Identification et extraction par segmentation de spéléothemes de l'aven d'Orgnac (Ardèches, France)

L'analyse d'une forêt de stalagmites de l'aven d'Orgnac a été rendue possible par un relevé lasergrammétrique sans contact, en grotte. Le nuage de points, maillé à un pas de 15 mm environ a ensuite été traité selon deux méthodes de segmentation. L'une par LPE (ligne de partage des eaux), permettant l'extraction de régions en utilisant la courbure comme primitive discriminante ;l'utilisation de marqueurs manuels rend la méthode plus efficace et limite la sur-segmentation. La seconde méthode est basée sur l'ajustement d'ellipses successives à partir de points extraits depuis le modèle, sur un plan mobile selon l'axe Z. Au final, ces méthodes permettent d'atteindre une certaine complétude dans l'analyse de l'objet souterrain tout en assurant correctement sa conservation en limitant au maximum les temps de séjour sur place

Une analyse 3D de l'endokarst : applications lasergrammétriques sur l'aven d'Orgnac (Ardèche, France)

Ce document sera publié en ligne en texte intégral en décembre 2013.International audienceUne analyse 3D des drains souterrains du karst est proposée à partir de relevés lasergrammétriques effectués dans l'aven d'Orgnac (Ardèche, France). Les nuages de points denses obtenus par scannérisation laser ont été maillés et ont permis de produire des clones numériques de deux objets souterrains : une portion de drain, les Salles rouges, et une forêt de stalagmites de la salle 1. Sur le premier modèle 3D, il a été possible de reconnaître des formes pariétales caractéristiques d'une genèse paragénétique et de proposer une reconstitution des paléo-géométries du remplissage endokarstique au cours de sa mise en place. Sur le second modèle, le traitement automatique des morphologies externes des stalagmites a permis de comprendre la mobilité du sol associée à la dynamique des soutirages. Le recours à de telles analyses 3D constitue une piste originale et novatrice dans l'étude du comblement du réseau karstique au cours du Pliocène et de sa vidange au cours du Quaternaire

Identification et extraction par segmentation de spéléothemes de l'aven d'Orgnac (Ardèche, France)

The analysis of a forest of stalagmites in Orgnac cave was made possible by lidar measurement. The cloud of points was transform in a TIN model with a spacing of 15 mm and was then treated by two methods of segmentation. One by LPE (watershed approach), allowed the extraction of regions using the curvature as a criteria. The use of markers manuals makes the method more efficient and can limit the over-segmentation. The second method is based on the fit of successive ellipses from points extracted from the TIN model on a moving plane along the Z axis. Ultimately, these methods can achieve the completeness in the analysis of the speleothems while ensuring their proper preservation by minimizing the residence time on site.L'analyse d 'une forêt de stalagmites de l'aven d'Orgnac a été rendue possible par un relevé lasergrammé trique sans contact, en grotte. Le nuage de points, maillé à un pas de 15 mm environ a ensuite été traité selon deux méthodes de segmentation. L'une par LPE (ligne de partage des eaux), permettant l'extraction de régions en utilisant la courbure comme primitive discriminante, l'utilisation de marqueurs manuels rend la méthode plus efficace et limite la sur-segmentation. La seconde méthode est basée sur l'ajustement d'ellipses successives à partir de points extraits depuis le modèle, sur un plan mobile selon l'axe Z. Au final, ces méthodes permettent d 'atteindre une certaine complétude dans l'analyse de l'objet souterrain tout en assurant correctement sa conservation en limitant au maximum les temps de séjour sur place.Hajri Souhail, Sadier Benjamin, Jaillet Stéphane, Thomas Matthieu, Delannoy Jean-Jacques. Identification et extraction par segmentation de spéléothemes de l'aven d'Orgnac (Ardèche, France). In: Collection EDYTEM. Cahiers de géographie, numéro 12, 2011. Images et modèles 3D en milieux naturels. pp. 145-154

Analyse spatiale et morphologique d'une forêt de stalagmites par modélisation 3D dans le réseau d'Orgnac (Ardèche, France)

Spatial and morphological analysis by high-resolution 3D modeling of a stalagmites forest in Orgnac's karstic network (Ardèche, France) Stalagmites are relevant paleo-environmental archives but that imply taking-off and destruction of samples for analyses. The recent widespread use of terrestrial lidars allows analyses on numerical clones and let imagine increasing detailed analyses of external geomorphology of stalagmites. A stalagmites forest of room 1 of the Orgnac's aven (Ardèche, France) was therefore scanned at a high resolution. The points cloud was then meshed to set a TIN model (Triangular Irregulated Network) with a high density (here the average mesh size is equal to 19 mm). An original method was then built up to be able to analyse this 3D model. It aims at extracting and analyse overlaid ellipses using specific algorithms. The work presented here allowed to automatically extract 134 stalagmites and to quantify some of their characteristics (elevation, displacement, azimuth, ellipses axis, etc.). The management of these data leads to use a spatially referenced database : a GIS. Finally, the high-resolution analyses of the external morphology of the stalagmites proved to be able. One or several diachronic phases of object translation were then identified. These translations are associated to a suffusion activity in the underground cavity. The whole stalagmites forest was then analysed in the same way but with linking the acquired information to geometric characteristics of the soil (DTM orientation, slopes map...). All these analyses proved to be able without damaging the stalagmites and the site. Indeed this site is recognised and protected for the quality of its concretions. As conservation and protection of underground world is more and more outlined, such 3D analyses of numerical models may be seen as a promising way that should be developed.L'analyse des morphologies externes des stalagmites est aujourd'hui facilitée par les nouveaux outils comme les lidars terrestres qui autorisent le recours aux mesures sur clone numérique dense. Une forêt de stalagmites de la salle 1 de l'aven d'Orgnac (Ardèche, France) a ainsi fait l'objet d'un levé, scanné à haute résolution. Le nuage de points obtenu a ensuite été maillé pour la réalisation d'un modèle TIN (Triangular Irregulated Network) à haute densité (ici, une maille moyenne de 19 mm). Nous avons ensuite développé une méthodologie propre à traiter ce type de modèle 3D basée sur la reconnaissance et l'extraction d'ellipses superposées en utilisant des algorithmes spécifiques. Le travail effectué a permis l'extraction automatique de 134 stalagmites et d'une série de paramètres (élévation, déplacement, azimut, axe des ellipses etc.) les caractérisant. La gestion de cette information a ensuite imposé le recours à une base de données à référence spatiale (SIG). Au final, il a été possible de travailler finement sur les morphologies externes des stalagmites et d'identifier des ruptures dans la croissance des stalagmites, associées à l'activité d'un soutirage endokarstique. Il a été possible de traiter ces informations sur la totalité de la forêt en les croisant avec les données géométriques du sol (orientation du MNT, cartes des pentes...). La totalité de ces travaux a pu être effectuée sans porter atteinte à l'intégrité des stalagmites ou du site, ici justement classé pour la qualité de son concrétionnement, à l'heure où les questions de conservation et de protection du monde souterrain sont de plus en plus présentes, il semble que le recours à l'analyse 3D sur modèle numérique dense constitue une piste originale qu'il conviendra de développer.Hajri Souhail, Sadier Benjamin, Jaillet Stéphane, Ployon Estelle, Boche Elisa, Chakroun Aiman, Saulnier Georges-Marie, Delannoy Jean-Jacques. Analyse spatiale et morphologique d'une forêt de stalagmites par modélisation 3D dans le réseau d'Orgnac (Ardèche, France). In: Karstologia : revue de karstologie et de spéléologie physique, n°53, 1er semestre 2009. Stalagmites et imageries 3D dans l'aven d'Orgnac. pp. 1-14

Analyse spatiale et morphologique d'une forêt de stalagmites par modélisation 3d dans le réseau d'Orgnac

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