FR2752295A1 - Method for determination of general shape of subterranean cavity - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention a pour objet un procédé pour déterminer les formes générales des parois d'une cavité disposée dans le sol. The invention relates to a method for determining the general shapes of the walls of a cavity arranged in the ground.
I1 est en effet bien souvent utile d'étudier le sous-sol avant d'entreprendre la réalisation d'un ouvrage, ceci afin de prévenir des effondrements de terrain ou tout du moins des affaissements du terrain du fait de la présence de cavités en sous-sol, telles notamment que des marnières. It is indeed very often useful to study the subsoil before undertaking the construction of a structure, this in order to prevent land collapses or at least subsidence of the ground due to the presence of cavities in the sub - soil, such as in particular marnières.
Une technique typique généralement utilisée jusqu'à lors consiste à introduire dans la cavité une personne destinée à en relever les caractéristiques dimensionnelles. A typical technique generally used until then consists in introducing into the cavity a person intended to note its dimensional characteristics.
Cette solution présente des problèmes aisément compréhensibles liés au fait d'une part que la cavité peut représenter un milieu, si ce n'est hostile, tout du moins peu adapté à la présence humaine, et d'autre part que l'introduction de cette personne dans la cavité peut être délicate. This solution presents easily understandable problems linked to the fact that on the one hand the cavity can represent an environment, if not hostile, at least not very adapted to the human presence, and on the other hand that the introduction of this no one in the cavity can be tricky.
Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose de réaliser les étapes suivantes:
a) réaliser une voie d'accès à la cavité,
b) introduire dans la cavité, par cette voie d'accès, des moyens de mesure à distance,
c) balayer une zone de mesure tout en effectuant une série de relevés de la distance séparant les moyens de mesure des parois de la cavité, en différents endroits de cette zone,
d) sortir les moyens de mesure de la cavité.To solve these problems, the invention proposes to carry out the following steps:
a) make an access route to the cavity,
b) introduce into the cavity, by this access means, remote measurement means,
c) scanning a measurement area while taking a series of readings of the distance separating the measurement means from the walls of the cavity, at different locations in this area,
d) remove the measuring means from the cavity.
Cette solution permet une mise oeuvre simple (notamment une voie d'accès de relativement faible taille), elle est très précise et sûre (l'absence de visite humaine réduit en particulier le risque d'incident corporel). This solution allows a simple implementation (in particular a relatively small access road), it is very precise and safe (the absence of human visit reduces in particular the risk of bodily incident).
Selon une caractéristique intéressante, l'invention propose, pour définir la zone de mesure de:
- relever la distance séparant les moyens de mesure des parois de la cavité suivant une direction de visée,
- lier les moyens de mesure à un arbre présentant un axe de rotation, tout en permettant la rotation des moyens de mesure autour de cet axe,
- orienter la direction de visée sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation, et
- balayer la zone de mesure en définissant une surface, par rotation desdits moyens de mesure autour de l'axe de rotation, suivant un angle de mesure variant de 360". According to an advantageous characteristic, the invention proposes, to define the measurement area of:
- note the distance separating the measuring means from the walls of the cavity in a direction of sight,
- link the measuring means to a shaft having an axis of rotation, while allowing the rotation of the measuring means around this axis,
- orient the aiming direction substantially perpendicular to the axis of rotation, and
- sweep the measurement area by defining a surface, by rotation of said measurement means around the axis of rotation, according to a measurement angle varying from 360 ".
Cette solution simple permet de déterminer aisément, rapidement et avec une bonne précision, une zone de mesure définissant surface de mesure sensiblement plane (ou légèrement conique si la direction de visée n'est pas perpendiculaire à l'axe de rotation). Cette détermination est réalisée à partir de données dites polaires (distance et angle). This simple solution makes it possible to easily, quickly and with good precision determine a measurement area defining a substantially planar measurement surface (or slightly conical if the sighting direction is not perpendicular to the axis of rotation). This determination is made from so-called polar data (distance and angle).
Afin d'améliorer la détermination de la cavité, l'invention propose:
- préalablement à l'étape c), de réaliser une étape e) où l'on positionne les moyens de mesure à une profondeur de mesure déterminée suivant un axe principal, comprise entre une extrémité distale et une extrémité proximale correspondant aux intersections de l'axe principal avec la cavité, l'extrémité distale étant située la plus loin de la voie d'accès, l'extrémité proximale étant située la plus près de la voie d'accès, et
- de réaliser plusieurs fois consécutivement les étapes e) et c) en balayant à chaque fois une surface de mesure et en faisant varier la profondeur de mesure, de manière qu'à l'étape d) on balaye plusieurs surfaces de mesure.In order to improve the determination of the cavity, the invention proposes:
- Before step c), carry out a step e) where the measurement means are positioned at a determined measurement depth along a main axis, between a distal end and a proximal end corresponding to the intersections of the main axis with the cavity, the distal end being located farthest from the access path, the proximal end being located closest to the access path, and
- Carry out steps e) and c) several times consecutively by scanning a measurement surface each time and varying the measurement depth, so that in step d) several measurement surfaces are scanned.
Ainsi, on obtient une superposition de surfaces de mesure donnant une détermination volumique de la cavité. Thus, one obtains a superposition of measurement surfaces giving a volume determination of the cavity.
Afin d'améliorer encore la détermination des formes générales de la cavité, en particulier lorsque celles-ci sont complexes, l'invention propose de réaliser plusieurs fois consécutivement les étapes a) à d) en réalisant à chaque fois une voie d'accès supplémentaire, afin d'obtenir des mesures en différents endroits de la cavité. In order to further improve the determination of the general shapes of the cavity, in particular when these are complex, the invention proposes to carry out steps a) to d) several times consecutively, each time carrying out an additional access route. , in order to obtain measurements in different places of the cavity.
I1 sera alors possible de supprimer les zones d'ombres (partie de la cavité non visible à partir de l'emplacement des moyens de mesure du fait de la présente d'une paroi entre les moyens de mesure et ladite zone d'ombre) en positionnant les moyens de mesure dans un autre endroit de la cavité. It will then be possible to remove the shadow zones (part of the cavity not visible from the location of the measurement means due to the presence of a wall between the measurement means and said shadow zone) by positioning the measuring means in another location of the cavity.
Une solution avantageuse pour résoudre le plus efficacement le problème des zones d'ombres consiste selon l'invention à interpréter les mesures de distance relevées à partir d'une voie d'accès précédente pour déterminer l'endroit où l'on réalise une voie d'accès suivante. An advantageous solution for most effectively solving the problem of the gray areas consists, according to the invention, in interpreting the distance measurements taken from a previous access route to determine the place where a route is carried out. next access.
En particulier, faire déboucher une "nouvelle" voie d'accès à la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de l'angle de mesure lors du (des) relevé(s) fait(s) "à travers" une voie d'accès précédente, est une solution conseillée. In particular, open up a "new" access route to the cavity, near an area where there has been a large variation in the distance compared to the variation in the measurement angle during the (of) statement (s) made "through" a previous access route, is a recommended solution.
On pourra également faire déboucher une "nouvelle" voie d'accès à la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de profondeur suivant l'axe principal lors du (des) relevé(s) fait(s) "à travers" une voie d'accès précédente. It will also be possible to open up a "new" access route to the cavity, near an area where there has been a strong variation in the distance compared to the variation in depth along the main axis during the (des ) statement (s) made "through" a previous access route.
En effet, une forte variation de la distance rapportée soit à la variation de profondeur, soit à la variation de l'angle de mesure, est en général caractéristique d'une zone d'ombre à proximité (entre) les deux mesures. Indeed, a strong variation in the distance related either to the variation of depth, or to the variation of the angle of measurement, is generally characteristic of a gray area near (between) the two measurements.
En pratique les mesures de distance sont généralement discontinues et espacées d'une valeur donnée de l'angle de mesure ou de la profondeur. Une forte variation de la distance rapportée soit à la variation de profondeur soit à la variation de l'angle de mesure sera donc effectivement bien souvent caractéristique d'une zone d'ombre entre les deux mesures. In practice, distance measurements are generally discontinuous and spaced by a given value of the measurement angle or depth. A strong variation in the distance related either to the depth variation or to the variation of the measurement angle will therefore effectively very often be characteristic of a gray area between the two measurements.
Toutefois, dans le cas l'on fait varier continûment l'angle de mesure ou la profondeur de mesure pour le relevé de distance, il s'agira en fait plus précisément d'une discontinuité dans la mesure de distance. However, in the case of continuously varying the measurement angle or the measurement depth for the distance reading, it will in fact be more precisely a discontinuity in the distance measurement.
En complément, et pour faciliter la localisation des zones d'ombres, l'invention propose d'utiliser une caméra vidéo liée aux moyens de mesure. Un opérateur pourra alors visualiser plus aisément les formes de la cavité en procurant une meilleure perception des formes en trois dimensions. In addition, and to facilitate the location of the shadow areas, the invention proposes using a video camera linked to the measurement means. An operator can then more easily visualize the shapes of the cavity by providing a better perception of the shapes in three dimensions.
L'invention a également pour objet un dispositif, lequel comprend une tige allongée suivant un axe, des moyens pour lier la tige au sol et des moyens de mesure à distance adaptés pour pivoter autour de l'axe. The invention also relates to a device, which comprises a rod elongated along an axis, means for binding the rod to the ground and remote measurement means adapted to pivot around the axis.
L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 montre, selon une coupe verticale, une cavité présente dans le sol,
- la figure 2 montre les formes de la cavité vue de dessus et une première zone dans laquelle des mesures ont été effectuées,
- la figure 3 montre les formes de la cavité vue de dessus et deux zones dans lesquelles des mesures ont été effectuées,
- la figure 4 montre schématiquement en perspective plusieurs zones de mesure disposées à des profondeurs différentes.The invention will appear even more clearly in the description which follows, made with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 shows, in a vertical section, a cavity present in the ground,
FIG. 2 shows the shapes of the cavity seen from above and a first zone in which measurements have been made,
FIG. 3 shows the shapes of the cavity seen from above and two zones in which measurements have been made,
- Figure 4 shows schematically in perspective several measurement areas arranged at different depths.
A la figure 1, on voit illustrée dans un sol 4 terreux, une cavité 1 dont on cherche à déterminer la forme des parois 2. In FIG. 1, we see illustrated in an earthy soil 4, a cavity 1 which we seek to determine the shape of the walls 2.
Pour ce faire, un puits d'accès 6 est percé entre deux extrémités 6a, 6b situées dans la cavité et au niveau du sol, respectivement. Ce puits présente un axe principal 10 sensiblement vertical intersectant la paroi 2 de la cavité en deux endroits : l'un de ces endroits, 10b, est appelé "extrémité proximale" et est situé au niveau de l'extrémité 6a du puits d'accès, l'autre, 10a, est appelé "extrémité distale" et est situé dans le fond de la cavité. To do this, an access well 6 is drilled between two ends 6a, 6b located in the cavity and at ground level, respectively. This well has a substantially vertical main axis 10 intersecting the wall 2 of the cavity in two places: one of these places, 10b, is called "proximal end" and is located at the end 6a of the access well , the other, 10a, is called "distal end" and is located at the bottom of the cavity.
Par le puits d'accès, on introduit un télémètre 14 à faisceau laser formant moyens de mesure de distance, à distance, une caméra vidéo 16 et un puissant projecteur lumineux 18. Le télémètre 14, la caméra 16 et le projecteur 18 sont fixés ensemble à une tige allongée formant arbre 8 mobile en rotation autour d'un axe de rotation que l'on considérera ici comme confondu avec l'axe 10 du puits d'accès. La rotation de l'arbre 8 autour de l'axe 10 est illustré par une flèche 12. Through the access shaft, a rangefinder 14 with a laser beam is introduced, forming distance and remote measurement means, a video camera 16 and a powerful light projector 18. The rangefinder 14, the camera 16 and the projector 18 are fixed together to an elongated rod forming a shaft 8 movable in rotation about an axis of rotation which will be considered here as being coincident with the axis 10 of the access shaft. The rotation of the shaft 8 around the axis 10 is illustrated by an arrow 12.
Le télémètre 14 mesure, selon une direction de visée 20, la distance le séparant d'un obstacle, ici la paroi 2 de la cavité. Il est situé suivant l'axe principal 10 à une distance h de l'extrémité proximale 10b, correspondant à sa profondeur dans la cavité. The rangefinder 14 measures, in an aiming direction 20, the distance separating it from an obstacle, here the wall 2 of the cavity. It is located along the main axis 10 at a distance h from the proximal end 10b, corresponding to its depth in the cavity.
Les informations relevées par le télémètre 14 et la caméra vidéo 16 sont transmises à un ordinateur 26 et un moniteur 28, via un câble 24. The information recorded by the rangefinder 14 and the video camera 16 is transmitted to a computer 26 and a monitor 28, via a cable 24.
L'ordinateur est notamment utilisé pour piloter le télémètre 14. Il commande en particulier au télémètre 14 l'opération de mesure de distance et reçoit le résultat de la mesure en vue de son traitement.The computer is used in particular to control the range finder 14. In particular, it controls the range finder 14 at the distance measurement operation and receives the measurement result for processing.
A la figure 2, on voit illustrée une surface de mesure 30 que l'on a déterminée informatiquement en introduisant le télémètre 14 dans la cavité 1 à partir du puits d'accès 6. In FIG. 2, there is shown a measurement surface 30 which has been determined by computer by introducing the range finder 14 into the cavity 1 from the access shaft 6.
Voyons maintenant plus précisément comment cette surface de mesure 30 est obtenue, à l'aide de la figure 4 venant en complément des figures 1 et 2 : l'arbre 8 est d'abord lié au sol 4 en position sensiblement verticale à l'aide de moyens 22 tels que des pieds de positionnement. Le télémètre 14 est ensuite disposé dans la cavité à une profondeur de mesure donnée h"'. Let us now see more precisely how this measurement surface 30 is obtained, using FIG. 4 coming in addition to FIGS. 1 and 2: the shaft 8 is first linked to the ground 4 in a substantially vertical position using means 22 such as positioning feet. The rangefinder 14 is then placed in the cavity at a given measurement depth h "'.
Une première mesure de distance entre le télémètre 14 et la paroi 2 de la cavité 1 est alors effectuée dans la direction de visée horizontale 20a. A first measurement of the distance between the rangefinder 14 and the wall 2 of the cavity 1 is then carried out in the direction of horizontal sight 20a.
Elle permet de déterminer la position d'un point 2a situé sur la paroi 2.It makes it possible to determine the position of a point 2a located on the wall 2.
On tourne alors le télémètre 14 d'un angle a autour de l'axe 10. La direction de visée est alors 20b. On relève à nouveau la distance séparant le télémètre de la paroi 2. Ce qui permet de déterminer un nouveau point 2b. The range finder 14 is then rotated by an angle a around the axis 10. The aiming direction is then 20b. The distance between the range finder and the wall 2 is again noted. This makes it possible to determine a new point 2b.
En faisant varier l'angle a, on obtient ainsi successivement les points 2c, 2d, 2e, 2f correspondant aux directions de visée 20c, 20d, 20e. By varying the angle a, we thus successively obtain the points 2c, 2d, 2e, 2f corresponding to the viewing directions 20c, 20d, 20e.
Lorsque l'angle a aura décrit une gamme de valeur s'étendant sur 360 , on aura terminé la détermination de la surface de mesure 30"'. Une fois la détermination de cette surface terminée, on peut calculer son aire ou sa superficie à partir des méthodes habituelles, notamment en découpant cette surface en carrés de surface élémentaire.When the angle a has described a range of values extending over 360, the determination of the measurement surface 30 "will have been completed. Once the determination of this surface has been completed, its area or its surface can be calculated from usual methods, in particular by cutting this surface into squares of elementary surface.
D'autres surfaces de mesure telles que celles repérées 30" et 30' disposées aux hauteurs respectives h", h' peuvent alors être déterminée. Afin que les surfaces 30', 30" et 30"' soient planes, on a choisi un angle o valant 90" entre l'axe de visée 20 et l'axe de rotation 10. Other measurement surfaces such as those marked 30 "and 30 'arranged at the respective heights h", h' can then be determined. So that the surfaces 30 ′, 30 ″ and 30 ″ ′ are flat, an angle o equal to 90 ″ has been chosen between the line of sight 20 and the axis of rotation 10.
Lorsque l'on a déterminé l'ensemble des surfaces de mesure souhaitées en faisant varier la profondeur de mesure entre les extrémités 10a et 10b, on peut alors déterminer le volume en regard de ces surfaces 30', 30" et 30"'. Ceci peut toujours être réalisé à l'aide de méthodes connues, telle notamment que celle consistant à multiplier la moyenne de deux aires consécutives par la distance entre ces surfaces consécutives. When the set of desired measurement surfaces has been determined by varying the measurement depth between the ends 10a and 10b, it is then possible to determine the volume facing these surfaces 30 ', 30 "and 30"'. This can always be done using known methods, such as that of multiplying the average of two consecutive areas by the distance between these consecutive areas.
Toutefois, dans ce cas précis étant donné la complexité de la cavité 1, il est conseillé de réaliser d'autres puits d'accès pour connaître la superficie et le volume de cette cavité. Pour déterminer les positions judicieuses où il convient de réaliser ces nouveaux puits, on utilise les images fournies par la caméra vidéo 16 au moniteur 28. Une forte variation de la distance mesurée pour une faible variation de l'angle a est également un signe caractéristique. However, in this specific case given the complexity of cavity 1, it is advisable to make other access shafts to find out the area and volume of this cavity. To determine the appropriate positions where these new wells should be made, the images supplied by the video camera 16 to the monitor 28 are used. A large variation in the distance measured for a small variation in the angle a is also a characteristic sign.
En particulier, entre les points 2b et 2c, la distance avec le télémètre 14 varie beaucoup tandis que l'angle a est presque constant. Il y a une discontinuité de l'évolution de la distance mesurée en fonction de l'angle a et on peut vérifier sur la figure 2 qu'il y a entre les points 2b et 2c un endroit de la cavité 1 non encore balayé par le faisceau du télémètre. Elle représente encore une zone d'ombre, où aucune mesure de distance n'a encore pu être effectuée.In particular, between the points 2b and 2c, the distance with the rangefinder 14 varies a lot while the angle a is almost constant. There is a discontinuity in the evolution of the distance measured as a function of the angle a and it can be checked in FIG. 2 that there is between the points 2b and 2c a place in the cavity 1 not yet swept by the rangefinder beam. It still represents a gray area, where no distance measurement has yet been made.
Un même raisonnement s'applique à une forte variation de distance mesurée rapportée à la variation de profondeur. The same reasoning applies to a large variation in measured distance compared to the variation in depth.
A la figure 3, en réalisant un nouveau puits d'accès 32, on a déterminé la surface de mesure 34. On voit ainsi qu'en agissant de proche en proche, il sera possible de déterminer toute la surface de la cavité et donc le volume de celle-ci, en faisant varier la profondeur. L'ensemble des formes de la cavité peut ainsi être déterminé. In FIG. 3, by making a new access well 32, the measurement surface 34 has been determined. It can thus be seen that by acting step by step, it will be possible to determine the entire surface of the cavity and therefore the volume thereof, by varying the depth. All the shapes of the cavity can thus be determined.
Sur la figure 3, on a repéré 36 à 62 l'ensemble des puits de forages permettant cette détermination complète de la cavité 1. In FIG. 3, 36 to 62 have been identified all of the drilling wells allowing this complete determination of the cavity 1.
Il sera alors possible par traitement informatique de calculer la superficie de la cavité et son volume. fi s'agira en particulier de ne pas compter deux fois les surfaces déterminées à partir de puits différents. It will then be possible by computer processing to calculate the area of the cavity and its volume. fi in particular will not count twice the areas determined from different wells.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à la réalisation illustrée. Ainsi, on pourrait gérer le déplacement des moyens de mesure en rotation et en profondeur à partir de l'ordinateur 28 et d'actionneurs (tels que des moteurs électriques) commandés par l'ordinateur 28. Of course, the invention is in no way limited to the illustrated embodiment. Thus, it would be possible to manage the displacement of the measuring means in rotation and in depth from the computer 28 and from actuators (such as electric motors) controlled by the computer 28.
On pourrait traiter informatiquement l'image fournie par la caméra vidéo afin de déterminer les formes de la cavité. Cette solution risquerait toutefois d'être fort onéreuse. The image supplied by the video camera could be processed by computer in order to determine the shapes of the cavity. This solution could however be very expensive.
On pourrait utiliser des moyens de mesure à plusieurs faisceaux lasers. Means of measurement with several laser beams could be used.
Il serait également envisageable de ne réaliser qu'un puits d'accès et de déplacer les moyens de mesure dans la cavité dans différentes directions, en fonction des formes rencontrées. It would also be conceivable to make only one access well and to move the measurement means in the cavity in different directions, depending on the shapes encountered.
L'axe du puits d'accès, l'axe de rotation des moyens de mesure et la direction dans laquelle est mesurée la hauteur pourraient ne pas. être parallèles ou ne pas être verticaux. The axis of the access shaft, the axis of rotation of the measuring means and the direction in which the height is measured may not. be parallel or not be vertical.
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