JournJournéée Professionnelle sur le Professionnelle sur l’’Information GInformation Gééographiqueographique

en Languedocen Languedoc--RoussillonRoussillon

Le GPSLe GPS

PrPréésentation Gsentation Géénnééralerale

Mardi 12 avril 2005Mardi 12 avril 2005

ENTENTE Interdépartementale en vue de la Protection de la Forêt et de l’Environnement contre l’Incendie

Pôle Nouvelles Technologies - PôNT

Wilfried TISSOTWilfried TISSOT – Géomaticien, chargé de la Formation

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Le GPS (Global Positionning System) indique une position absolue

dans un système mondial de coordonnées

Une première définition …

• Il répond rapidement et avec précision aux questions :

– Quand ?

– Où ?

– A quelle vitesse je me déplace ?

A l’instant t, où estA l’instant t, où est--ce que je suis ?ce que je suis ?

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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

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Les types de matériels de terrain – Récepteurs au sol

• Les types de matériels

– La gamme grand public dite « de randonnée »

– La gamme professionnelle : SIG & Géodésie

• Chaque récepteur se compose d’

Une antenne réceptrice des signaux satellites

Un boîtier GPS – c’est le calculateur de positions

branchements

Un carnet de terrain• écran de visualisation

• clavier de saisie

Les 3 composants peuvent être

regroupés en un seul appareil

antenne

Le carnet de terrain

Le calculateur est

intégré dedans

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• 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 228.67 € (1 500 Frs) et 1 524.49 € (10 000 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).

Gamme GarminGamme Magellan

Meridian_marine

GPS2000xl

750nav_small

Gpscompanion_palm

La gamme « grand public » des matériels

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• 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 7 622.45 € (50 000 Frs) et 15 244.90 € (100 000 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)

Gamme Trimble

PRO-XR et PRO-XRSGéoExplorer 3

SR 150 à 530

Gamme LeïcaGamme Ashtech

ProMark et ProMark X

GéoXM, XT

La gamme « professionnelle »

• Les matériels GPS des géomètres sont souvent couplés avec des théodolites

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• 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

Principe de fonctionnementLe secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol

Exemple de la constellation NAVSTAR

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Principe de fonctionnementLe 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)

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Récepteur au sol

T1T1

T2T2

d1d1

Principe de fonctionnementLe secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol

•• au temps au temps T1T1, le satellite envoie un , le satellite envoie un

signal tout autour de lui signal tout autour de lui (une sphère (une sphère

d’ondes se propage autour de lui) :d’ondes se propage autour de lui) :

•• je suis le satellite 1, il est t1, je suis à la je suis le satellite 1, il est t1, je suis à la

position p1position p1

•• l’onde arrive au récepteur au sol au l’onde arrive au récepteur au sol au

temps temps T2T2. .

•• Connaissant la position du satellite, et le Connaissant la position du satellite, et le

delta de temps T2 delta de temps T2 ––T1, il calcule T1, il calcule d1 d1 et et

l’équation de la sphère autour du satellitel’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

1010

Station 1

Principe de fonctionnementLe secteur spatial / Le secteur de contrôle / Le secteur utilisateur au sol

Au même moment Au même moment T1T1, les autres , les autres

satellites envoie un signal satellites envoie un signal

•• je suis le satellite 2, il est t1, je suis à la position p2je 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 p3je 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)(dont un improbable car hors de la surface terrestre)

Le récepteur pourrait calculer sa position, mais les horloges neLe récepteur pourrait calculer sa position, mais les horloges nesont pas synchronessont pas synchrones

•• je suis le satellite 4, il est t1, je suis à la position p4je 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

1111

Géoïde

EllipsoïdeMer

Surface topographique

��������Z : hauteur ellipsoïdale

Altitude

Mesure Mesure topographiquetopographique

Mesure Mesure

GPSGPS

Attention à la coordonnée z …

Un récepteur GPS renvoie Un récepteur GPS renvoie une valeur de hauteurune valeur de hauteur (verticale du point à l’ellipsoïde (verticale du point à l’ellipsoïde

de référence)de référence) et non une valeur d’altitude et non une valeur d’altitude (verticale au géoïde basée sur un écart de (verticale au géoïde basée sur un écart de

pression atmosphérique)pression atmosphérique)

Plus on s’éloigne de l’équateur, et plus l’écart entre le géoïdePlus on s’éloigne de l’équateur, et plus l’écart entre le géoïde et et

l’ellipsoïde est important l’ellipsoïde est important (jusqu’à 80 m à nos latitudes)(jusqu’à 80 m à nos latitudes)

1212

Récepteur GPS mobile

Station GPS de référence

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)

Améliorer la précision de localisation grâce à la correction différentielle

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.

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Et du côté de l’offre mondiale

Intégré dans le Système de Navigation Globale par satellite (GNSIntégré dans le Système de Navigation Globale par satellite (GNSS)S)

WAAS (3sat) EGNOS (3 sat)Satellite géostationnaire Tombe petit à petit

malgré une tentative de

relance en 2001