Le Galeries Romaines de Lisbonne

Un peu d'histoire ...

Les galeries trouvés sous le rue de Prata au centre-ville de Lisbonne est estimé à avoir été construit au 1er siècle avant le Christ, pendant le sommet de l'Empire Romain. Les Romains avaient occupé la côte ouest de la péninsule ibérique depuis le 2ème siècle avant le Christ, la conquête Olissipo (Lisbonne) pendant les campagnes de la Première Guerre punique. Avant la conquête des Romains, le port sur l'estuaire du Tage était déjà un commercial important port où les Carthaginois négociés avec la population locale, des origines celtes, les métaux de négociation et des produits agricoles pour les produits manufactures. Les Romains ont commencé la fortification de l'oppidum de Olissipo à la fin du 2ème siècle avant le Christ. Entre 40 et 30 aprés le Christ, Olissipo a reçu le statut Municipium civium Romanorum qui a donné la citoyenneté romaine à tous les hommes libres nés. Un moment de paix et de prospérité importante a duré jusqu'à la 3ème siècle après le Christ. Au cours de la début de l'Empire romain, les municipalités se sont affirmés, ériger des structures pour les fonctions publiques (forums, des théâtres, des marchés et des temples): dans Olissipo, des traces de ces bâtiments se trouvent encore aujourd'hui. Un exemple sont les ruines du théâtre romain situé sur la même colline que le château qui surplombe la stratégie de Lisbonne aujourd'hui. En ces jours, la plupart de la vie publique a eu lieu par la rivière. Selon les experts, les galeries sous la rue de Prata ont été construits pour stabiliser structurellement le sol près des berges de la rivière, qui est généralement très humide en raison de l'écoulement des eaux souterraines à la rivière les collines environnantes. La construction souterraine du cryptoportique était nécessaire pour fournir une base solide pour la construction de bâtiments importants sur ce site. Les ressources considérables nécessaires pour construire ce cryptoportique souterraine suggèrent que les bâtiments qui soutiennent, sont d'une grande importance, comme le forum de Lisbonne ou des bâtiments consacrés au commerce et les activités portuaires. Les galeries couloirs parallèles se composent de 3 m de haut par 2 à 3 m de large. Les couloirs ont des parois verticales et les toits circulaires. Les principaux corridors sont interseptados perpendiculairement à travers des couloirs étroits. Certaines galeries ont une hauteur maximale de 1,2 à 1,5 m. Certaines galeries donnent accès à des petites et étroites chambres qui auraient pu être utilisés comme zones de stockage. Le terme «cryptoportiques" se réfère à la nature cachée de ce produit d'assemblage a été utilisé comme base pour la construction en terre. Au cours des siècles, les structures romaines sur la surface sont effondrés ou ont été remplacés par de nouveaux bâtiments. Cependant, constructions récentes ont été construits de façon continue sur les fondations romaines pré-existants. Les habitants ont profité des eaux souterraines collectées dans les galeries, faire des trous au-dessus des galeries (voir cheminée sur le côté droit de l'image ci-dessus). L'un de ces puits est venu pour être connu comme le "bien de l'eau bénite», situé à l'angle de la rue de Prata et la rue Saint-Julião. La zone couvre les galeries (maintenant centre-ville de Lisbonne) a été complètement détruit dans le tremblement de terre de 1755. Marquis de Pombal (premier ministre) et Manuel Maia (architecte) étaient responsables de la reconstruction de la ville, la création au centre de Lisbonne, la grille de quartier de type, connu aujourd'hui comme le "Baixa". Les galeries romaines ont été redécouvertes lors de la reconstruction du centre-ville. Bien que la plupart des bâtiments de la "Baixa" (bas) sont supportés par des pieux de pins submergées dans le sol mou et humide pour donner de la stabilité structurelle, les bâtiments construits au-dessus des galeries sont pris en charge par le cryptoportique romain pré-existante, qui a survécu au tremblement de terre indemne. Une pierre gravée a été trouvé lors du démarrage des enquêtes archéologiques de galeries dédiées à Esculape, le dieu romain de la guérison. La pierre inscrit et les eaux claires trouvés sur le site, a conduit à l'hypothèse que les galeries peuvent avoir été utilisé comme un spa eau chaude. Aujourd'hui, cette hypothèse semble totalement infondées. Dans le milieu du 19e siècle un projet de gouttière et d'égout a été lancé pour recueillir toute l'eau qui traverse la "Baixa". En 1859, un relevé topographique des galeries romaines a été réalisée dans le cadre de ce projet. Malheureusement, les gouttières se croisent les galeries le long des routes de rue de Prata et de la Rua da Conceição, causant la plupart des galeries inaccessibles, puisque l'emplacement de la surface de ports d'entrée ont été perdus, à l'exception de deux points entrée.

Les galeries aujourd'hui ....

Les galeries souterraines continuent de se accumuler en raison d'une longue fissure le long de la chaussée de la galerie désigné comme "A Galeria das Nascentes". En conséquence, la cryptoportiques est toujours partiellement immergé. Il ya plusieurs années, "Museu da Cidade", le musée responsable du monument opérant sous la «Câmara Municipal de Lisboa" (Mairie de Lisbonne), a décidé d'autoriser les visites du monument mais seulement pour quelques jours par an. L'accès du public ne est possible qu'après pompage toute l'eau accumulée sur toute l'année et l'installation de feux. Les pompes à eau continuent travail jusqu'à ce que le monument est à nouveau fermé au public en raison de l'important taux de pénétration de l'eau. L'accès du public est accordé pour seulement 2-3 jours par an, en tirant de grandes foules qui attendent patiemment dans la file d'attente pendant plus d'une heure pour visiter les galeries. Accès aux galeries est dans un endroit très précaire, dans le milieu de la route ("Rua da Conceição") à côté du tramway comme indiqué ci-dessous. Depuis les tramways ne peuvent pas modifier leur parcours, les visiteurs doivent entrer et galeries de sortie avec une extrême prudence.

La proposition de la reconstruction 3D

Albatroz Engenharia proposées reconstruire le modèle 3D des galeries romaines à "Museu da Cidade" . De cette façon, non seulement les archéologues possèdent un modèle précis des galeries mais les gens serait en mesure d'explorer les galeries, qui sont difficiles à visiter in situ, dans un environnement virtuel.

La reconstruction impliqué l'utilisation d'une laser scanner qué mesures distances des objets dans le voisinage du laser.

L'acquisition des données nécessaires à l'installation d'une structure de support pour le laser peut traverser toute la longueur des galeries. Une fois que le matériel a été conçu pour fonctionner dans des environnements difficiles et est sans danger pour l'acquisition de vue, le transport du matériel, l'installation et les données ont été achevés, tandis que les galeries ont été préparés pour l'accès du public.

La zone accessible des galeries romaines est composé de six galeries de différentes longueurs entre 12 m et 24 m et plusieurs chambres plus petites.

Qu'est-ce qu'un scanner laser?

Dispositif de balayage de télémétrie laser est un capteur de balayage composée de trois parties:

Émetteur: Source de lumière visible ou invisible. L'émetteur crée un rayon concentré de light.
Récepteur: Composant qui détecte la partie du rayon de lumière qui est réfléchie après son entrée en contact avec une cible. La quantité de lumière réfléchie est fonction de la couleur et de la nature de la cible.

Scander (scan): Système mécanique qui fait tourner le rayon de lumière sur un arc d'un cercle à l'aide d'un système sophistiqué de miroirs.

La reconstruction virtuelle proposée par Albatroz Engenharia est basé sur un modèle en trois dimensions créé à partir de coordonner nuages individuels (xi, yi, zi). Ces types de modèles peuvent être observés, rotation, naviguer et manipuler en trois dimensions.

Surfaces polygonales peuvent être utilisés pour rejoindre les coordonnées tridimensionnelles générant planchers solides, les murs et les plafonds.

Sur la droite, il ya une photo, prise in situ, d'une section de la galerie d'entrée, le nuage de points correspondant à cette section de galerie d'entrée et enfin, une image des surfaces générées par le nuage de points. D'intérêt est la zone remplie d'eau de la chaussée et les deux dalles reposant contre le mur de la galerie sur la droite.

Le nombre de points nécessaires pour construire le modèle de surface peut être réduite de manière significative, en particulier dans les cas où les surfaces sont régulières et très près plat. Ainsi, la représentation des galeries peut être simplifiée en utilisant de plus grandes surfaces qui allègent la charge de calcul graphique sans sacrifier la géométrie générale du modèle. A titre d'exemple, comparer le modèle de la galerie d'entrée à l'aide de points 155 662 avec le modèle de surface en utilisant seulement 8474 points (soit environ 5%).

Fondements de générer des modèles 3D

La construction du modèle 3D est basé sur des analyses ultérieures laser 2D sur chacune des galeries. L'animation dans la figure de droite illustre le processus. Sur la gauche, montre le laser quand il va à travers les galeries et le droit, les données brutes laser.

Pour créer le modèle 3D ou le laser est déplacé dans un environnement particulier (comme une galerie), et l'image est déplacé alors que le laser est maintenu en position fixa.¹ Depuis, les sites archéologiques ont des dimensions de plusieurs ordres de grandeur plus élevé que le laser, il est beaucoup plus facile de déplacer le laser à travers le site. Une des façons les plus faciles et les plus coûteux pour traverser le capteur spot laser à travers le mobile est d'utiliser une plate-forme autonome ou semi-autonome. La clé du succès est un modèle pour enregistrer et synchroniser la position du capteur dans le temps dans le cadre du plan de balayage de reference. L'image de droite montre comment un capteur laser recueille des données comme il se déplace le long de la même section de la galerie. Le laser effectue un balayage 360, représenté en rouge, le temps de passage à travers la galerie le long de son axe principal. Avec chaque cycle, les mesures laser entre 500 et 1500, chaque point est représenté par la distance entre le laser à l'obstacle le plus proche dans chaque direction. Le laser est situé approximativement au centre de la galerie, à environ 0,7 m au-dessus du sol. A titre de comparaison, la galerie principale (à la tribune) est d'environ 2,3 m de hauteur, tandis que la galerie est perpendiculaire à la gauche d'environ 1,4 m de hauteur. Le laser mesure l'espace volumétrique gratuitement environnante pendant que l'utilisateur «voit» les zones bordant clairement. L'analyse d'animation montre que l'espace libre dans la galerie augmente à mesure que la sonde se approche d'une galerie d'intersection ou une «cheminée» qui est en fait un vieux puits bien à l'intérieur d'un bâtiment dans la Rue de Conceição. En outre, les lampes ont été trouvés dans la partie droite de la galerie par le changement brusque de la courbe douce de la toiture. Un des inconvénients de la collecte de données est occlusion ainsi toutes les surfaces qui se cachent derrière d'autres objets sur le site. Ce phénomène peut être observé dans les ombres présentes dans la figure de droite. La structure expérimentale utilisée pour l'acquisition de données est montré dans la figure de droite. Un petit panier qui porte capteurs, des batteries et un ordinateur glisse le long d'un monorail rectangulaire en aluminium. Les registres informatiques et fournit l'acquisition des données de rétroaction et de l'image en temps reel. Les données sont acquises, stockées et affichées en temps réel. L'interface graphique permet la visualisation d'une reconstruction 3D partielles plusieurs galeries différentes, comme le montre la figure de droite.

Comment fonctionne un scanner laser?

A mesures de scanner laser distances fondées sur un principe appelé «temps de vol»:

Le émetteur envoie une impulsion de lumière.
La cible correspond une fraction de la lumière incidente en fonction de la couleur, la texture, et l'angle d'incidence. Le reste de la lumière est absorbée ou dispersée autour du point d'incidence.
Le récepteur détecte la lumière réfléchie et calcule la distance à l'objet en divisant le temps de vol par la vitesse de la lumière.
Le système de balayage tourne pour pointer le rayon à un autre endroit très proche du point précédent de l'incidence de redémarrer l'ensemble du processus.

Modèles 3D partielles

Une fois les balayages 2D de l'ensemble du site ont été acquis, comme illustré sur la figure ci-dessus, les données doivent être assemblés de sorte que le modèle 3D peut être généré. Assemblage de données nécessite la mesure de la variation de la position du capteur laser lorsqu'il traverse le site. Ces données sont acquises en utilisant des capteurs auxiliaires. Pour minimiser les erreurs de mesure, le laser doit être déplacé le long de trajectoires rectilignes. Si nécessaire, comme dans le cas des galeries romaines, la reconstruction nécessaire superposition de plusieurs chemins perpendiculaires rectilignes. D'autres pistes peuvent être mieux adaptée au site qui est en cours de reconstruction. Les erreurs de position associés, cependant, ont tendance à augmenter.

Le modèle 3D d'une section galerie d'entrée est représenté dans la figure de droite.

Remarque:

La résolution longitudinale, ou la distance entre les passages successifs peuvent varier en fonction de la nature et des objectifs de l'emplacement de reconstruction. La distance entre les passages successifs est fonction de la vitesse de déplacement de la plate-forme. Dans ce cas, la distance entre deux essais consécutifs est d'environ 5 cm et est visible dans la figure précédente.
La résolution de balayages, ou distance entre des points adjacents dans le même passage, est une caractéristique intrinsèque du capteur utilisé. Autrement dit, la résolution de balayage varie en fonction des types et marques de capteurs laser. Dans chaque passage, le faisceau trace un plan circulaire, dans lequel les impulsions de lumière sont régulièrement espacés. La distance entre chaque point adjacent varie linéairement avec la taille de la tache. Dans le cas des galeries, cette distance est d'environ 1 cm. Dans cette résolution, les points semblent presque touchante.
Les points de distribution dans l'espace 3D est hétérogène et la densité de points dépend de l'axe de déplacement.
Lorsque les distances à la surface et l'augmentation de la surface ne est pas perpendiculaire au faisceau laser est seulement le balayage discontinu. Ceci peut être vu avec le «cheminée» dans la figure ci-dessus.
L'absence systématique de points dans le centre de la galerie correspond au monorail.
Les reliefs en pierre sont visibles dans la galerie.
Les zones de terres ne sont pas couverts par pierre, mais par l'eau ne sont pas détectés. Vu la profondeur de l'eau sur le sol, la lumière presque entièrement absorbée, réfléchie un signal très faible pour le laser peut effectuer une mesure dans ces instructions spécifiques.

Ce modèle 3D peut être représenté et a exploré en 3D en utilisant des outils logiciels appropriés. Une façon de visualiser l'espace est par VRML - Virtual Reality Modeling Language. Un exemple est illustré ci-dessous.

Le modèle suivant a été construite à partir de données recueillies après le nombre de points ont été réduits et les surfaces généré qui relie les sommets adjacents.

Ce modèle de surface illustre clairement les différences entre la réalité et la réalité projetée reconstruite. Bien que les matrices créées sont formées par des surfaces lisses avec des arêtes et des surfaces planes rectangulaires, le modèle reconstruit intègre toutes les petites irrégularités de la surface de la galerie (également en raison d'une très petite partie, les erreurs de mesure), fournissant un modèle plus précis place.

La date indiquée en VRML peut être importé dans Conception Assistée par Ordinateur (CAO) pour la manipulation, l'analyse et l'optimisation par les architectes, les ingénieurs civils et les archéologues. Avec logiciels specializes, modèles architecturaux précises peuvent être créés en combinant les bâtiments déjà existants avec virtuel, à être construit, éléments ou structures qué même existé dans le passé et ont disparu depuis longtemps.

Caractérisation d'un scanner laser

Un capteur laser de balayage est caractérisée par six principaux paramètres qui déterminent les applications auxquelles il est adapté.

Les trois premiers paramètres liées à la performance interne, tandis que les trois derniers paramètres caractérisent l'environnement dans lequel le capteur fonctionne.

"Range" (Gamme)

Range est la distance maximale entre le laser qu'un objet peut être détecté. La plupart des lasers ont également une mesure de distance minimum.

"Field of View" (FOV)

O (FOV) determina a extensão angular do feixe de luz. A Albatroz Engenharia possui um laser com um FOV de 360º e um com um FOV de 60º mas de significativamente maior resolução para tarefas que exigem uma maior precisão.

Champ de vision (FOV) détermine la durée angulaire du faisceau de lumière. Albatroz Engenharia possède un laser avec 360º FOV et une avec un FOV 60º mais significativement plus élevé de résolution pour les tâches nécessitant une plus grande precision.

"Acquisition Rate" (Taux d'acquisition)

Taux d'acquisition se agit des mesures numériques faites dans un intervalle de temps spécifié. Cette caractéristique est cruciale pour déterminer quels laser est le mieux adapté pour chaque application. Par exemple, un modèle 3D d'une statue peut être faite avec un laser à fréquence d'acquisition très faible. Pour détecter les voitures à un péage, mais il exige un laser avec une fréquence d'acquisition très élevée.

"Class" (Classe)

La classe détermine le risque inhérent d'exposition au faisceau laser. Tous les lasers utilisés par Albatroz Engenharia sont de classe 1 lasers qui sont L'oeil sûr pour ceux dans le voisinage du laser. Une classe commune lasers sont utilisés dans les lecteurs CD / DVD.
En plus de la résistance à la flexion limitée, les lasers ont utilisé un miroir rotatif ou internes têtes rotatives qui changent la direction du faisceau laser de réduire très rapidement la radiation accumulée en chaque point lumineux.

"IP (Ingress Protection) Index"

L'indice IP fournit une mesure de protection contre les conditions environnementales défavorables. Moyens de protection externes ne devraient jamais être utilisés sur les miroirs du capteur pour ces mesures sont susceptibles d'entraver l'efficacité.

Dimensions, la masse et de l'énergie

Dimensions physiques, les exigences de puissance et de masse définissent l'aptitude du laser pour différentes applications. Dispositif de balayage à laser est un dispositif relativement lourd avec une masse de variant de 5 kg à 50 kg, tandis que la caméra vidéo a une masse d'environ 0,5 kg. Exigences d'alimentation sont également importants. Dispositif de balayage à laser typique nécessite entre 25 W et 250 W. A titre de comparaison, une caméra vidéo nécessite moins de 5 W.

Modèle d'intégration 3D

Afin d'intégrer toutes les parties (galerie) du modèle, toutes les dates en coordonnées locales (xi, yi, zi) doit être converti en un cadre commun de référence galerie général. Dans les galeries romaines, neuf ensembles de données ont été recueillies des six galeries.

L'intégration des données nécessaires analyse minutieuse des données qui se chevauchent correspondant aux mêmes sections des galeries acquises au cours des différentes procédures d'acquisition de données. La figure suivante montre la séquence d'acquisition de données en commençant par la galerie d'entrée. Dans le modèle final (plan d'étage ci-dessus), des galeries 5 et 6 ne ont pas été incluses en raison de l'humidité relative très proche de la saturation et de la présence d'équipements de pompage d'eau. Ces deux facteurs ne permettent pas un modèle de ces galeries de qualité suffisante pour être inclus dans le modèle general.

Une autre méthode de visualisation est de créer des nuages de points d'animation, observées à partir de différents points de vue, que ilustrated dans les vidéos sur la droite.

Ces modèles peuvent en outre enrichie par «coloration» chaque point du nuage de points selon les différentes propriétés de leurs objets associés dans les environs de capteurs. Par exemple: le niveau de réflectivité (quantité d'énergie réfléchie après faisceau lumineux rencontre un objet.), La température des surfaces rayonnantes sur site ou même seulement les couleurs visibles par l'œil humain. Il est également possible de créer des effets d'éclairage qui rendent le modèle plus réaliste.

Enfin, une animation est prévue d'un modèle intégrant quatre des six galeries. Comme mentionné précédemment, des galeries 5 et 6 ne sont pas incluses dans le modèle en raison de conditions défavorables trouvés dans les chambres lors de l'acquisition. En plus de galeries 5 et 6, le modèle intégré manque également:

Une chambre sur le côté sud de la galerie 1 (galerie d'entrée)
Une petite chambre sur le côté sud de la galerie 3 (parallèle à la galerie 1 - "Galeria das Nascentes")
Réservoir situé entre 5 et 6 galeries

D'autres applications

Le nuage de points peut être utilisé pour plus que juste la visualisation de données, que chaque point est référencé dans l'espace 3D. Ainsi, le nuage de points peut être utilisée pour calculer les longueurs, surfaces et volumes.

Un scanner laser peut être utilisé dans les carrières de pierre, tas de mines, les décharges et autres structures à grande échelle et les zones de fixer les volumes ou des volumes qui ont été supprimés. Un scanner laser peut également mesurer les distances de sécurité et les zones de projets de construction de contrôle de la qualité.

Au début de fouilles archéologiques, un scanner laser peut être utilisé pour générer rapidement un modèle 3D du site (sol, la végétation et les structures environnantes) de sorte que les archéologues peuvent estimer les emplacements des chemins et des installations de soutien. Au cours de la fouille, un modèle rapide est utile pour évaluer les progrès et de la géométrie globale de l'excavation. Une fois terminé, des modèles 3D d'objets et les ruines combinées avec des images fixes et vidéo peuvent créer du contenu multimédia étonnante qui aident à divulguer le site.

Dans l'architecture de la reconstruction, les structures existantes peuvent être modélisés et agissent comme le point de départ pour le projet. Éléments architecturaux peuvent ensuite être superposées ou enlevés facilement si nécessaire.

Albatroz Engenharia

Reconstruction tridimensionnelle d'un premier cryptoportiques siècle

Rue de Prata, Lisbonne, Portugal

27 septembre 2007

En collaboration avec: