Brevet FR2987438A1 — publié le 20130830

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif de mesure, de cartographie et de calcul de la superficie et du volume d'un local ou d'une pièce d'un bâtiment vide ou meublé, et de visualisation et dessin du plan correspondant. Elle s'applique plus particulièrement au domaine du bâtiment (architecture, construction, vente et location...) et vise à offrir un outil automatisé, économique et simple d'emploi pour le calcul de la superficie d'une pièce ou d'un local, la réalisation du plan et éventuellement la visualisation 3D ou vidéo de la pièce considérée. On connaît différents procédés de mesures de la superficie d'une pièce d'un bâtiment qui utilise un dispositif de mesure comportant un télémètre laser ou une caméra. Différents procédés nécessitent le pointage manuel par l'opérateur sur les coins et arêtes de la pièce à partir d'un point d'observation unique tout en relevant les positions angulaires relatives de ces points en sus de la distance mesurée par le télémètre. Il existe aussi un dispositif semblable basé sur l'utilisation de l'appareil photo ou de la caméra d'un téléphone portable équipé d'un gyroscope et qui enregistre par traitement de l'image ces différents points, par le biais du pointage manuel de l'opérateur. Un logiciel de calcul définit alors les formes polygonales composant la pièce (murs, parois) ce qui permet le calcul de la surface et l'élaboration du plan. Ces deux dispositifs nécessitent un pointage particulier, un relevé angulaire et ne traite pas des zones d'ombres dues à l'unicité du point d'observation. Il existe aussi un dispositif basé sur l'enregistrement continu de mesures de distances lors d'un mouvement circulaire du télémètre avec une corrélation avec des mesures effectuées dans la même pièce à partir d'un ou plusieurs autres points d'observations. Ce procédé nécessite aussi des relevés angulaires et un recalage des positions relatives des différents points d'observation à l'aide de réflecteurs pour consolider les mesures d'où des manipulations particulières de la part de l'opérateur. Un objet de la présente invention est de proposer un procédé de mesure et cartographie de pièces ou locaux, vides ou meublés à l'aide d'un dispositif de mesure, tel que présenté en figure 1 consistant dans un télémètre (100) monté mobile en rotation motorisée sur deux axes, vertical et horizontal. Deux moteurs (200 et 300) dont la rotation doit être régulière pendant la période de mesure ou du type pas à pas commandés par l'unité de traitement, permettent une rotation complète suivant l'axe vertical donc en azimut et partiel ( quasi verticale haute à quasi verticale basse) en élévation suivant un axe horizontal. Le tout peut-être monté sur un trépied ou un socle. Le télémètre effectue donc des balayages complets sur un plan horizontal et ce, à différentes élévations. Durant ces balayages, le télémètre fournit une mesure précise de la distance entre le point d'observation et le premier obstacle rencontré à savoir un meuble, un objet ou un mur. On obtient alors un flot régulier et discret de mesures de distances à partir du point d'observation et en coordonnées circulaires en tenant pour acquis que les points de mesures sont relevés à intervalles constants (la vitesse du moteur est régulière pendant la période de mesure et les relevés sont effectués à intervalles réguliers ou il s'agit d'un moteur pas à pas et les mesures sont synchronisées avec le pas du moteur). L'ensemble est relié par câble ou voie aérienne (wifi ou autre...) à une unité de traitement (500) qui pourra être un ordinateur portable, une tablette ou toute autre unité de traitement numérique. L'unité de traitement (500) commande les moteurs, enregistre et traite les données issues du 20 télémètre afin d'obtenir un traitement automatique. La figure 3 illustre le cas d'une pièce (500) dans lequel se trouve un meuble (600). Le point d'observation se trouve en O et les faisceaux d'un télémètre laser sont figurés par des traits. 25 On visualise ainsi une zone d'ombre en (450). La figure 4 donne un exemple du flot continu de mesures obtenues lors d'une révolution représentées dans un repère orthonormé. On relève donc ainsi l'enveloppe intérieure du volume considéré à différents azimuts. 30 L'existence d'une zone d'ombre ou d'une ouverture crée immédiatement une discontinuité importante facilement repérable dans le relevé. Une des caractéristiques de l'invention consiste à s'affranchir de tout relevé angulaire et donc des capteurs correspondants en s'assurant de la périodicité régulière des relevés de distances. 35 Une autre caractéristique consiste à considérer le caractère fini d'une suite de points de mesure dans la mesure où une rotation complète de 360° amène obligatoirement à obtenir à nouveau la même suite de points à moins d'un changement dans la pièce (mouvement d'un opérateur par exemple). Par traitement logiciel itératif, on identifiera donc la redondance des mesures sur plusieurs révolutions afin de déterminer la séquence à considérer pour une rotation complète de 360° On pourra adjoindre au dispositif un repère mécanique (350) comme représenté en figure 1 dont la distance sera connu et identifié, permettant ainsi de repérer le début et la fin d'une révolution. Au fur et à mesure des relevés, le système évaluera sa propre marge d'erreur. L'absence de redondance malgré plusieurs révolutions mettra en évidence un mouvement dans la pièce et le dispositif demandera alors de lui-même à l'opérateur d'effectuer une nouvelle série de mesures. Un premier relevé donnera une estimation grossière de la surface considérée, diminuée de la 15 présence de meuble dans le plan considéré. Il s'agit de déterminer un ordre de grandeur pour évaluer les erreurs relatives. La figure 5 permet de visualiser le type de relevé effectué avec trois points de mesures à partir d'un point d'observation O. Une fois le nombre de points par séquence de 360° défini, soit par identification des redondances 20 ou à l'aide du repère mécanique, l'angle 0 est connu. La surface considérée est donc la somme des surfaces des triangles élémentaires du type AOB, 0, OA et OB étant connus (mesures du télémètre) puis BOC, 0, OB et OC étant connus (mesures du télémètre) ... Cette grandeur servira alors de référence pour les calculs d'erreurs. 25 A partir de ce même point d'observation, le dispositif relance une série de mesures circulaires à plusieurs élévations du sol au plafond. Les angles d'élévations sont connus du fait des limites mécaniques imposées aux extrêmes et le 30 dispositif peut être muni d'un arceau (400) comme représenté en Fig 2, celui-ci étant muni de différents repères à des angles bien déterminés. Une autre caractéristique consiste dans une auto-évaluation de la nécessité d'un autre point d'observation. On relèvera utilement la longueur des discontinuités soit l'écart glissant entre 35 deux mesures consécutives et on rapprochera cette somme de discontinuité de la surface précédemment estimée pour déterminer l'ampleur des zones d'ombres en regard de la superficie à mesurer. Le dispositif est aussi caractérisé par le fait qu'un étalonnage (calibration) est effectué lors de la fabrication dans la mesure où les différentes erreurs de mesures constatées lors de la cartographie d'un volume parfaitement identifié sont mémorisées dans le logiciel de traitement ce qui permet de corriger tous les biais de montage du télémètre par rapport aux centres de rotations, de calibrer aussi les angles extrêmes en élévation et de repérer les différents dispositifs mécaniques comme ceux proposés en (350) et (400) si ceux-ci sont utilisés. De même, l'assiette horizontale du dispositif est calibrée lors de la mise en place au point d'observation en effectuant une série de mesure du sol et du plafond à élévation minimale et maximale. La hauteur du sol au plafond est alors déterminée. Sols et plafonds sont réputés plans aussi le relevé de mesure correspondant doit correspondre à un cercle parfait si le dispositif est horizontal. Par la connaissance à travers les mesures relevées de la déformation de ce cercle en ellipse, on pourra accéder à la connaissance de l'assiette (angle par rapport à l'horizontale) du dispositif au point d'observation et corriger l'ensemble des mesures ultérieurement effectuées. Finalement, l'opérateur positionne son dispositif en un point quelconque de la pièce (le plus 20 central possible) et lance une mesure automatique (calibration automatique de l'assiette puis plusieurs rotations à plusieurs élévations). Le programme de calcul propose une première représentation et indique s'il estime nécessaire un deuxième relevé (vu l'ampleur des zones d'ombre) et peut proposer un emplacement approximatif pour le nouveau point d'observation. 25 Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que le procédé corrèle automatiquement deux séries de mesures du même local effectués en deux points quelconques sans recalage particulier de la part de l'opérateur. A même assiette, les enveloppes relevées doivent être quasiment identiques malgré le 30 changement de point d'observation et à l'exclusion des zones d'ombres déjà identifiées et qui seront révélées à partir du nouveau point d'observation. Le procédé consiste à s'affranchir du point d'observation en transformant les coordonnées sphériques relevées en coordonnées vectorielles. La figure 5 illustre la méthode sur un exemple de trois points de mesures A, B, et C. 35 On connaît l'angle 0 et les distances 0A, OB et OC. De simples calculs trigonométriques permettent de calculer alors la longueur du segment AB, puis la longueur du segment BC ainsi que l'angle a entre les vecteurs AB et AC. L'enveloppe mesurée se traduit alors par une succession de segments et leur angle de déviation 5 ce que l'on pourra appeler par la suite « chemin vectoriel ». La somme glissante des angles a donne 360° à l'issue de la révolution complète. Il s'agit alors de corréler deux suites de relevés (correspondant aux deux points d'observations). Par calcul itératif, on considérera successivement un point de départ commun pour les deux « chemins vectoriels », et après calcul des points en coordonnées cartésiennes, on calculera la 10 distance cumulée des deux enveloppes pour chaque point de départ. La distance minimum entre les deux enveloppes correspondra à la corrélation maximum et permet donc de définir l'origine commune des deux enveloppes. On considérera la marge d'erreur vis-à-vis de la surface évaluée et l'on considérera alors l'enveloppe totale consolidée de tous les points de mesures (issus des deux points 15 d'observations). On pourra utiliser par exemple un algorithme du type DTW (Dynamic Time Warping) en sommant les carrés de distances minimales de chaque point d'un chemin vectoriel à l'autre. Finalement et après avoir consolidé si nécessaire des séries de mesures à l'aide de plusieurs 20 points d'observation, on identifiera les parois en considérant des segments de droites (soit de la forme « ax+b » en coordonnées cartésiennes soit à déviation a nulle en cordonnées vectorielles) et en considérant les lignes interrompues les plus éloignées comme parois. On pourra appliquer aux relevés effectués à hauteur de plafond un coefficient de crédibilité plus 25 important qu'aux relevés effectués à hauteur du sol, vu le moindre encombrement en termes de meubles et d'objets. On présentera alors à l'opérateur une visualisation précise des relevés réellement effectués sous forme de plan de la pièce en distinguant clairement ce que le logiciel de traitement identifie 30 comme paroi. L'opérateur peut alors accepter le plan, identifier lui-même manuellement des parois et valider alors le schéma. Le traitement calculera alors la surface considérée au sol et à la hauteur de 1.80 mètres à partir des coordonnées polaires des murs identifiés. 35 Une fois les relevés nécessaires effectués, le programme de calcul identifie les murs et parois et propose un plan en distinguant les parois des objets (meubles ou autres...) situés dans la pièce. La seule intervention précise de l'opérateur consiste alors à valider les choix du programme et 5 éventuellement imposer ou corriger une paroi. L'enveloppe débarrassée des meubles et objets consiste dans une succession de segments de droite (parois identifiées) et de points de mesure lorsque ceux-ci n'ont pu être assimilés à une droite (cas d'une paroi courbe). 10 Les murs ou parois définis ou relevés sont alors recalculés en coordonnées polaires avec pour origine le barycentre de l'enveloppe considérée. Le plan est alors établi et la superficie de la pièce ou du local calculée. Le volume peut alors aussi être calculé. 15 On pourra avantageusement adjoindre une caméra d'enregistrement vidéo au système. Cette caméra sera couplée solidairement au télémètre (100) et reliée à la même unité de traitement (500). A l'issu des relevés, un dernier balayage à vitesse lente permet d'enregistrer une vue 20 panoramique de la pièce, en corrélation avec les relevés effectués. Cet enregistrement vidéo peut permettre des contrôles ultérieurs, servir à la présentation du logement mesuré (visualisation des lieux) mais aussi faire l'objet d'un traitement d'image permettant d'optimiser l'identification des objets et ouvertures dans la pièce en relation avec le logiciel de traitement et améliorer ainsi la fidélité de la restitution de la topologie des lieux. 25 Le procédé pourra être continuellement amélioré en l'équipant d'une bibliothèque de formes types telles que portes, fenêtres, escaliers, tables, chaises, etc.... afin de faciliter l'identification de ces objets et ouvertures et améliorer ainsi la détermination des parois. 30 On pourra corréler et consolider les plans de plusieurs pièces afin d'obtenir le plan général d'un lieu d'habitation (appartement, maison...). De même, il sera tout à fait possible d'interfacer le logiciel de traitement avec un logiciel de représentation en 3D. REVENDICATIONS1) Procédé de mesure et cartographie de pièces ou locaux, vides ou meublés à l'aide d'un dispositif de mesure comprenant : - un télémètre (100) monté mobile en rotation motorisée (moteurs 200 et 300) sur deux axes, vertical et horizontal, le tout fixé sur un socle ou un trépied, - une unité de traitement numérique (500) équipée d'un logiciel de commande, calcul et visualisation relié par câble ou voie aérienne au télémètre et moteurs de rotations, le procédé étant caractérisé en ce qu'il permet par l'acquisition des relevés de distance fournis par le télémètre lors de ses rotations, de : - Définir, enregistrer, visualiser le plan de la pièce ou du local analysé - Identifier les murs et parois et calculer la surface de la pièce ou du local analysé Et ce, - De manière automatique - A partir d'un à plusieurs points d'observation - Sans pointage ni recalage particulier de la part de l'opérateur 2) Procédé selon la revendication 1) caractérisé en ce que le logiciel de commande, calcul et visualisation permet : - De calibrer le dispositif lors de sa fabrication en mémorisant les différentes erreurs de mesure constatées lors de la cartographie d'un volume parfaitement identifié. - De calibrer l'assiette horizontale du dispositif lors de sa mise en place pour mesure par référence au plafond et au sol. - D'évaluer la pertinence d'un point d'observation complémentaire et proposer cette mesure si nécessaire. - De corréler et consolider automatiquement les enveloppes mesurées à différents points quelconques de la pièce ou du local, sans recalage de position.- De proposer une représentation graphique où parois et objets sont distingués et d'accepter des modifications manuelles par l'opérateur. - De calculer surface et éventuellement volume de la pièce ou du local considéré. 40 3) Procédé selon les revendications 1) caractérisé en ce que le traitement simultané des informations de télémétrie et la vidéo synchronisé permettent une restitution fidèle de la topologie des lieux, le tracé de plan et la visualisation des lieux. 45 4) Procédé selon la revendication 2) caractérisé en ce que le logiciel de commande, calcul et visualisation peut-être équipé d'une bibliothèque de formes types telles que portes, fenêtres, escaliers, tables, chaises, armoires et étagères afin de faciliter la détermination des murs et parois, et l'identification des objets.