Paul Chapron
Journée de la recherche IGN, 23 mars 2017

Contexte du travail

  • Collaboration ISCPIF - LaSTIG(COGIT)
  • évolution territoriale & mobilité individuelle
  • Plateforme OpenMOLE & Simulateur SimPLU3D

Le modèle simplu3D

SimPLU3D simule le placement et la construction de bâtiments compatibles avec un PLU

  • optimise le volume (algorithme TDSA)
  • assemble des cuboïdes

Plan Local d'Urbanisme

Articles 6,7,8 et 10

Position des bâtiments relativement aux autres bâtiments, aux limites de parcelles ou à la voirie, hauteur maximale.

Formalisation du PLU


« La hauteur des façades mesurée à l’égout du toit
par rapport au terrain doit être inférieure à 12 m. »


En rouge, les objets géographiques, en bleu, les propriétés et en vert les relations

Ref:
Brasebin, Mickaël. Les données géographiques 3D pour simuler l’impact de la réglementation urbaine sur la morphologie du bâti. PhD thesis, Université Paris-Est.2014

Contraintes (paramétriques) de placement et dimensions des bâtiments


+ coefficient d'occupation du sol

Questions de recherche


Pour un PLU donné, quels sont les bâtiments constructibles dans un îlot ?

Quel est l'effet de la variation d'une règle sur la constructibilité d'un îlot ?

Un modèle en général:




Quels sont les bâtiments constructibles ?
=
Quelles sont les sorties (distinctes) que produit le modèle ?

Réponse naïve

Testons toutes les combinaisons de paramètres !

Tous les scénarios ... ?

Une meilleure réponse?

Testons moins de valeurs pour chaque paramètre, ça ira plus vite !

Limitations de l'exploration systématique


Limitations de l'exploration systématique


Une autre approche


Pattern Space Exploration


- Algorithme évolutionnaire d'exploration de l'espace des sorties d'un modèle
- objectif : maximiser la diversité des motifs découverts dans l'espace des sorties en échantillonnant l'espace d'entrée
- heuristique : les entrées qui donnent des motifs rares sont plus souvent choisies et croisées .

- c-à-d : "on cherche astucieusement des motifs en sortie différents de ceux découverts jusque là"
- Motifs définis par des valeurs de mesures
- PSE donne à voir l'expressivité du modèle (selon ces mesures)

Ref :
[Chérel et al. 2015] Beyond Corroboration: Strengthening Model Validation by Looking for Unexpected Patterns. PLOS One http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0138212

Recherche de motifs avec PSE

Sorties retenues


Indice de Gini : inégalité de la distribution des volumes des bâtiments
Indice de Moran : auto-corrélation spatiale des volumes des bâtiments dans l'îlot
Densité de plancher : ratio surface disponible à chaque étage / surface de l'îlot
CoverageRatio : ratio surface bâtie / surface de l'îlot

Ref:
[Tsai Yu-Hsin 2005 ] Quantifying urban form: compactness versus' sprawl' YH Tsai - Urban studies, 2005
[Fund Marina 2012] Usage d'indicateurs urbains et aménagement urbain : vers l'automatisation de l'analyse séquentielle.

Un outil d'aide à la décision en urbanisme



Demo

Questions de recherche


Pour un PLU donné, quels sont les bâtiments constructibles ?

Quel est l'effet de la variation d'une règle sur la constructibilité d'un îlot ?

Scénario 1 : Une cour intérieure

Scénario 2 : Des allées

Perspectives: indiquer les bonnes pratiques

Perspectives: d'autres mesures à explorer



- Rythme des façades
- Régularité des formes bâties
- Similarité avec le bâti existant
...

Perspectives: problème inverse



Comment trouver les paramètres du PLU tels qu'une propriété de l'îlot soit vraie ?

e.g. Trouver les règles de PLU assurant l'autosuffisance énergétique de l'îlot si des panneaux photovoltaïques sont positionnés sur les toits.
Conclusion

  • SimPLU3D: simulateur de construction de bâtiments à partir d'un PLU
  • PSE: méthode pour révéler la diversité des scénarios
  • OpenMOLE: plateforme et méthodes d'exploration/calibration/optimisation de modèles

  • Prototype d'outil pour la concertation citoyenne
  • Prêt à passer à la production

  • SimPLU3D & OpenMOLE : Technologies mûres et open-source, interopérables
  • Rstudio/Shiny/plotly et QGIS pour la visualisation de scénarios

Merci


dépots github:
Transparents de la présentation: url
Simplu3D: https://github.com/IGNF/simplu3D
Simplu3D-OpenMOLE: https://github.com/IGNF/simplu3D-openmole (branche visu_pse)
OpenMOLE : https://github.com/openmole

Réferences :
Chérel G, Cottineau C, Reuillon R (2015) Beyond Corroboration: Strengthening Model Validation by Looking for Unexpected Patterns. PLoS ONE 10(9) url

Brasebin M, Perret, J, Reuillon R , Stochastic Buildings Generation to Assist in the Design of Right to Build Plans, Advances in 3D Geoinformation, Lecture Notes in Geoinformation and Cartography pp 373-384, 2017 url

Romain Reuillon, Mathieu Leclaire, Sebastien Rey-Coyrehourcq, OpenMOLE, a workflow engine specifically tailored for the distributed exploration of simulation models published. Future Generation Computer Systems, 2013B url

Yu-Hsin Tsai , Quantifying urban form: compactness versus sprawl, Urban studies 42(1), 2005 url

Brasebin, Mickaël. Les données géographiques 3D pour simuler l’impact de la réglementation urbaine sur la morphologie du bâti. PhD thesis, Université Paris-Est.2014 url

Marina Fund, Usage d'indicateurs urbains et aménagement urbain : vers l'automatisation de l'analyse séquentielle. Mémoire de master 2012 url