Brevet FR2818384A1 — publié le 20020621

La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle des déplacements ou mouvements d'une structure, notamment du sol ou d'un ouvrage d'art. Dans la présente demande de brevet, par structure, il faut entendre soit des structures naturelles telles que des falaises, des pentes de collines, etc., soit des structures artificielles constituées par des ouvrages d'art ou des bâtiments tels que des ponts, des immeubles, des barrages, etc. Il existe de nombreuses situations dans lesquelles on est amené à contrôler les éventuels mouvements ou déplacements d'une telle structure qu'elle soit naturelle ou artificielle pour prévenir tout risque d'accident lié à l'évolution de la structure naturelle ou artificielle. Pour effectuer une telle surveillance, on peut utiliser différentes techniques de mesure de déplacement. On peut citer des réseaux de théodolite motorisés qui localisent en X, en Y et en Z des cibles fixées au préalable sur la structure instable à surveiller ; l'utilisation du GPS qui permet de déterminer les coordonnées de points isolés. Dans tous les cas, il est nécessaire de mettre en place sur la structure à surveiller une ou plusieurs cibles dont on surveillera les éventuels mouvements ou déplacements qui seront révélateurs du mouvement ou déplacement de la structure elle-même. On comprend que, dans certains cas, il est difficile, dangereux ou très onéreux de mettre en place ces cibles. Par ailleurs, la surveillance des mouvements éventuels de la structure se limitera à la surveillance des mouvements éventuels des cibles et non de l'ensemble de la structure. De plus, il est intéressant de disposer d'un dispositif de contrôle de structure naturelle ou artificielle qui permette une détection automatique d'un éventuel mouvement de la structure. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de contrôle des déplacements d'une structure au sens mentionné précédemment qui ne nécessite pas la mise en place préalable de cibles sur la structure à surveiller et qui assure une détection automatique. Pour atteindre ce but selon l'invention, le dispositif de contrôle des déplacements d'une structure notamment du sol ou d'un ouvrage d'art est caractérisé en ce qu'il comprend : - un ensemble de prise d'images pour prendre des images de ladite structure et délivrer des informations numériques représentatives des images prises ; - des moyens pour commander l'activation de l'ensemble de prise d'images avec une périodicité prédéterminée ; - des moyens pour mémoriser les informations numériques correspondant à chacune des images prises successivement ; - des moyens de traitement des informations représentatives des images successives pour détecter par corrélation le déplacement éventuel d'au moins un élément caractéristique apparaissant sur les images ; et 1 -des moyens d'alarme déclenchés en réponse à la détection d'un déplacement. On comprend que le traitement des informations correspondant aux images successives de la structure à surveiller permet de déterminer dans cette image un ou plusieurs points caractéristiques de la structure et d'en détecter éventuellement le ou les déplacements. Ces points caractéristiques jouent bien sûr le même rôle que les cibles dans les techniques antérieures mentionnées ci-dessus. En outre, le traitement des images successives se fait automatiquement. La détection d'un éventuel mouvement de la structure est donc également automatique, ce qui accroît bien sûr la sécurité. Il est possible de relier le dispositif de contrôle à des moyens de surveillance à distance qui permettront des interventions rapides en cas de besoin. Selon un premier mode de mise en oeuvre, l'ensemble de prise d'images comprend : - un capteur d'images apte à prendre une image partielle de la structure, - des moyens pour optimiser chaque prise d'image partielle en fonction de l'éclairement et des caractéristiques de la structure ; - des moyens pour déplacer l'axe dudit capteur d'images pour prendre successivement des images partielles de la structure, l'ensemble des images partielles correspondant à l'ensemble de la structure à contrôler ; - des moyens pour repérer la direction dans l'espace de l'axe du capteur d'images pour chaque prise d'image partielle ; et lesdits moyens de traitement comprennent des moyens pour reconstituer à partir des informations d'images partielles et des informations de repérage de direction un ensemble d'informations correspondant à l'image de l'ensemble de la structure à contrôler. Selon ce premier mode de mise en oeuvre, l'image totale de la structure est obtenue par des prises d'images successives à l'aide de la caméra dont l'axe est déplacé successivement selon un balayage prédéterminé. En effet, lorsque l'on veut surveiller la structure à l'aide d'un ensemble de prise d'images disposé à une certaine distance de la structure elle-même, la caméra ou plus généralement le capteur d'images présente un champ assez réduit et donc il est nécessaire de prendre un grand nombre d'images partielles qui sont reconstituées à partir desquelles on reconstitue l'image d'ensemble par des moyens de traitement numériques. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, les images partielles successives prises aux instants T, sont traitées pour détecter dans la partie de la structure correspondant aux images partielles un éventuel déplacement de cette partie de la structure puis, à partir de ces informations partielles d'éventuels déplacements, on reconstitue la carte des éventuels déplacements de la structure complète. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 est une vue de l'ensemble du dispositif de contrôle des déplacements d'une structure ; - la figure 2 est un organigramme montrant les différentes étapes du traitement des informations en vue de détecter un éventuel mouvement de la structure, selon un premier mode de réalisation ; et - la figure 3 montre un organigramme similaire à celui de la figure 2 pour un deuxième mode de mise en oeuvre. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire les différents éléments constitutifs du dispositif de contrôle de déplacement de structure. Sur cette figure, on a représenté schématiquement la structure S à surveiller qui est par exemple le flanc d'une colline. On a représenté également un ensemble de prise de vues 10 disposé sur le sol à une distance L de la structure à surveiller. L'ensemble de prise de vues 10 comprend un bâti 12 reposant sur le sol et un ensemble mobile 14 relié au bâti 12 par des moyens de déplacement 16 qui permettent des déplacements de l'ensemble 14 en rotation autour d'un axe vertical Z, Z' et des mouvements de rotation de l'ensemble autour d'un axe horizontal X, X'. L'ensemble mobile 14 comprend essentiellement une caméra numérique 18 dont on a représenté schématiquement l'objectif 20. La caméra 18 est associée à un théodolite et à un distancemètre 22. La caméra comprend également, de préférence, des moyens de réglage de son optique pour optimiser la prise d'image en fonction notamment de l'éclairement et de la nature de la structure à contrôler. L'ensemble de prise d'images 10 est associé à un ensemble de traitement et de commande 30 qui est essentiellement constitué par un microprocesseur 32 associé à une mémoire de programmes 34 et à une mémoire de données 36. Cet ensemble de commande et de traitement 30 comprend également un séquenceur 38 relié au microprocesseur 32. Le séquenceur 38 transmet des commandes au dispositif 16 de déplacement de la caméra numérique pour que celle-ci occupe selon les directions X, Y et Z des positions successives prédéterminées correspondant à la prise d'images partielles Ip. Le séquenceur 38 est également relié au circuit d'activation 40 de la caméra numérique 18 pour provoquer l'activation de la caméra avec une périodicité prédéterminée à des instants T,. A chaque instant TI, k, une image partielle Ip est prise à ces instants étant déterminés par le séquenceur. Dans le cas particulier décrit, l'image complète 1 de la structure nécessite la prise de k images partiettes tp. Les images Ip partielles sont transmises sous forme numérique à l'ensemble de commande et de traitement 30. De même, les informations de repérage Rk, 1 sont également transmises au circuit de commande 30 et correspondent aux différentes positions de l'axe de la caméra, position repérée par le théodolite 22 et le distancemètre associé. Le théodolite utilisé peut être avantageusement du type commercialisé par la société LEICA sous les références TC 2003 ou TCA 2003, ces ensembles étant appelés"stations totales". En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire les différentes étapes du traitement des informations numériques correspondant aux images partielles Ip et aux informations de position Ru,,. Les différentes informations sont mémorisées, pour chaque instant de prise d'images T,, dans la mémoire de données 36. Lorsque toutes les images partielles correspondant à une même image sont reçues, le microprocesseur 32 met en oeuvre un premier sous-programme stocké dans la mémoire 34 qui permet, à partir des informations H. k et Il, k de reconstituer l'image complète Il à l'instant T,. Cette étape est repérée par la référence 48 sur la figure 2. A l'étape suivante 50, les informations numériques relatives à l'ensemble de l'image Il prise à l'instant T, sont mémorisées dans la mémoire de données 36. Dans l'étape suivante 52, le microprocesseur 32 met en oeuvre un sous-programme de traitement par corrélation des informations numériques correspondant aux images successives Il prises aux instants Ti. Les traitements par corrélation d'informations numériques correspondant à des images successives sont en soi bien connus et il n'est donc pas nécessaire de les décrire ici plus en détail. Un premier traitement de l'image est basé sur la recherche de points d'intérêt radiométrique (détection de bords, de coins, ou de points présentant un bon contraste). La phase suivante de traitement par corrélation permet, pour un détail identifié sur une première image, de retrouver sur une image suivante le détail lui ressemblant le plus. La comparaison des positions des deux points permet en conséquence de détecter un déplacement éventuel de ce point singulier ou de ces points singuliers. L'ensemble de traitement 30 peut être associé à un écran de visualisation 54 qui permet la visualisation directe des images prises et éventuellement la visualisation du mouvement des points singuliers à différents instants de prises d'images. Dans le cas où un mouvement est détecté et en fonction d'un seuil de mouvement prédéterminé, un système d'alarme 56 peut être activé pour provoquer une intervention convenable sur la structure dont le mouvement a été détecté. On comprend que le dispositif objet de l'invention permet effectivement de réaliser la détection du mouvement éventuel de la structure sans qu'il soit nécessaire de mettre en place des cibles sur cette structure. Le rôle des cibles est rempli sous forme numérique par la détection des ou du point (s) singulier (s) par le traitement par corrélation. En outre, l'ensemble de prise d'images 10 peut être placé à une distance de l'ordre de 100 mètres sans perte de précision pour les images prises. Il va de soi que, dans certains cas, le dispositif peut être simplifié si la structure à contrôler peut être située entièrement dans le champ de la caméra. Dans ce cas, chaque prise d'images correspondra à une image complète de la structure. Il est également possible de prévoir que les moyens de prise d'images comportent en fait deux ensembles de prise d'images 10 disposés à des endroits différents sur le sol par rapport à la structure à surveiller S mais orientés vers la même portion de la structure. Les images entières ou partielles prises par ces deux ensembles de prises d'images au même instant permettent d'avoir une représentation dans l'espace à trois dimensions de la structure et donc des mouvements éventuels de celle-ci également dans les trois dimensions. Une extension du système permet la détection du mouvement d'un objet par reconnaissance de formes, la détection automatique de l'apparition d'un objet nouveau tel qu'une fissure et la détection de groupes de déplacements au niveau d'un objet et non d'un point indépendant. La figure 3 illustre une variante du traitement des informations numériques délivrées par la caméra. Les différentes informations sont mémorisées, pour chaque instant de prise d'images T,, dans ta mémoire de données 36. Dans l'étape 62, le microprocesseur 32 met en oeuvre un sousprogramme de traitement par corrélation des informations numériques correspondant aux images partielles successives prises aux instants T,. Cette étape aboutit à l'élaboration d'une carte partielle des déplacements. L'étape suivante 64 consiste à mettre en oeuvre, via le microprocesseur 32, un autre sous-programme stocké dans la mémoire 34 qui permet, à partir des cartes partielles de déplacements, ainsi que des informations R,, et L. k, de reconstituer une carte complète des déplacements à l'instant T,. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle des déplacements d'une structure, notamment du sol (S) ou d'un ouvrage d'art, caractérisé en ce qu'il comprend : - un ensemble de prise d'images (10) pour prendre des images de ladite structure et délivrer des informations numériques représentatives des images prises ; - des moyens pour commander (30,38) l'activation de l'ensemble de prise d'images avec une périodicité prédéterminée ; - des moyens (36) pour mémoriser les informations numériques correspondant à chacune des images prises successivement ; - des moyens (32) de traitement des informations représentatives des images successives pour détecter par corrélation le déplacement éventuel d'au moins un élément caractéristique apparaissant sur les images ; et - des moyens d'alarme (56) déclenchés en réponse à la détection d'un déplacement. 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de prise d'images comprend : -un capteur d'images (14,18) apte à prendre une image partielle de la structure, -des moyens (16) pour déplacer l'axe dudit capteur d'images pour prendre successivement des images partielles de la structure, l'ensemble des images partielles correspondant à l'ensemble de la structure à contrôler ; - des moyens (22) pour repérer la direction dans l'espace de l'axe du capteur d'images pour chaque prise d'image partielle ; et en ce que lesdits moyens de traitement (30) comprennent des moyens (32) pour reconstituer à partir des informations d'images partielles et des informations de repérage de direction un ensemble d'informations correspondant à l'image de l'ensemble de la structure à contrôler. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble de prise d'images comprend : -un capteur d'images (18) apte à prendre une image partielle de la structure, - des moyens (16) pour déplacer l'axe dudit capteur d'images pour prendre successivement des images partielles de la structure, l'ensemble des images partielles correspondant à l'ensemble de la structure à contrôler ; - des moyens (22) pour repérer la direction dans l'espace de l'axe du capteur d'images pour chaque prise d'image partielle ; et en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens (32) pour détecter par corrélation le déplacement éventuel d'au moins un élément caractéristique apparaissant sur les images partielles successives relatives à une même partie de la structure ; et des moyens pour regrouper les éventuels mouvements d'éléments caractéristiques détectés pour les différentes images partielles. 4. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit capteur d'images est une caméra numérique (18) et en ce que les moyens de repérage de direction comprennent un théodolite (22) et un distancemètre solidaires en déplacement de ladite caméra. 5. Dispositif de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit ensemble de prise d'images comprend deux dispositifs de prise d'images occupant des positions distinctes par rapport à la structure à contrôler par quoi les informations délivrées par les deux dispositifs de prise d'images fournissent des images successives représentatives en trois dimensions de ladite structure.