Date 12 décembre 2006 Projet 3D-MO de la mensuration officielle Laurent Niggeler et Adrien Vieira...

Date

12 décembre 2006

Projet 3D-MO de la mensuration officielle

Laurent Niggeler et Adrien Vieira de Mello

ETAT DE GENEVE

Service des systèmes d'information et de géomatique Projet 3D-MO de la mensuration officielleDirection Cantonale de la Mensuration OfficielleService des Systèmes d'Information et de Géomatique

http://www.swisstopo.ch/

\\ Historique

> 2000 - 2002Identification d'une étude pour l'intégration de la 3D par la CSCCEnquête interne (cadastre, office fédéral de topographie)

> Juin 2003Création d'un groupe de travail 3D-MO pour évaluer dans quelle mesure la 3D devrait devenir une composante de la mensuration officielle

>> Création d'un catalogue d'objets et d'un modèle de données en Interlis

> Juin 2005Création de 3 projets pilotes afin de prouver l'ampleur, l'utilité et la rentabilité de la saisie de la 3D dans la MO :

>> Bettingen (BS)>> Thun (BE)>> Genève

1 /> Présentation1 /> Présentation

PROJET 3D-MOPROJET 3D-MO

> PRESENTATION> PRESENTATION

> 3D-MO GENEVE> 3D-MO GENEVE

> MODELE INTERLIS> MODELE INTERLIS

> ZONE PILOTE> ZONE PILOTE

> PROCESSUS> PROCESSUS

> MISES A JOUR > MISES A JOUR

> NOUVEAUX PRODUITS> NOUVEAUX PRODUITS

> CONCLUSION 3D-MO> CONCLUSION 3D-MO

> FUTUR> FUTUR

\\ Objectifs

> Évaluer le modèle de données 3D Interlis et les outils de traduction possibles

> Déterminer les instruments de mise en œuvre, les programmes et systèmes utilisés

> Élaborer des méthodes de premier relevé pour diverses classes d'objets

> Définir les méthodes et procédures de mises à jour

> Décrire les processus de vérifications

> Évaluer la documentation, l'organisation et le personnel nécessaire

> Estimer les décisions nécessaires à l'intégration de la 3D dans la MO

> Envisager de nouveaux produits










> FUTUR> FUTUR

\\ Contexte

Mai 2005

Acquisition de données LiDAR (Light Detection And Ranging) à haute résolution

> Objectifs du projet pilote 3D-MO GE

2 /> Le projet pilote 3D-MO Genève2 /> Le projet pilote 3D-MO Genève

Évaluer le potentiel des données LiDAR pour intégrer la 3D dans la MO

Favoriser les processus de traitements automatiques

\\ Les partenaires

> Le SITG

>> Bénéfice des données et compétences des partenaires>> Collaboration avec le laboratoire MATIS de l'IGN

> La HEIG-VD

>> Collaboration avec le laboratoire de géomatique de la Haute École d'Ingénierie d'Yverdon

\\ Contraintes

Architecture du SITG basée sur les produits ESRI (ArcSDE, ArcGIS…)










> FUTUR> FUTUR

\\ Présentation

3 /> Le modèle de données 3D-MO Interlis3 /> Le modèle de données 3D-MO Interlis

Modèle 3D-MO Interlis = Version étendue du modèle fédéral pour le "topic" des objets divers

■ Modèle fédéral

■ Compléments pour gérer les objets 3D

\\ Analyse

> Validation du modèle

> Évaluation d'une solution de traduction

Format 3D ESRI Modèle Interlis 2










> FUTUR> FUTUR

\\ Modèle des bâtiments










> FUTUR> FUTUR

\\ Critères de sélection

> Nombre de classes d'objets maximum> Différents types d'architecture> Dénivelé non nul> Superficie restreinte

4 /> La zone pilote4 /> La zone pilote

\\ Caractéristiques de la zone sélectionnée

> 16 hectares

> Centre ville de Genève avec : - Les quais du Rhône - Le quartier des banques - Les rues basses et hautes (vieille ville)

> Sud-est de la zone en pente

> 13 classes d'objets "divers"










> FUTUR> FUTUR

> Les données vectorielles du SITG (bâtiments, objets divers, domaine routier…)

> Les orthophotos à 16 cm de résolution (acquisition août 2005)

> Les photos aériennes orientées et les paramètres d'acquisition (acquisition août 2005)

> Les données LiDAR (acquisition août 2005)

- points bruts d'une densité de 2/3 points / m2- modèle numérique d'altitude MNT/MNS à 1 mètre

\\ Les données disponibles










> FUTUR> FUTUR

\\ Modèle de données des classes d'objets de la zone pilote

5 /> Les processus de modélisation5 /> Les processus de modélisation

BATIMENT Objet 3D Multipatch ESRI

Objets volumiques

PONT / PASSERELLE Objet 3D Multipatch ESRI

ESCALIER Shape 3D Polygon

Objets surfaciques

Objets ponctuels

LAMPADAIRE Shape 3D Point

ARBRE Shape 3D Point

ANTENNE Shape 3D Point

Objets surfaciques

TROTTOIR / CHEMIN PIETON TIN (Triangulated Irregular Network)

CHAUSSEE TIN

ILOT TIN










> FUTUR> FUTUR

\\ Les bâtiments Modélisation par photogrammétrie

> Modélisation manuelle par photogrammétrie avec les logiciels CyberCity

> CyberCity AG

- Société de service basé à Zurich- Spécialisé dans la modélisation tridimensionnelle de masse










> FUTUR> FUTUR

CC-VisualStar

Création d'une vue stéréoscopiqueDigitalisation des sommets etarrêtes remarquables

CC-Modeler

Génération automatique des faces du toitet des faces latéralesCC-Edit

Contrôle et correction de la géométrieet génération des avant-toitsCC-Converter

Traduction du modèle CyberCityvers le format ESRI Multipatch

>> Les données nécessaires

- Photos aériennes orientées et les paramètres d'acquisition- Couche cadastrale des bâtiments

>> Processus de modélisation










> FUTUR> FUTUR

>> Les résultats










> FUTUR> FUTUR

\\ Les bâtiments Reconstruction automatique

> Reconstruction automatique avec des algorithmes d'hypothèses de formes

> Collaboration avec le laboratoire Matis de l'IGN

> Le laboratoire de recherche Matis

Mission du groupe de travail BRIGE

Production automatique ou semi-automatique de données vectorielles 3D pour la mise en place d'une base urbaine 3D à grande échelle










> FUTUR> FUTUR

Génération de MNE possible à partir

- Des photos aériennes orientées (technique utilisée à l'IGN)- Des données LiDAR

MNE issu des photos aériennes MNE issu des données LiDAR

Conclusion

Précision nettement supérieure à partir des données LiDAR

Évaluer les algorithmes de reconstruction automatique en se basantsur le MNE issu des données LiDAR

>> Objectif

>> Comparaison des MNE

>> Données de base pour les algorithmes

Données nécessaires

- Les données cadastrales des bâtiments - Un modèle numérique d'élévation MNE (ou MNH)










> FUTUR> FUTUR


1/ Hypothèses de plans simulés à partir des limites cadastrales

Paramètres

- Altitude de gouttière z = 0- Segment de gouttière = un plan- Plan porté par le segment- Plan orthogonal au segment porteur- Pente : 45 °










> FUTUR> FUTUR



2/ Énumération des modèles

Contraintes

- Facettes internes interdites dans un bâtiment- Facette générée pour chaque segment de gouttière- Arête centrale à équidistance des bords

… 87 Solutions










> FUTUR> FUTUR




… 11 solutions

3/ Élagage des modèles

Critères

- Surface des facettes > 1 m2- Angle entre arêtes > 10°- Les faces touchent au moins une façade- Une face appartenant à un plan touche le segment porteur correspondant










> FUTUR> FUTUR




3/ Élagage des modèles

4 / Choix du meilleur modèle par calcul d'un score de corrélation centré avec le MNE

5 / Recalage du modèle sur le MNE

?

??

?










> FUTUR> FUTUR

>> Les résultats










> FUTUR> FUTUR

>> Les résultats

- Simplification excessive de la géométrie des bâtiments (interdiction de facettes internes…)

- Présence de nombreuses aberrations (un plan par segment de gouttière, faîte à équidistance…)

Relâchement des contraintes lors de l'énumération des modèles

>> Solution envisagée par l'IGN

>> Nouvel axe de recherche à l'IGN

"Action de recherche Laser", lancé en 2006










> FUTUR> FUTUR

\\ Les ponts

> Mise en évidence des limites des données LiDAR

> Levé terrestre nécessaire - Pont de la Coulouvrenière et passerelle de l'île : acquisitions LiDAR terrestres - Ponts de l'île : levé terrain de l'épaisseur de dalle

Pont de la CoulouvrenièrePasserelle de l'île










> FUTUR> FUTUR

>> La modélisation et les résultats Exemple du pont de la Coulouvrenière

1/ Intégration du semi de points dans AutoCAD

2/ Digitalisation de polylignes 3D

3/ Création de polylignes simples planes

4/ Extrusion des faces latérales

5/ Suppression des points LiDAR

6/ Conversion au format ESRI










> FUTUR> FUTUR

\\ Les escaliers

> Représentation des objets surfaciques sous forme de Shape 3D polygon

> 2 processus de modélisation étudiés :

- Modélisation marche par marche

1/ Filtrage et transformation des données de la MO

2/ Création d'une couche "Shape Polygon" des marches

3/ Sélection des points LiDAR au niveau de chaque marche

4/ Calculs statistiques (médian, min, max…)

5/ Création de polygones 3D










> FUTUR> FUTUR

\\ Les escaliers

> Représentation des objets surfaciques sous forme de Shape 3D polygon

> 2 processus de modélisation étudiés :

- Modélisation marche par marche- Modélisation globale des escaliers (réalisation HEIG-VD)

1/ Délimitation de l'axe de l'escalier, la direction et la longueur

2/ Définition d'une droite entre deux sommets

3/ Calcul des hauteurs intermédiaires par translation

4/ Modélisation de l'escalier










> FUTUR> FUTUR

>> Les résultats

Marche par marche










> FUTUR> FUTUR

\\ Les arbres, lampadaires, antennes

> Modèle de données : Shape 3D de type point avec un attribut hauteur

Shape 3D type Point

H : Hauteur de l'objet

Shape Object_ID Hauteur FID Situation Niveau

Point Z 1 30.5 235 Trottoir 3










> FUTUR> FUTUR



> Processus de modélisation

1/ Détermination des coordonnées Z des points 3D par intersection avec le MNT/MNS

2/ Détermination de la hauteur des objets

ArbresSélection des points LiDAR brutes et calculs d'ellipsoïdes par

échantillonnage statistique (réalisation HEIG-VD)

LampadairesSélection par buffer et calculs statistiques des points LiDAR

AntennesRécupération des plans architectes (permis de construire)










> FUTUR> FUTUR



> Processus de modélisation

1/ Détermination des coordonnées Z des points 3D par intersection avec le MNT/MNS

2/ Détermination de la hauteur des objets

3/ Définition d'une symbologie 3D et affectation de la valeur de hauteur










> FUTUR> FUTUR

>> Les résultats










> FUTUR> FUTUR

\\ Le domaine routier

> Représentation des surfaces sous forme de TIN

Structure de données vectorielles partitionnée dans un espace géographique en triangles continus et non superposés. Le sommet de chaque triangle est un point 3D (coordonnées X, Y, Z)

> Objets de la couche Domaine routier répartis en 3 groupes :

- Les routes- Les trottoirs et chemins piétons- Les îlots










> FUTUR> FUTUR

>> La modélisation

1/ Répartition des objets du domaine routier en 3 groupes

2/ Application d'un buffer inverse de 25cm à chaque groupe

3/ Sélection par intersection des données LiDAR brutes avec les groupes

4/ Filtrage des points LiDAR (classe "sol" et "pont")

5/ Rasterisation des points sur une grille de 1 mètre

6/ Lissage des images (filtre médian avec fenêtre de convolution 5x5…)

7/ Vectorisation et création de fichier Shape 3D de type point

8/ Génération de TIN par intersection avec les groupes du domaine routier










> FUTUR> FUTUR

>> Résultats

■ Chaussée

■ Trottoir et chemin piéton

■ Îlot










> FUTUR> FUTUR

\\ Description des méthodes de mises à jour

6 /> Les mises à jour6 /> Les mises à jour

> Étude de faisabilité pour chaque classe d'objets










> FUTUR> FUTUR

> Définition du type de mise à jour

- PériodiquesSuite aux nouvelles acquisitions aériennes (LiDAR et photos orientées)

- PermanenteLevé terrain, mutation 3D…

> Évaluation des coûts

Exemple

Mutation 3D - Récupération des données architecturales - Levé terrestre 3D des sommets remarquables - Modélisation 3D >> Estimation du coût supplémentaire : 30/40 %

> Description de l'organisation et évaluation du personnel à engager

> Évaluation des outils disponibles et des développements complémentaires

\\ Décision politique

7 /> Décisions nécessaire pour introduire la 3D dans la MO7 /> Décisions nécessaire pour introduire la 3D dans la MO

> Surcoût

- Coût non négligeable- Budgets spécifiques à allouer

> Adaptation des bases légales

Intégration de la 3D dans les textes de l'ordonnance fédéralesur la mensuration

\\ Cadastration 2D complète

> Processus de modélisation basés sur les données vectorielles 2D

> Cadastration 2D de l'ensemble des classes d'objets nécessaire (arbres isolés, points lumineux…)










> FUTUR> FUTUR

\\ Détermination des produits potentiels

7 /> Les nouveaux produits7 /> Les nouveaux produits

> Géokiosk 3D

> Applications web avec plug-in (Shockwave, ViewTech…)










> FUTUR> FUTUR

\\ Le projet 3D-MO

8 /> Conclusion8 /> Conclusion

> Intégration de la 3D dans la MO technologiquement possible

> Complexité des traitements de modélisation variable

> Modélisation de l'ensemble des classes impossible à partir du LiDAR et des données cadastrales

> Sauvegarde et visualisation des données possibles avec les outils SIG actuels

> Édition et création d'objets impossible avec les outils SIG

> Coûts d'une gestion des données de la MO en 3D très importants

>> Intégration de la troisième dimension dans les objets de la MO à faire par étapes et en fonction de besoins réels










> FUTUR> FUTUR

\\ 1ère étape prévisible

>> Création d'une base tridimensionnelle des bâtiments sur l'ensemble du canton

- Modélisation sur mandat- Nouvelle couche du SITG- Gestion indépendante des couches de la mensuration- Mise à jour périodique

>> Démarches possibles

Hypothèse 2

2 / Création d'une base de données 3D globale des bâtiments Estimation des coûts (CyberCity) : Modélisation 70 000 bâtiments (toits simples + avant-toits) : 430 000 CHF

Avantages Coût par bâtiment faible Modèle global complet et homogène

Inconvénient Coût initial relativement important

Hypothèse 1

2 / Modélisation en fonction des besoins, conformément au modèle 3D (Projet par projet, commune par commune…)

Avantage Répartition des coûts Inconvénients Coût élevé par bâtiment

Vieillissement des données de base Modèle global très incomplet et hétérogène

9 /> FUTUR9 /> FUTUR










> FUTUR> FUTUR

1 / Définition d'un modèle de données 3D par la commission technique du SITG

>> Caractéristiques à définir

Modèle BATI 3D + OPTIONS

GE

OM

ET

RIE

AVANT-TOITS

SUPERSTRUCTURES

TE

XT

UR

ISA

TIO

N

BI-COLORE

TEXTURES GENERIQUES

ou GEOTYPIQUES

TEXTURES RÉELLESP

OI

"LANDMARKS"










> FUTUR> FUTUR

HambourgSalzburg

http://www.cybercity.tv/FlorenceParis

http://v3d.pagesjaunes.fr/

Cannes

http://www.cannes.fr










> FUTUR> FUTUR

\\ Exemples de réalisation

>> Bases 3D déjà disponibles sur plusieurs agglomérations

- Hambourg, Salzburg, Florence, Athènes… réalisation CyberCity- Paris, Rennes… réalisation ArchiVideo- Cannes… réalisation PIXXIM…

\\ Intérêts d'un modèle bâti 3D

>> Nouveaux outils d'aide à la décision (cf. la maquette 3D en bois de Genève)

> Valorisation des projets

- Représentation de maquettes 3D- Modélisation des futurs projets d'aménagement à moindres coûts- Intégration directe des projets numériques architectes…

>> Exploitation du potentiel des logiciels SIG

> Données géoréférencées, intégrées dans les outils SIG > Nouvelle dimension pour gérer l'environnement et le territoire

- Simulation des phénomènes physiques en 3D (simulation d'obstacles, pollutions acoustiques ou atmosphériques, rayonnement électromagnétique des antennes téléphonique…)…

>> Promotion du canton

> Nouveaux outils de communication > Nouveaux outils pour diffuser et valoriser de l'information …










> FUTUR> FUTUR

\\ SONDAGE

>> Quels sont vos besoins métier de données 3D ?

… exprimez-vous au travers du questionnaire en ligne !

SONDAGE SUR LES BESOINS METIERDE DONNÉES 3D

http://etat.geneve.ch/geoportail/sondage










> FUTUR> FUTUR

Remerciements

Institut Géographique National français

Haute École d'Ingénierie d'Yverdon

CyberCity AG

École Polytechnique Fédérale de Lausanne

http://www.swisstopo.ch/

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