un procédé et un équipement permettant d'associer l'homme et la machine de manière à ne mesurer que ce qui est nécessaire, en réduisant au minimum les interventions manuelles et en optimisant les fonctions automatisables. Dans son acception la plus générale, l'invention concerne un équipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tri- dimensionnelle d'un volume, ledit équipement comportant une tête de télémesure et un moyen d'acquisition de la position de ladite tête de mesure dans un référentiel fixe. L'équipement comprend en outre un boîtier portatif autonome comportant la tête télémétrique et un boîtier fixe, les deux boîtiers comportant des moyens pour l'acquisition à distance de la position et de l'orientation du boîtier portatif dans ledit référentiel fixe. Le boîtier fixe comporte des moyens pour déterminer les coordonnées du boîtier mobile dans ledit référentiel fixe Rc, ainsi qu'une base de données dans laquelle sont enregistrées les séries de données comportant au moins, pour chaque acquisition ai, la distance mesurée D(ai), l'orientation O(ai) du boîtier mobile au moment de l'acquisition, et les coordonnées C(ai) du boîtier mobile. Avantageusement, l'équipement comporte au moins deux capteurs solidaires du référentiel fixe Rc délivrant un signal électrique fonction de la position du référentiel du boîtier mobile dans le référentiel fixe Rc. Avantageusement, le boîtier mobile présente au moins un récepteur radiofréquence, l'équipement comportant des moyens de localisation dudit émetteur dans le référentiel fixe. Selon un mode de réalisation préféré, la tête télémétrique comporte un ou plusieurs lasers dont au moins émet rayonnement visible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés o: - La figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un équipement selon l'invention; - La figure 2 représente une vue schématique d'un exemple de réalisation d'un équipement selon une variante de réalisation l'invention. L'équipement selon l'invention comporte: - un outil portatif de pointage (1) comportant un télémètre à balayage manuel. - Une mallette (2) comprenant un ordinateur portable (5), un système d'alimentation à double batterie et un système de positionnement. - un boîtier électronique (7) muni d'un écran de visualisation (8) accroché à la ceinture de l'opérateur. Le télémètre se présente sous la forme d'un outil portatif de pointage (1) dont la position et la direction de pointage sont repérées par un équipement fixe (2). Le télémètre laser (à temps de vol, à balayage de fréquence, à balayage de phase ou à battement de fréquences) mesure la distance de l'objet visé. Un calculateur (5) est commandé par un logiciel assurant les fonctions telles que: la reconstruction de surfaces simples et leur assemblage de manière quasi automatique, la fusion d'objets avec une interface type logiciel d'architecture afin de fournir des plans 2D/3D et des fichiers compatibles de type AUTO CAD (nom commercial). L'équipement comprend optionnellement une projection dite tête haute. L'outil portatif de pointage (1) présente une poignée (6) supportant un télémètre laser (3) et un système de positionnement (4). Le boîtier (7) est relié à: - l'outil portatif de pointage (1) par une fibre optique, - la mallette (2) par un système filaire ou par une communication radio. Le laser est un laser visible et de class2 (sécurité oculaire), présentant une vitesse d'acquisition d'environ 100Hz et une précision de la mesure de l'ordre du millimètre. La portée est comprise entre 0.1 et 10 m, avec des gammes additionnelles, par exemple 10-20m ou 20-30m) Le système (4) de positionnement et d'orientation dans l'espace comprend un ou plusieurs capteurs magnétiques. On peut détecter une erreur sur la qualité du champ magnétique (courbure de champ) en utilisant deux capteurs. Dans la variante comportant deux capteurs magnétiques solidaires de la poignée par exemple, on peut en permanence calculer la distance les séparant (à partir des mesures faites) et comparer la distance calculée à partir des signaux délivrés par les deux capteurs à la distance réelle déterminée en usine. Un circuit de comparaison délivre un signal si la différence entre la distance mesurée et la distance calculée dépasse une valeur seuil prédéterminée. La même opération peut être réalisée en comparant les valeurs d'angles données par chaque capteur magnétique de manière à déclencher une alarme en cas de discordance entre les deux capteurs. De même on peut se servir de la lecture des positions de chaque capteur pour recalculer la direction de pointage. En cas d'alarme, l'opérateur pourra recommencer sa mesure, soit en s'approchant de l'antenne, soit en s'éloignant d'une masse métallique proche. Le système de positionnement fournit une information sur le positionnement et l'orientation du télémètre par une mesure par rapport à un autre référentiel. La méthode de positionnement est soit basée sur une technique magnétique ou acoustique à partir une antenne émettrice, soit basée sur une technique d'onde radio ou optique par triangulation à partir de plusieurs balises émettant à des fréquences différentes. Ce système de mesure donne la position et l'orientation du référentiel lié à T par rapport à l'antenne point A. Un logiciel permettra de déduire les coordonnées spatiales de O par rapport à A. Il permettra également de traiter des nuages de points de manière à en extraire la position de plan ou d'autres objets plus complexes (colonne, moulure...). Des techniques de fusion d'objets permettront de reconstituer l'ensemble d'un immeuble. L'utilisation de l'équipement selon l'invention est décrite dans ce qui suit en référence à la figure 2. L'utilisateur rentre dans une pièce avec l'outil, place la mallette à peu près au milieu de la pièce sur une table, sinon sur le sol. Il ouvre ensuite la mallette et réactive l'ordinateur. Il procède à l'initialisation d'une séquence en indiquant à l'ordinateur qu'il commence l'acquisition d'un nouvelle pièce. Il commence à relever la position d'un mur en le balayant avec son faisceau laser visible: un bouton sur la poignée lui permet d'indiquer à l'ordinateur quand enregistrer les mesures. Il pointe le faisceau laser successivement sur tous les murs, plafond, sol, piliers etc. Il vérifie son travail en temps réel en observant la pièce se dessiner automatiquement sur l'écran qu'il porte à la ceinture. Il indique à l'ordinateur en cliquant sur l'icône correspondante le type d'objet qu'il souhaite mesurer et mettre en place dans la pièce (porte, fenêtre, prise, plinthe...) Ensuite l'opérateur pourra pointer certaines zones sur lesquelles il souhaite relever des détails fins (frises, reliefs, moulures, chambranles...) Il repère par ailleurs à l'écran le ou les objets communs à deux mesures de pièces successives (porte, mur...) permettant la fusion ultérieure des pièces. L'utilisateur rapporte d'autres informations provenant d'un autre moyen de mesure (mètre ruban, pied à coulisse) et rentre éventuellement des informations complémentaires: l'état des surfaces, le nombre de bureaux, placards.... En cas de parties cachées, il mesure la pièce sous un angle différent et fusionne la pièce mesurée avec le projet en cours. L'équipement selon l'invention pourra également être utilisé pour faire un relevé extérieur (relevé de façade). De même, il pourra être utilisé dans certaines applications industrielles: relevé de formes pour contrôle, et d'autres applications. Une fois que l'appareil aura relevé la position d'un point, avec la précision qui lui est attachée, le logiciel pourra calculer le meilleur plan (ou le meilleur cylindre pour un pilier) passant par ces points. De par la nature de la mesure, la précision sur la position du plan et d'autant meilleure que le nombre de points de mesure est grand. Il varie comme JN, si N est le nombre de mesures pour un plan. La précision sur la position d'un angle est donc directement liée à VN. Si par exemple le système de mesure relève 100 points d'un plan avec une précision de 1 cm, la position de ce plan sera donc connue avec une précision de 1 cm / V10 = 1 mm. La précision sur la position de l'angle du mur (même en partie cachée) sera de lmm. Le procédé de télémétrie selon l'invention nécessite de mesurer un certain nombre de points par pièce que l'on peut lister comme suit. - Une dizaine de points par plan au moins - Deux points pour une porte (diagonale) - Deux points pour une fenêtre (diagonale) Les portes seront calibrées au départ. L'utilisateur mesurera précisément une (ou les) porte type du bâtiment pour la situer ensuite uniquement par sa diagonale. Il en est de même pour les fenêtres ou les piliers par exemple. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. L'Homme de Métier sera à même de proposer diverses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume, ledit équipement comportant une tête de télémesure et un moyen d'acquisition de la position de ladite tête de mesure dans un référentiel fixe, caractérisé en ce que l'équipement est constitué par un boîtier portatif autonome comportant la tête télémétrique et un boîtier fixe, les deux boîtiers comportant des moyens pour l'acquisition à distance de la position et de l'orientation du boîtier portatif dans ledit référentiel fixe. 2 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume, selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boîtier fixe comporte des moyens pour déterminer les coordonnées du boîtier mobile dans ledit référentiel fixe Rc, ainsi qu'une base de données dans laquelle sont enregistrées les séries de données comportant au moins, pour chaque acquisition ai, la distance mesurée D(ai), l'orientation O(ai) du boîtier mobile au moment de l'acquisition, et les coordonnées C(ai) du boîtier mobile. 3 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume, selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un ou deux capteurs solidaires du référentiel mobile Rc délivrant un signal électrique fonction de la position du référentiel du boîtier mobile dans le référentiel fixe Rc. 4 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'il comporte au moins deux capteurs, un premier capteur 1 mesurant une distance, en second capteur 2 mesurant une position et une direction et délivrant 3 coordonnées et 3 angles. - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'il comporte en outre un troisième capteur 3 pour la mesure de la distance entre le capteur 3 et le capteur 2 et des moyens pour générer un signal d'alarme en cas de dérive. 6 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le boîtier mobile présente au moins un émetteur radio-fréquence et en ce que l'équipement comporte des moyens de localisation dudit émetteur dans le référentiel fixe. 7 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que la tête télémétrique comporte un laser émettant dans le rayonnement visible. 8 - Equipement de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'il comprend une mémoire contenant une bibliothèque d'objets. 9 - Procédé de télémétrie pour la cartographie bi - ou tri-dimensionnelle d'un volume comportant une étape d'acquisition à distance de la position et de l'orientation d'un télémètre laser dans ledit référentiel fixe caractérisé en ce que l'étape d'acquisition à distance de la position et de l'orientation est réalisée par un pointage manuel d'un outil portatif (1) émettant un faisceau laser visible. - Procédé de télémétrie pour la cartographie bi - ou tri-dimensionnelle d'un volume selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul en temps réel d'une image à partir des points d'acquisition, pour permettre une vérification du processus de pointage. 11 - Procédé de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce qu'il comporte une étape additionnelle de pointage de certains points de relèvement plus précis ou de certaines zones de détails fins (frises, reliefs, moulures, chambranles...). 12 - Procédé de télémétrie pour la cartographie bi - ou tridimensionnelle d'un volume selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce qu'il comporte une étape additionnelle de saisie d'informations provenant d'un autre moyen de mesure.