Brevet FR2852418A1 — publié le 20040917

"Système et procédé de réalité virtuelle pour optimiser une inspection visuelle et une expertise d'une structure, notamment en génie civil" La présente invention concerne un système de réalité virtuelle pour optimiser une inspection visuelle et une expertise d'une structure, notamment en génie civil. Elle vise également un procédé mis en oeuvre dans ce système. Il existe déjà des codes de calcul permettant de simuler 10 la détérioration de structure. Mais ces codes de calculs sont destinés à être utilisés par des experts ou des ingénieurs, et demandent des puissances de calcul importantes. Ils ne sont donc pas utilisables facilement sur le terrain. C'est en particulier le cas pour les structures d'accès difficile qui 15 sont inspectées par des alpinistes ou des plongeurs. D'autre part, il existe quelques logiciels d'inspection visuelle fonctionnant sur un ordinateur de poche qui permettent ensuite d'alimenter une base de donnée. Mais ces logiciels sont des simples outils de saisie d'information. Le but de la présente invention est de proposer un système permettant d'enrichir l'inspection visuelle par un savoir-faire en modélisation du vieillissement. Cet objectif est atteint avec un système de réalité virtuelle pour optimiser une inspection visuelle et une 25 expertise d'une structure, notamment en génie civil, comprenant: - une base de résultats de simulations physiques prédictives de matériaux et de structures, - une base de références visuelles de pathologies à 30 différents stades d'avancement, - des moyens logiciels pour: - calculer, par interpolation de données issues de la base de résultats de simulation, des indicateurs de détérioration et des paramètres clefs du vieillissement, - représenter plusieurs aspects visuels possibles d'un 5 élément de ladite structure à différents moments de sa vie, à partir d'images de référence issues de la base de références de visuelles, et - catégoriser l'état de ladite structure en comparant 1 aspect réel de ladite structure auxdites images de 10 référence. Le système selon l'invention permet ainsi de comparer, sur le terrain, l'état de la structure avec le résultat de simulations préalablement calculées. Les moyens logiciels sont en outre de préférence agencés 15 pour corriger des incertitudes sur la base de résultats de simulation en actualisant, à partir de données visuelles d'inspection, la simulation prédictive de la structure. Par ailleurs, les moyens logiciels peuvent être avantageusement implémentés dans un équipement informatique 20 portable et la base de références visuelles est de préférence embarquée dans cet équipement informatique portable. Dans un mode préféré de réalisation, la base embarquée de références visuelles comprend un ensemble de courbes de dégradation de référence correspondant à une pluralité de 25 situations de détérioration de la structure à des moments prédéterminés. Cette base embarquée de références visuelles peut en outre comprendre des informations relatives au modèle physique utilisé pour modéliser la détérioration de la 30 structure. Le système de réalité virtuelle comprend en outre une base de données pour contenir les données saisies par l'utilisateur au cours de son expertise. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de réalité virtuelle pour optimiser une inspection visuelle et une expertise d'une structure, notamment en génie civil, mis en oeuvre dans le système selon l'invention, ce procédé comprenant: - un stockage de résultats de simulations physiques prédictives de matériaux et de structures, - un stockage d'images de référence visuelle de pathologies à différents stades d'avancement, - un calcul, par interpolation de données issues de la base de résultats de simulation, d'indicateurs de détérioration et des paramètres clefs du vieillissement, - une représentation de plusieurs aspects visuels possibles d'un élément de ladite structure à différents moments de sa 15 vie, à partir d'images de référence, et - une catégorisation de l'état de ladite structure en comparant 1 aspect réel de ladite structure auxdites images de référence. Ce procédé peut comprendre en outre une correction 20 d'incertitudes sur la base de résultats de simulation, par actualisation, à partir de données visuelles d'inspection, de la simulation prédictive du comportement de la structure. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut avantageusement comprendre un calcul, à partir d'images de 25 référence visuelle, de l'état de la structure expertisée à un instant donné. L'actualisation de la simulation prédictive peut avantageusement comprendre une association d'une probabilité à une image de référence choisie par un utilisateur comme 30 étant la plus proche de l'état réel observé d'une structure. La présente invention consiste aussi à recourir à des lois d'extrapolation pour simuler rapidement les phénomènes de détérioration. Un autre avantage de la présente invention consiste à offrir à l'utilisateur un dispositif de visualisation des pathologies de la structure, tant dans l'état actuel que dans l'état futur. Le procédé selon l'invention permet ainsi de tenir compte des lois physiques de détérioration des matériaux pour optimiser l'inspection visuelle et les décisions s' y rattachant. La solution proposée permet 10- de réduire l'incertitude d'observation, en fournissant un catalogue d'images de référence sur un ordinateur (par exemple un PDA) , catalogue utilisable sur le terrain, même si le site est d'accès difficile, -de mieux cibler les inspections visuelles sur les phénomènes à observer, -de recueillir des informations permettant d'actualiser les cinétiques de détérioration initialement intégrées dans le logiciel, -de valoriser la fonction d'inspection en permettant 20 une première interprétation, sur le terrain, des phénomènes observés et de leur cinétique dans le temps, -de développer, sur le terrain, les connaissances des inspecteurs par un outil aux vertus pédagogiques 25 fortes. Le procédé selon l'invention repose sur l'extrapolation de valeurs d'indicateurs de dégradation à partir d'une base de données de résultats de modélisation et leur représentation visuelle à partir d'une base d'image. La modélisation des phénomènes permet d'obtenir l'évolution dans le temps des indicateurs de détérioration. Disposant d'images issues du retour d'expérience sur ouvrages réels, il est alors possible d'associer une image à un niveau de détérioration, et donc à un temps. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode 5 de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre une exemple de courbe d'évolution temporelle d'un indicateur de détérioration contenue dans la base de références visuelles; - les figure 2, 3 et 4 illustrent une application d'un outil mettant en oeuvre le procédé de réalité virtuelle selon l'invention, pour effectuer le suivi d'un processus de corrosion des armatures d'un ouvrage en béton, respectivement pour les années 13, 31 et 51; - la figure 5 illustre une méthode d'actualisation du résultat de simulations mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention; et - la figure 6 représente les principaux composants d'un système de réalité virtuelle selon l'invention. On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre d'un système de réalité virtuelle selon l'invention. En référence à la figure 1, si le phénomène étudié est la corrosion des armatures dans du béton armé et que l'indicateur de défaillance est un éclatement du béton, 25 l'image associée à tO est une image de béton sans taches de rouille, ti correspond à une image avec quelques petites de taches de rouille, t2 correspond à une image avec de nombreuses taches de rouille et de fissures dues à la corrosion, t3 représente l'image d'un béton éclaté et t4 30 montre un béton dont toute l'armature, très dégradée, est apparente. La base de données embarquée comprend un ensemble de ces courbes, correspondant à des situations différentes. Pour reprendre l'exemple précédent sur la corrosion des armatures, la corrosion dépend de différents paramètres, 5 comme la température, l'enrobage du béton, l'humidité relative, la présence de chlorure... La base de données contient alors pour tous les ensembles (température, enrobage, humidité relative, présence de chlorure...) une courbe de dégradation de référence. Plus précisément, cette base de données embarquée contient: - une description sommaire de modèle physique qui est à l'origine des castypes: une description du domaine d'utilisation du 15 modèle, l'origine du modèle (empirique, calculé), l'auteur du modèle, la date de création du modèle, - une liste des paramètres d'entrée, précisant pour 20 chaque paramètre: le nom du paramètre, l'unité, la plus grande valeur utilisable, qui correspond à la plus grande valeur utilisée dans 25 les simulations préalablement calculées, la plus petite valeur utilisable; - L'ensemble de résultats préalablement calculés. Pour chaque ensemble des paramètres d'entrée: - une série d'images correspondant à des moments 30 différents, - un indicateur d'état (par exemple choisi parmi neuf, bon, moyen, dégradé, très dégradé) associé à chaque image. L'outil d'inspection mis à la disposition d'un utilisateur comprend: - un ordinateur, par exemple un PC ou un PDA, - une base de références d'images du type décrit précédemment, - un logiciel d'exploitation de cette base. Ce logiciel offre les fonctionnalités suivantes - saisie contrôlée des paramètres d'entrée éventuels, - saisie, si nécessaire, du paramètre temps, - calcul, par interpolation depuis des cas-types issus de la base de référence, de l'état de l'ouvrage au 15 temps retenu, - affichage de l'image associée, - modification, si nécessaire, du paramètre temps ou d'un autre paramètre d'entrée pour identifier l'image correspondant le mieux à la structure réelle, - recalage, si nécessaire, de la cinétique de la dégradation de la structure. Deux modes d'utilisation peuvent être envisagés. Dans un premier mode d'utilisation, l'utilisateur entre ou sélectionne un certain nombre de valeurs d'entrée. Le système 25 calcule la ou les valeurs de sortie par extrapolation depuis les cas-types les plus proches, et affiche une image correspondant à l'état du système. En modifiant le nombre d'années, il accède ainsi à une chronologie des événements pathologiques, tant dans le passé que dans le futur. Dans un second mode d'utilisation, l'utilisateur observe son ouvrage, et recherche l'image qui correspond le mieux à la structure. Il commence par entrer une estimation des paramètres, puis les modifie progressivement jusqu'à trouver l'image la plus proche de l'état réel du système. Il est alors possible d'actualiser le résultat des 5 simulations. A titre d'exemple non limitatif d'une méthode d'actualisation, la base de références visuelles associe l'image choisie à une probabilité donnée. Cette probabilité correspond, dans la base de résultats de simulations, comme l'illustre la courbe A de la figure 5, 10 au temps tl. Mais si ce phénomène survient réellement au temps t2, l'algorithme d'actualisation va alors considérer que la cinétique de la dégradation est donnée par la courbe B de la figure 5 et non par la courbe A. Les prévisions de dégradation de la structure sont alors modifiés en 15 conséquence. Les principaux composants d'un outil d'inspection mettant en oeuvre le procédé selon l'invention sont représentés en figure 6. Cet outil d'inspection peut être implémenté en Java. Est donné ci-dessous un extrait de code de la base de références visuelles: String modele ="Corrosion des armatures"; String author ="Kefei Li, PhD"; String origine="Calculé dans ETU/2003/003/A"; int[] casO = {0,15,25,30,40,45,50,60}; int[] casi = new int[8]; int[] cas2 = new int[8]; int[] cas3 = new int[8]; for (int i = O; i Dans ce dernier domaine, le système et le procédé selon l'invention peuvent être mis en oeuvre pour inspecter la croissance de plantes. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1. Equipement informatique portable, pour optimiser une inspection visuelle et une expertise d'une structure, notamment en génie civil, comprenant: - une base embarquée de références visuelles de pathologies à différents stades d'avancement, et - des moyens logiciels pour: calculer, par interpolation de données issues 10 d'une base de résultats de simulations physiques prédictives de matériaux et de structures, des indicateurs de détérioration et des paramètres clefs du vieillissement, représenter plusieurs aspects visuels possibles 15 d'un élément de ladite structure à différents moments de sa vie, à partir d'images de référence issues de la base de références visuelles, et - catégoriser l'état de ladite structure en comparant l'aspect réel de ladite structure auxdites 20 images de référence. 2. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base embarquée de références visuelles comprend un ensemble de courbes de dégradation de 25 référence correspondant à une pluralité de situations de détérioration de la structure à des moments prédéterminés. 3. Equipement selon l'une des revendications 1 ou 2, 30 caractérisé en ce que la base embarquée de références visuelles comprend en outre des informations relatives au modèle physique utilisé pour modéliser la détérioration de la structure. - 11 4. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens logiciels sont en outre agencés pour corriger des incertitudes sur la base de résultats de simulation. 5. Procédé pour optimiser une inspection visuelle et une expertise d'une structure, notamment en génie civil, mis en oeuvre dans un équipement informatique portable, comprenant: - un calcul d'indicateurs de détérioration et de paramètres clefs du vieillissement de ladite structure, par interpolation de données issues d'une base de résultats de simulation, - une représentation de plusieurs aspects visuels 15 possibles d'un élément de ladite structure à différents moments de sa vie, à partir d'images de références issues d'une base de références visuelles, et - une catégorisation de l'état de ladite structure en comparant l'aspect réel de ladite structure auxdites 20 images de référence. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une correction d'incertitudes sur la base de résultats de simulation. 25 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un calcul, à partir d'images de référence visuelle, de l'état de la structure expertisée à un instant donné. 30 8. Application de l'équipement informatique portable et du procédé selon l'une des revendications précédentes, pour effectuer le suivi d'un processus de corrosion des armatures d'un ouvrage en béton.