Canadian Height Reference System Modernization. La modernisation du système de référence altimétrique au Canada. La modernisation des altitudes

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1 Canadian Height Reference System Modernization La modernisation du système de référence altimétrique au Canada La modernisation des altitudes Marc Véronneau 20 juin 2007

2 Sommaire Qu est-ce que le projet de la modernisation du système de référence altimétrique? Qu est-ce que le géoïde? Comment validons-nous un modèle du géoïde? Le taux de changement de la topographie et du géoïde Qu est ce qui s en vient?

3 Définition La modernisation du système de référence altimétrique au Canada Un projet de transformation à Ressources naturelles Canada Le développement, l implémentation et la promotion d un nouveau système de référence altimétrique au Canada. La réalisation d un nouveau cadre de référence altimétrique au Canada par la modélisation du géoïde plutôt que par des observations de nivellement géodésique. Ceci permettra des mesures d élévations par rapport à un cadre de référence altimétrique homogène a travers le pays en utilisant le Système de positionnement mondial (GPS) et les technologies sortantes des Systèmes de géopositionnement satellitaires (GNSS). Cette nouvelle approche permettra la réductions du nombre de repères altimétriques pour la détermination d altitudes. Ceci réduira l entretien de quelques 80,000 repères altimétriques fédéraux à quelques 250 stations faisant partie du réseau de base canadien (CBN) et du réseau de contrôles actifs canadien (CACS). Ces réseaux seront complémentés par des réseaux provinciaux de hautes précision (HPN).

4 Les deux composantes La composante «L amélioration du modèle du géoïde» est l aspect technique du projet. Elle inclut le développement de la théorie et des modèles du géoïde et d erreurs; la collecte de données gravimétriques (terrestres et spatiales) et de données numériques d élévations; la validation du modèle du géoïde par l utilisation de données GPS à des repères altimétriques; et le développement d outils. Elle comprend également la contribution d instituts académiques à travers des projets de recherches soutenus par le Réseau des centres d excellence GEOIDE et par Ressources naturelles Canada. La composante «Le plan stratégique et l implémentation» est accomplie en collaboration avec les agences géodésiques provinciales et territoriales. Ces activités incluent une consultation avec nos usagers; le développement d un plan d implémentation et d un plan de communication; la préparation de matériels éducatifs; et la promotion du nouveau cadre de référence altimétrique à travers de l internet, de conférences et d ateliers.

5 Pourquoi? De nouvelles technologies Systèmes de géopositionnement satellitaires (p. ex., GPS) Missions gravimétriques par satellites (CHAMP, GRACE and GOCE) Le coût de l entretien et d expansion du réseau de nivellement de premierordre Les distorsions (erreurs systématiques et grossières) dans le cadre géodésique de référence altimétrique du Canada de 1928 (CGVD28) Une couverture complète du territoire canadien Une procédure efficace et d économie Unification des réseaux horizontaux et verticaux dans le NAD83(CSRS) CBN

6 L unification des réseaux horizontaux et verticaux Réseau horizontal (φ, λ) NAD27 NAD83 Réseau 3-D (φ, λ, H = h - N) NAD83(SCRS) Réseau 3-D (φ, λ, h) NAD83(SCRS) Modèle du géoïde Réseau 4-D (φ, λ, H = h N, t) Réseau vertical (H) CGVD28 NAVD88 Adopté au USA, mais pas au Canada Modèle du géoïde CGVD2010 (CGG2012) époque Le cadre de référence altimétrique doit utiliser un nouveau nom parce que le système de référence est différent (une nouvelle définition).

7 Systèmes de référence altimétrique CGVD28 Le niveau moyen des mers tel que défini en 1928 à cinq marégraphes et à une élévation à Rouse Point, QC. Deux marégraphes sur l Atlantique: Halifax et Yarmouth Un marégraphes sur le fleuve St-Laurent: Pointe-au-Père (Father s Point) Deux marégraphes sur le Pacifique: Vancouver et Prince-Rupert Rouse Point fut mesurée par rapport au marégraphe de la ville de New York Nouveau cadre de référence altimétrique (p. ex., CGVD2010) Option 1 (option préférée): La surface équipotentielle coïncidant avec le niveau moyen de l eau du fleuve St-Laurent tel qu observé au cours des 19 dernières années au marégraphe (#2985) de Rimouski, QC. La station de référence (Station de poursuite continue à Pointe-au-Père) Pratiquement le même système de référence altimétrique que NAVD88. Option 2: La surface équipotentielle représentant le mieux par moindres carrés le niveau moyen mondial des mers. Le système de référence n a pas de réalisation concrète Sélection du potentiel (p. ex., m 2 /s 2 ) A peu près 30 cm de plus haut que le NMM de Rimouski

8 Les impacts et les préoccupations La réalisation du cadre de référence altimétrique par la modélisation du géoïde Stabilité du modèle du géoïde; plusieurs réalisations; changements significatifs entre les réalisations Le changement maximum de 75 cm du cadre de référence altimétrique Si la modélisation du géoïde et les observations de nivellement étaient sans erreur, elles réaliseraient le même cadre de référence altimétrique. L arrêt de l entretien des repères altimétriques du réseau de nivellement Un accès direct au cadre de référence altimétrique par les technologies GNSS Les répercussions financières Formation, nouvel équipement et conversion des données existantes Les implications juridiques La gestion des niveaux d eau, définition des zones inondables, ententes, etc. Erreur involontaire de confusion des deux systèmes conduise à une situation de responsabilité De réviser et d amender la formulation des documents juridiques

9 Les impacts à court et long termes Court terme Le changement des altitudes des repères peut avoir un impact immédiat pour certains utilisateurs Les repères altimétriques auront de nouvelles altitudes dans le nouveau système de référence Un réajustement des réseaux de nivellement avec des contraintes H = h N au CBN CGVD28 coexistera avec le nouveau cadre de référence CGVD28 et le nouveau cadre de référence altimétrique seront accessible par nivellement Accès direct au nouveau cadre de référence altimétrique par des technologies à partir de l espace Cadre de référence altimétrique précis a travers le Canada Long terme Les repères altimétriques disparaitrons ou seront dans de piètres conditions L accès direct au CGVD28 ne sera plus possible L entretien à seulement quelques 250 monuments fédéraux ( + HPNs provinciaux) L accès du cadre de référence altimétrique par des techniques spatiales (GNSS, altimétrie radar par satellites, ) Les projets locaux and régionaux pourront toujours être fait par des techniques de nivellement

10 La différence préliminaire entre les cadres de référence de CGG2005 (RIM) et de CGVD28 Changement préliminaire des altitudes Changement préliminaire des altitudes St-John s: Halifax: Montreal: Toronto: Winnipeg: Regina: Edmonton: Banff: Vancouver: Whitehorse: -10 cm -35 cm -10 cm -5 cm -5 cm 0 cm 25 cm 75 cm 50 cm 60 cm C.I.: 0.05 m CGG2005 vs CGVD28 h-h-n CGG2005 (RIM) est la surface équipotentielle correspondant au NME du fleuve St-Laurent au marégraphe de Rimouski

11 Géoïde La surface équipotentielle (de niveau) qui définie le mieux par moindres carrés le niveau moyen mondial des mers. C est la surface d élévation zéro pour mesurer les altitudes. Pour des fins pratiques, le géoïde peut être aussi défini par une surface équipotentielle représentant un cadre de référence altimétrique national. Par exemple, RNCan entend utiliser la surface équipotentielle coïncidant avec le niveau moyen de l eau du fleuve St-Laurent au marégraphe de Rimouski, Québec comme nouveau système de référence altimétrique au Canada. (Unité: m 2 /s 2 )

12 L ondulation du géoïde C est la séparation entre l'ellipsoïde de référence (p. ex. GRS80) et le géoïde. La distance est mesurée le long de la normale à l ellipsoïde. Les ondulations du géoïde sont reliées a un réseau 3-D tels que le NAD83(SCRS) or ITRF. Les ondulations du géoïde permettent la conversion d altitudes ellipsoïdales (h) à des altitudes orthométrique (H): H = h - N. (Unité: m)

13 La relation entre les altitudes ellipsoïdales et orthométriques Illustration montrant deux techniques (nivellement et GPS) pour la détermination d altitudes et de différences d altitudes. Altitude Absolue H CGVD = h GPS N Géoïde Altitude relative H Niv = h GPS N Géoïde

14 Modèle du géoïde (CGG2005) W 0 = m 2 /s 2 Résolution: 2 x 2 Noyau: Degrés par bandes Données GRACE: Jusqu au degré 90 (~450 km)

15 La précision interne du modèle du géoïde

16 La validation des modèles du géoïde GPS sur des repères altimétriques Une technique indépendante La source des erreurs L ondulations du géoïde L altitude ellipsoïdale par GPS L altitude orthométrique La stabilité des repères L orientation of du modèle du géoïde Les déviations de la verticale Les marégraphes L altimétrie radar par satellites Les modèles régionaux et mondiaux Repères altimétriques avec GPS au Canada h GPS H Niv. N Géoïde = 0

17 La validation du CGG2005 (Canada) # of pts: 2274 Min.: m Max.: m Moyenne: m Dev. Std.: m # of pts: 2274 Min.: m Max.: m Moyenne: m Dev.Std.: m h GPS H Niv. N Géoïde = 0

18 La validation du CGG2005 (USA) # of pts: Min.: m Max.: m Moyenne: m Dev.Std: m (0.093 m) La correction planaire est déjà appliquées aux graphiques XY # of pts: Min.: m Max.: m Moyenne: m Dev.Std.: (0.162 m) h GPS H Niv. N Géoïde = 0

19 La validation du CGG2005 (Maritimes) Unité: cm h GPS H Jan06. N CGG

20 Topographie de la surface de l océan: SST = SSH - N Atlantique nord L approche géodésique Atlantique nord L approche océanographique Unité: m

21 Le taux de changement vertical au CBN

22 Le taux estimé de changement du géoïde Unité: mm/a

23 Qu est ce qui s en vient? Les exigences de l AATC Veuillez communiquer avec RNCan information@geod.nrcan.gc.ca Site internet de la modernisation du système de référence altimétrique EGM07 (US NGA) Modèle gravimétrique mondial (5 de résolution spatiale) Mission gravimétrique satellitaire GOCE (lancement en déc. 2007) Précision du géoïde de 1 cm à une résolution spatiale de 100 km Élaboration d une procédure pour l entretien du cadre de référence altimétrique Les nouvelles réalisations du cadre de référence altimétrique Époque du système de référence altimétrique Un modèle du géoïde pour l Amérique du Nord Groenland / Canada / USA / Mexique / Caraïbes Détermination du système de référence pour l Amérique du Nord