Le document présente la conception et le développement d'une application mobile visant à améliorer la localisation et la visualisation des infrastructures souterraines pendant les travaux d'excavation. Ce projet répond à des problématiques liées aux bris d'infrastructures et propose une solution robuste adaptée aux pratiques actuelles. Les résultats montrent une faisabilité réussie et soulignent l'importance de l'intégration des données réelles dans un environnement virtuel.

1. INTERFACE DE SIMULATION SITUÉE URBAINE:
CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT D'UNE
SOLUTION SUR TABLETTE TACTILE
Présentation du travail de maîtrise
Présentateur: Benoit Duinat, 2eme Cycle Géomatique
Directrice de recherche : Sylvie Daniel
Décembre 2012
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2. AU MENU DE CETTE PRÉSENTATION
Interface de Simulation Située Urbaine: Conception et
développement d'une solution sur tablette tactile
Résultats , retour
sur les objectifs et
conclusions
Conception et
développement d’une
application mobile
Revue des solutions actuelles
susceptibles de répondre aux besoins
Problématique, objectifs et
méthodologie
Mise en
contexte
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3. MISE EN CONTEXTE
Bris d’une canalisation
d’eau (13/01/2009)
7 bris d’infrastructures par jour lors
d’excavations pour l’été 2011 au Québec
Câble de fibre optique arraché:
87% ont causé des interruptions de 11 000 foyers privés d’internet
service (28/06/2012)
Coût direct de 3.6M $ pour l’année 2011
Source: APISQ (Alliance pour la protection des infrastructures souterraines
au Québec)
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4. LES ÉTAPES PRÉLIMINAIRES À L’EXCAVATION
1. Mise en contact avec les entreprises possédant
des infrastructures souterraines pour qu’ils
viennent faire le marquage au sol
2. Obtention des plans du sous-sol de la zone
3. Localisation des canalisations et marquage au sol
En 2011: 187 357 demandes de
localisation d’infrastructures 4

5. LES ÉTAPES PRÉLIMINAIRES À L’EXCAVATION
Marquage temporaire au sol de la position et du
type de canalisation (selon un code de couleur
établi)
Les indications au sol peuvent disparaitre
partiellement ou totalement en creusant ou à
cause des conditions météo.
Marquage non représentatif du contenu et de la
complexité des infrastructures souterraines 5

6. LES BESOINS
 Localisation persistante des infrastructures quels
que soient les conditions météo, l'avancement de
l'excavation ou encore la nature du sol
 Mise en relation explicite des infrastructures
souterraines avec le paysage en surface
 Possibilité de consulter les plans et représentations
des infrastructures sur le chantier
 Nécessité de transmettre des informations sur la
nature et la complexité de l'agencement des
infrastructures dans le sous-sol
 Éventuellement la possibilité de saisir des notes ou
signaler des problèmes 6

7. PROBLÉMATIQUE
«Comment concevoir et développer une
solution mobile permettant la localisation sur
site des infrastructures souterraines, la
visualisation de leur agencement dans le
sous-sol et l’obtention d’information sur leurs
caractéristiques selon une approche adaptée
aux pratiques actuelles et robuste à la
variabilité des conditions extérieures»
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8. OBJECTIF ET SOUS-OBJECTIFS
 Sous-objectif 1: Spécifier les caractéristiques
des fonctionnalités attendues en ce basant
sur les pratiques actuelles et identifier des
pistes de solution au travers d’une revue de
l’existant
 Sous-objectif 2: Établir les composants
logiciels de la solution en fonction de la
fiabilité de la tablette tactile choisie
 Sous-objectif 3: Démontrer la faisabilité d’une
solution telle que décrite dans la
problématique 8

9. Revue de littérature Expérimentation
Explicitation des
MÉTHODOLOGIE tâches intervenant
lors d’une excavation
& revue des solutions
Évaluation de la
fiabilité des
composants de la
existantes pour la plateforme mobile
visualisation
d’infrastructures
souterraines
Définition des Élaboration d’une liste de
caractéristiques des modules logiciels
fonctionnalités attendues correctifs des faiblesses
de la tablette
Sous-objectif 1
Ingénierie Sous-objectif 2
Conception
Tests Itératifs
Développement
Sous-objectif 3
Tests
Essais terrain de
Objectif Principal validation
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10. CARACTÉRISTIQUES ATTENDUES
1. Robustesse: stabilité d’utilisation malgré la
variabilité des conditions extérieures
2. Localisation: marge de sécurité d’un
mètre par rapport au marquage au sol en
3.pratique
Visualisation de l’agencement des
canalisations et ordre de profondeur
4. Obtention d’information sur les
Power Line
(Pr-147)
caractéristiques des canalisations
5. Ergonomie et intuitivité
Water Pipe
d’utilisation de l’application
WT-300
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11. REVUE DE L’EXISTANT
 SIG (Système d’Information  La réalité augmentée
Géographique) mobiles
Source: Projet VIDENTE, TU Graz, Autiriche.
http://www.vidente.at/
 Utilisation de panoramas  La simulation située
style « StreetView »
Source: Stéphane Côté, Bentley System Source: Projet Oseberg, Gunnar 11
inc. Liestol, Norvège

12. LA SIMULATION SITUÉE
12

13. ÉVALUATION DE LA TABLETTE TACTILE
 Bancs d’essais
Positionnement:
 Relevés GPS à partir de certaines bornes géodésiques du campus
(plus ou moins proche de bâtiments) dans plusieurs conditions
climatiques.
Erreurs moyennes au sol comprises entre 1 à 10m
Présence de mesures absurdes parfois (>50m)
Mesure d’altitude peu fiable (>10m)
Orientation:
 Mesure angulaire des dérives du gyroscope et de la précision de la
boussole numérique avec des applications d’obtention des données
brutes des capteurs de l’iPad 2
Dérive du gyroscope très faible sur les 3 axes (<0.02 rad/s)
La boussole numérique met du temps pour se stabiliser à
une mesure fixe (variation de l’ordre de 10°)
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14. ÉVALUATION DE LA TABLETTE TACTILE
 Liste des composants de la solution pour combler
les faiblesses identifiées
Positionnement:
 Rendre le déplacement fluide entre 2 positions GPS successives et
éliminer les valeurs absurdes
 Suivre le relief et ne pas tenir compte de l’information d’altitude
Orientation:
 Utiliser le compas numérique pour initialiser l’orientation, puis utiliser
les données du gyroscope pour calculer l’orientation pendant
l’utilisation
 Fonction manuelle pour recaler le monde virtuel sur le monde réel
14

15. CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT DE
L’APPLICATION
MOBILE
Module de
déplacement
fluide
Module de
suivi du relief
Initialisation de
l’orientation
Module de
recalage manuel
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16. DÉVELOPPEMENT D’UNE APPLICATION MOBILE
 Choix Technologiques
 Création du monde virtuel
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17. DÉVELOPPEMENT D’UNE APPLICATION MOBILE
 Intégration des données infrastructures souterraines
Modélisation des
canalisations en 3D
Intégration de ces données dans le
campus virtuel
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18. RÉSULTATS
18

20. RÉSULTATS
La semi-transparence du sol permet de
localiser la canalisation
Un repère physique présent à la fois
dans le monde réel et virtuel améliore la
compréhension de la situation
Il est possible de visualiser
l’agencement des infrastructures
souterraines
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21. RÉSULTATS ET PERFORMANCES
 Visite virtuelle in situ ludique pour
nouveaux étudiants
Certains des étudiants qui ont
essayé l’application utilisaient une
tablette tactile pour la première fois
Ils ont tous réussi à récolter les
informations pour répondre aux
questions posées
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22. RETOUR SUR LES OBJECTIFS
 Sous-objectif 1: Spécifier les caractéristiques des fonctionnalités
attendues en ce basant sur les pratiques actuelles et identifier des pistes
de solution au travers d’une revue de l’existant
 Choix de la solution de simulation située comme étant la plus
adaptée aux besoins et aux caractéristiques fonctionnelles
 Sous-objectif 2: Établir les composants logiciels de la solution en
fonction de la fiabilité de la tablette tactile
 Élaboration d’une liste de modules à développer pour assurer la
fiabilité de la solution malgré certaines faiblesses matérielles
 Mise en place d’une architecture logiciel
 Sous-objectif 3: Démontrer la faisabilité d’une solution telle que
décrite dans la problématique
 La solution répond aux fonctionnalité définit dans la problématique
 Confirmation de l’intérêt d’une telle solution lors d’une démonstration
sur le campus à l’attention de personnel du service des immeuble
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23. CONTRIBUTIONS
 Mise en place d’un modèle d’architecture de la solution
 Prototype sous forme d’une application pour iPad 2
 Application Laval Virtuel pour la visite virtuelle in situ du
campus
 Article scientifique pour la conférence annuelle de
l’ASPRS en mars 2013
 Formation d’initiation au logiciel Unity pour une dizaine
de personnes du département
 Réseautage avec des acteurs importants du domaine
des infrastructures souterraines (APISQ, Ville de
Québec, Service des immeubles et de la maintenance
de l’Université Laval)
23

24. CONCLUSIONS
 Ce projet a permis de démontrer la faisabilité et
le potentiel d’une telle solution de simulation
située dédiée aux infrastructures souterraines
 La combinaison des moteurs de création de
jeux vidéo et des SIG présente un réel intérêt
 L’intégration de données réelles provenant de
sources différentes a constitué une difficulté
majeure lors de la création du monde virtuel
 La perception des distances et des profondeurs
est une problématique en soit qui mérite d’être
approfondie
24

25. QUESTIONS
25

26. OUVERTURES FUTURES
 Gestion de la quantité de données
 Automatisation de l’intégration de données plan
vers le modèle 3D
 Amélioration de la représentation graphique des
infrastructures souterraines
(couleurs, textures), il est essentiel de définir
une charte graphique
 Collaboration 26

27. CRÉATION DE LA SCÈNE
 MNT: obtenu à partir d’un fichier CAD fourni
par la ville de Québec (coordonnées MTM
NAD83 Datum 2CGVD-28)
 Bâtiments: modélisation semi-automatique
suivie d’une approche manuelle sous
Microstation à partir de données LiDAR
terrestres, réalisée par M.Alwa en 2010
 Infrastructures souterraines: Service des
immeubles, plan AutoCAD 2D
27

28. REVUE DE L’EXISTANT
 SIG (Système d’Information  La réalité augmentée
Géographique) mobiles
 Forte immersion
 Puissance  Les informations 3D
d’analyse des SIG sont « flottantes » et
 Visualisation et imprécises
interaction  Très sensible aux
insuffisante variations des
(souvent limitée à conditions
la 2D) extérieures
Source: Projet VIDENTE, TU Graz, Autiriche.
http://www.vidente.at/
 Utilisation de panoramas  La simulation située
style « StreetView »
 Affichage d’une
 Ancrage des représentation
modèles 3D sur le virtuel de la réalité
panorama  Navigation dans
 Position fixe et ce monde virtuel
exploration à 360° par géo-
dans le panorama positionnement
uniquement  Interaction avec
Source: Stéphane Côté, Bentley System Source: Projet Oseberg, Gunnar Liestol,les éléments 28
inc. Norvège d’intérêts

29. RELEVÉS GPS
29

30. CONCEPTION ET DÉVELOPPEMENT DE
L’APPLICATION
MOBILE
Module de
déplacement
fluide
Module de
suivi du relief
Initialisation de
l’orientation
Module de
recalage manuel
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31. DONNÉES APISQ
 Diminution du nombre de bris par année
depuis 2010 de 15% (1291 bris en 2011)
 Pour 36% des bris il n’y a pas eu de
demande de localisation
 Un mauvais marquage au sol est une des
causes d’incident rapporté
 Dans 90% des cas c’est un entrepreneur
responsable de l’excavation
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