FR2722286A1 - Topographic mapping and processing of urban or rural plans, marine charts using laser rangefinder - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé Dour effectuer des relevés toPoaraDhiques et assurer leur traitement et les moyens de mise en oeuvre. Procedure for carrying out toPoaraDhical surveys and ensuring their processing and the means of implementation.
Le domaine technique de l'invention concerne les procédés pour effectuer des plans topographiques urbains ou ruraux, cartes marines, plans de recollement ou autres en utilisant un télémètre ou tachéomètre à faisceau laser. The technical field of the invention relates to methods for carrying out urban or rural topographic plans, nautical charts, gluing plans or the like using a laser beam range finder or tachometer.
D'une manière parfaitement connue pour un homme du métier, la topographie, dans son sens le plus général, est une science qui a pour objet tout ce qui concerne l'établissement des plans et cartes et leur exploitation. Les utilisations de ces plans sont multiples et concernent de trés nombreuses professions, parmi lesquelles on peut citer Armée, E.D.F., Urbanisme, Equipement, Géographes,
Géophysiciens, Géologues, Prospecteurs, Notaires, Juges et même le simple public.In a manner perfectly known to a person skilled in the art, topography, in its most general sense, is a science which has as its object all that relates to the establishment of plans and maps and their exploitation. The uses of these plans are multiple and concern very many professions, among which one can quote Army, EDF, Town planning, Equipment, Geographers,
Geophysicists, Geologists, Prospectors, Notaries, Judges and even the general public.
Les Géomètres qui sont concernés par le domaine de l'invention établissent généralement des plans à grandes échelles (du 1/5000 au 1/20).L'établissement de ces plans s'effectuent par des relevés sur le terrain qui permettront de déterminer la projection orthogonale (coordonnées X et Y) et les cotes (ou altitudes Z) des points particuliers à représenter (détails topographiques), et au dessin du plan proprement dit. The Surveyors who are concerned with the field of the invention generally establish plans on large scales (from 1/5000 to 1/20). The establishment of these plans is carried out by field surveys which will make it possible to determine the orthogonal projection (X and Y coordinates) and the dimensions (or Z altitudes) of the particular points to be represented (topographic details), and in the drawing of the plan itself.
Actuellement le levé des plans topographiques s'effectue comme suit:
a) La polygonation constitue un maillage enserrant toute la zone à relever et forme un canevas densifié de telle sorte que de chaque station on puisse relever les points de détails. Ce canevas de précision a pour but de limiter l'accumulation des erreurs (qui seraient inévitables si
I'on procédait à un levé de proche en proche) et constitue la charpente sur laquelle on met les détails en place. Cette polygonation peut être dans un système local ou bien rattaché à un référentiel : coordonnées calculées dans un système de projection connu (Lambert, Mercator...) et altitudes calculées par rapport à un point référence connu (niveau zéro des mers: N.G.F....).Currently the survey of topographic plans is carried out as follows:
a) The polygonation constitutes a mesh enclosing the whole area to be surveyed and forms a densified canvas so that each point of detail can be surveyed. The purpose of this framework is to limit the accumulation of errors (which would be inevitable if
We carried out a survey step by step) and constitutes the frame on which we put the details in place. This polygonation can be in a local system or linked to a referential: coordinates calculated in a known projection system (Lambert, Mercator ...) and altitudes calculated relative to a known reference point (zero sea level: NGF .. .).
b) Le levé des détails s'effectue à partir des sommets du canevas (stations) par lecture des coordonneés polaires (angles horizontaux, verticaux et distances données par le tachéomètre) sur chaque point relevé. Ces données sont stockées dans la mémoire vive couplée au tachéomètre. II faudra également stocker pour chaque point, son numéro, qui servira à l'identifier et à faire la correspondance entre le croquis et l'information stockée dans la mémoire du tachéomètre, la hauteur du prisme par rapport au sol qui servira à calculer l'altitude du point relevé au sol et éventuellement la nature du point relevé (point de niveau, arbre, regard...). Ces informations sont transmises à l'opérateur (qui pilote le tachéomètre) par le porte prisme (qui montre les points). Le porte prisme doit simultanément faire le croquis qui servira à l'interprétation des données. Ce croquis fait à main levée sur le terrain dans des conditions parfois difficiles (pluie, vent...) n'est pas toujours facile à relire. Une fois le relevé des points de détail terminé, il faudra au bureau calculer les coordonnées X,Y,Z des sommets de la polygonale, calculer les points de détail à partir de ces stations, puis passer à l'interprétation du croquis afin de dessiner le plan, soit manuellement, soit à l'aide dun programmé de dessin assisté par ordinateur (D.A.O.). b) The survey of the details is carried out from the vertices of the canvas (stations) by reading the polar coordinates (horizontal, vertical angles and distances given by the tacheometer) on each point surveyed. These data are stored in the random access memory coupled to the tacheometer. It will also be necessary to store for each point, its number, which will be used to identify it and make the correspondence between the sketch and the information stored in the memory of the tacheometer, the height of the prism relative to the ground which will be used to calculate the altitude of the point raised on the ground and possibly the nature of the point raised (level point, tree, manhole ...). This information is transmitted to the operator (who controls the tacheometer) through the prism holder (which shows the points). The prism holder must simultaneously draw the sketch which will be used to interpret the data. This sketch made freehand on the ground in sometimes difficult conditions (rain, wind ...) is not always easy to read again. Once the statement of detail points is completed, the office will have to calculate the X, Y, Z coordinates of the vertices of the polygon, calculate the detail points from these stations, then go to the interpretation of the sketch in order to draw the plan, either manually or using a programmed computer-aided drawing (CAD).
II existe également d'autres méthodes de levé des plans parmi lesquelles ont peut citer : levé par abscisses et ordonnées, photogramétrie, positionnement par satellite GPS... Toutefois, la méthode décrite précédemment, est celle qui est la plus employée car elle met en oeuvre un matériel largement répandu chez les géomètres et topographes (appareils électroniques de mesure ayant des précisions suffisantes), et parce qu'elle est utilisable dans presque tous les cas de figures (relevés terrestres, topographie souterraine, topographie urbaine...). There are also other methods of surveying plans among which we can cite: surveying on the abscissa and ordinate, photogrammetry, positioning by GPS satellite, etc. However, the method described above is the one that is the most used because it puts in works with material widely used by surveyors and topographers (electronic measuring devices with sufficient precision), and because it can be used in almost all cases (land surveys, underground topography, urban topography ...).
Un des problèmes que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir réduire les différentes étapes de la confection des plans et donc de réduire le temps passé et les coûts, tout en réduisant les risques d'erreurs possibles et les difficultés résultant de l'application de la méthode précédemment décrite. En effet, des erreurs peuvent apparaitre au niveau des informations orales et de la compréhension susceptible d'entrainer un décalage des numéros de points, hauteurs de mire fausses... One of the problems which the invention proposes to solve is to be able to reduce the different stages of drawing up the plans and therefore to reduce the time spent and the costs, while reducing the risks of possible errors and the difficulties resulting from the application of the method previously described. Indeed, errors can appear at the level of the oral information and the comprehension likely to involve a shift of the numbers of points, false target heights ...
Un autre problème que se propose de résoudre l'invention, est de pouvoir vérifier, au moment de la prise des mesures, qu'aucune omission n'a été faite tels qu'oublis de points ne permettant pas le dessin correct du plan. Another problem that the invention proposes to solve is to be able to verify, when taking the measurements, that no omissions have been made such as forgetting points which do not allow the correct drawing of the plan.
On a voulu également pouvoir comparer sur place la bonne concordance entre le résultat final (plan en cours de confection sur la tablette graphique) et le terrain relevé, ou bien encore pouvoir contrôler ou exploiter en temps réel les mesures (vérification d'une distance, d'une surface, suivi d'une courbe de niveau, contrôle d'une implantation...). We also wanted to be able to compare on site the good agreement between the final result (plan being made on the graphics tablet) and the surveyed terrain, or to be able to control or use the measurements in real time (verification of a distance, of a surface, followed by a level curve, control of a location ...).
Pour résoudre ces différents problèmes, il a été conçu et mis au point un procédé pour effectuer des relevés topographiques et assurer leur traitement, caractérisé par la combinaison des étapes essentielles suivantes:
- on effectue des mesures d'angle horizontal, d'angle vertical et de distance sur le point visé,
- on envoie, par un système de transmission sans fil, les données relevées sur un ensemble récepteur apte à assurer les fonctions suivantes:
attribuer automatiquement un nouveau numéro au point reçu et demander au porteur du prisme, d'introduire les informations manquantes telles que la hauteur de la mire et un symbole associé au point,
* stocker ces informations sur un support magnétique indestructible,
* envoyer ces coordonnées brutes vers un programme de dessins, apte à les transformer,
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on utilise un tachéomètre apte à effectuer les mesures électroniques d'angle horizontal, d'angle vertical et de distance sur le point visé. Ce tachéomètre peut être piloté soit par un opérateur, soit d'une manière entièrement automatique.To solve these various problems, a process has been designed and developed to carry out topographical surveys and ensure their processing, characterized by the combination of the following essential steps:
- horizontal angle, vertical angle and distance measurements are made on the target point,
- the data recorded on a receiver assembly capable of performing the following functions are sent by a wireless transmission system:
automatically assign a new number to the point received and ask the wearer of the prism to introduce missing information such as the height of the target and a symbol associated with the point,
* store this information on an indestructible magnetic medium,
* send these raw coordinates to a drawing program, able to transform them,
For the implementation of this method, a tacheometer is used which is capable of carrying out the electronic measurements of horizontal angle, vertical angle and distance at the point in question. This tachometer can be controlled either by an operator or fully automatically.
Selon l'invention, au lieu d'envoyer les données vers l'organe de stockage usuellement associé au tachéomètre, ces données sont envoyées, dés la prise des mesures, par une liaison radio (modem radio qui se substitue à l'organe de stockage du tachéomètre), vers le porteur de la mire. Celui-ci aura à sa disposition un ordinateur portable (tablette graphique) associé à un récepteur radio conformé pour recueillir les informations et les transmettre, par liaison série ou parallèle, à la tablette graphique. According to the invention, instead of sending the data to the storage unit usually associated with the tachometer, this data is sent, as soon as the measurements are taken, by a radio link (radio modem which replaces the storage member of the tacheometer), towards the target holder. The latter will have at his disposal a portable computer (graphic tablet) associated with a shaped radio receiver to collect the information and transmit it, by serial or parallel link, to the graphic tablet.
Un programme récepteur réalise les fonctions essentielles suivantes
1) Attribuer automatiquement un nouveau numéro au point reçu et demander au porteur du prisme d'introduire les informations manquantes, à savoir, la hauteur de mire (qui permettra de calculer l'altitude du point au sol) et le symbole associé au point.A receiver program performs the following essential functions
1) Automatically assign a new number to the point received and ask the wearer of the prism to enter the missing information, namely, the target height (which will calculate the altitude of the point on the ground) and the symbol associated with the point.
2) Stocker ces informations sur un support magnétique indestructible du type disque dur ou disquette, de façon à pouvoir les exploiter ultérieurement (recalcul définitif aprés rattachement du système et compensation des éventuels écarts de fermeture sur le canevas). 2) Store this information on an indestructible magnetic medium of the hard disk or floppy type, so that it can be used later (definitive recalculation after attachment of the system and compensation for any possible gaps in closure on the canvas).
3) Envoyer ces coordonnées brutes vers le programme de dessin qui se chargera de transformer, dans un système local et provisoire, ces données de façon à pouvoir générer sur place le dessin grâce au programme de Dessin Assisté par Ordinateur installé sur la tablette graphique. 3) Send these raw coordinates to the drawing program which will be responsible for transforming, in a local and temporary system, this data so that the drawing can be generated on site thanks to the Computer Aided Drawing program installed on the graphics tablet.
Le programme de dessin est déterminé pour que les informations constituant le dessin ponctions entre points avec un style de trait choisi dans une bibliothèque, symbole associé à un point, écriture...) soient associées au numéro de points et non aux coordonnées de ces points. The drawing program is determined so that the information constituting the drawing punctures between points with a line style chosen in a library, symbol associated with a point, writing ...) are associated with the number of points and not with the coordinates of these points .
Compte-tenu de ces dispositions, il en résulte que le dessin est généré au moment de la prise des mesures, toutes les informations étant fournies par celui qui est en train de les relever, supprimant tous intermédiaires. In view of these provisions, it follows that the drawing is generated at the time of taking the measurements, all the information being provided by the person in the process of reading it, removing all intermediaries.
Dans l'hypothèse où le porteur du prisme éprouve une difficulté à dessiner, par exemple en cas d'absence d'un point, il lui sera alors possible de relever sur le champ le point manquant afin de générer un plan correct. La comparaison immédiate du terrain et du plan évite des oublis de détails. In the event that the wearer of the prism experiences difficulty drawing, for example in the absence of a point, it will then be possible for him to identify the missing point on the spot in order to generate a correct plan. The immediate comparison of the land and the plan avoids forgetting details.
Suivant une autre caractéristique, la tablette graphique et l'organe de transmission radio associé sont intégrés dans un support (valise) étanche qui permet le travail dans des conditions difficiles (pluie, poussière...). According to another characteristic, the graphics tablet and the associated radio transmission member are integrated in a waterproof support (case) which allows work in difficult conditions (rain, dust ...).
Une fois les opérations de terrain terminées, on recalcule les points du canevas, aprés rattachement au système demandé et compensation des écarts éventuels de fermeture, puis on recalcule les coordonnées des points de détails avec les nouvelles coordonnées des stations. Seules les coordonnées des points sont changées, le dessin accroché aux numéros de points ayant subi un simple changement de base (rotation-translation). Once the field operations have been completed, the points on the canvas are recalculated, after attachment to the requested system and compensation for any closing deviations, then the coordinates of the detail points are recalculated with the new coordinates of the stations. Only the coordinates of the points are changed, the drawing attached to the point numbers having undergone a simple base change (rotation-translation).
Le dessin est ensuite, de manière connue, complété et achevé par l'habillage du plan (cartouche, légende...) et reproduit au moyen d'une table traçante sur support papier ou calque. The drawing is then, in a known manner, completed and completed by the covering of the plan (cartridge, legend ...) and reproduced by means of a plotter on paper or tracing paper.
L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels
La figure 1 est une vue en perspective des différents intervenants et du matériel permettant l'application du procédé de l'invention.The invention is explained below in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a perspective view of the various speakers and the equipment for applying the method of the invention.
La figure 2 est une vue en perspective des moyens de mise en oeuvre du procédé, au niveau des organes récepteurs. FIG. 2 is a perspective view of the means for implementing the method, at the level of the receiving members.
La figure 3 est un exemple de plan généré avec le procédé. FIG. 3 is an example of a plan generated with the method.
Les exemples de relevés ne limitent en rien l'application des procédés à toute autre forme de relevés de terrains de toutes natures (topographie conventionnelle, urbaine, souterraine, industrielle...). The examples of surveys do not in any way limit the application of the procedures to any other form of surveys of land of all kinds (conventional topography, urban, underground, industrial ...).
La figure 1 montre le principe d'utilisation du procédé et des moyens de relevé topographique selon l'invention. Figure 1 shows the principle of use of the method and means of topographic survey according to the invention.
L'opérateur (5) vise, au moyen d'un tachéomètre (1) unr mire (7) tenue par un porteur de prisme (4). Les données mesurées par le tachéomètre (1), à savoir l'angle horizontal, L'angle vertical et la distance entre l'appareil (1) et la mire (7), sont transmises par un émetteur radio (2) (liaison série ou parallèle suivant le type d'appareil utilisé) qui envoit les informations vers un récepteur radio (3). The operator (5) aims, by means of a tacheometer (1) a target (7) held by a prism carrier (4). The data measured by the tacheometer (1), namely the horizontal angle, the vertical angle and the distance between the device (1) and the target (7), are transmitted by a radio transmitter (2) (serial link or parallel depending on the type of device used) which sends the information to a radio receiver (3).
Cette transmission radio s'effectue avec tous les contôles nécessaires (correction d'erreurs de transmission si nécessaire par réitération de la transmission tant que celle-ci n'a pas été valable). Le récepteur radio (3) transmet les informations à une tablette graphique (6) (liaison série ou parallèle) qui se compose d'un écran graphique (10), d'un système de pointage (9), tels que stylo, souris, trackball..., et d'un organe de stockage des données tels que disque dur, diquette.... This radio transmission is carried out with all the necessary checks (correction of transmission errors if necessary by reiterating the transmission as long as it has not been valid). The radio receiver (3) transmits the information to a graphic tablet (6) (serial or parallel link) which consists of a graphic screen (10), a pointing system (9), such as pen, mouse, trackball ..., and a data storage device such as hard drive, diquette ...
L'ensemble de la tablette graphique (6) et du récepteur radio (3) sont montés dans un coffret étanche (8) permettant un travail dans toutes les conditions (pluie, poussières...). The entire graphics tablet (6) and radio receiver (3) are mounted in a waterproof box (8) allowing work in all conditions (rain, dust, etc.).
Dés réception du point par la tablette graphique (6), le programme demande au porteur de prisme (4) d'indiquer la hauteur entre le sol et le prisme visé (7) par l'organe de visée du tachéomètre (1). Cette donnée sert, ultérieurement, à calculer l'altitude du point au sol. Ces données sont stockées dans la mémoire non volatile de l'ordinateur pour une exploitation ultérieure. Le programme récepteur transforme ensuite les coordonnées polaires reçues dans un système utilisable par le programme de dessin assisté par ordinateur (coordonnées rectangulaires le plus souvent). La liaison entre le programme récepteur et le programme de dessin est fonction de l'environnement logiciel utilisé. As soon as the point is received by the graphics tablet (6), the program asks the prism carrier (4) to indicate the height between the ground and the target prism (7) by the sighting device of the tacheometer (1). This data is used later to calculate the altitude of the point on the ground. This data is stored in the computer's non-volatile memory for further processing. The receiving program then transforms the polar coordinates received in a system usable by the computer-assisted drawing program (rectangular coordinates most often). The link between the receiving program and the drawing program depends on the software environment used.
Le porteur de prisme (4) utilise le point reçu et affiché sur son écran graphique pour dessiner le plan topographique, grâce au programme de
Dessin Assisté par Ordinateur intégré.The prism carrier (4) uses the point received and displayed on their graphic screen to draw the topographic plan, thanks to the
Integrated Computer Aided Drawing.
La figure 2 montre un support (8), sous forme par exemple d'une malette, qui intègre la tablette graphique (6) et le récepteur radio (3). Ce support étanche (8) est équipé de plusieurs anneaux (11) qui permettent au porteur du prisme (4) de maintenir l'ensemble dans une position directement utilisable (figure 1) libérant ainsi une main pour tenir le prisme (7) et l'autre main pour tenir l'organe de pointage et de commande (9) de la tablette graphique. Figure 2 shows a support (8), for example in the form of a briefcase, which integrates the graphics tablet (6) and the radio receiver (3). This waterproof support (8) is equipped with several rings (11) which allow the wearer of the prism (4) to maintain the assembly in a directly usable position (FIG. 1) thus freeing one hand to hold the prism (7) and the 'other hand to hold the pointing and control member (9) of the graphics tablet.
La figure 3 représente un exemple de plan réalisé au moyen du procédé selon l'invention. Une fois les opérations de relevé de terrain terminées, on calcule le canevas constitué par les stations (formant un quadrilatère fermé 1-2-3-4-1 dans l'exemple de la figure 3). Ce canevas est rattaché au système référentiel demandé par l'utilisateur du plan (en planimètrie et en altimètrie) et les écarts de fermetures éventuels sont répartis entre toutes les stations. Plusieurs méthodes de compensations existent : moindres carrés, moyenne proportionnelle.... FIG. 3 represents an example of a plan produced by means of the method according to the invention. Once the field survey operations have been completed, the framework made up of the stations is calculated (forming a closed quadrilateral 1-2-3-4-1 in the example in Figure 3). This canvas is linked to the reference system requested by the user of the plan (in planimetry and altimetry) and the possible closings deviations are distributed among all the stations. Several compensation methods exist: least squares, proportional average, etc.
Les points de détails (portant les numéros 10,11,12...) sont alors recalculés grâce aux informations stockées dans la mémoire non volatile contenant les données brutes du relevé (angles horizontaux et verticaux et distances mesurées depuis les stations du canevas sur les points de détail). Le dessin attaché aux numéros de points suit la nouvelle position des points de détails. The detail points (bearing the numbers 10,11,12 ...) are then recalculated using the information stored in the non-volatile memory containing the raw data of the survey (horizontal and vertical angles and distances measured from the canvas stations on the details). The drawing attached to the point numbers follows the new position of the detail points.
Pour les éléments du dessin qui ne sont pas directement attachés à un point du levé (écriture, habillage...), il est nécessaire de leur faire subir un changement de base dont les paramètres (rotation et translation) sont déterminés entre le système provisoire de levé et le système définitif adopté. For the elements of the drawing which are not directly attached to a point of the survey (writing, dressing ...), it is necessary to make them undergo a basic change whose parameters (rotation and translation) are determined between the provisional system survey and the final system adopted.
Une adaptation est alors possible (adaption d'Helmer par exemple) pour effectuer ce changement de base. Le plan est complété par les habillages traditionnels (cartouche, légende, cadre, carroyage, rappel des coordonnées...). An adaptation is then possible (Helmer adaptation for example) to effect this change of base. The plan is supplemented by traditional skins (title block, legend, frame, grid, reminder of contact details, etc.).
Une autre application du procédé est de pouvoir contrôler immédiatement une implantation. Une opération d'implantation se déroule un peu à l'inverse d'un levé de plan : les points à implanter sont d'abord calculés d'une manière indépendante (angles d'un projet de construction par exemple). Another application of the method is to be able to immediately control an implantation. A stakeout operation takes place a bit unlike a plan survey: the points to be staked are first calculated independently (angles of a construction project for example).
Ces points calculés permettent de générer le plan d'implantation qui comporte les cotes périmétriques entre les points à implanter (enveloppe de la construction par exemple). Lors de l'implantation sur le terrain, il suffit, au fur et à mesure du piquetage, que le porteur de prisme relève les points implantés auquels il attribue le même numéro que les points théoriques calculés. Les traits de cotation sont alors reliés entre les points réellement implantés de sorte qu'il est aisé de contrôler immédiatement la précision et la bonne position de ces points. Le même contrôle peut s'appliquer à une implantation qui consiste à positionner des points en altimètrie (suivi sur le terrain de courbes de niveau par exemple). These calculated points are used to generate the site plan which includes the perimeter dimensions between the points to be set up (building envelope for example). When setting up in the field, it suffices, as and when staking, that the prism carrier identifies the points implanted to which he assigns the same number as the theoretical points calculated. The dimension lines are then connected between the points actually set up so that it is easy to immediately check the accuracy and the correct position of these points. The same control can be applied to a layout which consists in positioning points in altimetry (monitoring on the ground of contour lines for example).
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier on souligne et on rappelle:
- contrôle immédiat sur le terrain, évitant d'oublier des points, avec comparaison immédiate du terrain et du plan,
- aucun échange d'information d'orale, supprimant tout risque d'erreur de compréhension et évitant les décalages de points, les hauteurs de mires fausses,
- gain de temps important par la suppression de plusieurs étapes de confection du plan. The advantages clearly emerge from the description, in particular it is emphasized and recalled:
- immediate control on the ground, avoiding forgetting points, with immediate comparison of the ground and the plan,
- no exchange of oral information, eliminating any risk of misunderstanding and avoiding point shifts, false target heights,
- significant time savings by eliminating several stages of making the plan.
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