Combining photogrammetric and bathymetric data to build a 3D model of a canal tunnel

This paper introduces an original method for modelling in 3D the full tube (both vault and canal) of navigable tunnels using data acquired dynamically from a boat. The recording system is composed of cameras that provide images of the vault and a multibeam echo sounder that acquires 3D profiles underwater. Reconstructing partially submerged structures, in a confined environment where no global positioning system signal is available, is challenging. The method exploits the capabilities of photogrammetry, not only to reconstruct the tunnel vault, but also to estimate the trajectory of the vessel, which is necessary to rearrange sonar profiles and form the 3D model of the canal. The comparison of a model reconstructed from in situ dynamic acquisitions with a reference one, obtained from static laser and sonar acquisitions, shows that the accuracy is of the order of a centimetre for the vault, while it is decimetric for underwater features. Résumé Dans cet article, nous présentons une méthode originale pour modéliser en 3D le tube complet (c’est‐à‐dire la voûte et le canal) des tunnels navigables en utilisant des données acquises en dynamique depuis un bateau. Le système d’acquisition est composé de caméras qui fournissent des images de la voûte du tunnel, et d’un sondeur multifaisceaux qui acquiert des profils 3D sous l’eau. La reconstruction de structures partiellement immergées, dans un environnement confiné où aucun signal du système de positionnement global n’est disponible, représente un défi. Notre méthode exploite les capacités de la photogrammétrie, non seulement pour reconstruire le volume de la voûte du tunnel, mais aussi pour estimer la trajectoire du navire porteur, ce qui est nécessaire pour réarranger les profils sonar et former le modèle 3D du canal. La comparaison d’un modèle reconstruit à partir d'acquisitions dynamiques in‐situ avec un modèle de référence, obtenu à partir d’acquisitions laser et sonar statiques, montre que la précision est de l’ordre du centimètre pour la voûte, alors qu’elle est décimétrique pour les parties sous‐marines. Zusammenfassung In diesem Beitrag stellen wir eine originale Methode zur 3D‐Modellierung der gesamten Röhre (d. h. Gewölbe und Kanal) von befahrbaren Tunneln anhand von Daten vor, die dynamisch von einem Boot aus erfasst werden. Das Aufnahmesystem besteht aus Kameras, die Bilder des Gewölbes liefern, und einem Fächerecholot, das 3D‐Profile unter Wasser aufnimmt. Die Rekonstruktion von teilweise untergetauc