Le GPS. GéographiqueG en Languedoc-Roussillon. Journée e Professionnelle sur l Information l. Mardi 12 avril 2005

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1 Journée e Professionnelle sur l Information l GéographiqueG en Languedoc-Roussillon Mardi 12 avril 2005 Le GPS Présentation GénéraleG ENTENTE Interdépartementale en vue de la Protection de la Forêt et de l Environnement contre l Incendie Pôle Nouvelles Technologies - PôNT Wilfried TISSOT Géomaticien, chargé de la Formation

2 Une première définition Le GPS (Global Positionning System) indique une position absolue dans un système mondial de coordonnées Il répond rapidement et avec précision aux questions : Quand? Où? A l instant t, où est-ce que je suis? A quelle vitesse je me déplace? 2

3 Le GPS : Mais pourquoi faire? La Localisation Connaître la position d un mobile en temps réel Suivi de mobile(s) Calcul d itinéraires Gestion de flotte (optimisation des tournées, forces de sécurité) Le relevé de données saisie précise d objets géographiques qualification de ces objets par ses attributs 3

4 Les types de matériels de terrain Récepteurs au sol Chaque récepteur se compose d Une antenne réceptrice des signaux satellites br an ch em e Un boîtier GPS c est le calculateur de positions nts Un carnet de terrain écran de visualisation Les 3 composants peuvent être regroupés en un seul appareil antenne clavier de saisie Les types de matériels Le carnet de terrain Le calculateur est intégré dedans La gamme grand public dite «de randonnée» La gamme professionnelle : SIG & Géodésie 4

5 La gamme «grand public» des matériels Les GPS dits «de randonnée» : Les plus courants et les moins chers : ce sont ceux que vous rencontrez dans le commerce (Décathlon ) Prix indicatifs : entre (1 500 Frs) et ( Frs) Ils permettent d enregistrer des positions et des «routes», par le repérage de points particuliers qui sont mémorisés afin de pouvoir les retrouver. La précision est, en moyenne, < 10 m en terrain très dégagé. Ils sont livrés sans logiciel de déchargement des données. Les marques les plus courantes sont : Garmin et Magellan (Thalès). 750nav_small GPS2000xl Gamme Garmin Meridian_marine Gamme Magellan Gpscompanion_palm 5

6 La gamme «professionnelle» Les GPS dits «professionnels» SIG : Ils permettent d enregistrer des positions et des «routes» mais aussi de qualifier l objet saisi grâce à des «attributs». Prix indicatifs : entre ( Frs) et ( Frs) Ils sont livrés avec un logiciel de transfert des données. Leur précision varie de 10cm à 3m environ selon l équipement, après correction différentielle. Certains sont des DGPS, c est-à dire qu ils peuvent avoir la correction en temps réel. Exemples de marques : Trimble, Leïca, Ashtech (Thalès) SR 150 à 530 ProMark et ProMark X PRO-XR et PRO-XRS GéoExplorer 3 GéoXM, XT Gamme Ashtech Gamme Leïca Gamme Trimble Les matériels GPS des géomètres sont souvent couplés avec des théodolites 6

7 Principe de fonctionnement Le secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol Exemple de la constellation NAVSTAR Le système comporte 21 satellites opérationnels, 3 de secours en orbite et 4 en réserve pour remplacement Ces satellites sont répartis sur 6 plans orbitaux ayant une inclinaison de 55 sur l équateur. Cela permet une visibilité simultanée de 4 à 8 satellites avec une élévation d'au moins 15 sur l'horizon. Chaque satellite comprend : - un émetteur-récepteur - des horloges atomiques synchronisées - des ordinateurs - des équipements auxiliaires pour le fonctionnement du système 7

8 Principe de fonctionnement Le secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol 5 stations au sol : - observent en permanence les satellites GPS (1, 2, 3, 4 et 5) - vérifient le bon fonctionnement de chaque satellite (1) - calculent les éphémérides opérationnelles (1) - contrôlent la marche des horloges satellites (1) - transmettent les informations aux satellites (2, 3 et 4) Mise en place de réseaux de poursuite civils pour calculer les éphémérides et surveiller le fonctionnement du système (ex. : CIGNET et IGS) 8

9 Principe de fonctionnement Le secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol T1 d1 d1 T2 Récepteur au sol au temps T1,, le satellite envoie un signal tout autour de lui (une sphère d ondes se propage autour de lui) : je suis le satellite 1, il est t1, je suis à la position p1 l onde arrive au récepteur au sol au temps T2. Connaissant la position du satellite, et le delta de temps T2 T1, il calcule d1 et l équation de la sphère autour du satellite Le récepteur ne peut toujours pas calculer sa position. Il sait qu il se situe quelque part sur la sphère 9

10 Principe de fonctionnement Le secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol Au même moment T1,, les autres satellites envoie un signal je suis le satellite 2, il est t1, je suis à la position p2 La réunion de 2 sphères = 1 disque je suis le satellite 3, il est t1, je suis à la position p3 La réunion d un disque et d une sphère = 2 points (dont un improbable car hors de la surface terrestre) Le récepteur pourrait calculer sa position, mais les horloges ne sont pas synchrones Station 1 je suis le satellite 4, il est t1, je suis à la position p4 2 points et une sphère = 1 point unique Le récepteur a obligatoirement besoin de 4 signaux satellites pour calculer sa position 10

11 Attention à la coordonnée z Un récepteur GPS renvoie une valeur de hauteur (verticale du point à l ellipsoïde de référence) et non une valeur d altitude (verticale au géoïde basée sur un écart de pression atmosphérique) Plus on s éloigne de l équateur, et plus l écart entre le géoïde et l ellipsoïde est important (jusqu à 80 m à nos latitudes) Surface topographique Ellipsoïde Géoïde Mer Mesure GPS Z : hauteur ellipsoïdale Altitude Mesure topographique 11

12 Améliorer la précision de localisation grâce à la correction différentielle Station GPS de référence Récepteur GPS mobile La distance entre le satellite et le récepteur est calculée simultanément en 2 stations (GPS mobile et station de référence) vecteur entre les 2 stations (positionnement relatif). Diminution de l influence des erreurs d orbites, des corrections de propagation, des décalages des horloges satellites et récepteurs, de certains effets de dégradations volontaires Meilleure précision de localisation (1 m) En post traitement, La correction différentielle est apportée après le retour du terrain, dans un logiciel dédié. On se sert alors des fichiers de relevés de la station de base. En temps réel faite grâce à des satellites géostationnaires ou abonnement avec des satellites à couverture mondiale : Omnistar et Landstar soit avec des satellites à couverture «locale» : le système WAAS pour les Etats-Unis et le système EGNOS pour l Europe. La correction atteint alors 2 à 3 m de précision. 12

13 Et du côté de l offre mondiale Intégré dans le Système de Navigation Globale par satellite (GNSS) S) Satellite géostationnaire WAAS (3sat) Tombe petit à petit malgré une tentative de relance en 2001 EGNOS (3 sat) 13