Projet de Fin d'Études - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/1788/1/Rapport_AnthonyLOUE_v2.pdf · Étudiant en PFE : Mr LOUE Anthony Correcteurs : Mr LEDIG Jacques,

INSA STRASBOURG SPECIALITE TOPOGRAPHIE

Projet de Fin d'Études Mémoire de soutenance de Diplôme d’Ingénieur INSA

Spécialité TOPOGRAPHIE

Du 1 Février au 31 Juillet 2014

Mr LOUE Anthony

BANC DE CONTRÔLE POUR SCANNER LASER 3D SUR SITES D’INTERVENTION EN

FRANCE ET À L’ÉTRANGER : ÉTUDE, CONCEPTION, VALIDATION ET

DÉVELOPPEMENT

Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg Étudiant en PFE : Mr LOUE Anthony Correcteurs : Mr LEDIG Jacques, Mme LANDES Tania 24 Boulevard de la Victoire, 67000 Strasbourg Fugro Geoid S.A.S. Directeur : Mr LACOMBE Sylvain Directeur de PFE : Mr CHAZALY Bertrand 12 Rue des Frères Lumière, 34830 Jacou Projet présenté le Jeudi 25 Septembre 2014 à 10h30 dans les locaux de l'INSA Strasbourg.

Mémoire de Fin d'Études - LOUE Anthony

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REMERCIEMENTS J'adresse ici mes remerciements solennels aux personnes qui ont participé à la réalisation de ce projet. Je souhaiterais remercier dans un premier temps Messieurs Claude Michel et Sylvain Lacombe, directeurs de Fugro Geoid, pour m'avoir accueilli au sein de leur entreprise pendant la durée de ce PFE. Fugro Geoid fait régulièrement appel aux étudiants de l'INSA Strasbourg et je tiens à les remercier pour la confiance qu'ils m'ont accordée. Je remercie particulièrement Monsieur Bertrand Chazaly, responsable du service lasergrammétrie et directeur de ce PFE, pour son expertise technique et son expérience dont j'ai pu profiter pendant mes travaux. Ses connaissances et son savoir-faire furent indispensables au bon dénouement de mon projet. Je tiens également à remercier l'ensemble des ingénieurs, techniciens et responsables administratifs de l'entreprise pour leur accueil et leur disponibilité face à mes interrogations. La réalisation de ce mémoire aura été possible grâce leurs propositions et à leurs conseils qui ont pu me guider pendant mes travaux. Je souhaite remercier particulièrement : Jean-Louis Carme, Cornélius Mende, Julien Frau, Cédric Marillat, Charles Galtier, Samuel Doucet, Lucas Gigodot, Maël Jouan, Yves Jardot, Simon Olive, Xavier Wanner, Albin Roussel et Fabrice Vergez. Une pensée particulière sera adressée à Monsieur Williams Mulet, responsable d'atelier et concepteur, entre autres, du panneau d'investigation. Je remercie enfin l'ensemble de l'équipe pédagogique de la spécialité Topographie de l'INSA Strasbourg pour leur enseignement dispensé et leur implication totale dans notre formation. Aux personnes qui m'ont apporté un support moral et intellectuel pendant ces cinq années à l'école, je témoigne ici ma reconnaissance sincère.


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TABLE DES MATIÈRES

Remerciements ......................................................................................................... 3

Table des Matières ................................................................................................... 4

1 Introduction ........................................................................................................... 7

1.1 Présentation de l'entreprise .......................................................................................................... 7

1.1.1 Le groupe Fugro ......................................................................................................................................... 7

1.1.2 Fugro Geoid S.A.S. ...................................................................................................................................... 7

1.2 Contexte de l'étude ............................................................................................................................ 8

2 État de l'art .......................................................................................................... 10

2.1 La lasergrammétrie chez Fugro Geoid .................................................................................... 10

2.1.1 Présentation des scanners-laser de l'entreprise ....................................................................... 10

2.1.2 Préférences d'utilisation ..................................................................................................................... 10

2.2 État d'avancement des normalisations ISO ........................................................................... 10

2.3 Calibration : définitions et références ..................................................................................... 11

2.4 Contrôle de performance : définitions et références ......................................................... 13

2.5 Analyse du processus de mesure .............................................................................................. 14

2.5.1 Qualités métrologiques des mesures en lasergrammétrie terrestre ................................ 14

2.5.1.1 Étendue des mesures ................................................................................................................... 14

2.5.1.2 Sensibilité des mesures .............................................................................................................. 14

2.5.1.3 Exactitude des mesures .............................................................................................................. 14

2.5.1.4 Justesse des données ................................................................................................................... 15

2.5.1.5 Fidélité des données .................................................................................................................... 15

2.5.1.6 Répétabilité des procédures ..................................................................................................... 16

2.5.1.7 Reproductibilité des procédures ............................................................................................ 16

2.5.1.8 Résolutions de l'instrument ...................................................................................................... 17

2.5.2 Bilan des erreurs et des sources d'erreurs du scanner-laser terrestre ........................... 17

2.5.2.1 Erreurs instrumentales ............................................................................................................... 18

2.5.2.1.1 Erreurs du télémètre laser ........................................................................................................ 18

2.5.2.1.2 Erreurs du système de mesure d'angles et système de divergence laser ............. 19

2.5.2.1.3 Erreurs d'axes .................................................................................................................................. 20

2.5.2.2 Erreurs relatives à l'objet mesuré .......................................................................................... 21

2.5.2.3 Erreurs environnementales ...................................................................................................... 21


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2.5.2.4 Erreurs méthodologiques .......................................................................................................... 22

2.5.2.4.1 Méthodes d'acquisition ............................................................................................................... 22

2.5.2.4.2 Méthodes de calculs sur logiciels ............................................................................................ 22

3 Établissement d'un banc de contrôle ......................................................... 23

3.1 Objectifs du banc de contrôle ..................................................................................................... 23

3.2 Spécifications techniques des scanners-laser de l'entreprise ........................................ 24

3.3 Référence utilisée pour les tests ............................................................................................... 26

3.4 Test en Intérieur ............................................................................................................................. 27

3.4.1 Objectifs du Test en Intérieur ........................................................................................................... 27

3.4.2 Fonctionnement ...................................................................................................................................... 27

3.4.3 Traitement et évaluation des données .......................................................................................... 29

3.4.3.1 Reconnaissance de cible à damiers ........................................................................................ 29

3.4.3.2 Traitement informatique ........................................................................................................... 30

3.5 Test en Extérieur ............................................................................................................................ 32

3.5.1 Objectifs du Test en Extérieur........................................................................................................... 32

3.5.2 Panneau d'investigation ...................................................................................................................... 32

3.5.3 Fonctionnement ...................................................................................................................................... 34

3.5.3.1 Première partie : Ligne de base ............................................................................................... 34

3.5.3.1.1 Traitement informatique de l'étude de distance scanner-cible ............................... 34

3.5.3.1.2 Traitement informatique du panneau d'investigation ................................................ 35

3.5.3.2 Seconde partie : Performance globale .................................................................................. 36

3.6 Projection sur les opérations Fugro Geoid ............................................................................ 37

4 Mise en œuvre du banc de contrôle ............................................................ 39

4.1 Test en Intérieur ............................................................................................................................. 39

4.1.1 Comparaison de coordonnées .......................................................................................................... 40

4.1.2 Comparaison des distances scanner-cible ................................................................................... 42

4.1.3 Comparaison des mesures angulaires ........................................................................................... 44

4.1.1 Comparaison des distances entre deux cibles ............................................................................ 48

4.2 Test en extérieur : Ligne de base ............................................................................................... 50

4.2.1 Ligne de base : étude des distances ................................................................................................ 50

4.2.2 Ligne de base : étude du panneau d'investigation .................................................................... 53

4.2.2.1 Bruit .................................................................................................................................................... 53

4.2.2.1.1 Faro Focus 3D X330 ...................................................................................................................... 53

4.2.2.1.2 Leica C10 ........................................................................................................................................... 56


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4.2.2.2 Fentes ................................................................................................................................................. 58

4.2.2.3 Cercles ................................................................................................................................................ 59

4.3 Conclusion des expérimentations du banc de contrôle .................................................... 60

5 Procédures et Rapport de certification ..................................................... 61

5.1 Procédures pratiques .................................................................................................................... 61

5.2 Rapport de certification Fugro Geoid ...................................................................................... 62

5.2.1 Présentation du banc de contrôle.................................................................................................... 62

5.2.2 Présentation des résultats .................................................................................................................. 62

5.3 Fiches de références ...................................................................................................................... 62

6 Conclusion et perspectives ............................................................................ 63

Glossaire ................................................................................................................... 64

Table des Illustrations ......................................................................................... 71

Bibliographie .......................................................................................................... 74

Annexes ..................................................................................................................... 78


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1 INTRODUCTION

1.1 PRÉSENTATION DE L'ENTREPRISE

1.1.1 LE GROUPE FUGRO Fondé en 1962, le bureau d'étude hollandais "Funderingstechniek en grondmechanica" est devenu au fil du temps par contraction nomique le groupe Fugro. Ce groupe qui n'a cessé de progresser, rassemble aujourd'hui 250 filiales réparties dans plus de 50 pays à travers le monde. Il exerce ses activités dans le domaine des géosciences, du positionnement, de la topographie, mais aussi de l'exploitation pétrolière et minière, Avec un chiffre d'affaire annuel avoisinant les 2.3 milliards d'euros en 2013, Fugro est le leader mondial en matière d'étude des sols terrestres, marins et côtiers. Ses principaux clients sont issus d'horizons différents : gouvernements, collectivités territoriales, secteur minier, secteurs pétrolier et gazier, génie civil... La division "géospatiale" dont fait partie la société Fugro Geoid S.A.S. compte environ 1300 personnes et fournit ses services dans le levé aérien (LiDAR, radar, imagerie satellite, photogrammétrie), le levé topographique (implantation, auscultation, lasergrammétrie, métrologie, géodésie...) et enfin les systèmes d'information et d'aide à la décision (SIG, gestion de données...). Le groupe Fugro a l'avantage de pouvoir combiner les compétences de ses filiales pour élargir ses domaines d'intervention et apporter une réponse adaptée aux exigences de ses clients.

1.1.2 FUGRO GEOID S.A.S. En 1986, Claude Michel (Ingénieur ENSAIS) et Pierre Balestrini (Ingénieur ESGT) créent ensemble la société Geoid et installent leur siège en Bretagne. En 1990, le siège de la société est transféré à Jacou, au nord-est de Montpellier. D'abord destinée aux projets "offshore", la société a régulièrement évolué pour désormais réaliser des prestations dans les domaines de la topographie, du positionnement, de la bathymétrie, de la géodésie mais aussi de la cartographie.

Figure 1 : Bureau de Fugro Geoid à Jacou, au nord-est de Montpellier (Hérault)


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En 2001, la société est intégrée à la division "survey offshore" de reconnaissance et d'étude de sites marins du groupe Fugro. Elle intègre par la suite en 2004 la division "géospatiale", division qu'elle occupe encore aujourd'hui. Fugro Geoid S.A.S. compte actuellement 45 collaborateurs :

3 ingénieurs topographes à sa direction 6 personnes en charge de la logistique et de l'administration 14 ingénieurs topographes 16 techniciens topographes 1 ingénieur géophysicien 1 ingénieur informaticien/SIG 3 techniciens électroniciens 1 stagiaire INSA en PFE

Dans le cadre de son activité lasergrammétrique, la société Fugro Geoid dispose déjà de quatre scanners-laser terrestres capables de remplir des missions variées. Les domaines d'intervention du service lasergrammétrie s'étendent à la surveillance et à l'inspection de structure, au contrôle dimensionnel, au levé de galeries souterraines, au suivi de falaises inaccessibles... Fugro Geoid dispose de certifications internationales attestant son système de management de la qualité et celui de la prévention des risques au travail : l'ISO9001 et l'OHSAS18001.

1.2 CONTEXTE DE L'ÉTUDE Conçus pour mesurer un grand nombre de points dans un temps réduit, les scanners-laser observent une évolution de leur utilisation vers des projets autrefois réservés à d'autres appareils de topographie. Les connaissances des utilisateurs deviennent de plus en plus complètes et le développement de ces instruments s'accélère au fil des années. Les exigences en termes de précision et de méthodes sont donc toujours plus complexes et la maîtrise parfaite de la technologie s'impose désormais aux entreprises. L'investigation des mesures tridimensionnelles est une exigence indispensable pour assurer un rendu de qualité dans les interventions. Toutefois, le fonctionnement interne de ces appareils reste encore opaque pour la plupart des utilisateurs. Chaque constructeur possédant sa propre méthode de fabrication, les scanners-laser demeurent pour beaucoup une "boîte noire" indéchiffrable. La conformité des appareils est une problématique grandissante pour les professionnels. Les clients récents de Fugro Geoid réclament désormais que les certificats de calibration des instruments puissent être joints dans les rapports finaux. S'insérant dans des contextes d'intervention variables d'un pays à un autre, Fugro Geoid a pris l'initiative d'aller plus loin que la demande de ses clients. Les conditions environnementales et opérationnelles parfois extrêmes soumettent les appareils à rude épreuve et la garantie du respect des spécifications techniques doit être assurée par le prestataire. Ce Projet de Fin d'Études traduit donc la volonté de Fugro Geoid de garantir à ses clients le bon fonctionnement de ses scanners-laser sur ses sites d'intervention en France et à l'étranger. Ce projet participe à l'amélioration du processus qualité de l'entreprise et permet d'approfondir la connaissance des qualités de rendu : nuages, surfaces, formes... Le banc de contrôle, qui sera détaillé dans ce rapport, a pour but de mettre en place des procédures capables de prouver aux clients la maîtrise des précisions sur le terrain. La démarche de l'entreprise est de constituer un rapport de certification qui atteste du respect des caractéristiques techniques des appareils.


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Dans un premier temps, nous ferons le bilan du vocabulaire et des connaissances existantes autour de la mesure tridimensionnelle et de la calibration des scanners-laser. Après avoir détaillé les qualités métrologiques des mesures en lasergrammétrie terrestre, nous nous attacherons à présenter un bilan des erreurs et de leurs sources. Cette première partie a pour but de comprendre le fonctionnement de l'instrument et de sa calibration mais donnera aussi des pistes de recherche pour la mise en place de procédures pour Fugro Geoid. Pendant la seconde partie, nous présenterons les objectifs retenus pour la conception du banc et le contenu de deux approches. Le but de cette section est de décrire les préalables et les différentes étapes des deux déclinaisons du banc. La troisième partie de ce document est destinée à la description et l'analyse des expérimentations du banc. Cette section devra être critique et permettra de prouver le bon fonctionnement des procédures. Nous terminerons enfin ce dossier avec la description du mode d'emploi du banc de contrôle. Les procédures et la certification sont rédigées de manière claire et concise car chaque ingénieur de l'entreprise devra être capable de réaliser ces tests lors d'une intervention en France ou à l'étranger.


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2 ÉTAT DE L'ART

2.1 LA LASERGRAMMÉTRIE CHEZ FUGRO GEOID

2.1.1 PRÉSENTATION DES SCANNERS-LASER DE L'ENTREPRISE Fugro Geoid dispose de quatre scanners-laser aux performances relativement proches : un Leica C5 débridé, deux Faro Photon 120 et un Faro Focus 3D X330. Les caractéristiques techniques de ses appareils sont fournies en annexe. Le Leica C5 débridé sera assimilé dans ce document à un Leica C10 car il en possède tous les éléments hormis la prise de photos. La polyvalence de ces instruments est une qualité indispensable

pour une entreprise qui assure ses prestations dans des domaines hétéroclites.

2.1.2 PRÉFÉRENCES D'UTILISATION Le Faro Photon 120 est le premier appareil acquis par l'entreprise. Il est utilisé principalement sur des chantiers de sites industriels ou pétroliers mais aussi sur des sites d'enfouissement nucléaire. Le manque de retour sur certains objets et la faible portée du Faro Photon 120 ont poussé la société à acquérir un nouvel appareil, le Leica C10. Disposant du meilleur inclinomètre du marché et d'un compensateur bi-axial, cet instrument permet un géoréférencement

direct simple, à la manière d'une station totale. Il est par exemple utilisé pour l'auscultation de bas de stockage de produits pétroliers ou pour la modélisation numérique de bateaux. Le Faro Focus X330 est un appareil léger et facilement transportable dans une malette. Sa portée est égale à celle du Leica C10 mais leur technologie laser et leur longueur d'onde sont différentes. Il est le dernier instrument acquis par l'entreprise et est utilisé sur des sites industriels et pétroliers.

2.2 ÉTAT D'AVANCEMENT DES NORMALISATIONS ISO L'Organisation Internationale de Normalisation a pour but de produire des normes internationales dans l'intérêt de qualité des utilisateurs ou des consommateurs. Reconnues dans plus de 164 pays, elles servent de référence valide dans le monde entier. Fugro Geoid est une entreprise reconnue qui doit satisfaire les demandes de certification de ses clients. L'application des normes ISO dans une entreprise permet de pousser à l'innovation technologique et à l'adaptation à de nouvelles méthodologies ou pratiques. L'ISO 9001 est relative aux systèmes de management de la qualité. Cette norme repose sur un certain nombre de principes de management de la qualité, notamment une forte orientation

Figure 4 : Faro Focus 3D X330

Figure 2 : Faro Photon 120

Figure 3 : Leica Scanstation C10


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client, la motivation et l'engagement de la direction, l'approche processus et l'amélioration continue. L'ISO 9001:2008 aide à s'assurer que les clients obtiennent des produits et services uniformes et de bonne qualité (source www.iso.org). Afin de concevoir un banc de contrôle fiable et de le certifier, nous nous sommes intéressés aux différentes normes existantes autour du vocabulaire et de la calibration des machines à mesurer tridimensionnelles. L'ISO 17025 exprime les exigences générales concernant la compétence des laboratoires d'étalonnage et d'essais : l'ambition de ce projet n'est pas de fonder un laboratoire mais la lecture de ces normes a permis de comprendre les compétences, les méthodes, les conditions et les définitions à adopter pour les calculs et l'accréditation d'un laboratoire. Concernant les appareils de mesures, nous nous sommes penchés sur la norme ISO 11352 qui s'intéresse à l'incertitude de mesure mais aussi à l'ISO 10360 qui permet de vérifier la performance des instruments en décrivant des procédures et des méthodes de calculs. Enfin, les normes ISO 17123 "Optique et instruments d'optique - Méthodes d'essai sur site pour les instruments géodésiques et d'observation" décrivent les procédures de tests pour la calibration d'appareils de topographie et exposent des champs d'actions pour l'investigation sur le terrain. Les méthodes de calibration des instruments traditionnels de topographie sont donc bien connues des standardisations ISO. Toutefois, le scanner-laser est une technologie nouvelle et l'ISO 17123 ne s'intéressent toujours pas à ces instruments. Des tentatives de calibration "sur site" ont été proposées par différents travaux et notamment ceux de Schmid & Rothweiler [2007] ou Gottwald [2008].

2.3 CALIBRATION : DÉFINITIONS ET RÉFÉRENCES Une définition précise de la calibration est donnée par la norme ISO VIM 2008 sur le vocabulaire international des termes généraux et de bases en métrologie : "Opération qui, dans des conditions spécifiées, établit en une première étape une relation entre les valeurs et les incertitudes de mesure associées qui sont fournies par des étalons et les indications correspondantes avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information pour établir une relation permettant d'obtenir un résultat de mesure à partir d'une indication. NOTE 1: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d'un énoncé, d'une fonction d'étalonnage, d'un diagramme d'étalonnage, d'une courbe d'étalonnage ou d'une table d'étalonnage. Dans certains cas, il peut consister en une correction additive ou multiplicative de l'indication avec une incertitude de mesure associée. NOTE 2: Il convient de ne pas confondre l'étalonnage avec l'ajustage d'un système de mesure, souvent appelé improprement « auto-étalonnage », ni avec la vérification de l'étalonnage. NOTE 3: La seule première étape dans la définition est souvent perçue comme étant l'étalonnage." Comme toutes les mesures en topographie, la mesure laser peut être entachée d'erreurs imputables à l'environnement ou à l'instrument. La compréhension de ces erreurs et de leurs sources (voir section Bilan des erreurs) est nécessaire pour assurer un rendu de qualité. La calibration est réalisée dans le but de quantifier les erreurs et d'estimer la précision attendue sur la mesure de l'instrument par rapport à une référence. Les constructeurs diffusent très peu d'informations sur la configuration de leurs installations de calibration et de contrôle, et il faut insister pour obtenir quelques indications :


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Chez Leica, la calibration est réalisée dans une chambre dédiée, aux conditions de mesures stabilisées. L'instrument de contrôle est un laser tracker permettant d'obtenir une précision métrologique inférieure au millimètre.

Chez Faro, une chambre de calibration remplie de cibles est aussi utilisée, de même qu'un banc linéaire pour la mesure de distance.

Les certificats délivrés ne précisent aucune information sur les méthodes utilisées et ne fournissent aucunes données sur les mesures réalisées. Il faut se contenter finalement d'une phrase certifiant que l'appareil est conforme. Du côté des utilisateurs, contrairement aux appareils classiques de topographie, il n'est pas possible de régler soi-même son instrument de manière "mécanique". De ce fait, certains ont mis au point une méthode appelée "auto-calibration" qui consiste à délivrer des paramètres de calibration pour améliorer la qualité des mesures. Ces méthodes permettent de minimiser les erreurs systématiques du scanner en quatre étapes d'après Reshetyuk [2009] : la modélisation mathématique, la mesure, l'identification des paramètres, la correction. Il est utile de distinguer deux types d'auto-calibration : celle du système, traitée dans les recherches de Linke [2005] et Lichti [2000], [2002], [2006], [2007], ou bien celle des composants, traitée dans les recherche de Schulz [2007] et Zogg [2008]. Grâce à l'observation de points de référence répartis dans un volume clos, la calibration du système met en place un modèle mathématique général, ou une fonction de correction, sans détailler chaque erreur instrumentale et son influence. La calibration des composants est quant à elle basée sur la connaissance, la modélisation et l'influence de chaque erreur instrumentale. Reshetyuk [2009] distingue deux approches de l'auto-calibration développées ces dernières années : l'approche ponctuelle de Licht [2006] et Lichti [2007] mais aussi l'approche planaire de Gielsdorf [2004] et Rietdorf [2005].

Figure 5 : Approche planaire de l'auto-calibration vue par Gielsdorf [2004] et Rietdorf [2005]

L'auto-calibration est inspirée de la compensation par les faisceaux (Triggs [2000]) bien connue en photogrammétrie. Elle représente un moyen de corriger les données en modélisant mathématiquement le parcours du laser, ses erreurs et les paramètres d'orientation externe.


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De nombreuses recherches ont été menées sur différents appareils et dans différentes configurations de levé : Bae [2007]; Chow [2007], [2010], [2011], [2012]. Ces études utilisent des cibles positionnées sur tout le panorama du scanner laser dans un volume clos. Schulz [2007] et Zogg [2008] ont poussé les recherches plus loin encore en ajoutant une validation de leur système après l'auto-calibration. Ainsi, leurs travaux font le lien avec l'évaluation de performance présentée ci-dessous.

2.4 CONTRÔLE DE PERFORMANCE : DÉFINITIONS ET RÉFÉRENCES L'évaluation de performance est une initiative qui permet de comparer ou de contrôler les mesures d'un scanner-laser par rapport aux spécifications fournies par le constructeur (Schulz [2007]). Comme expliqué plus en amont, en absence de normes internationales les critères de qualité et les précisions utilisées par les constructeurs sont différents. Tandis que Leica définit ses spécifications à 50m, Faro les décrit à 25m. Ces distances dépendent des installations que possèdent les fabricants mais aussi du type de laser ou de son domaine d'intervention. Le contrôle de performance permet donc de comparer les appareils sur des critères identiques et objectifs. Toutefois, les résultats obtenus ne permettent pas d'affirmer la supériorité d'un scanner sur un autre ! En fonction de sa technologie et de ses objectifs, chaque instrument possède ses qualités et ses défauts qui lui permettent de réaliser les travaux pour lequel il a été conçu. Le contrôle de performance est un indicateur utile pour les utilisateurs qui s'interrogent sur l'appareil qui pourrait convenir le mieux à leurs besoins. De nombreuses études ont déjà été menées pour évaluer les capacités des appareils à partir de critères objectifs définis. Nous pouvons citer ici les travaux de Boehler & Marbs [2003] ceux de Kersten et al. [2005], [2009] ou encore ceux de Staiger [2005]. Ces travaux ont été réalisés sur des tests polyvalents ne mettant pas en place des applications topographiques particulières. Ils différencient les scanners entre eux en étudiant sur des lignes de bases ou sur des tests dans des volumes clos : les précisions de distance, les bruits par rapport à certaines surfaces, les portées... Les expérimentations de Lague [2008] réalisent le bilan des précisions de mesures des scanners 3D sur quatre appareils de marque différente : un Leica Scanstation 2, un Optech Ilris 3D, un Trimble GS-200 et un Riegl Z390i. Hiremagalur et al. [2009] réalise un contrôle de performance pour une application routière tandis que Lague et al. [2013] s'interroge sur la précision 3D de ses instruments sur l'application d'une topographie complexe, le canyon Rangitikei. Wunderlich et al. [2013] apporte sa contribution à la recherche de spécifications objectives pour les scanners-laser terrestres en confrontant plusieurs appareils sur des critères tels que la portée, la précision en distance, le bruit ou la durée de scan. L'auteur utilise un test de performance globale dans un volume clos et réalise des expérimentations sur le bruit des surfaces en fonction des couleurs. Enfin, malgré la difficulté de sa mise en place, la nouvelle fonction "Contrôle et Ajustement" disponible sur le Leica Scanstation P20 est une avancée non négligeable dans la maîtrise de la qualité des mesures au scanner-laser et démontre la volonté grandissante des utilisateurs pour le contrôle des précisions de leurs appareils. Notons que la calibration radiométrique réalisée dans les travaux de Kaasalainen et al. [2009] ne sera pas évoquée dans ce projet.


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2.5 ANALYSE DU PROCESSUS DE MESURE La métrologie se définit étymologiquement comme la science de la mesure. Les définitions qui vont suivre sont issues du vocabulaire international de métrologie VIM, norme officielle en France et dans de nombreux pays. Vous trouverez en annexe un glossaire résumant ce vocabulaire. Après avoir détaillé les travaux antérieurs en lasergrammétrie terrestre, nous allons nous diriger désormais vers l'analyse du processus de mesure de l'instrument pour en établir peu à peu le bilan d'incertitude. Il est d'abord indispensable de clarifier les termes et le vocabulaire nécessaire à la conception d'un banc de contrôle. Le scanner laser étant considéré comme une machine à mesurer tridimensionnelle sans contact, il possède des caractéristiques d'un instrument de métrologie qui seront décrites dans la suite de ce document.

2.5.1 QUALITÉS MÉTROLOGIQUES DES MESURES EN LASERGRAMMÉTRIE TERRESTRE

2.5.1.1 Étendue des mesures

L'étendue de mesure est la valeur absolue de la différence entre les valeurs extrêmes d'un intervalle nominal des indications. En lasergrammétrie, l'étendue des mesures peut par exemple être appliquée à une portée ou au champ de vision de l'appareil.

2.5.1.2 Sensibilité des mesures

La sensibilité est le quotient de la variation d'une indication d'un système de mesure par la variation correspondante de la valeur de la grandeur mesurée. NOTE 1: La sensibilité peut dépendre de la valeur de la grandeur mesurée. NOTE 2: La variation de la valeur de la grandeur mesurée doit être grande par rapport à la résolution.

2.5.1.3 Exactitude des mesures

L'exactitude de mesure correspond à l'étroitesse de l'accord entre une valeur mesurée et une valeur vraie d'un mesurande. NOTE 1: L'exactitude de mesure n'est pas une grandeur et ne s'exprime pas numériquement. Un mesurage est quelquefois dit plus exact s'il fournit une plus petite erreur de mesure. NOTE 2: Il convient de ne pas utiliser le terme « exactitude de mesure » pour la justesse de mesure et le terme « fidélité de mesure » pour l'exactitude de mesure. Celle-ci est toutefois liée aux concepts de justesse et de fidélité. NOTE 3: L'exactitude de mesure est quelquefois interprétée comme l'étroitesse de l'accord entre les valeurs mesurées qui sont attribuées au mesurande. L'exactitude qualifie une mesure à la fois juste et fidèle (voir Justesse et Fidélité).


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Figure 6 : Illustration de l'exactitude de mesure

L'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude d'une série de mesures par rapport à une valeur vraie (Landes [2009]). Elle se calcule de la manière suivante : : Valeur d'une mesure : Valeur vraie de la mesure : Nombre de mesure

Équation 1 : Erreur moyenne quadratique d'une série de mesures

Le modèle 3D est le résultat principal d'une mesure lasergrammétrique et à ce compte représente l'indicateur le plus important de la qualité des mesures d'un scanner-laser (Reshetyuk [2009]). L'exactitude de mesure des coordonnées du nuage peut donc être calculée en comparant les coordonnées vraies du nuage issues d'un appareil précis avec celles obtenues par le scanner. L'exactitude de mesure d'angles peut être calculée en comparant les angles vrais issus d'un appareil plus précis avec ceux obtenus par le scanner. Enfin, l'exactitude de mesure en distance peut être calculée en comparant une distance cible-scanner vraie, issue d'un appareil plus précis, et la valeur mesurée par le scanner.

2.5.1.4 Justesse des données

La justesse correspond à l'étroitesse de l'accord entre la moyenne d'un nombre infini de valeurs mesurées répétées et une valeur de référence. NOTE 1: La justesse de mesure n'est pas une grandeur et ne peut donc pas s'exprimer numériquement, mais l'ISO 5725 donne des caractéristiques pour l'étroitesse de l'accord. NOTE 2: La justesse de mesure varie en sens inverse de l'erreur systématique mais n'est pas liée à l'erreur aléatoire. NOTE 3: Il convient de ne pas utiliser le terme « exactitude de mesure » pour la justesse de mesure et vice versa.

2.5.1.5 Fidélité des données

La fidélité des données correspond à l'étroitesse de l'accord entre les indications ou les valeurs mesurées obtenues par des mesurages répétés du même objet ou d'objets similaires dans des conditions spécifiées.

Justesse Fidélité Exactitude


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NOTE 1: La fidélité est en général exprimée numériquement par des caractéristiques telles que l'écart-type, la variance ou le coefficient de variation dans les conditions spécifiées. NOTE 2: Les conditions spécifiées peuvent être, par exemple, des conditions de répétabilité, des conditions de fidélité intermédiaire ou des conditions de reproductibilité (voir ISO 5725-3:1994). NOTE 3: La fidélité sert à définir la répétabilité de mesure, la fidélité intermédiaire de mesure et la reproductibilité de mesure. NOTE 4: Le terme « fidélité de mesure » est quelquefois utilisé improprement pour désigner l'exactitude de mesure. La fidélité est assimilable à la notion de précision qui qualifie "la qualité de l'exécution de la mesure d'une grandeur physique qui n'est entachée que d'une faible incertitude (exprimée soit en valeur absolue dans l'unité de mesure, soit en valeur relative en % de la mesure)." (Ducher [1997]). La précision d'une série de mesures est qualifiée par son écart-type (Landes [2009]) : : Valeur d'une mesure : Valeur moyenne de la série

: Nombre de mesure

Équation 2 : Écart-type d'une série de mesures

La précision de mesure angulaire représente la qualité du système de mesure d'angles horizontaux et verticaux. Cette précision angulaire pourrait être améliorée en utilisant des cercles électroniques identiques à ceux des stations totales mais le scanner perdrait en vitesse d'acquisition (Landes & Grussenmeyer [2011]). La précision de mesure de distances est assimilable à une mesure de bruit affectant au nuage de point une certaine épaisseur mesurable. Elle est obtenue grâce au calcul des écarts par rapport au plan moyen.

2.5.1.6 Répétabilité des procédures

La répétabilité est la fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de répétabilité. Les conditions de mesurage dans un ensemble de conditions qui comprennent la même procédure de mesure, les mêmes opérateurs, le même système de mesure, les mêmes conditions de fonctionnement et le même lieu, ainsi que des mesurages répétés sur le même objet ou des objets similaires pendant une courte période de temps NOTE 1: Une condition de mesurage n'est une condition de répétabilité que par rapport à un ensemble donné de conditions de répétabilité. NOTE 2: En chimie, on utilise quelquefois le terme «condition de fidélité intra-série» pour désigner ce concept.

2.5.1.7 Reproductibilité des procédures

La reproductibilité des procédures est la fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de reproductibilité. Les conditions de mesurage sont un ensemble de conditions qui comprennent des lieux, des opérateurs et des systèmes de mesure différents, ainsi que des mesurages répétés sur le même objet ou des objets similaires


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NOTE 1: Les différents systèmes de mesure peuvent utiliser des procédures de mesure différentes. NOTE 2: Il convient qu'une spécification relative aux conditions contienne, dans la mesure du possible, les conditions que l'on fait varier et celles qui restent inchangées.

2.5.1.8 Résolutions de l'instrument

La résolution définit la plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible de l'indication correspondante. Elle représente la taille de la plus petite entité détectable par le scanner. Il existe plusieurs types de résolution pour les scanners-laser :

la résolution angulaire, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer de façon indépendante deux objets situés sur des lignes de visées adjacentes.

la résolution spatiale, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer la plus petite variation de distance dans le plan de l'objet entre deux points successifs à une distance scanner-objet définie. Cette résolution est fonction de la résolution angulaire et de la taille de l'empreinte laser.

la résolution en distance, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer la plus petite variation de distance dans la direction normale au plan de l'objet.

la résolution radiométrique, qui qualifie la capacité de l'appareil à détecter la plus petite variation d'intensité radiométrique. Nous rappelons ici qu'aucune étude radiométrique n'a été réalisée dans ce Projet de Fin d'Études.

2.5.2 BILAN DES ERREURS ET DES SOURCES D'ERREURS DU SCANNER-LASER TERRESTRE Réaliser l'inventaire des erreurs du scanner-laser est une opération complexe au vue du nombre de facteurs intervenants et de l'interdépendance des éléments de l'appareil. La conception de l'instrument est complexe et varie suivant les constructeurs : différences de mécanisme, de longueur d'onde, de système de divergence laser... Mais cette étape de description est indispensable à la compréhension de la précision des données. Les différents projets traitant des sources d'erreurs en lasergrammétrie terrestre ont mis en évidence une proximité certaine entre le bilan des erreurs d'une station totale et celui d'un scanner-laser. Bien que les deux instruments possèdent des erreurs instrumentales comparables, il est nécessaire de noter que la conception du scanner et la nature de l'objet numérisé sont des éléments importants du bilan. Lichti & Gordon [2004] répartissent les erreurs en deux groupes principaux :

les erreurs internes, principalement instrumentales les erreurs externes, relatives à l'objet, à l'environnement ou à la méthodologie

Gordon [2005] quant à lui distingue :

les erreurs de matériels les erreurs de mesures les erreurs environnementales les erreurs de surface de réflexion l'erreur de centrage de cibles les erreurs de géoréférencement

Les sources d'erreurs affectant la mesure dans un scanner-laser peuvent être réparties en quatre groupes selon Staiger [2005]. A partir de ces groupes, Reshetyuk [2009] réalise un bilan des erreurs complet sur un scanner-laser terrestre à mesure pulsée.

1. Erreurs instrumentales 2. Erreurs relatives à l'objet mesuré 3. Erreurs environnementales


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4. Erreurs méthodologiques

2.5.2.1 Erreurs instrumentales

Les erreurs instrumentales d'un scanner-laser peuvent être systématiques ou aléatoires et sont comparables pour la plupart à celles d'une station totale. Elles sont imputables à la conception générale de l'appareil. D'après Herbert & Krotkov [1992], nous pouvons distinguer les erreurs relatives aux composantes de l'instrument et celles relatives à la dégradation naturelle de l'état mécanique du système. Les mesures dépendent ainsi de la qualité des composants : le télémètre laser, les axes de rotation, le dispositif de divergence laser et le système de mesure d'angles.

2.5.2.1.1 Erreurs du télémètre laser

Erreurs aléatoires

Un télémètre laser est un appareil de mesure de distance qui utilise la technologie laser. Les scanners-laser sont classés deux grandes catégories en fonction de leur principe de mesure de distance : les scanners-laser à impulsions (ou "à temps de vol") et les scanners-laser à différence de phase. Chaque groupe possède des avantages et des inconvénients et c'est à l'utilisateur de choisir l'appareil le plus adapté aux travaux à réaliser. La précision du télémètre laser dépend tout d'abord du rapport signal-sur-bruit (Signal-to-Noise Ratio en anglais ou SNR). L'évaluation du SNR, déterminé par le bruit des éléments électroniques de l'instrument, est un excellent indicateur de l'efficacité du télémètre. Pour les instruments à mesure pulsée, le SNR est influencé par les paramètres suivants :

la puissance du laser reçu qui dépend de la puissance transmise, du diamètre du récepteur, la longueur d'onde, des pertes par transmission...

des caractéristiques du récepteur comme la détectivité, la réponse du capteur à une certaine longueur d'onde, la taille du récepteur...

La précision du télémètre laser à mesure pulsée est également influencée par :

le nombre de mesures pulsées indépendantes. La précision du télémètre est ainsi proportionnelle à la racine carrée du nombre de "tirs". Comme le montre les expériences de Kersten [2005] sur le système Mensi GS100, il est possible d'améliorer la précision des mesures de distances en augmentant le nombre de tirs.

la largeur de l'impulsion : une impulsion courte donnera de meilleurs résultats l'accélération de l'impulsion : indépendante de la largeur d'impulsion, l'accélération

dépend de la longueur d'onde du laser et de la résistance du détecteur la sensitivité des détecteurs.

L'erreur de non linéarité des distances tire son origine des erreurs du système de mesure de temps ou du système optique qui ne reçoit pas la totalité du signal à chaque distance mesurée. L'erreur d'empreinte laser est caractérisée par le fait qu'il existe une incertitude sur la position exacte du point mesuré étant donné que l'empreinte n'est pas de forme ponctuelle. Enfin, les "mixed pixels" sont un problème propre à la mesure laser. Au contact de l'arête d'une surface, une partie du laser est réfléchie vers l'appareil tandis qu'une seconde partie poursuit son trajet vers une surface plus éloignée. Ce phénomène est dû à la taille de l'empreinte laser qui dépend de l'ouverture du dispositif, de la divergence du faisceau et de l'éloignement de l'objet scanné. Pour résoudre ce problème de "mixed pixels", Riegl a récemment mis en place un système Full Wave Form qui enregistre toutes les réponses des points de l'empreinte laser.


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Figure 7 : Phénomène du "mixed pixels" au contact d'une arête

Erreurs systématiques La précision du télémètre laser est limitée par les erreurs systématiques suivantes :

Erreur de marche : cette erreur de mesure de distance provient d'un changement brutal de réflectance et de l'incapacité du discriminateur à saisir la variation. Elle est principalement présente dans les scanners à impulsion et a été compensée et réduite de +/-1.5mm selon les études.

Erreur de dérive de température : cette erreur affecte le système électronique de mesure de temps lors d'un changement externe ou interne de température.

Erreur de zéro : cette erreur représente l'écart entre le zéro mécanique et le zéro électronique. Elle est indépendante, constante et peut être déterminée à l'aide du procédé des trois trépieds. Elle a pour origine la position réelle du télémètre par rapport à son support. L'erreur de zéro a été estimée sur plusieurs appareils décalibrés dans certaines études. On retrouve ainsi :

Scanner Auteur Erreur en mm Écart type en mm

Leica HDS3000 Linke [2005] 6.1 Non communiqué Z+F Imager 5003 Rietdorf [2005] 0.73 0.36

iQsun 880 Lichti [2005] 7.4 0.1

Tableau 1 : Exemples de résultats obtenus sur l'investigation de l'erreur de zéro

Erreur d'échelle : cette erreur introduit un facteur d'échelle dans les mesures de distances. Cette erreur est due à une dérive de l'oscillateur du système de mesure.

Erreur cyclique : erreur qui reprend périodiquement la même valeur en fonction de la grandeur mesurée. Cette erreur est due à une influence réciproque des éléments électroniques du télémètre. La raison principale est le défaut d'isolation entre les composants d'émission et de réception. Le procédé de détermination consiste à observer une base de 7 points alignés soit 21 distances et utiliser la méthode des moindres carrés pour la détermination des erreurs.

2.5.2.1.2 Erreurs du système de mesure d'angles et système de divergence laser

L'acquisition d'un nuage de point dense est réalisée à l'aide d'un télémètre laser et d'un dispositif de divergence laser associé à un système de mesure d'angles. Une investigation complète du système de mesure d'angles a été réalisée dans les travaux de Schulz [2007]. Les scanners sont ainsi répartis en deux catégories de divergence laser : la conception polygonale et la conception galvanométrique. Les miroirs et les prismes utilisés font donc l'objet de l'érosion et de la fatigue mécanique. Nous nous attacherons ainsi a présenté uniquement les erreurs communes à ces deux méthodes de divergence.


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D'après les travaux de Wunderlich [2013], la qualité d'un système angulaire est déterminée par la qualité des encodeurs. Mais deux autres erreurs, présentes également en lasergrammétrie aérienne, peuvent être mises en évidences :

Erreur de zéro : constante additive à une mesure verticale d'angles. Cette erreur, comparable à l'erreur d'index du cercle vertical en tachéométrie est la conséquence d'un mauvais alignement entre le miroir et l'encodeur.

Erreur linéairement dépendante de la mesure d'angle : la source de cette erreur est à chercher dans une faute de l'encodeur ou dans une erreur du convertisseur. Tant que l'incrémentation est réalisée régulièrement avec la même valeur, l'angle mesuré correspondra à la somme des incréments. Mais si un incrément diffère de la valeur réelle, nous pourrions observer une erreur proportionnelle à l'angle mesuré.

Enfin, la divergence du laser par les miroirs et le système d'encodage doivent être parfaitement synchronisée. Il arrive parfois que cette synchronisation ne soit pas parfaite, entrainant un écart dans la valeur indiquée de la direction de mesure.

2.5.2.1.3 Erreurs d'axes

Le scanner-laser a un principe de mesure qui se rapproche de celui de la station totale. On distingue ainsi les axes suivants :

Axe vertical : c'est l'axe de rotation du scanner Axe horizontal : c'est l'axe de rotation des miroirs. L'axe horizontal est idéalement

normal à l'axe vertical. Axe de collimation : c'est l'axe central du cône de divergence laser. Il est confondu avec

l'axe de visée du faisceau laser.

Figure 8 : Erreurs d'axes dans le scanner (Reshetyuk [2009])


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L'instrument "parfait" n'existe pas et il subsiste des erreurs de conception du système d'axes ou de miroirs qui entrainent les erreurs systématiques suivantes :

Erreur de collimation : angle entre l'axe de collimation et la normale à l'axe horizontal mesuré dans le plan contenant les axes horizontal et de collimation.

Erreur d'axe horizontal : angle entre l'axe horizontal et la normale à l'axe vertical mesuré dans le plan contenant les axes horizontal et vertical.

Erreur similaire à la non-orthogonalité de l'axe vertical et du cercle horizontal dans une station totale.

Erreur similaire à l'excentricité du cercle horizontal avec l'axe vertical dans une station totale.

Erreur similaire à l'erreur de tourillons dans une station totale : cette erreur correspond à la précession ou au vacillement de l'axe vertical.

Erreur d'excentricité des axes vertical et horizontal : cette erreur fournit donc un décalage dans la mesure de distance et une erreur sur la lecture d'angles.

Il est aussi possible de mentionner ici les travaux de Silvia [2012] sur le Riegl VZ400 qui mettent en évidence les erreurs relatives au capteur d'inclinaison : ce capteur est influencé par le mouvement de rotation du scanner. L'effet d'inertie du à une rotation rapide affecte ainsi la précision de l'inclinomètre. Cette erreur distingue donc le scanner-laser d'une station totale.

2.5.2.2 Erreurs relatives à l'objet mesuré

Ces erreurs sont une particularité de la mesure "sans contact" et sans réflecteurs. Les erreurs liées à l'objet numérisé proviennent directement de sa réflectance. La réflectance d'un objet dépend des propriétés suivantes (Landes [2009]) :

Propriétés des matériaux composants l'objet : permittivité, perméabilité magnétique et conductivité

La couleur de la surface : l'objet répond de façon plus ou moins importante en fonction de la longueur d'onde du laser

La longueur d'onde du laser L'angle d'incidence (Soudarissanane [2011]) Rugosité de la surface dont l'effet dépend de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence

local du faisceau ; une surface lisse et brillante risque de provoquer un éblouissement Température : les radiations émises par la surface chaude diminuent la qualité du

rapport signal-sur-bruit et par conséquent la précision des mesures de distance Humidité de la surface

Des études pragmatiques ont été réalisées dans le but de comprendre les réponses données par différents types de surfaces à partir de plusieurs appareils. Nous citerons ici les travaux de Barras [2013].

2.5.2.3 Erreurs environnementales

Les erreurs environnementales influent sur le levé lasergrammétrique et contribuent à la présence d'erreurs de mesures. Les facteurs environnementaux agissent sur la propagation du signal dans l'atmosphère. Reshetyuk [2009] réalise une étude complète sur l'influence des conditions atmosphériques sur les mesures à temps de vol. Parmi les facteurs principaux, on peut citer :

la composition du milieu la température ambiante : une variation de température de +/- 1° entraîne une variation

de distance de 1ppm la pression : une variation de pression de +/-3mmHg entraîne une variation de distance

de 1ppm


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l'humidité relative, qui affecte l'indice de réfraction du milieu la luminosité : les mesures de nuit sont moins affectées par les perturbations de la

lumière les vibrations

Différents phénomènes sont observables suivant les milieux et dépendent de la longueur d'onde du laser utilisé : réfraction, atténuation, absorption, diffusion, modification de la vitesse de propagation, réduction d'intensité des pulsations...

2.5.2.4 Erreurs méthodologiques

Les erreurs méthodologiques s'intéressent à la méthodologie du levé. La lasergrammétrie permet la saisie rapide et automatique d'énormes quantités de données en un temps réduit. Le levé lasergrammétrique a ainsi profondément bouleversé les habitudes des topographes sur le terrain : bien plus qu'un simple technicien, le topographe doit désormais anticiper le traitement informatique à venir.

2.5.2.4.1 Méthodes d'acquisition

Soudarissanane [2011] développe largement dans ses ouvrages, l'influence et l'importance de la géométrie de balayage. Elle s'intéresse notamment à l'évolution du bruit en fonction de l'angle d'incidence du rayon laser.

Des erreurs dans l'acquisition peuvent aussi subvenir lorsque l'opérateur manque d'expérience ou réalise des choix peu judicieux.

Choix du géoréférencement : suivant les cas, choisir un géoréférencement direct ou indirect.

Densité ou position des cibles. Position des stations : les stations ne doivent pas être positionnées trop proches ou trop

éloignées, les visées sur référence ne doivent pas être défavorables... Nombre de stations : le recouvrement est indispensable à une consolidation précise du

nuage. Choix de la résolution : les opérateurs inexpérimentés ont tendance à privilégier à tort

les fortes résolutions au détriment d'un plus grand nombre de stations à moyenne résolution pour couvrir un objet de taille importante.

2.5.2.4.2 Méthodes de calculs sur logiciels

Nous avons utilisé dans ce PFE trois logiciels dont l'utilisation sera décrite par la suite : il s'agit de Leica Cyclone, de Faro Scene et de Polyworks Innovmetrics. L'étude d'Abdelmajid [2012] permet l'investigation et la description de deux logiciels de traitements suivant : Leica Cyclone et Polyworks Innovmetrics. Après une présentation des consolidations et des géoréférencements possibles sur ces logiciels, l'étude détaille les méthodes et les outils de maillage et de texturage de Cyclone et Polyworks.


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3 ÉTABLISSEMENT D'UN BANC DE CONTRÔLE

3.1 OBJECTIFS DU BANC DE CONTRÔLE La lecture des études antérieures nous a permis de dégager des stratégies de mises en évidence des erreurs. Profitant désormais d'une expérience et d'une connaissance sur le fonctionnement de l'appareil, il est maintenant possible de créer des procédures qui permettront d'analyser la précision des mesures par rapport aux spécifications des constructeurs. La présence de phénomènes suspects sur certains projets et l'amélioration constante des processus qualité sont à l'origine de la volonté de création du banc. L'entreprise a déjà eu dans le passé à subir une décalibration de ses appareils pendant les chantiers :

Lors d'un relevé de galeries souterraines dans un site d'enfouissement nucléaire, une chute non signalée du Photon 120 a entrainé un déréglage complet du système de mesure d'angle : les erreurs pouvant atteindre jusqu'à 15cm à 10m.

Après une mise en soute certainement très agitée lors d'un vol vers un site pétrolier en

Afrique, le Photon 120 a présenté des erreurs de type sinusoïdales sur les mesures de distances. La qualité du balayage d'un réservoir à pétrole a été dégradée de jour en jour si bien qu'une correction des données a due être mise en place après les mesures.

Figure 9 : Comparaison sur le logiciel Polyworks du nuage de points obtenue le premier jour et le dernier jour sur le balayage d'un bac à pétrole

Enfin, le Leica C10 a lui aussi présenté des dégradations, sans toutefois qu'elles n'altèrent la qualité des mesures : lors d'une opération au Congo, le capteur a délivré des nuages de points extrêmement bruités dans un rayon de quelques mètres. Au-delà, la qualité n'était pas altérée mais certains profils étaient vides.


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De manière plus anecdotique, lors d'un relevé de capteurs au-dessus et au-dessous d'un navire d’exploration Fugro en construction, le Leica C10 n'a obtenu aucun retour sur le balayage de la coque du navire. Ce retour "quasiment insignifiant" sur la coque est imputable au type de surface visée et à sa réaction avec la longueur d'onde du C10. Le même levé a été réalisé sans encombre avec un Focus 3D X330 quelques mois plus tard.

A partir de l'expérience des ingénieurs et techniciens de l'entreprise, nous avons aussi répertorié les conditions de chantiers susceptibles de perturber les mesures sur site : environnement, climat, ensoleillement, horaires, type d'objet visé, configurations particulières du terrain... Les tests devront être réalisés dans des conditions maîtrisées et connues. Ainsi, tous les paramètres environnementaux seront relevés et pris en compte dans les interprétations : température, ensoleillement, humidité, pression... Comme indiqué par les constructeurs, la performance des scanners-laser sera donc jugée à partir de l'étude de leurs nuages de points, des coordonnées de points spécifiques et de la restitution de surfaces ou de formes géométriques. Le banc de contrôle dispose donc de deux tests complémentaires qui, ensemble, permettent de réaliser une investigation complète des spécifications techniques fournis par les constructeurs. Moins importants aux yeux des clients, certains critères ont été écartés des objectifs de ce banc : données de radiométrie, de temps de scan, de portée maximale ou minimale... En définitive, le banc de contrôle Fugro Geoid permet d'étudier, par rapport aux références du constructeur et suivant des conditions de mesures connues, les paramètres suivants :

les coordonnées de cibles les mesures de distances les mesures d'angles le bruit (ou résolution en distance) la restitution de formes et de surfaces

3.2 SPÉCIFICATIONS TECHNIQUES DES SCANNERS-LASER DE L'ENTREPRISE Les valeurs obtenues pendant les tests seront comparées à celle présentées par les constructeurs dans les spécifications techniques.

Équipement des scanners :

Focus 3D X330 Photon 120/20 ScanStation C10

Année 2013 2009 2009

Hauteur (m) 0,200 0,280 0,395

Profondeur (m) 0,100 0,410 0,240

Largeur (m) 0,240 0,160 0,360

Poids (kg) 5,0 14,5 13,8

Type Mesure de phase Mesure de phase Mesure pulsée

Longueur d'onde (nm) 1550 (infrarouge

moyen) 785 (infrarouge

proche) 532 (vert visible)

Sécurité du laser Classe 1 Classe 3R Classe 3R

Portée minimale 0,6m 0,6m 0,1m

Portée maximale 330m

(90% reflec.) 120m

(90% reflec.) 300m

Divergence laser Miroir rotatif Miroir rotatif Smart X-mirror oscillant


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Divergence laser 0,015°/0,27mrad 0,009°/0,16mrad 0,24mrad Diamètre laser en

entrée 2,25mm 3,3mm 6mm

Empreinte laser 3mm à 50m 3mm à 50m 7mm de 0 à 50m

Champ vue vertical 300 320 270

Champ vue horizontal 360 360 360

Min horizontal 0,009° 0,009° 0,0002°

Min vertical 0,009° 0,009° 0,0002°

Taux max mesure 976 kHz 976 kHz 50 kHz Vitesse mesure

(points/sec) Entre 122000 et

976900 Entre 122000 et

976000 Jusqu'à 50000

Température max 40°c 40°c 40°c

Température min 5°c 5°c 0°c

Capteur d'inclinaison OUI OUI OUI

Compensateur d'axes NON NON OUI

Plomb laser NON NON OUI

Tableau 2 : Comparaison des équipements des scanners-laser

Précisions :

Faro Focus 3D Photon 120 Distance (90% réflectivité) 2mm à 10m et 25m 2mm à 10m et 25m Distance (10% réflectivité) 2mm à 10m et 25m 2mm à10m et 25m

Position 3mm de 10m à 25m

Leica1 ScanStation C10 Distance 4mm de 1 à 50m

Angle 60µrad de 1 à 50m Position 6mm de 1 à50m

Tableau 3 : Comparaison des précisions fournies par les constructeurs

Bruit2 :

Bruit / distance (90 % réflectivité) Bruit / distance (10 % réflectivité) 10m 25m 10m 25m

Photon 120 0,8mm/0,4mmNC 1,0mm/0,5mmNC 1,4mm/0,7mmNC 2,7mm/1,35mmNC

Focus 3D X330 0,3mm/0,15mmNC 0,3mm/0,15mmNC 0,4mm/0,2mmNC 0,5mm/0,25mmNC

Tableau 4 : Comparaison du bruit annoncé sur les instruments Faro

Leica ScanStation C10 Bruit sur surface modélisée 2mm de 1 à 50m Bruit acquisition cibles HDS 2mm de 1 à 50m

Tableau 5 : Bruit annoncé par le constructeur Leica

1 Toutes données de précision +/- d'un sigma 2 Obtenu à 122000 points par seconde pour les appareils Faro


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3.3 RÉFÉRENCE UTILISÉE POUR LES TESTS Le tachéomètre est un appareil plus précis en terme de pointé sur le centre de cible que le scanner-laser. Quant à son distance-mètre, ses caractéristiques sont équivalentes au scanner. Ses mesures peuvent être considérées comme des mesures de référence pour le scanner.

Spécifications techniques des stations totales de l'entreprise :

Leica TS09 : 0.1mgon pour la mesure angulaire, 2mm + 2ppm pour la mesure en distance sans réflecteurs.

Leica TPS1200+ : 0.3mgon pour la mesure angulaire, 2mm + 2 ppm pour la mesure en distance sans réflecteurs.

Trimble S6 : 0.3mgon pour la mesure angulaire, 2mm + 2ppm pour la mesure en distance sans réflecteurs Les appareils devront être calibrés et certifiés par les constructeurs avant les tests. De plus, la fonction "Check & Adjust" (Leica ou équivalent Trimble) est mise en place avant chaque utilisation de l'appareil de façon à réaliser une vérification rapide et apporter le cas échéant les corrections nécessaires à des mesures les plus précises possibles.

Durant les mesures, le tachéomètre devra mesurer les cibles en plusieurs séries de mesures et en utilisant le double retournement. La mesure de distance sans réflecteur est suffisante pour assurer la précision de la position des cibles. Le bilan des erreurs de la mesure au tachéomètre nous permet de dégager une précision sur nos mesures de référence :

Erreur de centrage des appareils : négligeable Erreur de mesure de hauteur d'instrument : 0.5mm Erreur d'orientation : nulle car utilisation de station libre Erreur mouvement des cibles : nulle Erreur de pointé au tachéomètre : 0.2mgon Erreurs systématiques du tachéomètre : éliminées par méthodologie

Grâce à un calcul de point lancé, nous pouvons déduire que la précision théorique obtenue sur le positionnement des cibles de référence est de 1mm à 2mm. L'écart effectif obtenu sur l'applicatif Covadis entre les mesures angulaires est de 1 à 2mm à 20m.

Figure 10 : Station totale Leica TS09


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3.4 TEST EN INTÉRIEUR

3.4.1 OBJECTIFS DU TEST EN INTÉRIEUR Le test en intérieur est inspiré des installations existantes chez les constructeurs pour mesurer la performance globale des instruments. Le but de ce test est de déceler un dysfonctionnement global de l'appareil dans un champ de vision panoramique du scanner : les mesures sont réalisées dans toutes les directions de l'appareil et dans un volume clos.

Figure 11 : Balayage panoramique du garage Fugro Geoid réalisé par le Faro Focus X330

Le test en intérieur a été conçu pour étudier quatre paramètres qui seront comparés avec les spécifications fournies par les constructeurs : la comparaison des coordonnées de cibles entre le scanner-laser et la référence la comparaison des distances entre le scanner et les cibles la comparaison des distances entre deux cibles la comparaison des mesures angulaires réalisées avec le scanner-laser et la station totale

3.4.2 FONCTIONNEMENT

Ce test pourrait être mis en place dans des locaux sur certains sites d'interventions mais les expérimentations pour ce PFE ont été réalisées dans le garage de Fugro Geoid à Jacou. La volonté est d'abord de pouvoir reproduire un banc facilement dans d'autres locaux ou à l'étranger avec les moyens topographiques conventionnels. Il n'est pas envisageable de prévoir l'implantation d'une chambre de calibration à l'image de celles des constructeurs, ni d'utiliser des appareils de mesures métrologiques du type laser tracker, station Leica TDRA6000 ou équivalent. L'idée est donc d'appuyer le contrôle sur l'utilisation d'un réseau de cibles simples à fabriquer et mesuré systématiquement à l'aide d'un tachéomètre de précision millimétrique.


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L'entreprise a réparti 25 cibles à damiers de format 20cm x 20cm de façon uniforme dans le volume dédié au contrôle des appareils. Malgré la structure en acier, les cibles sont immobiles car le test est réalisé dans un temps réduit. Des cibles à damiers ont été sélectionnées car elles sont facilement pointées par un tachéomètre et transportables

pour assurer l'objectif de mobilité. Elles peuvent aussi être conçues aisément depuis l'étranger. Nous considérerons comme hypothèse de départ que nos cibles sont plates et immobiles.

Figure 13 : Schéma représentant le garage de Fugro Geoid utilisé pour le test en intérieur

Le test en intérieur débute par la répartition des cibles dans l'intégralité du volume selon certaines recommandations : il est primordial de veiller à avoir des cibles partout sur les murs, au plafond comme au sol. Depuis la position du scanner, l'utilisateur du banc doit penser à poser des cibles au sol autour de l'appareil, au dessus de l'appareil, à différentes hauteurs, différentes distances... aucune zone ne doit être négligée pour réaliser une investigation complète. L'utilisateur veillera à éviter les cibles avec un trop grand angle d'incidence. Le nombre de cibles positionnées doit être maximal pour obtenir un échantillon de mesures conséquent.

1. Le positionnement de la station qui accueillera le tachéomètre et le scanner doit être tel que toutes les cibles soient visualisables depuis ce point. Depuis cette station, la position des cibles est d'abord mesurée par tachéométrie (voir Référence utilisée pour les tests). Le tachéomètre est ensuite substitué par un scanner-laser en centrage forcé.

2. La mesure lasergrammétrique est réalisée en utilisant une résolution adaptée à la

bonne détection des cibles. Plus la résolution est fine, plus la détection de centre de cible sera précise, mais la taille du fichier de scan devra être anticipée : il est parfois nécessaire de privilégier une résolution plus faible quand le nombre de points nécessaires à la reconnaissance de cible est suffisant. Pour éviter des fichiers trop lourds, nous recommandons une résolution de 3mm à 10m pour des cibles éloignées au maximum de 30m.

Figure 12 : Cibles B&W en PVC de 20cm x 20cm

utilisées pour le test en intérieur

0 5m


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Plusieurs balayages devront être réalisés depuis la même station en tournant l'origine du scanner de façon à augmenter la taille de l'échantillon de mesures de cibles.

Des erreurs systématiques pourraient être mises en évidence en réalisant des scans double-face. Toutefois cette fonction n'est pas disponible pour tous les scanners-laser du marché et dépend du type de prisme de divergence utilisé par l'appareil.

3. Le traitement informatique qui permet de comparer les résultats obtenus est réalisé sur les logiciels respectifs des fabricants (Leica Cyclone et Faro Scene) Les "tensions" affichées lors du recalage dans les logiciels ne seront pas utilisées pour l'analyse des données car les résultats ne sont pas toujours donnés en unité de distance. Des tableaux Excel ont été préparés pour recevoir les résultats des mesures: ces tableaux fournissent au final les éléments à reporter dans le rapport de certification.

3.4.3 TRAITEMENT ET ÉVALUATION DES DONNÉES

3.4.3.1 Reconnaissance de cible à damiers

Cyclone découpe la cible à damiers en série de lignes verticales. Après avoir détecté le changement de couleur du noir vers le blanc sur la première ligne sélectionnée, le logiciel insère un repère au milieu de ce changement de couleur. A partir des repères obtenus sur la série de lignes verticales, Cyclone crée ainsi sa première droite d'intersection. Le processus est identique pour la création de la seconde droite d'intersection. Le centre de la cible est désormais à l'intersection de ces deux droites.

Figure 14 : Détermination du centre de cible sur le logiciel Leica Cyclone. De gauche à droite : cible à damiers à 45°, cible à damiers à 90°, cible HDS

D'après l'expérience des professionnels, la précision de détermination est inférieure à environ la moitié de la résolution spatiale à une certaine distance : cela signifie une erreur d'environ 1cm à 100m pour une fenêtre de très haute résolution. Sur Faro Scene, l'extraction de centre de cible tient compte du bruit des surfaces blanches et noires de la cible. Nous avons constaté sur nos expérimentations que le logiciel positionne le centre de la cible entre 0.2mm et 0.5mm d'un plan moyen calculé à partir de la surface blanche sur Polyworks.

Figure 15 : L'extraction de centre de cible sur Faro Scene tient compte du

bruit sur la cible à damiers


30

3.4.3.2 Traitement informatique

Nous avons constaté qu'un changement de système de coordonnées (translation + rotation) n'entrainait pas d'altération des données brutes. En effet, la comparaison des distances entre cibles avant et après calage montre une variation des distances inférieure à 0.1mm. La comparaison des données peut ainsi s'appuyer sur la consolidation d'un système sur l'autre. Rappelons ensuite que le scanner-laser a remplacé le tachéomètre en centrage forcé. Dans les calculs d'angles et de distances scanner-cible, l'utilisateur devra veiller à mesurer depuis l'origine du scanner et non pas depuis l'origine du tachéomètre : il est donc nécessaire de rabattre les distances et les angles du tachéomètre sur l'origine du scanner pour l'investigation. L'origine du scanner-laser correspond à l'intersection entre son axe vertical et horizontal. v : angle vertical depuis la position initiale du tachéomètre v' : angle vertical depuis la nouvelle position du tachéomètre : origine du scanner-laser r : distance inclinée depuis la position initiale du tachéomètre r' : distance inclinée depuis la position finale du tachéomètre : origine du scanner-laser : Écart entre la position initiale et la position finale du tachéomètre

Figure 16 : Rabattement d'angle vertical et de distance depuis le tachéomètre vers l'origine du scanner

Nous utiliserons les relations du triangle suivantes pour rabattre les distances et les angles verticaux :

Équation 3 : Distance entre le tachéomètre et une cible rabattue sur l'origine du scanner-laser

Équation 4 : Angle vertical rabattu sur l'origine du scanner-laser

v

r'

Position T

initiale du

tachéomètre

Position T' finale

du tachéomètre

r

v'

Cible à damiers


31

Les résultats obtenus lors des tests sont ensuite comparés avec les spécifications des constructeurs dans des tableaux Excel prévus à cet effet.

Banc de contrôle Spécifications constructeurs Distance scanner - cible Précision de distance

Mesure angulaire entre l'origine et la cible Précision angulaire Coordonnées 3D Précision de position

Distance entre deux cibles Mesure angulaire entre deux cibles

Tableau 6 : Analogie des paramètres utilisés sur le banc de contrôle et dans les spécifications techniques

La mesure de distance et la mesure angulaire entre cibles sont des compléments à l'étude de la performance globale du scanner-laser. Elles donnent la possibilité d'investiguer le système dans le cas où la station tachéomètre et le scanner n'ont pas pu être positionnés en centrage forcé.


32

3.5 TEST EN EXTÉRIEUR

3.5.1 OBJECTIFS DU TEST EN EXTÉRIEUR Le test en intérieur est réalisé dans un environnement clos et limité en distance. Se déroulant sur des distances plus grandes, le test en extérieur s'intéresse quant à lui à l'évolution des mesures en fonction des distances et des surfaces. Il se déroule en deux parties distinctes : l'étude d'une ligne de base, permettant d’affiner la connaissance des caractéristiques du capteur (Première Partie) et l'étude de performance globale, permettant un contrôle du capteur en environnement extérieur (Seconde Partie)

Figure 17 : Mise en place d'une ligne de base dans un bassin de rétention d'eau lors d'une journée ensoleillée. Au second plan sont visibles une grande cible à damiers et un panneau d'investigation

Le test en extérieur a été conçu pour l'investigation de plusieurs paramètres en fonction de l'évolution des distances. La ligne de base étudie :

la comparaison des distances scanner - cible le bruit en fonction de la surface la restitution de formes géométriques : fentes et cercles

Le test de performance globale étudie :

la comparaison des coordonnées de cibles la comparaison des distances cible - cible la comparaison des mesures angulaires la comparaison des distances scanner - cible

3.5.2 PANNEAU D'INVESTIGATION Outre une cible à damiers de 50cm x 50cm, nous allons utiliser dans ce test en extérieur un panneau d'investigation en fibres de bois à densité moyenne ou MDF (Medium Density Fiberboard). Ce type de surface légère, appelée "medium" dans le commerce, est très simple à manipuler et à travailler selon les besoins de son utilisateur. Le panneau d'investigation permet de mettre en évidence le bruit par rapport à différentes surfaces, la qualité de détection de fentes et d'arrêtes et enfin la qualité de détection de formes


33

circulaires. Il évalue les capacités de pénétration du laser et les limites des scanners en termes de saisie d'objets et de surfaces ou de perforations et de fentes. Le bruit est un phénomène affectant au nuage de points une certaine épaisseur mesurable. Il est obtenu grâce au calcul des écarts par rapport au plan moyen. Le panneau est ainsi découpé en 9 zones d'investigation avec 4 petits boulons placés dans ses angles pour le géoréférencement. Les types de surfaces et les couleurs ont été sélectionnés en fonction de leurs analogies avec les objets rencontrés sur les chantiers :

7 zones de texture variable 25cm*25cm : Peinture de coque de bateau, Goudron d'étanchéité, Métal, PVC, Peinture grise, Peinture noire, Peinture blanche

1 zone de fentes à épaisseur variable : 2mm, 5mm, 1cm, 5cm, 10cm 1 zone contenant quatre disques : un disque de 10cm de diamètre, un nouveau de 5cm

de diamètre, et enfin un disque de 20cm de diamètre contenant un autre disque de 10cm de diamètre.

Figure 18 : Photo des 9 zones d'investigation. De gauche à droite et de haut en bas : surface goudron d'étanchéité, surface PVC, surface métal, zone de cercles, zone de fentes, peinture noire, peinture grise,

peinture coque bateau, peinture blanche


34

3.5.3 FONCTIONNEMENT

3.5.3.1 Première partie : Ligne de base

Figure 19 : Schéma représentant la mise en place de la ligne de base pour deux appareils

1. Le scanner-laser est positionné sur la ligne de base. Le tachéomètre doit être placé de façon à pouvoir viser la cible à damiers, le panneau d'investigation et les deux scanners-laser. Par centrage forcé, on détermine la position du scanner en le remplaçant par un prisme.

2. A chaque palier de distance, la position de la cible à damiers est mesurée au

tachéomètre par une mesure sans réflecteur. Cette cible et le panneau sont en même temps numérisés par le scanner. La résolution des scans doit être maximale pour garantir un nombre de points suffisants sur les objets visés. Il est utile de réaliser plusieurs balayages par palier pour augmenter la répétabilité des mesures et la taille de l'échantillon.

3. Le traitement informatique est réparti en deux étapes : l'étude des distances entre le

scanner et la cible à damiers puis l'étude du panneau d'investigation. Les comparaisons et le calcul de statistiques sont réalisés sous Excel.

3.5.3.1.1 Traitement informatique de l'étude de distance scanner-cible

Toutes les données ont été traitées sous Cyclone. Pour les appareils de marque Faro, les fenêtres de sélection comportant la grande cible à damiers et le panneau d'investigation sont exportées au format ptx vers Cyclone. Après avoir importé toutes les données brutes des appareils sous ce logiciel, l'utilisateur utilise la recherche automatique de cibles pour en déterminer le centre et compare les valeurs des distances avec celles obtenues par tachéométrie. La comparaison est réalisée sous Excel. Les résultats sont ensuite rapprochés des précisions de distance fournies par le constructeur.

10m 0


35

3.5.3.1.2 Traitement informatique du panneau d'investigation

L'étude du panneau d'investigation est entièrement réalisée sur le logiciel Polyworks. Après avoir nettoyé et transformé tous les scans au format ptx, les données sont importées dans le logiciel. L'investigation du panneau est répartie en trois temps : étude du bruit, étude des fentes et étude des cercles. L'étude du bruit est équivalente à l'étude des résidus par rapport à un plan moyen calculé par ajustement. Polyworks crée un plan moyen grâce à la méthode du meilleur ajustement après sélection des points de la surface étudiée. Le bruit obtenu sur les surfaces devra être comparé avec le bruit donné par les constructeurs pour une surface blanche à une distance de référence.

Figure 20 : Traitement des données de bruit sur le logiciel Polyworks

L'étude des fentes est essentiellement visuelle. Cette expérience permet de juger la pénétration du laser dans le panneau et d'évaluer la réponse face à une forme géométrique connue. Cette partie n'est pas présentée dans le rapport de certification car elle est trop dépendante des choix de l'utilisateur : les résultats d'analyse sont trop aléatoires suivant l'opérateur et le banc de contrôle a besoin de respecter des conditions de reproductibilité. Enfin, l'étude des disques analyse la réponse de l'instrument face à une forme circulaire de dimension connue. L'utilisateur est chargé de modéliser le cercle sur le logiciel et compare ensuite le diamètre avec les valeurs de constructions.


36

3.5.3.2 Seconde partie : Performance globale

Figure 21 : Schéma représentant la mise en place du test de performance globale.

Le but de cette seconde partie est d'étudier la restitution de coordonnées de points particuliers situés à des distances élevées du scanner. Des cibles sphériques et à damiers sont placées aléatoirement autour de la station de scan à différentes hauteurs et distances. Les recommandations, le fonctionnement et le traitement sont les mêmes que pour le test en intérieur. Le nombre de cibles et la portée du test sont laissés libres à l'utilisateur en fonction de des conditions du terrain rencontrées, mais un minimum de 30 repères est recommandé. Cette seconde partie n'est pas suffisante pour une étude approfondie du scanner. Ce test n'est pas aussi "panoramique" que le test en intérieur, notamment dans le plan vertical, et la taille de l’échantillon est faible. Elle permet cependant une première investigation rapide au cas où un problème de qualité est suspecté, en l’absence sur site d’un lieu capable d’accueillir un banc tel que décrit pour le test en intérieur. Elle apporte aussi un complément au test en intérieur et/ou à celui de la ligne de base, en étudiant des paramètres nouveaux comme l'évolution des erreurs sur les coordonnées de cibles en fonction de distances importantes.


37

3.6 PROJECTION SUR LES OPÉRATIONS FUGRO GEOID Fugro Geoid exporte son savoir-faire sur des chantiers en France mais surtout à l'étranger et notamment en Afrique. Les ingénieurs et techniciens de l'entreprise sont ainsi confrontés à des environnements et à des climats différents. Les scanners-laser peuvent être utilisés lors de contrôles dimensionnels, sur des plateformes offshores, sur des yards de constructions... La numérisation des structures se heurte parfois à des configurations particulières sur site : encombrement, stabilité... Les conditions de mobilisation varient selon les interventions :

La mobilisation ponctuelle avec objet à courte portée : une équipe est mobilisée sur quelques jours et utilise un scanner transporté depuis Jacou. On retrouve ce type de mobilisation sur des numérisations de capteurs de bateau, sur des interventions sur plateforme pétrolière...

Figure 22 : Numérisation de capteurs de bateau en Roumanie

Dans cette configuration, la mise en place du banc est peu évidente car les délais de chantiers sont courts. Sauf en cas d'exigence particulière du client, la mise en place du banc ne pourra pas être réalisée.

La mobilisation ponctuelle avec objet à moyenne portée : une équipe est mobilisée

sur quelques jours et utilise un scanner transporté depuis Jacou. Toutefois, ce genre d'intervention nécessite une portée plus importante (environ 100m). C'est le cas par exemple de la numérisation de bacs pétroliers au Congo. Avant la conception du banc, la vérification des mesures sur le terrain était assurée par le recouvrement des scans entre eux mais aussi par le calcul d'une erreur moyenne quadratique sur le calage par rapport à des références connues. Les expériences malheureuses obtenues avec le Photon 120 (voir Objectifs du banc de contrôle) ont entrainé la correction mathématique des résultats après les travaux.


38

Figure 23 : Numérisation de bac pétrolier au Congo

La mise en place d'un banc de contrôle sur ce type de chantier est idéale pour assurer le bon fonctionnement des appareils. Le test en extérieur sera particulièrement apprécié ici car il se déroule sur des distances importantes.

La mobilisation de longue durée : ces chantiers sont étendus sur plusieurs mois et nécessitent la présence d'un scanner-laser sur place. L'appareil est parfois utilisé par des géomètres peu formés à la numérisation au laser. Sur ces interventions, un bâtiment Fugro est souvent présent sur les lieux. On retrouve cette configuration sur des yards de construction en Angola ou sur la surveillance de galeries d'enfouissement nucléaire à Bure en Lorraine. Jusqu'ici, la décalibration des appareils était constaté après la réalisation des mesures.

Figure 24 : Numérisation de galerie souterraine en Lorraine

La mise en place du banc de contrôle permet désormais de contrôler les appareils avant la réalisation des travaux. Grâce à la présence de nombreux bâtiments, le test en intérieur sera particulièrement apprécié sur ce type de chantier.


39

4 MISE EN ŒUVRE DU BANC DE CONTRÔLE

Les études bibliographiques et les recherches personnelles auprès des constructeurs ont permis de constituer notre banc de contrôle. Mais les expérimentations peuvent parfois modifier l'image des procédures conçues ou remettre en cause les choix réalisés. Nous allons désormais analyser les résultats obtenus lors de nos expérimentations et interpréter les données récoltées. Les résultats et leurs interprétations seront consultables au sein de l'entreprise pour comparer les données dans le futur. La première partie s'attachera à décrire les résultats obtenus sur les tests en intérieur réalisés avec nos trois instruments. Une courte introduction à l'auto-calibration sera présentée de façon à envisager des futurs travaux possibles. La seconde partie sera destinée à la présentation et l'interprétation des résultats obtenus sur la ligne de base en extérieur. Les résultats du Faro Photon 120, indisponible au moment du test, ne seront pas présentés dans ce rapport.

4.1 TEST EN INTÉRIEUR Les résultats sont issus de plusieurs expérimentations réalisées à des périodes différentes mais dans les mêmes conditions de mesure. Comme vue précédemment, la répartition des cibles sur tout le panorama du scanner doit être soignée. Les cibles positionnées directement au dessus du scanner (au zénith) sont à proscrire. Les cibles au sol et proches de l'appareil sont en revanche à conseiller. L'utilisateur devra envisager un minimum de 30 à 40 cibles pour obtenir des analyses claires. La capture suivante a été obtenue à l'aide de trois scans décalés de 120 grades depuis la même station sur le Faro X330 : on obtient ainsi un échantillon important de cibles et une répartition homogène. Sur le Leica C10 et le Photon 120, un seul scan a été utilisé : les échantillons sont donc faibles mais les cibles bien réparties.

Figure 25 : Balayage panoramique du garage Fugro Geoid par un Faro X330. Répartition des cibles sur tout le panorama à partir de trois scans décalés de 120 grades.


40

4.1.1 COMPARAISON DE COORDONNÉES

Un retour sur les spécifications fournies par les constructeurs nous indique :

Précision sur la position des cibles (Données des constructeurs)

Faro Photon 120 3mm à 25m Faro Focus X330 3mm à 25m

Leica C10 6mm à 50m

Tableau 7 : Spécifications techniques des constructeurs sur la position des cibles

Les résultats obtenus lors de nos tests en intérieur sont présentés ci-dessous.

Faro X330 Faro Photon 120 Leica C10 dX

(mm) dY

(mm) dZ

(mm) dX

(mm) dY

(mm) dZ

(mm) dX

(mm) dY

(mm) dZ

(mm) Nombre cibles 89 89 89 19 19 19 19 19 19

Maximum 3,1 2,0 3,9 7.2 3.1 2.7 1,8 0,5 1,0 Minimum -4 -3 -4 -4.3 -2.5 -9.1 -0,7 -1,2 -1,0 Moyenne 0,0 0,0 0,0 0.1 -0.1 -0.1 0,0 0,0 0,0

Écart-type 1,3 1,3 1,5 2.4 1.4 2.5 0,7 0,5 0,4 EMQ 1,0 1,0 1,3 2.4 1.1 2.5 0,7 0,5 0,4

Tableau 8 : Résultats obtenus sur la comparaison des coordonnées 3D des cibles à damiers à une distance

moyenne de 15m

La moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre les coordonnées lasergrammétriques et les coordonnées issues du tachéomètre. L'écart-type correspond à la dispersion de ces écarts autour de leur valeur moyenne. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de coordonnées lasergrammétriques par rapport à la série de référence tachéométrique. C'est donc l'emq qui doit être comparée avec les spécifications du constructeur. Les intervalles de confiance (représentés en disques orange dans les graphiques suivant) sont donnés à une constante k = 1 soit 68% de niveau de confiance.


41

Figure 27 : Représentation graphique des écarts planimétriques obtenus avec le Leica C10

Figure 28 : Représentation graphique des écarts planimétriques avec le Faro Photon 120

Les résultats de nos 3 appareils sont centrés autour d'une valeur proche de 0. Les échantillons du Faro Photon 120 et du Leica C10 sont trop faibles mais ils permettraient déjà d'appréhender certains phénomènes (conditions du test en extérieur). En revanche, l'échantillon utilisé sur le Faro X330 est suffisant pour analyser le bon fonctionnement de l'instrument. Les précisions et exactitudes obtenues démontrent que nos instruments respectent leurs caractéristiques techniques.

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

-4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0

Eca

rt s

ur

Y (

mm

)

Ecart sur X (mm)

Leica C10 : Ecarts sur les coordonnées planimétriques

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

-4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0

Eca

rt e

n Y

(m

m)

Ecart en X (mm)

Faro Photon 120: Ecarts sur les coordonnées planimétriques

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

-4,0 -2,0 0,0 2,0 4,0

Eca

rt s

ur

Y (

mm

)

Ecart sur X (mm)

Focus X330 : Ecarts sur les coordonnées planimétriques

Figure 26 : Représentation graphique des écarts planimétriques avec le Faro X330


42

4.1.2 COMPARAISON DES DISTANCES SCANNER-CIBLE

D'après les spécifications techniques, on a :

Précision sur la position des cibles (Données des constructeurs)

Faro Photon 120 2mm de 10m à 25m Faro Focus X330 2mm de 10m à 25m

Leica C10 4mm à 50m

Figure 29 : Spécifications techniques des constructeurs sur la mesure de distances

Nous avons déplacé les valeurs tachéométriques vers l'origine du scanner-laser de façon à conserver les valeurs brutes lasergrammétriques. L'investigation des distances scanner-cible ne met donc en jeu que le système de mesure de distance.

Faro X330 Faro Photon 120 Leica C10 r (mm) r absolu (mm) r (mm) r absolu (mm) r (mm) r absolu (mm)

Nombre cibles 89 89 19 19 19 19 Maximum 3,7 3,7 4.3 5.9 0,9 2,4 Minimum -2 0 -5.9 0.0 -2,4 0,0 Moyenne 1,5 1,5 0.2 1.6 -0,1 0,6

Écart-type 0,9 0,7 2.3 1.7 0,8 0,5 EMQ 0,9 0.9 2.4 2.4 0.4 0.7

Figure 30 : Résultats obtenus sur l'expertise des distances scanner-cible à une distance moyenne de 15m avec

les 3 appareils.

La moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre les distances lasergrammétriques et les distances issues du tachéomètre. L'écart-type correspond à la dispersion de ces écarts autour de leur valeur moyenne. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de distances

lasergrammétriques par rapport à la série de référence tachéométrique. C'est donc l'emq qui

doit être comparée avec les spécifications du constructeur.

Figure 31 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Focus X330

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Eca

rt (

mm

)

Distance (m)

Focus X330 : Ecarts sur les distances


43

Figure 32 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Leica C10

Figure 33 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Photon 120

Les exactitudes obtenues dans nos expérimentations indiquent que nos instruments respectent les données de leurs constructeurs. Le Photon 120 semble légèrement au dessus de ses spécifications mais l'écart est trop faible et l'échantillon trop petit pour tirer une conclusion définitive. De plus, la résolution réglée par l’opérateur était un peu faible pour apporter une bonne résolution sur toutes les cibles. Le banc de contrôle permet ici de mettre en évidence un systématisme sur la mesure de distance au Faro X330. Les valeurs sont regroupées autour d'une valeur moyenne égale à 1mm. Bien que ce systématisme soit présent, l'appareil respecte les spécifications. La dégradation est donc a surveillé.

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Eca

rt (

mm

)

Distance (m)

Leica C10 : Ecarts sur les distances

-5,0

-4,0

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0 2 4 6 8 10 12 14

Eca

rt (

mm

)

Distance (m)

Faro Photon 120: Ecarts sur les distances


44

4.1.3 COMPARAISON DES MESURES ANGULAIRES

Les précisions angulaires données par les constructeurs sont les suivantes :

Précision angulaire (Spécification constructeur)

Faro Photon 120 Faro Focus X330

Leica C10 3.8mgon de 1 à 50m

Tableau 9 : Spécifications techniques des constructeurs concernant la mesure angulaire des scanners

Nous avons déplacé les valeurs tachéométriques vers le centre du scanner-laser de façon à conserver les valeurs brutes lasergrammétriques. Nous allons étudier l'évolution des écarts en fonction de la valeur angulaire.

Faro X330 Faro Photon 120 Leica C10 phi(mgon) teta(mgon) phi(mgon) teta(mgon) phi(mgon) teta(mgon)

Nombre cibles 89 89 19 19 19 19 Maximum 64,6 35,9 19.5 18.7 7,2 2,0 Minimum -88 -41 -42.4 -60.8 -6,9 -5,6 Moyenne -1,4 -1,8 -3.3 -2.2 -0,1 -0,6

Écart-type 18,7 14,0 14.4 17.4 4,2 1,7 EMQ 18,8 13,3 14.0 17.9 4.1 1.7

Tableau 10 : Présentation des résultats obtenus lors de l'expertise des mesures angulaires

La moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre les mesures angulaires lasergrammétriques et les mesures angulaires issues du tachéomètre. L'écart-type correspond à la dispersion de ces écarts autour de leur valeur moyenne. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de mesures angulaires lasergrammétriques par rapport à la série de référence tachéométrique. C'est donc l'emq qui doit être comparée avec les spécifications du constructeur. Les représentations graphiques de l'évolution des écarts en fonction de l'angle horizontal sont disposées ci dessous :

Figure 34 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Faro X330

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Eca

rt (

mg

on

)

Angle horizontal (gon)

Focus X330 : Ecarts sur les angles horizontaux


45

Figure 35 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Leica C10

Figure 36 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Faro Photon 120

Nous constatons tout d'abord que la répartition des cibles sur le test du Faro X330 est parfaite. Aucune zone ne parait avoir été négligée selon l'angle horizontal. Concernant les deux autres appareils, la taille des échantillons est faible mais on constate bien le respect des spécifications des constructeurs. De plus amples recherches devraient être réalisées pour être sur que la répartition "sinusoïdale" des écarts qui peut être aperçue ne soit pas une dégradation du scanner.

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Eca

rt (

mg

on

)


Leica C10 : Ecarts sur les angles horizontaux

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Eca

rt (

mg

on

)


Photon 120 : Ecarts sur les angles horizontaux


46

L''évolution des écarts en fonction des angles verticaux est présentées ici :

Figure 37 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Faro X330

Figure 38 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Leica C10

Figure 39 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Faro Photon 120

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Eca

rt (

mg

on

)

Angle vertical (gon)

Focus X330 : Ecarts sur les angles verticaux

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Eca

rt (

mg

on

)


Leica C10 : Ecarts sur les angles verticaux

-25,0

-20,0

-15,0

-10,0

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Eca

rt (

mg

on

)


Photon 120 : Ecarts sur les angles verticaux


47

Sur le Faro X330, nous pouvons affirmer que la répartition des cibles dans le champ vertical est correcte. Quelques cibles seront encore positionnées au plafond pour remplir la zone de 0 grades à 60 grades mais cette absence ne gêne pas pour l'instant l'analyse des données. Les valeurs se répartissent autour de la valeur nulle dans un intervalle [-25;+25]. Nous pouvons constater la faiblesse de nos échantillons sur le Leica C10 et le Faro Photon 120. Ils permettent cependant des indications encourageantes sur le fonctionnement des appareils. Une reprise du contrôle avec un échantillon plus important permettra de confirmer cette tendance.


48

4.1.1 COMPARAISON DES DISTANCES ENTRE DEUX CIBLES

Cette étude est complémentaire à l'investigation de la précision 3D car elle n'a pas d'équivalent

dans les spécifications techniques des constructeurs.

Nombre de distances

Moyenne (mm)

EMQ (mm)

Faro Photon 120 86 0.8 2.3 Faro Focus X330 86 -1.0 1.4

Leica C10 86 0.3 1.7

Tableau 11 : Résultats obtenus sur la comparaison de 86 distances entre deux cibles obtenues par lasergrammétrie et par une référence tachéométrique

L'erreur moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre les coordonnées lasergrammétriques et les coordonnées issues du tachéomètre. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de distances

lasergrammétriques par rapport à la série de référence tachéométrique.

Figure 40 : Représentation graphique des écarts entre les distances entre deux cibles obtenues avec le Faro

X330 et un tachéomètre de référence

Figure 41 : Représentation graphique des écarts entre les distances entre deux cibles obtenues avec le Leica

C10 et un tachéomètre de référence

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

6,0

0 5 10 15 20 25

Eca

rt (

mm

)

Distance cible-cible (m)

Comparaison de distances cible-cible : Faro Focus X330

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

6,0

0 5 10 15 20 25

Eca

rt (

mm

)


Comparaison de distances cible-cible : Leica C10


49

Figure 42 : Représentation graphique des écarts entre les distances entre deux cibles obtenues avec le Photon

120 et un tachéomètre de référence

Le systématisme du Faro Focus 3D X330 est encore visible sur ce graphique. Nous constatons que les écarts se répartissent dans un intervalle [-3;+2] autour d'une valeur moyenne égale à -1. Cette étude appuie donc nos résultats rencontrés sur la comparaison des distances scanner-cible.

-6,0

-4,0

-2,0

0,0

2,0

4,0

6,0

0 5 10 15 20 25

Eca

rt (

mm

)


Comparaison de distances cible-cible : Photon 120


50

4.2 TEST EN EXTÉRIEUR : LIGNE DE BASE

4.2.1 LIGNE DE BASE : ÉTUDE DES DISTANCES Le principe de mesure est détaillé dans la partie "3.5.3.1 Présentation du test en extérieur : Ligne de base". Cette phase du test apporte deux types d'informations : l'une sur l'évolution des écarts en fonction des distances, l'autre sur le respect des spécifications "constructeur" à une distance donnée. Nous avons constaté que la détection automatique de cibles à damiers n'est pas toujours possible à partir d'une certaine distance : celle-ci dépend de la résolution de l'appareil et de la taille de l'objet mesuré. A partir de 80m, la surface noire de la cible à damiers n'est plus détectée par le Leica C10. Il est possible que la forte luminosité extérieure soit à l'origine de cette absence. Nous avons un temps envisagé d'exporter les cibles dans le logiciel Cogo Survey pour créer manuellement une intersection de droite à partir du changement d'intensité mais ce protocole est lourd et n'améliore pas sensiblement le pointé du centre. Ce phénomène de disparition de surface n'est pas présent sur le Faro. Cette absence est due à la longueur d'onde du laser et à sa réaction face au type d'objet visé. Le tableau et les graphiques suivants détaillent nos résultats et utilisent des erreurs en valeurs absolues. Nous prévenons tout d'abord que nos échantillons sont petits. Ils permettent toutefois de dégager des tendances qui seront confirmées dans le futur avec des échantillons plus importants.

Banc de contrôle Erreur moyenne

Banc de contrôle EMQ

Distances Horizontales

Distances Inclinées

Distances Horizontales

Distances Inclinées

Leica C10 3.9mm de 10m à 100m

5.5mm de 10m à 100m

4.7mm de 10m à 100m

6.0mm de 10m à 100m

Faro X330 2.2mm de 10m à 100m

3.1mm de 10m à 100m

3.1mm de 10m à 100m

3.7mm de 10m à 100m

Tableau 12 : Présentation des résultats obtenus sur la mesure de distances


51

Figure 43 : Représentation graphique de la valeur absolue des écarts en fonction de la distance : Leica C10.

L'écart sur la distance horizontale apparaît en rouge, celui sur la distance inclinée en bleu.

Figure 44 : Représentation graphique de la valeur absolue des écarts en fonction de la distance : Faro X330.

L'écart sur la distance horizontale apparaît en rouge, celui sur la distance inclinée en bleu.

Nos erreurs en valeurs absolues obtenues sur les distances inclinées sont supérieures à celles obtenues sur les distances horizontales : la distance inclinée met en jeu plus de paramètres susceptibles d'entacher la mesure et notamment les hauteurs de prismes et d'instruments qui doivent être mesurées avec grande précaution.

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

10,0

0 20 40 60 80 100 120

Eca

rt e

n v

ale

ur

ab

solu

e (

mm

)

Distance (m)

Evolution des écarts en valeurs absolues en fonction de la distance : Leica C10

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0 20 40 60 80 100 120

Eca

rt e

n v

ale

ur

ab

solu

e (

mm

)

Distance (m)

Evolution des écarts en valeurs absolues en fonction de la distance : Faro X330


52

Notre banc s'intéresse à l'évolution des erreurs en fonction des distances mais les spécifications des constructeurs sont fournies à une distance horizontale particulière. Pour comparer nos appareils, nous avons sélectionné plusieurs points situés au centre de la cible à la distance horizontale recommandée. Nous considérons que ces points sont tous à la même distance.

Figure 45 : Sélection de points du nuage près du centre de la cible à damiers pour mesurer la distance horizontale

Les résultats obtenus sur les distances horizontales sont présentés ci-dessous :

Constructeur (Précision)

Banc de contrôle Écart-type obtenu

Banc de contrôle EMQ obtenu

Leica C10 4mm à 50m 2.9mm à 50m (sur 121points) 4.3mm à 50m (sur 121points) Faro X330 2mm de 10m à 25m 1.9mm à 27m (sur 224points) 2.0mm à 27m (sur 224points)

Tableau 13 : Comparaison des précisions et exactitudes obtenues sur la mesure des distances horizontales

avec nos deux appareils

L'erreur moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre la distance lasergrammétrique et la distance issue du tachéomètre. L'écart-type correspond à la dispersion de ces écarts autour de leur valeur moyenne. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de distances

lasergrammétriques par rapport à la donnée de référence tachéométrique. C'est donc l'emq qui

doit être comparée avec les spécifications du constructeur.


53

4.2.2 LIGNE DE BASE : ÉTUDE DU PANNEAU D'INVESTIGATION

4.2.2.1 Bruit

4.2.2.1.1 Faro Focus 3D X330

Goudron PVC Métal Noir Blanc Coque Gris

(m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

12 0,832 0,823 0,942 0,904 0,745 0,703 0,737

23 0,727 0,718 0,742 1,307 0,685 0,666 0,946

28 0,901 0,72 1,812 1,608 0,718 0,72 1,084

38 0,853 0,912 0,849 2,347 0,73 0,737 1,452

50 0,828 0,791 0,787 3,625 0,807 0.810 2,03

55 0,885 0,977 0,834 3,804 0,874 0,844 2.333

69 0,691 1,02 1,477 4,458 1,363 1,5 2,422

98 2,632 2,452 2,556 10,268 1,512 2,116 5,812

Tableau 14 : Résultats des données de bruit sur les surfaces du panneau d'investigation avec le Faro X330. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces.

Figure 46 : Représentation graphique du bruit obtenue avec le Faro X330 en fonction de la surface mesurée et

de la portée

De manière générale, on constate que quel que soit la surface, le bruit augmente avec la distance. Plus le panneau s’éloigne, plus le bruit sur la surface est important. Des particularités notables seront détaillées plus loin. La taille de l'échantillon analysé varie de 3000 points à 10m jusqu'à 100 points à 120m selon les surfaces. Les valeurs mesurées pour la couleur blanche sont cohérentes avec les données du constructeur. Alors que Faro annonce un bruit de 0.5mm à 25m sur une surface blanche, nous constatons une erreur de 0.7mm sur la même distance. Les conditions du test et le matériau utilisé sont à l’origine de cette légère différence.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120

Bru

it e

n m

m

Distance en m

Evolution du bruit en fonction de la surface et de la distance : Faro Focus X330

Goudron

PVC

Metal

Noir

Blanc

Coque

Gris


54

La peinture noire est la plus bruitée avec une valeur de 1.4mm à 25m. Cette couleur ne renvoie que très peu d’informations si bien que le nombre de points utilisés pour ses statistiques est constamment le plus faible. La couleur noire se détache clairement des autres couleurs car ses valeurs sont trois à quatre fois plus importantes. Rien ne permet d’affirmer en revanche si la couleur ou la texture est prédominante dans la nature du bruit. Par exemple, le PVC pourtant de couleur grise, ne réagit pas de la même matière que sa couleur. Le goudron, pourtant de couleur noire, est très brillant et subit un bruit plus faible que la peinture noire mate. Le type de matériau a donc son importance dans la réponse à la mesure laser. Certaines discontinuités méritent d’être traitées avec attention. De manière générale, le bruit évolue de façon régulière en fonction de la distance mais le métal ne présente pas une courbe classique, notamment à cause de sa valeur obtenue à 25m particulièrement élevée par rapport à celle attendue. Cette surface est assimilable à un miroir et il est possible que la luminosité ou un reflet soit à l’origine de cette discontinuité. Nous avons eu les mêmes problèmes de reflet concernant la coque, très brillante et polie, qui aurait pu subir l’effet de la lumière solaire à 50m. Ainsi, des reprises ont été nécessaires pour obtenir la courbe précédente. Il faut donc renouveler les expériences dans des conditions climatiques différentes, notamment lors d’une journée nuageuse pour s'assurer de la pertinence des explications fournis. Hormis pour les zones de discontinuité (en rouge dans le tableau suivant), nous avons constaté lors des reprises que le bruit (en mm) obtenu entre deux mesurages était quasiment identique au dixième de millimètre près. Cette constatation est rassurante concernant la qualité de nos travaux.

À 50 m Goudron PVC Métal Blanc Coque Gris Bruit 1 (mm) 0.828 0.791 0.787 0.807 5.338 2.030 Bruit 2 (mm) 0.822 0.743 0.859 0.860 0.810 2.001

Tableau 15 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors de deux mesurages distincts à 50m. En

rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces.

Le bruit obtenu sur le Faro est plus faible que celui obtenu sur le Leica mais l'augmentation, en mm/m, est plus élevé : la progression du bruit est donc plus rapide. Les spécifications techniques du Faro ne vont pas plus loin que 25m. Une fois ce palier dépassé, le constructeur ne garantit plus la tenue des spécifications. Notons que les augmentations ne sont pas toutes identiques et varient selon les matières et les couleurs. Enfin nous avons, sur cet appareil seulement, tenté d'approcher la notion d'angle d'incidence de façon à comprendre l'évolution des précisions en distance. D'après nos lectures sur les travaux de Soudarissanane [2011], le bruit sur une surface augmente lorsque l'angle d'incidence augmente. A 55m et à 50m, nous avons réalisé des scans en tournant notre panneau d'investigation de quelques grades: environ 7 grades à 50m et 4 grades à 55m. Les résultats obtenus peuvent donc être comparés à ceux obtenus lors d'une visée orthogonale.

50m Goudron (mm)

PVC (mm)

Métal (mm)

Blanc (mm)

Coque (mm)

Gris (mm)

Sans biais 0.822 0.743 0.859 0.860 0.810 2.005 Avec biais 3.398 1.542 0.914 0.846 1.084 1.952

Tableau 16 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors d'une variation d'angle d'incidence à 50m.

En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces.


55

55m Goudron (mm)

PVC (mm)

Métal (mm)

Blanc (mm)

Coque (mm)

Gris (mm)

Sans biais 0.841 0.751 0.896 0.861 0.844 2.333 Avec biais 1.565 1.236 0.855 0.794 0.996 2.301

Tableau 17 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors d'une variation d'angle d'incidence à 55m.

En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces.

Les résultats démontrent que la modification de l'angle entre l'axe du laser et la surface du panneau modifient les résultats obtenus sur les bruits des surfaces. Même si les surfaces ne réagissent pas de la même façon, la plupart des écarts-type sont en augmentation lorsque l'angle d'incidence augmente. Étant donné que les angles d'incidence utilisés pour cette expérimentation sont faibles, certaines surfaces réagissent sensiblement de la même manière quel que soit l'angle d'incidence : c'est le cas du métal, du blanc et du gris. La position de la surface sur le panneau est aussi prépondérante dans l'évolution du bruit comme le montre le schéma suivant issu des travaux de Soudarissanane [2011] à 50m :

Figure 47 : Évolution du bruit en fonction de la position de la surface sur le panneau (Soudarissanane [2011])

Ainsi, le blanc et le métal, situés le plus à droite du panneau, semblent moins réagir à l'augmentation du bruit.


56

4.2.2.1.2 Leica C10

Goudron PVC Metal Noir Blanc Coque Gris

(m) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) 12 1,97 1,373 1,405 2,058 1,311 1,607 1,426 23 1,483 1,407 1,345 2,111 1,368 1,388 1,532 28 2,322 1,405 1,357 2,281 1,4 1,545 1,518 38 2,141 1,448 1,419 2,837 1,362 1,532 1,814 50 1,426 1,36 1,458 3,303 1,39 1,417 2,172 55 1,491 1,412 1,661 3,817 1,436 1,486 2,18 69 3,647 1,493 1,399 4,84 1,576 1,565 2,742 76 4,124 2,979 1,694 4,01 1,575 2,695 3,226 98 1,796 1,999 1,496

1,606 2,009 4,443

Tableau 18 : Résultats des données de bruit sur les surfaces du panneau d'investigation avec le Leica C10. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces.

Figure 48 : Représentation graphique du bruit obtenue avec le Leica C10 en fonction de la surface mesurée et

de la portée

De manière générale, on constate que quel que soit la surface, le bruit augmente avec la distance. Plus le panneau s’éloigne, plus le bruit sur la surface est important. Des particularités seront détaillées plus loin. Les valeurs de la couleur blanche concordent avec celles données par le constructeur. A 50m sur une surface blanche, Leica annonce un bruit de 2mm. Nos mesures permettent d’obtenir un bruit de 1.6mm, par conclusion plus petit que celui annoncé… Il est assez suspect d’obtenir des résultats plus faibles que ceux obtenus par le constructeur. De ce fait, la définition du "bruit sur une surface modélisée" chez Leica est ainsi posée. Nos méthodologies, nos définitions et nos calculs sont probablement différents, expliquant alors l'optimisme de nos résultats. La surface noire est la plus bruitée avec une valeur de 3.3mm à 50m. A 100m la valeur du bruit n’est plus mesurable car le nombre de points est insuffisant pour déterminer un plan et tirer des statistiques.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 20 40 60 80 100 120

Bru

it e

n m

m

Distance en m

Etude du bruit : Leica C10

Goudron

PVC

Metal

Noir

Blanc

Coque

Gris


57

Les mesures obtenues au C10 semblent plus hétérogènes que celles obtenues au X330. A 50m avec la couleur noire mise à part, les valeurs de bruit s'étendent de 1.4mm pour le PVC à 2.2mm pour la peinture grise. D'après nos expérimentations, le C10 semble plus sensible aux caractéristiques de l'objet visé. Si cette hypothèse est exacte, les explications sont à chercher au niveau de la nature de la mesure pulsée ou de la longueur d'onde du laser. Aucune reprise de mesures n'a été réalisée sur cet appareil. Le goudron subit un pic dans sa courbe à une distance de 70m. Le métal subit quant à lui un pic à la distance de 50m. Il semblerait que ces surfaces aient subi localement les conditions climatiques et notamment la luminosité. Le métal fonctionne comme un miroir tandis que le goudron est granuleux et brillant. Rien ne permet d’affirmer en revanche si la couleur ou la texture est prédominante dans la nature du bruit. Le PVC ne réagit pas comme la peinture grise et la courbe du goudron est très différente de celle de la peinture noire. Le type de matériau a donc son importance dans la réponse à la mesure laser. Le bruit du Leica est plus important que celui du Faro mais les augmentations sont plus faibles que ceux du Faro : ceci signifie que le bruit du Leica évolue moins vite que le Faro qui aurait tendance à ne plus maîtriser sa précision à partir d’un certain palier. Le Leica parait plus stable dans une plage de données qui s’éloigne de ses spécifications. Ce phénomène est parfaitement démontré sur l'exemple de la peinture blanche. D’après un calcul simple sur la surface blanche, si le rythme de l’augmentation ne varie pas pour les appareils, le Leica devient moins bruité à partir d’environ 115m-120m. A partir de ce palier, le rapport de précision s’inverse pour la surface blanche.

Figure 49 : Comparaison de l'évolution du bruit sur la surface blanche en fonction de la distance avec le Leica

C10 et le Faro X330

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 20 40 60 80 100 120

Bru

it (

mm

)

Distance (m)

Comparaison de la surface blanche

Faro X330

Leica C10


58

4.2.2.2 Fentes

L'évaluation des fentes est essentiellement visuelle. De ce fait, son analyse ne satisfaisant pas les conditions de reproductibilité, son expertise ne sera pas détaillée dans le rapport de certification. Le résultat de l'analyse de fentes dépend de l'angle d'incidence du laser et c'est pourquoi cette partie a été placée au centre du panneau d'investigation. Mais la condition d'horizontalité ne saura jamais satisfaite précisément sans l'utilisation d'appareils de topographie pour installer convenablement le panneau dans la direction des scanners-laser. La résolution spatiale et la taille de l'empreinte laser sont primordiales pour cet exercice. Les fentes et les cercles permettent d'analyser les capacités de détection et de pénétration des scanners-laser dans le panneau. D'après les spécifications des constructeurs, le Faro part avec un léger avantage dans la résolution spatiale : 1.5mm à 10m contre 2mm à 10m pour le Leica. Mais à courte distance, cet écart est quasiment négligeable. Concernant la taille de l'empreinte laser à 50m, le Faro possède un nouvel avantage : l'empreinte laser du Leica est de 7mm tandis que celle du Faro est d'environ 3mm. En réalité, le fond du panneau a une influence très importante dans les résultats. Étant donné que la réflectance de la face avant est quasiment identique à celle de la face arrière, le problème est réduit à un problème géométrique fonction de la résolution et de la taille de l'empreinte laser. Les résultats auraient alors pu être prédits mathématiquement puisque toutes ces données sont fournies par les constructeurs. Si la couleur du fond du panneau renvoyait un très faible retour d'intensité (couleur sombre), tout se serait passé comme si les trous avaient été ignorés. La réflectance de la face avant et du fond est donc primordial dans cette exercice (Barras et al. [2013]).

Figure 50 : Évaluation visuelle sur le logiciel Polyworks de la zone de fente issue du scanner Faro X330 en résolution maximale à une distance de 25m

Les résultats démontrent que les scanners-laser réagissent de manière quasi-identique car les tableaux d'évaluation sont proches. A partir de 70m, les deux scanners ne distinguent même plus deux fentes proches.


59

4.2.2.3 Cercles

28m 50m 69m 98m

Erreur moyenne (cm) 1.0 0.9 0.7 1.6 EMQ (cm) 1.0 0.9 1.0 2.6

Tableau 19 : Résultats de la détection des disques au fond du panneau. Diamètre des disques avec Faro X330

28m 50m 69m 98m

Erreur moyenne (cm) 0.7 1.3 1.3 1.0

EMQ (cm) 0.7 1.4 1.3 1.0

Tableau 20 : Résultats de la détection des disques au fond du panneau. Diamètre des disques avec Leica C10

Les tableaux précédents détaillent les résultats du balayage des disques au fond du panneau. Les erreurs sont données en valeurs absolues. L'erreur moyenne est calculée à partir de la moyenne des écarts entre les diamètres obtenus par lasergrammétrie et les références. L'écart-type correspond à la dispersion de ces écarts autour de leur valeur moyenne. Enfin, l'erreur moyenne quadratique qualifie l'exactitude de la série de diamètres obtenus par

lasergrammétrie par rapport à la référence.

L'investigation s'est concentrée uniquement sur la mesure de diamètre étant donné que la position exacte du centre des disques n'était pas connue. En effet, la réalisation de ce panneau a été faite à la main et la précision de découpage est assez grossière. Nous envisageons pour le futur la construction de disques métalliques. Nous avons constaté que les détections sur la face avant sont toutes surestimées. La méthode utilisée dans Polyworks pour déterminer le diamètre est donc plutôt mauvaise.

Figure 51 : Évaluation de cercle réalisée sous Polyworks. Le logiciel sélectionne le meilleur ajustement en fonction des points en surbrillance rouge.


60

4.3 CONCLUSION DES EXPÉRIMENTATIONS DU BANC DE CONTRÔLE Les résultats obtenus permettent de démontrer que ce banc de contrôle est efficace malgré quelques échantillons trop faibles par endroit. Il apporte de bonnes indications sur les caractéristiques techniques des appareils par rapport aux données des constructeurs. D'après nos premiers tests, les instruments de l'entreprise respectent les spécifications et certains phénomènes ont même pu être mis en évidence. Sur le test en intérieur, le Faro X330 semble posséder un systématisme de 1mm sur sa mesure de distance. Ce systématisme est absent du Leica C10 ce qui élimine une possible responsabilité du tachéomètre. Sur le test en extérieur, le Faro X330 respecte les données du fabricant mais sa qualité se détériore après avoir dépassé le palier de 25m utilisé dans les spécifications. Les expérimentations ont aussi permis d'affiner les procédures de nos tests. Ainsi, le test en intérieur aura besoin d'une densification de cibles ou de plusieurs scans depuis la même station. Concernant la répartition des cibles dans le volume clos, l'utilisateur devra veiller d'après nos expériences, à privilégier des cibles avec un faible angle d'incidence ou à éviter les cibles positionnées au dessus de la station. Pour le test en extérieur la répartition des mesures à chaque palier permettra d'augmenter sensiblement la taille des échantillons. Le banc de contrôle permet donc de mettre en évidence des erreurs et une éventuelle dégradation des données. Les expériences seront prochainement renouvelées pour obtenir plus d'informations mais la configuration actuelle permet déjà un contrôle en condition de production sur le terrain.


61

5 PROCÉDURES ET RAPPORT DE CERTIFICATION Chaque test du banc de contrôle dispose de sa propre procédure et de son propre rapport de certification qui ont été rédigés par l'étudiant durant ce PFE. Vous trouverez l'intégralité de ces documents en Annexe.

5.1 PROCÉDURES PRATIQUES Ces procédures pratiques décrivent au géomètre-topographe Fugro les étapes à suivre pour la mise en place des tests du banc de contrôle et de leurs traitements. Ce sont des modes d'emploi qui respectent les modèles de procédures utilisés par le groupe Fugro et sont uniquement destinées aux futurs utilisateurs du banc.

La première partie de ces procédures concerne la présentation des objectifs du test, son vocabulaire et les définitions utilisées. Les procédures présentent les recommandations et les conseils à suivre pour la réalisation des tests. La première partie présente aussi le matériel, la référence utilisée et les paramètres de balayage. Ce préalable est indispensable afin que l'utilisateur comprenne les enjeux mais aussi le but de chaque étape qu'il devra mettre en œuvre. La seconde partie concerne le descriptif de la procédure sur le terrain et le traitement informatique. La méthode sur le terrain est détaillée de la façon la plus claire possible. Pour que les résultats des expérimentations soient comparables, il est indispensable que les procédures soient claires et précises. Les conditions de reproductibilité doivent être remplies. S'appuyant sur des captures d'écran explicatives et sur des commentaires,

l'utilisateur est aussi guidé à travers les différents logiciels utilisés. Les choix réalisés par l'étudiant pour le traitement

sont expliqués et argumentés au fil de l'avancement. Les procédures informatiques ont été rédigées de façon à ce que la méconnaissance d'un logiciel ne soit pas un frein à la réalisation du traitement. Le niveau de détail est donc important, permettant ainsi à n'importe quel "non-initié" de mettre en place le banc. A chaque test du banc, un fichier Excel est associé de façon à comparer les données obtenues. Ces fichiers Excel sont simples à utiliser : il suffit à l'opérateur de rentrer les coordonnées obtenues par lasergrammétrie et le déroulement des calculs est automatique.

Figure 52 : Page de garde de la procédure en intérieur du banc de contrôle Fugro Geoid


62

5.2 RAPPORT DE CERTIFICATION FUGRO GEOID Le rapport de certification Fugro Geoid est l'unique document fourni au client. Il représente le rendu final des résultats et des comparaisons obtenues sur le banc. Ce document a aussi été rédigé en anglais car la majorité des partenaires de Fugro évoluent à l'étranger. Ce document est découpé en deux parties : la présentation du banc et de ses objectifs, l'analyse et la présentation des résultats

5.2.1 PRÉSENTATION DU BANC DE CONTRÔLE La première partie du rapport concerne la présentation du banc de contrôle et de ses deux procédures. Elle décrit succinctement le vocabulaire et les méthodes employés durant les deux tests. Les objectifs y sont clairement définis et permettent de présenter au client l'intention de l'entreprise avec ce document de synthèse. Le niveau de détail est donc primaire car les étapes et la méthodologie doivent être explicitées sans toutefois dévoiler le contenu complet des procédures. Un lexique a enfin été ajouté à la fin du document car il permet aux clients peu initiés à la lasergrammétrie de comprendre certaines notions indiquées dans la présentation des résultats.

5.2.2 PRÉSENTATION DES RÉSULTATS Elle constitue le certificat de contrôle des caractéristiques de l'appareil. Le certificat débute par la description du modèle de scanner étudié sur le banc. Pour chaque test les conditions de mesures et les observations sont décrites. Les caractéristiques de la référence sont ensuite détaillées et les résultats de l'analyse sont finalement présentés en détails. Pour chaque paramètre étudié, l'erreur moyenne, la précision et l'exactitude sont présentés clairement. Les données des constructeurs sont rappelées à côté de façon à prouver au client la tenue des spécifications.

5.3 FICHES DE RÉFÉRENCES Les fiches de référence correspondent aux résultats des expérimentations réalisées pendant ce PFE et permettent aux utilisateurs du banc de comparer leurs valeurs avec celles obtenues par l'étudiant. Ces fiches ne seront pas communiquées aux clients. Elles ne peuvent pas servir d'étalon aux autres expérimentations mais permettent de constater la dégradation des données dans le temps.

Figure 53 : Rapport de certification. Certification des résultats du banc de contrôle


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6 CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Le banc de contrôle décrit dans ce rapport, présente deux tests capables de prouver aux clients la maîtrise des précisions sur le terrain. Son amélioration sera poursuivie dans les mois à venir et un rapport de certification pourra bientôt être délivré par l'entreprise. Avec ce banc, Fugro Geoid se dote d'un outil qui apporte une réponse concrète à l'exigence concernant le respect des spécifications techniques des appareils. Nos expérimentations ont permis de prouver à l'entreprise le bon comportement et la tenue des caractéristiques techniques de ses instruments. Les procédures devront désormais être améliorées pour affiner les analyses. Pour le test en intérieur, la taille des échantillons devra être augmentée et la dispersion des cibles profitera des conseils prodigués dans le document. Pour le test en extérieur, le nombre de balayages par palier devra lui aussi être augmenté. Le banc de contrôle n'a encore jamais été mis en place par une autre personne que l'étudiant lui-même. La validation finale de cet outil passe donc la mise en œuvre du banc par un nouvel utilisateur. De nouvelles corrections ou adaptations pourront ainsi être apportées. De plus, ce PFE n'a pas permis de voir la réalisation du banc sur un site d'intervention à l'étranger. La mise en place du banc sur les chantiers est un défi qui sera relevé dans les mois à venir. Le banc de contrôle a des objectifs différents de ceux d'une calibration. L'investigation de la performance de l'appareil permet de mettre en évidence des erreurs ou des dégradations. Sur la plupart des stations totales, la fonction "Contrôle et Ajustement" permet d'évaluer la valeur de certaines erreurs systématiques. Profitant d'une augmentation de ses utilisateurs, une telle fonction verra probablement le jour à l'avenir sur les scanners-laser. Lorsque toutes les étapes du contrôle de performance seront maitrisées, la question de la correction des données pourra enfin être envisagée. L'auto-calibration se positionne ainsi comme une solution simple pour modéliser les erreurs du scanner-laser et corriger leurs influences si nécessaire...


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GLOSSAIRE Sauf mention, les définitions suivantes sont classées par ordre alphabétique et sont issues du Vocabulaire International de Métrologie (VIM 2008) - Concepts fondamentaux et généraux et termes associés. Calibration : opération qui, dans des conditions spécifiées, établit en une première étape une relation entre les valeurs et les incertitudes de mesure associées qui sont fournies par des étalons et les indications correspondantes avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information pour établir une relation permettant d'obtenir un résultat de mesure à partir d'une indication. NOTE 1: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d'un énoncé, d'une fonction d'étalonnage, d'un diagramme d'étalonnage, d'une courbe d'étalonnage ou d'une table d'étalonnage. Dans certains cas, il peut consister en une correction additive ou multiplicative de l'indication avec une incertitude de mesure associée. NOTE 2: Il convient de ne pas confondre l'étalonnage avec l'ajustage d'un système de mesure, souvent appelé improprement « auto-étalonnage », ni avec la vérification de l'étalonnage. NOTE 3: La seule première étape dans la définition est souvent perçue comme étant l'étalonnage. Certification : La certification est un processus d'évaluation qui consiste à assurer la conformité d'un produit et d'en authentifier la validité par un acte. Erreur accidentelle : (ou FORTUITE) (AFNOR NF x 07001) Erreur qui varie d'une façon imprévisible en valeur absolue et en signe lorsqu'on effectue un grand nombre de mesurages de la même valeur d'une grandeur dans des conditions pratiquement identiques. On ne peut pas tenir compte de l'erreur accidentelle sous forme d'une correction apportée au résultat brut du mesurage; on peut seulement, à la fin d'une série de mesurages exécutes dans des conditions pratiquement identiques (à l'aide du même instrument de mesurage et par le même observateur, dans les mêmes conditions d'ambiance etc.), fixer les limites dans lesquelles se trouve, avec une probabilité donnée, cette erreur. On utilise aussi le terme " erreur fortuite ". En topographie, on utilise l’appellation erreur accidentelle. Erreur aléatoire : mesurages répétés, varie de façon imprévisible NOTE 1: La valeur de référence pour une erreur aléatoire est la moyenne qui résulterait d'un nombre infini de mesurages répétés du même mesurande. NOTE 2: Les erreurs aléatoires d'un ensemble de mesurages répétés forment une distribution qui peut être résumée par son espérance mathématique, généralement supposée nulle, et par sa variance. NOTE 3: L'erreur aléatoire est égale à la différence entre l'erreur de mesure et l'erreur systématique. Erreur de mesure : différence entre la valeur mesurée d'une grandeur et une valeur de référence NOTE 1: Le concept d'erreur peut être utilisé lorsqu'il existe une valeur de référence unique à laquelle se rapporter, ce qui a lieu si on effectue un étalonnage au moyen d'un étalon dont la valeur mesurée a une incertitude de mesure négligeable ou si on prend une valeur conventionnelle, l'erreur étant alors connue, si on suppose le mesurande représenté par une valeur vraie unique ou un ensemble de valeurs vraies d'étendue négligeable, l'erreur étant alors inconnue. NOTE 2: Il convient de ne pas confondre l'erreur de mesure avec une erreur de production ou une erreur humaine.


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NOTE 3: La seule première étape dans la définition est souvent perçue comme étant l'étalonnage. Erreur systématique : mesurages répétés, demeure constante ou varie de façon prévisible NOTE 1: La valeur de référence pour une erreur systématique est une valeur vraie, une valeur mesurée d'un étalon dont l'incertitude de mesure est négligeable, ou une valeur conventionnelle. NOTE 2: L'erreur systématique et ses causes peuvent être connues ou inconnues. On peut appliquer une correction pour compenser une erreur systématique connue. NOTE 3: L'erreur systématique est égale à la différence entre l'erreur de mesure et l'erreur aléatoire. Étalon : réalisation de la définition d'une grandeur donnée, avec une valeur déterminée et une incertitude de mesure associée, utilisée comme référence NOTE 1: La « réalisation de la définition d'une grandeur donnée » peut être fournie par un système de mesure, une mesure matérialisée ou un matériau de référence. NOTE 2: Un étalon sert souvent de référence dans l'obtention de valeurs mesurées et d'incertitudes de mesure associées pour d'autres grandeurs de même nature, établissant ainsi une traçabilité métrologique par l'intermédiaire de l'étalonnage d'autres étalons, instruments de mesure ou systèmes de mesure. NOTE 3: Le terme « réalisation » est employé ici dans son sens le plus général. Il désigne trois procédures de réalisation. La première, la réalisation stricto sensu, est la réalisation physique de l'unité à partir de sa définition. La deuxième, appelée « reproduction », consiste, non pas à réaliser l'unité à partir de sa définition, mais à construire un étalon hautement reproductible fondé sur un phénomène physique, par exemple l'emploi de lasers stabilisés en fréquence pour construire un étalon du mètre, l'emploi de l'effet Josephson pour le volt ou de l'effet Hall quantique pour l'ohm. La troisième procédure consiste à adopter une mesure matérialisée comme étalon. C'est le cas de l'étalon de 1 kg. NOTE 4: L'incertitude-type associée à un étalon est toujours une composante de l'incertitude-type composée (voir le Guide ISO/CEI 98-3:2008, 2.3.4) dans un résultat de mesure obtenu en utilisant l'étalon. Cette composante est souvent petite par rapport à d'autres composantes de l'incertitude-type composée. NOTE 5: La valeur de la grandeur et l'incertitude de mesure doivent être déterminées au moment où l'étalon est utilisé. NOTE 6: Plusieurs grandeurs de même nature ou de natures différentes peuvent être réalisées à l'aide d'un seul dispositif, appelé aussi étalon. NOTE 7: Le mot “embodiment” est quelquefois utilisé en anglais à la place de “realization”. NOTE 8: Dans la science et la technologie, le mot anglais “standard” est utilisé avec au moins deux significations différentes : celle de spécification, recommandation technique ou autre document normatif, et celle d'étalon (en anglais “measurement standard”). Seule la deuxième signification relève du présent Vocabulaire. NOTE 9: Le terme « étalon » est parfois utilisé pour désigner d'autres outils métrologiques, par exemple un étalon logiciel (voir l'ISO 5436-2). Étalonnage : opération qui, dans des conditions spécialisées, établit en une première étape une relation entre les valeurs et les incertitudes de mesure associées qui sont fournies par des étalons et les indications correspondantes avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information pour établir une relation permettant d'obtenir un résultat de mesure à partir d'une indication NOTE 1: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d'un énoncé, d'une fonction d'étalonnage, d'un diagramme d'étalonnage, d'une courbe d'étalonnage ou d'une table d'étalonnage. Dans certains cas, il peut consister en une correction additive ou multiplicative de l'indication avec une incertitude de mesure associée.


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NOTE 2: Il convient de ne pas confondre l'étalonnage avec l'ajustage d'un système de mesure, souvent appelé improprement « auto-étalonnage », ni avec la vérification de l'étalonnage. Étendue de mesure : valeur absolue de la différence entre les valeurs extrêmes d'un intervalle nominal des indications NOTE: En anglais, l'étendue de mesure est quelquefois dénommée “span of a nominal interval”. En français, le terme « intervalle de mesure » est parfois improprement employé. Exactitude de mesure : étroitesse de l'accord entre une valeur mesurée et une valeur vraie d'un mesurande. NOTE 1: L'exactitude de mesure n'est pas une grandeur et ne s'exprime pas numériquement. Un mesurage est quelquefois dit plus exact s'il fournit une plus petite erreur de mesure. NOTE 2: Il convient de ne pas utiliser le terme « exactitude de mesure » pour la justesse de mesure et le terme « fidélité de mesure » pour l'exactitude de mesure. Celle-ci est toutefois liée aux concepts de justesse et de fidélité. NOTE 3: L'exactitude de mesure est quelquefois interprétée comme l'étroitesse de l'accord entre les valeurs mesurées qui sont attribuées au mesurande. Faute : Inexactitude souvent grossière provenant de l'inattention ou d'un oubli de l'opérateur. Ne pas confondre faute et erreur. Toutefois la norme AFNOR x 07001 désigne la faute par le terme "erreur parasite", terme qu'il est préférable de ne pas utiliser en topographie. Fidélité des données : étroitesse de l'accord entre les indications ou les valeurs mesurées obtenues par des mesurages répétés du même objet ou d'objets similaires dans des conditions spécifiées. NOTE 1: La fidélité est en général exprimée numériquement par des caractéristiques telles que l'écart-type, la variance ou le coefficient de variation dans les conditions spécifiées. NOTE 2: Les conditions spécifiées peuvent être, par exemple, des conditions de répétabilité, des conditions de fidélité intermédiaire ou des conditions de reproductibilité (voir ISO 5725-3:1994). NOTE 3: La fidélité sert à définir la répétabilité de mesure, la fidélité intermédiaire de mesure et la reproductibilité de mesure. NOTE 4: Le terme « fidélité de mesure » est quelquefois utilisé improprement pour désigner l'exactitude de mesure. Incertitude : L'incertitude est le paramètre non négatif qui caractérise la dispersion des valeurs attribuées à un mesurande, à partir des informations utilisées. NOTE 1: L'incertitude de mesure comprend des composantes provenant d'effets systématiques, telles que les composantes associées aux corrections et aux valeurs assignées des étalons, ainsi que l'incertitude définitionnelle. Parfois, on ne corrige pas des effets systématiques estimés, mais on insère plutôt des composantes associées de l'incertitude. NOTE 2: Le paramètre peut être, par exemple, un écart type appelé incertitude-type (ou un de ses multiples) ou la demi-étendue d'un intervalle ayant une probabilité de couverture déterminée. NOTE 3: L'incertitude de mesure comprend en général de nombreuses composantes. Certaines peuvent être évaluées par une évaluation de type A de l'incertitude à partir de la distribution statistique des valeurs provenant de séries de mesurages et peuvent être caractérisées par des écarts-types. Les autres composantes, qui peuvent être évaluées par une évaluation de type B de l'incertitude, peuvent aussi être caractérisées par des écarts-types, évalués à partir de fonctions de densité de probabilité fondées sur l'expérience ou d'autres informations. NOTE 4: En général, pour des informations données, on sous-entend que l'incertitude de mesure est associée à une valeur déterminée attribuée au mesurande. Une modification de cette valeur entraîne une modification de l'incertitude associée.


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Justesse de mesure : étroitesse de l'accord entre la moyenne d'un nombre infini de valeurs mesurées répétées et une valeur de référence. NOTE 1: La justesse de mesure n'est pas une grandeur et ne peut donc pas s'exprimer numériquement, mais l'ISO 5725 donne des caractéristiques pour l'étroitesse de l'accord. NOTE 2: La justesse de mesure varie en sens inverse de l'erreur systématique mais n'est pas liée à l'erreur aléatoire. NOTE 3: Il convient de ne pas utiliser le terme « exactitude de mesure » pour la justesse de mesure et vice versa. Intervalle de mesure : ensemble des valeurs de grandeurs d'une même nature qu'un instrument de mesure ou un système de mesure donné peut mesurer avec une incertitude instrumentale spécifiée, dans des conditions déterminées NOTE 1: Dans certains domaines, le terme anglais est “measuring range” ou “measurement range”. En français, le terme « étendue de mesure » est parfois improprement employé. NOTE 2: Il convient de ne pas confondre la limite inférieure d'un intervalle de mesure avec la limite de détection. Mesurage : processus consistant à obtenir expérimentalement une ou plusieurs valeurs que l'on peut raisonnablement attribuer à une grandeur NOTE 1: Les mesurages ne s'appliquent pas aux propriétés qualitatives. NOTE 2: Un mesurage implique la comparaison de grandeurs et comprend le comptage d'entités. NOTE 3: Un mesurage suppose une description de la grandeur compatible avec l'usage prévu d'un résultat de mesure, une procédure de mesure et un système de mesure étalonné fonctionnant selon une procédure de mesure spécifiée, incluant les conditions de mesure. Mesurande : grandeur que l'on veut mesurer NOTE 1: La spécification d'un mesurande nécessite la connaissance de la nature de grandeur et la description de l'état du phénomène, du corps ou de la substance dont la grandeur est une propriété, incluant tout constituant pertinent, et les entités chimiques en jeu. NOTE 2: Dans la deuxième édition du VIM et dans la CEI 60050-300:2001, le mesurande est défini comme la « grandeur soumise à mesurage ». NOTE 3: Il se peut que le mesurage, incluant le système de mesure et les conditions sous lesquelles le mesurage est effectué, modifie le phénomène, le corps ou la substance de sorte que la grandeur mesurée peut différer du mesurande. Dans ce cas, une correction appropriée est nécessaire. Métrologie : science des mesurages et ses applications NOTE: La métrologie comprend tous les aspects théoriques et pratiques des mesurages, quels que soient l'incertitude de mesure et le domaine d'application. Réflectance (définition non issue du VIM) : elle désigne le rapport entre le flux lumineux réfléchi et le flux lumineux incident. Elle est également nommée facteur de réflexion. L'albédo est une notion de réflectance solaire ne considérant que l'incidence de la lumière du soleil. La réflectivité est quant à elle le rapport entre l'énergie électromagnétique réfléchie et l'énergie incidente : c'est un cas particulier de la réflectance. Répétabilité : La répétabilité est la fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de répétabilité. Les conditions de mesurage dans un ensemble de conditions qui comprennent la même procédure de mesure, les mêmes opérateurs, le même système de mesure, les mêmes conditions de fonctionnement et le même lieu, ainsi que des mesurages répétés sur le même objet ou des objets similaires pendant une courte période de temps.


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NOTE 1: Une condition de mesurage n'est une condition de répétabilité que par rapport à un ensemble donné de conditions de répétabilité. NOTE 2: En chimie, on utilise quelquefois le terme «condition de fidélité intra-série» pour désigner ce concept. Reproductibilité : La reproductibilité des procédures est la fidélité de mesure selon un ensemble de conditions de reproductibilité. Les conditions de mesurage sont un ensemble de conditions qui comprennent des lieux, des opérateurs et des systèmes de mesure différents, ainsi que des mesurages répétés sur le même objet ou des objets similaires NOTE 1: Les différents systèmes de mesure peuvent utiliser des procédures de mesure différentes. NOTE 2: Il convient qu'une spécification relative aux conditions contienne, dans la mesure du possible, les conditions que l'on fait varier et celles qui restent inchangées. Résolution (définition non issue du VIM) : La résolution définit la plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible de l'indication correspondante. Elle représente la taille de la plus petite entité détectable par le scanner. Il existe plusieurs types de résolution pour les scanners-laser :

la résolution angulaire, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer de façon indépendante deux objets situés sur des lignes de visées adjacentes.

la résolution spatiale, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer la plus petite variation de distance dans le plan de l'objet entre deux points successifs à une distance scanner-objet définie. Cette résolution est fonction de la résolution angulaire et de la taille de l'empreinte laser.

la résolution en distance, qui qualifie la capacité de l'appareil à mesurer la plus petite variation de distance dans la direction normale au plan de l'objet.

la résolution radiométrique, qui qualifie la capacité de l'appareil à détecter la plus petite variation d'intensité radiométrique. Nous rappelons ici qu'aucune étude radiométrique n'a été réalisée dans ce Projet de Fin d'Études.

Résultat de mesure : ensemble de valeurs attribuées à un mesurande, complété par toute autre information pertinente disponible NOTE 1: Un résultat de mesure contient généralement des informations pertinentes sur l'ensemble de valeurs, certaines pouvant être plus représentatives du mesurande que d'autres. Cela peut s'exprimer sous la forme d'une fonction de densité de probabilité. NOTE 2: Le résultat de mesure est généralement exprimé par une valeur mesurée unique et une incertitude de mesure. Si l'on considère l'incertitude de mesure comme négligeable dans un certain but, le résultat de mesure peut être exprimé par une seule valeur mesurée. Dans de nombreux domaines, c'est la manière la plus usuelle d'exprimer un résultat de mesure. NOTE 3: Dans la littérature traditionnelle et dans l'édition précédente du VIM, le résultat de mesure était défini comme une valeur attribuée à un mesurande et pouvait se référer à une indication, un résultat brut ou un résultat corrigé, selon le contexte. Scanner-laser à différence de phase (Landes [2011]) : Le scanner à différence de phase dirige un faisceau laser continu de forte intensité et modulé de façon sinusoïdale puis compare les phases des ondes émises avec celle des ondes retour. La modulation sinusoïdale du signal est généralement basée sur l'amplitude ou sur la fréquence (Lerma Garcia et al. [2008]). Le déphasage est alors mesuré à l'aide d'un phasemètre numérique. La technologie de mesure de distance par différence de phase est également utilisée en tachéométrie. Scanner-laser à impulsion (Landes [2011]) : Les scanners lasers à impulsion sont équipés de distancemètres, d'un émetteur laser, d'un récepteur laser, d'une horloge, d'un émetteur et d'un


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récepteur optiques. (Reshetyuk, [2009]). La technologie à impulsion utilise la mesure de temps de parcours d'un rayon laser entre le scanner et l'objet visé. Scanner-laser à triangulation (Landes [2011]) : Utilisés pour des objets placés à de courtes distances, ces scanners-laser à triangulation calculent la distance sur la base d'une résolution de triangle. Le point visé, l'émetteur et le récepteur forment ensemble un triangle dont suffisamment de grandeurs sont connues pour engager la résolution de l'inconnue de distance. Sensibilité : quotient de la variation d'une indication d'un système de mesure par la variation correspondante de la valeur de la grandeur mesurée NOTE 1: La sensibilité peut dépendre de la valeur de la grandeur mesurée. NOTE 2: La variation de la valeur de la grandeur mesurée doit être grande par rapport à la résolution. Valeur mesurée : valeur d'une grandeur représentant un résultat de mesure NOTE 1: Pour un mesurage impliquant des indications répétées, chacune peut être utilisée pour fournir une valeur mesurée correspondante. Cet ensemble de valeurs mesurées individuelles peut ensuite être utilisé pour calculer une valeur mesurée résultante, telle qu'une moyenne ou une médiane, en général avec une incertitude de mesure associée qui décroît. NOTE 2: Lorsque l'étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande est petite par rapport à l'incertitude de mesure, on peut considérer une valeur mesurée comme une estimation d'une valeur vraie par essence unique, souvent sous la forme d'une moyenne ou d'une médiane de valeurs mesurées individuelles obtenues par des mesurages répétés. NOTE 3: Lorsque l'étendue des valeurs vraies considérées comme représentant le mesurande n'est pas petite par rapport à l'incertitude de mesure, une valeur mesurée est souvent une estimation d'une moyenne ou d'une médiane de l'ensemble des valeurs vraies. NOTE 4: Dans le GUM, les termes « résultat de mesure » et « estimation de la valeur du mesurande », ou simplement « estimation du mesurande », sont utilisés au sens de « valeur mesurée ». Valeur vraie : valeur d'une grandeur compatible avec la définition de la grandeur NOTE 1: Dans l'approche « erreur » de description des mesurages, la valeur vraie est considérée comme unique et, en pratique, impossible à connaître. L'approche « incertitude » consiste à reconnaître que, par suite de la quantité intrinsèquement incomplète de détails dans la définition d'une grandeur, il n'y a pas une seule valeur vraie mais plutôt un ensemble de valeurs vraies compatibles avec la définition. Toutefois, cet ensemble de valeurs est, en principe et en pratique, impossible à connaître. D'autres approches évitent complètement le concept de valeur vraie et évaluent la validité des résultats de mesure à l'aide du concept de compatibilité de mesure. NOTE 2: Dans le cas particulier des constantes fondamentales, on considère la grandeur comme ayant une seule valeur vraie. NOTE 3: Lorsque l'incertitude définitionnelle associée au mesurande est considérée comme négligeable par rapport aux autres composantes de l'incertitude de mesure, on peut considérer que le mesurande a une valeur vraie par essence unique. C'est l'approche adoptée dans le GUM, où le mot « vraie » est considéré comme redondant. Validation : vérification, où les exigences spécifiées sont adéquates pour un usage déterminé Vérification : fourniture de preuves tangibles qu'une entité donnée satisfait à des exigences spécifiées NOTE 1: S'il y a lieu, il convient de prendre en compte l'incertitude de mesure. NOTE 2: L'entité peut être, par exemple, un processus, une procédure de mesure, un matériau, un composé ou un système de mesure.


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NOTE 3: Les exigences spécifiées peuvent être, par exemple, les spécifications d'un fabricant. NOTE 4: La vérification en métrologie légale, comme définie dans le VIML[53], et plus généralement en évaluation de la conformité, comporte l'examen et le marquage et/ou la délivrance d'un certificat de vérification pour un système de mesure. NOTE 5: Il convient de ne pas confondre la vérification avec l'étalonnage. Toute vérification n'est pas une validation. NOTE 6: En chimie, la vérification de l'identité d'une entité, ou celle d'une activité, nécessite une description de la structure ou des propriétés de cette entité ou activité.


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TABLE DES ILLUSTRATIONS FIGURES Figure 1 : Bureau de Fugro Geoid à Jacou, au nord-est de Montpellier (Hérault) ...................................... 7

Figure 2 : Faro Photon 120 ........................................................................................................................................... 10

Figure 3 : Leica Scanstation C10 ................................................................................................................................ 10

Figure 4 : Faro Focus 3D X330 .................................................................................................................................... 10

Figure 5 : Approche planaire de l'auto-calibration vue par Gielsdorf [2004] et Rietdorf [2005] ...... 12

Figure 6 : Illustration de l'exactitude de mesure .................................................................................................. 15

Figure 7 : Phénomène du "mixed pixels" au contact d'une arête .................................................................... 19

Figure 8 : Erreurs d'axes dans le scanner (Reshetyuk [2009]) ........................................................................ 20

Figure 9 : Comparaison sur le logiciel Polyworks du nuage de points obtenue le premier jour et le

dernier jour sur le balayage d'un bac à pétrole .................................................................................................... 23

Figure 10 : Station totale Leica TS09 ....................................................................................................................... 26

Figure 11 : Balayage panoramique du garage Fugro Geoid réalisé par le Faro Focus X330 .............. 27

Figure 13 : Schéma représentant le garage de Fugro Geoid utilisé pour le test en intérieur............... 28

Figure 12 : Cibles B&W en PVC de 20cm x 20cm utilisées pour le test en intérieur ................................. 28

Figure 14 : Détermination du centre de cible sur le logiciel Leica Cyclone. De gauche à droite : cible

à damiers à 45°, cible à damiers à 90°, cible HDS ................................................................................................ 29

Figure 15 : L'extraction de centre de cible sur Faro Scene tient compte du bruit sur la cible à

damiers ................................................................................................................................................................................ 29

Figure 16 : Rabattement d'angle vertical et de distance depuis le tachéomètre vers l'origine du

scanner ................................................................................................................................................................................. 30

Figure 17 : Mise en place d'une ligne de base dans un bassin de rétention d'eau lors d'une journée

ensoleillée. Au second plan sont visibles une grande cible à damiers et un panneau d'investigation

................................................................................................................................................................................................ 32

Figure 18 : Photo des 9 zones d'investigation. De gauche à droite et de haut en bas : surface

goudron d'étanchéité, surface PVC, surface métal, zone de cercles, zone de fentes, peinture noire,

peinture grise, peinture coque bateau, peinture blanche ................................................................................. 33

Figure 19 : Schéma représentant la mise en place de la ligne de base pour deux appareils ................ 34

Figure 20 : Traitement des données de bruit sur le logiciel Polyworks ........................................................ 35

Figure 21 : Schéma représentant la mise en place du test de performance globale. .............................. 36

Figure 22 : Numérisation de capteurs de bateau en Roumanie ...................................................................... 37

Figure 23 : Numérisation de bac pétrolier au Congo .......................................................................................... 38

Figure 24 : Numérisation de galerie souterraine en Lorraine ......................................................................... 38

Figure 25 : Balayage panoramique du garage Fugro Geoid par un Faro X330. Répartition des cibles

sur tout le panorama à partir de trois scans décalés de 120 grades. .......................................................... 39

Figure 27 : Représentation graphique des écarts ................................................................................................ 41

Figure 28 : Représentation graphique des écarts planimétriques avec le Faro Photon 120 ................ 41

Figure 26 : Représentation graphique des écarts planimétriques avec le Faro X330 ............................ 41

Figure 29 : Spécifications techniques des constructeurs sur la mesure de distances .............................. 42

Figure 30 : Résultats obtenus sur l'expertise des distances scanner-cible à une distance moyenne de

15m avec les 3 appareils. ............................................................................................................................................... 42

Figure 31 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Focus X330 ............. 42

Figure 32 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Leica C10 ................. 43


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Figure 33 : Représentation des écarts en fonction des distances scanner-cible : Photon 120 ............. 43

Figure 34 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Faro X330 ................... 44

Figure 35 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Leica C10 .................... 45

Figure 36 : Représentation graphique des écarts sur les angles horizontaux : Faro Photon 120 ...... 45

Figure 37 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Faro X330 ......................... 46

Figure 38 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Leica C10 .......................... 46

Figure 39 : Représentation graphique des écarts sur les angles verticaux : Faro Photon 120 ............ 46

Figure 40 : Représentation graphique des écarts entre les distances entre deux cibles obtenues avec

le Faro X330 et un tachéomètre de référence ........................................................................................................ 48


le Leica C10 et un tachéomètre de référence ......................................................................................................... 48


le Photon 120 et un tachéomètre de référence...................................................................................................... 49

Figure 43 : Représentation graphique de la valeur absolue des écarts en fonction de la distance :

Leica C10. L'écart sur la distance horizontale apparaît en rouge, celui sur la distance inclinée en

bleu. ....................................................................................................................................................................................... 51

Figure 44 : Représentation graphique de la valeur absolue des écarts en fonction de la distance :

Faro X330. L'écart sur la distance horizontale apparaît en rouge, celui sur la distance inclinée en

bleu. ....................................................................................................................................................................................... 51

Figure 45 : Sélection de points du nuage près du centre de la cible à damiers pour mesurer la

distance horizontale ....................................................................................................................................................... 52

Figure 46 : Représentation graphique du bruit obtenue avec le Faro X330 en fonction de la surface

mesurée et de la portée .................................................................................................................................................. 53

Figure 47 : Évolution du bruit en fonction de la position de la surface sur le panneau

(Soudarissanane [2011])............................................................................................................................................... 55

Figure 48 : Représentation graphique du bruit obtenue avec le Leica C10 en fonction de la surface

mesurée et de la portée .................................................................................................................................................. 56

Figure 49 : Comparaison de l'évolution du bruit sur la surface blanche en fonction de la distance

avec le Leica C10 et le Faro X330 ............................................................................................................................... 57

Figure 50 : Évaluation visuelle sur le logiciel Polyworks de la zone de fente issue du scanner Faro

X330 en résolution maximale à une distance de 25m ........................................................................................ 58

Figure 51 : Évaluation de cercle réalisée sous Polyworks. Le logiciel sélectionne le meilleur

ajustement en fonction des points en surbrillance rouge. ................................................................................. 59

Figure 52 : Page de garde de la procédure en intérieur du banc de contrôle Fugro Geoid .................. 61

Figure 53 : Rapport de certification. Certification des résultats du banc de contrôle ............................ 62

EQUATIONS Équation 1 : Erreur moyenne quadratique d'une série de mesures .............................................................. 15

Équation 2 : Écart-type d'une série de mesures .................................................................................................... 16

Équation 3 : Distance entre le tachéomètre et une cible rabattue sur l'origine du scanner-laser ..... 30

Équation 4 : Angle vertical rabattu sur l'origine du scanner-laser ............................................................... 30

TABLEAUX Tableau 1 : Exemples de résultats obtenus sur l'investigation de l'erreur de zéro .................................. 19

Tableau 2 : Comparaison des équipements des scanners-laser ...................................................................... 25


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Tableau 3 : Comparaison des précisions fournies par les constructeurs ..................................................... 25

Tableau 4 : Comparaison du bruit annoncé sur les instruments Faro ......................................................... 25

Tableau 5 : Bruit annoncé par le constructeur Leica ......................................................................................... 25

Tableau 6 : Analogie des paramètres utilisés sur le banc de contrôle et dans les spécifications

techniques ........................................................................................................................................................................... 31

Tableau 7 : Spécifications techniques des constructeurs sur la position des cibles ................................. 40

Tableau 8 : Résultats obtenus sur la comparaison des coordonnées 3D des cibles à damiers à une

distance moyenne de 15m ............................................................................................................................................. 40

Tableau 9 : Spécifications techniques des constructeurs concernant la mesure angulaire des

scanners ............................................................................................................................................................................... 44

Tableau 10 : Présentation des résultats obtenus lors de l'expertise des mesures angulaires .............. 44

Tableau 11 : Résultats obtenus sur la comparaison de 86 distances entre deux cibles obtenues par

lasergrammétrie et par une référence tachéométrique .................................................................................... 48

Tableau 12 : Présentation des résultats obtenus sur la mesure de distances ............................................ 50

Tableau 13 : Comparaison des précisions et exactitudes obtenues sur la mesure des distances

horizontales avec nos deux appareils ...................................................................................................................... 52

Tableau 14 : Résultats des données de bruit sur les surfaces du panneau d'investigation avec le Faro

X330. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces. ........................................ 53

Tableau 15 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors de deux mesurages distincts à

50m. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces. ......................................... 54

Tableau 16 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors d'une variation d'angle

d'incidence à 50m. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces. .............. 54

Tableau 17 : Comparaison du bruit obtenu avec le Faro X330 lors d'une variation d'angle

d'incidence à 55m. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces. .............. 55

Tableau 18 : Résultats des données de bruit sur les surfaces du panneau d'investigation avec le

Leica C10. En rouge apparaissent les peintures, en bleu apparaissent les surfaces. ............................... 56

Tableau 19 : Résultats de la détection des disques au fond du panneau. Diamètre des disques avec

Faro X330 ............................................................................................................................................................................ 59

Tableau 20 : Résultats de la détection des disques au fond du panneau. Diamètre des disques avec

Leica C10 ............................................................................................................................................................................. 59


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ANNEXES

1. Spécifications techniques Leica C10 2. Spécifications techniques Faro Photon 120 3. Spécifications techniques Faro Focus 3D X330 4. Certificat de calibration Leica C10 5. Certificat de calibration Faro Photon 120 6. Certificat de calibration Faro Focus 3D X330 7. Procédure en intérieur Fugro Geoid 8. Procédure en extérieur Fugro Geoid 9. Rapport de certification Fugro Geoid 10. Certification report Fugro Geoid 11. Fiche de référence : Leica C10 12. Fiche de référence : Faro Photon 120 13. Fiche de référence : Faro Focus 3D X330 14. Résultats test intérieur Leica C10 15. Résultats test intérieur Faro Photon 120 16. Résultats test intérieur Faro Focus 3D X330 17. Résultats test extérieur : Leica C10 18. Résultats test extérieur : Faro Focus 3D X330 19. Résultats test extérieur : étude des distances 20. Résultats test extérieur : étude des distances Leica C10 21. Résultats test extérieur : étude des distances Faro Focus 3D X330

Documents

Projet de Fin d'Études - eprints2.insa-strasbourg.freprints2.insa-strasbourg.fr/1788/1/Rapport_AnthonyLOUE_v2.pdf · Étudiant en PFE : Mr LOUE Anthony Correcteurs : Mr LEDIG Jacques,