Les GPS et leurs applications pédagogiques.

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1 Les GPS et leurs applications pédagogiques. Les récepteurs GPS sont des outils permettant de connaître la position d'une personne à la surface de la Terre à l'aide des coordonnées géographiques. Ces outils, longtemps restreints au domaine professionnel, connaissent un développement exceptionnel et une démocratisation rapide. De tels outils sont dorénavant intégrés dans de nombreux supports (GSM, console de jeu, automobile, montres...). Face à une telle évolution, il est indispensable de réfléchir aux manière d'adapter ces outils à nos pratiques pédagogiques afin de proposer un enseignement plus interactif. 1) Le principe du système GPS Historique du système GPS En 1968, le Pentagone imagine un système de localisation géographique composé d'une constellation de satellites en orbite autour de la Terre qui pourrait leur fournir la position d'un point sur la planète en temps réel et 24h sur 24. Le système NAV.S.T.A.R-G.P.S (navigation system time and ranging - Global Positioning System) a alors été conçu, financé et développé dès 1973 par le département de la Défense des Etats-Unis pour un usage strictement militaire. Le premier satellite a été lancé en Le système a été déclaré opérationnel en 1995, comportant alors 28 satellites en orbite quasi-circulaires autour de la Terre formant un angle de 55 avec l'équateur et de 60 avec chacune des autres orbites à une altitude de Km, et un segment de contrôle. Depuis 1995, la constellation comporte 24 satellites «titulaires» et 4 satellites de réserves en cas de dysfonctionnement, tous opérationnels et les performances du système sont stables. Ils ont une période de révolution de 1 jour sidéral (11 h 58 min). Ainsi, une constellation peut être observée 2 fois par jour et chaque jour 4 min plus tôt que le jour précédent. 1

2 Le principe de fonctionnement Le principe du positionnement GPS est très proche du principe de triangulation. La constellation a été conçue de telle manière que partout sur Terre, on puisse voir au moins 4 satellites à tous moments. Les récepteurs fonctionnent sur le principe de la télémétrie : On mesure la distance entre l'utilisateur et un certain nombre de satellites de positions connues. 2

3 On définit ainsi des sphères centrées sur des satellites et dont l'intersection donne la position. Le récepteur GPS est capable d'identifier le satellite qu'il utilise à l'aide du signal pseudo aléatoire émis par chaque satellite. Il charge, à l'aide de ce signal, les informations sur l'orbite et la position du satellite. Pour mesurer la distance qui sépare le satellite du GPS, on mesure le temps T mis par le signal pour aller de l'un vers l'autre. Application du système GPS L'application directe du GPS s'est trouvée dans l'utilisation des missiles de croisière. A priori, le système NAVSTAR n'était pas approprié au guidage de missiles intercontinentaux (ou de tout autre de missiles) en terrain ennemi sur des milliers de kilomètres. Cependant l'utilisation de la navigation par GPS a permis d'accroître les performances de certains missiles utilisés par le DoD (Department Of Defense). Les constructeurs d'automobiles commencent à intégrer un récepteur GPS à certains véhicules, en général haut de gamme, interfacé avec un écran LCD qui vous propose une carte géographique interactive et la position de votre véhicule en temps réel. Un logiciel répertoriant une multitude d'adresses, pilote en complément le système, et fournit donc une trajectoire à suivre. Les systèmes les plus précis sont sans aucun doute les GPS utilisés par les professionnels du génie civil, et plus particulièrement les géomètres et topographes qui travaillent avec des positionnements de précision centimétrique. Dans la recherche aussi (CNRS, CNES), on retrouve des applications de pointe du GPS comme des auscultations de la tectonique des plaques et ici, la précision est millimétrique. La précision du système GPS et les cartes Pour le grand public, les GPS ont une précision variant entre 5 et 50 mètres selon les conditions de réception des satellites. En général, ces GPS fournissent des coordonnées géographiques dans le système mondial WGS84 et beaucoup d'entre eux proposent aussi des coordonnées dans le système de projection plane UTM. Ces 2 systèmes sont reportés sur les cartes d'état major : les cartes IGN. Les quadrillages sont tracés et vous aident, grâce à l'échelle, à estimer les distances réelles sur le terrain. D'autres systèmes de coordonnées sont présents sur les cartes, mais très peu utilisés. Mais attention, il s'agit dans tous les cas de distances horizontales donc, si vous vous situez en zone montagneuse, prenez garde! Mais nous avons parlé jusqu'ici de position sur un plan, pas de l'altimétrie. L'altimétrie, est un vaste et autre sujet et elle est donnée, sur ces récepteurs GPS avec une précision de 3

4 l'ordre de 50 m en moyenne selon la qualité du récepteur. Il peut être facilement d'une centaine de mètres en montagne. Le récepteur GPS doit correctement être paramétré pour pouvoir être bien utilisé. Si vous voulez lire des coordonnées en UTM, assurez-vous que ce système est actif sur votre GPS et que c'est via celui-ci que les coordonnées sont affichées. Ces paramètres doivent être configurés dès le départ ou vous risquez de vous situer à un mauvais endroit sur votre carte. 2) Le démarrage du GPS Après avoir démarré le GPS, plusieurs écrans se proposent à vous : Ecrans de réglage Écran Réception des satellites Écran Menu principal Écran Réglages du GPS Ecrans de navigation Écran Navigation Écran Altimètre Écran Carte Avant d utiliser le GPS, un temps de chauffe est nécessaire, celui-ci correspond au temps d acquisition des données satellites. Une fois les l acquisition des données faîte, quelques éléments de base sont à vérifier avant de commencer l utilisation : 4

5 - la langue (Ecran du Menu principal - Ecran Réglages du GPS - Système) le calendrier (Ecran du Menu principal) les unités (Ecran du Menu principal - Ecran Réglages du GPS Unités) Pour personnaliser le GPS, veuillez consulter le manuel d utilisation. Attention : Les unités du GPS (Ecran du Menu principal - Ecran Réglages du GPS - Unités) doivent être réglées d une manière précise afin de rendre les unités de mesure compatibles avec les logiciels de SIG. Vérifier avant tous travaux que le GPS soit réglé sur : Format de position : Lat/ Lon hddd mm ss.s Système géodésique : WGS84 Distance : Métrique Elévation : Mètres Profondeur : Mètres 3) Les différents types de données Un GPS peut enregistrer 3 types de données : Les waypoints ou marques Un waypoint est un élément ponctuel dans un espace géographique. Chaque waypoint peut être personnalisé en terme de nom ou d affichage. Le waypoint est constitué de 3 informations (X, Y, Z). X = latitude Y = longitude Z = altitude Ex : Maison (S-21,03, E-55,41,115) Les traces ou pistes Une trace est un élément linéaire permettant de suivre le déplacement d un individu à l aide d un système GPS. Une trace est constituée par une série de points (X, Y) reliés les uns avec les autres. Chaque trace peut être personnalisée en terme de nom et d affichage. Ex : Tracé 1 Les routes ou itinéraires Une route est un élément linéaire permettant de suivre le déplacement d un individu à l aide d un système GPS. Une route est constituée par une série de points (X,Y) couplés avec des waypoints (X, Y, Z). Chaque route peut être personnalisée en terme de nom et d affichage. Ex : Route 1 5

6 4) L enregistrement des données Sauvegarde de données Pour enregistrer des données, il faut attendre que le temps de chauffe soit écoulé (1 à 2 minutes selon les conditions) pour que le GPS puisse identifier son environnement. Une cartographie est pré-enregistrée sur le GPS, celle-ci est sommaire mais il est possible de l affiner à l aide de données enregistrées sur le terrain. Pour ajouter de nouvelles données, il est nécessaire de basculer sur l écran Menu principal. Il est alors possible d enregistrer les 3 types de données. Waypoint Route Trace Personnalisation des données Il est ensuite possible de personnaliser la donnée puis de l afficher sur la carte avec les autres données déjà enregistrées. Cependant le volume des données enregistrées est limité, il est donc indispensable de contrôler régulièrement l état de la mémoire afin d éviter de perte des données. Pour vider la mémoire, passer par les menus Marque, Tracées et Route afin d éliminer les fichiers les plus volumineux ou ceux inutiles. 5) L importation des données depuis le GPS vers le logiciel du GPS (Mapsource) Pour récupérer les données enregistrées sur le GPS Lancer le logiciel Garmin «MapSource» installé sur l ordinateur. Configurer le logiciel «MapSource» afin de le rendre compatible avec les données du GPS et du logiciel de SIG. Régler la grille et le système géodésique afin qu il soit conforme à celui du GPS (Modifier Préférences Position). Attention : Le logiciel «MapSource»doit être réglé sur le même système géodésique que le GPS : Grille : Lat/Lon Système géodésique : WGS84 6

7 Connecter le GPS à l ordinateur à l aide du câble USB Une fois le GPS reconnu par l ordinateur «Recherche un périphérique», choisir le type de données à transférer. 7

8 Transfert de données. Transfert des données depuis le GPS Visualisation des données Zoomer sur la zone de travail. Identifier les waypoints, les traces et les routes transmis. 8

9 Zoom Trace Waypoint Export des données Après avoir visualisé les données transmises sur l'ordinateur, sélectionner les données désirées, puis exporter les données au format «.gpx» (Sélectionner les données Enregistrer sous Choisir le format.gpx) 9

10 6) Importation des données du GPS dans Google Earth Importation des données dans Google Earth Lancer Google Earth, ouvrir le fichier au format «.gpx» regroupant les étapes de la sortie (Fichier Ouvrir Sélectionner le format «.gpx» - Sélectionner le fichier de la sortie). Une fenêtre propose de choisir les données que l'on souhaite importer (waypoints, cartes, itinéraires, pistes). Valider la sélection par défaut sans modifier la fenêtre. 10

11 Visualisation des données Visualiser le fichier obtenu en cliquant dessus dans «Lieux», onglet «Lieux temporaires». + Utiliser le petit symbole, situé à la droite du fichier nommé «GPS Device» pour faire apparaître en détail les waypoints et les traces importées. 11

12 Mise en forme des données Modifier les points importées en changeant la police, le style et l'affichage des données en cliquant sur les «Propriétés» de chaque point ou sur chaque trace (Sélectionner une donnée Clic droit Propriétés). Mettre en forme les éléments importés et ajouter d'autres illustrations pour rendre le document plus interactif. 12

13 Consulter le tutoriel «Google Earth, un SIG interactif» pour plus d'informations. 13

14 7) Importation des données du GPS dans le logiciel Carto Exploreur 3 Importation des données dans Carto Exploreur Lancer le logiciel Carto Exploreur 3.0 (société Bayo) avec les cartes de la Réunion au 1/ et au 1/ Choisir les données à importer : les waypoints (points) = Bibliothèque Waypoints Transférer depuis le GPS les tracés (traces) = Bibliothèque Tracés Transférer depuis le GPS Effectuer la détection automatique du GPS et lancer l'importation des données Cliquer sur les données pour les visualiser sur les cartes. 14

15 Détection automatique Bibliothèque des tracés Transfert depuis le GPS Mise en forme des données Mettre en forme les données importées en ajustant les propriétés des waypoints ou des tracés importés (Clic droit sur le waypoint ou le tracés Propriétés. 15

16 Illustrer votre document en créant un lien entre votre waypoint ou tracé et un document photo ou image de vos dossiers personnels (Bibliothèque de waypoints ou de tracés Sélectionner l'élément Onglet «Liens» - Ajouter - Choisir la photo ou l'image dans ses documents personnels). 16

17 Effectuer des mesures et des coupes Mesurer les distances sur la carte à l'aide de l'outil «Règle». Réaliser une coupe transversale des zones étudiées à l'aide de l'outil «Règle» (Clic droit Profil). 17

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