Jumeaux numériques urbains : innover pour la planification et la concertation

Rédigé par

Magali HOULLIER

Responsable communication

309 Dernière modification le 21/02/2024 - 10:00
Jumeaux numériques urbains : innover pour la planification et la concertation

Comment industrialiser les processus de traitement de données hétérogènes issues de relevés 3D afin d’enrichir et mettre à jour les jumeaux numériques multi-échelles ?


L’utilisation de modèles 3D dans les projets d’aménagement et de constructions se généralise depuis le lancement du Plan de Transition Numérique du Bâtiment en 2014. Dès lors, de nouvelles technologies sont apparues pour numériser la réalité de manière automatique et très complète. Néanmoins, la précision des technologies ainsi que le niveau de qualification de l’opérateur varient. De plus, le temps de post-traitement est plus ou moins important selon la technologie utilisée.

La numérisation et l’utilisation de modèles numériques 3D des bâtiments, des villes et des territoires sont des enjeux stratégiques majeurs. L’acquisition et le traitement de données provenant de relevés 3D à différentes échelles (bâtiments, quartiers, villes, territoires) représentent ainsi un défi technologique significatif à relever dans les années à venir.

Une équipe aux technologies 3D complémentaires

Trois structures aux compétences complémentaires ont décidé de relever le défi au travers d’un projet de recherche collaboratif nommé SCAN2DATA :

  • Le lycée Cantau d’Anglet avec son savoir-faire et son expertise via le parcours de formation de la Licence Géo3D et ses échantillons de relevés 3D à tester.
  • Le Laboratoire Informatique de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour (LIUPPA), amène une technologie de Bureau Virtuel qui centralise la puissance de calcul sur des serveurs (et non sur les postes clients) reconnus comme moins énergivores, plus facilement dimensionnables en fonction des besoins, et plus faciles à maintenir.
  • NOBATEK/INEF4, l’institut pour la transition énergétique et environnementale du bâtiment, développe depuis 2015, IMMERISTE®, un outil de visualisation 3D d’opérations de construction et d’aménagement facilitant la concertation et la co-conception des zones à construire et rénover. En s’appuyant sur de nombreux retours d’expériences les équipes de NOBATEK/INEF4 sont capable d’intégrer des modèles 3D issus de plusieurs relevés scanners ayant des paramètres hétérogènes (résolution, prise de vue aérienne/terrestre, relevé intérieur/extérieur, etc.).

Le projet SCAN2DATA : objectifs et enjeux autour des données hétérogènes

Le projet SCAN2DATA, soutenu par la Région Nouvelle Aquitaine, est né d’une volonté d’accélérer les processus de projets de rénovation et/ou d’aménagements urbains, en optimisant l’acquisition des données de site (bâtiments, voiries, parc et forêt, etc.), afin de construire rapidement et simplement une maquette numérique fiable. Cette maquette pourra être utilisée par des acteurs techniques ou non, et pourra être intégrée à IMMERSITE® comme outil d’aide à la conception de zones à aménager.

L’objectif est double : d’une part, acquérir une expertise approfondie du processus de traitement des données provenant de relevés 3D hétérogènes (terrestres, aériens, lasergrammétrie, photogrammétrie, basse, moyenne et haute résolution), afin de les agréger et de générer un nuage de points et un mesh 3D « augmenté ». L’intérêt ici est de permettre la mise à jour des modèles 3D des jumeaux numériques et de lutter contre leur obsolescence rapide (en moyenne 3 à 5 ans). Les données produites devront répondre à des besoins et des problématiques que cette acquisition vise à traiter.

D’autre part, analyser et optimiser le processus de traitement des données provenant de relevés 3D, depuis les sources de données jusqu’à leur exploitation dans IMMERSITE®. En ligne de mire : l’accélération de cette étape, reconnue comme la plus chronophage, afin d’optimiser l’efficacité globale du projet.


Légende : L’ensemble de la commune (27km²) a été numérisé par photogrammétrie depuis un avion léger afin d’en produire son jumeau numérique 3D avec une résolution de 5cm au sol.

Méthodologie d’acquisition et d’exploitation de la donnée des bâtiments existants pour les jumeaux numériques

Pour mener à bien les objectifs du projet, le consortium a défini plusieurs étapes :

  • Réaliser des campagnes de relevés 3D afin d’avoir à disposition des données hétérogènes à tester dans le cadre de l’étude ;
  • Identifier des logiciels de traitement de données pouvant traiter un ensemble de données hétérogènes afin d’obtenir un nuage de points et/ou un mesh 3D « augmenté » intégrant ces données et répondant aux enjeux des jumeaux numériques. Choisir le logiciel (Reality Capture) qui semblait être le plus pertinent pour répondre au besoin, se former et le maîtriser ;
  • Installer le logiciel sur l’ensemble des équipements dédiés et mesurer les niveaux de performances en conditions réelles des équipements selon plusieurs indicateurs exploitant les applicatifs choisis, pour en déterminer les facteurs limitants, définir une courbe de tendance et ainsi fournir des préconisations de configuration optimales pour le Bureau Virtuel (BV) ;

Les résultats

Le projet a produit 3 éléments majeurs.

  • Une méthodologie pour la mise à jour et l’amélioration des modèles 3D des jumeaux numériques en utilisant des relevés 3D complémentaires. Objectif : garantir la disponibilité d’un modèle 3D de jumeau numérique qui peut être aisément actualisé sans nécessiter un relevé complet
  • Un outil de Bureau Virtuel centralisant une puissance de calcul adaptable sur des serveurs et exploitant des applicatifs spécifiques
  • Une méthode de dimensionnement des stations de calcul en fonction du volume de données à traiter. Cette approche permet d’optimiser l’équipement en fonction des besoins spécifiques, contribuant ainsi à l’efficacité globale de l’étape de traitement des données

L’ensemble des travaux a été testé et validé au travers d’un projet pilote avec la Ville d’Anglet pour laquelle les équipes de NOBATEK/INEF4 ont réalisé le relevé et le jumeau numérique 3D sur l’intégralité de sa superficie (27km², résolution de 5cm au sol). Les résultats des travaux ont été présentés en décembre 2023 à plus de 80 professionnels (géomètres, collectivités, universités, institutionnels).
 

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