Le GPS : un outil efficace pour se diriger en forêtle.mago.pagesperso-orange.fr/Acrobat/NavigationGPS.pdf · Le GPS : un outil efﬁ cace pour se diriger en forêt - paru dans Rev

Le GPS : un outil efficace

pour se diriger en forêt

Centre Régional de la Propriété Forestière

de Champagne-Ardenne

Sylvain GAUDIN, Samuel PONT, Maud GANTILLONVersion 1.1 - IX 2006

Sylvain GAUDIN

Ingénieur Développement, Environnement et Communication

CRPF de Champagne-Ardenne6 place Sainte-CroixF-51000 CHÂLONS en CHAMPAGNE

[email protected]

Samuel PONT

Technicien SIG

CRPF de Champagne-Ardenne6 place Sainte-CroixF-51000 CHÂLONS en CHAMPAGNE

[email protected]

Maud GANTILLON

Stagiaire au CRPF (BTSA gestion forestière)

59 rue Denfert-RochereauF-69004 LYON

[email protected]

Cet article est paru dans la Revue Forestière Française, LVIII, 2-2006. La référence à utiliser en bibliographie est :

GAUDIN (S.), PONT (S.), GANTILLON (M.) – Le GPS : un outil effi cace pour se diriger en forêt. – Rev. For. Fr. LVIII – 2-2006, pp. 141-154.

Le GPS : un outil effi cace pour se diriger en forêt - paru dans Rev. For. Fr. LVIII - 2-2006

1

L es récepteurs GPS permettent, grâce à une

constellation de satellites tournant autour de

la terre, de se positionner à la surface de celle-

ci. Les applications forestières sont nombreuses et cet

outil apporte aux gestionnaires et propriétaires des

solutions d’un bon rapport qualité/prix (Chartier et

Guillaume, 2003). L’utilisation la plus fréquente con-

siste à cartographier des éléments visibles sur le terrain.

Par exemple, en suivant une route, il sera possible de

reporter son tracé sur une carte. En se positionnant à

l’angle des parcelles forestières aux contours rectili-

gnes, celles-ci pourront être cartographiées avec une

assez bonne précision.

Une autre utilisation des récepteurs GPS est possible.

Assez souvent, l’utilisateur cherche à se rendre en un

point précis de sa forêt pour y réaliser des relevés. Il

se sert alors du récepteur GPS pour naviguer vers ce

point. Cela est par exemple nécessaire lors des opéra-

tions de cartographie des stations forestières selon une

méthode systématique ou lors de la réalisation d’une

typologie des peuplements ou d’un inventaire statis-

tique. Dans ce cas, la position des relevés est stockée

dans le récepteur GPS et l’utilisateur sélectionne tour

à tour les points sur lesquels il souhaite se rendre. Son

récepteur lui indique en temps réel la direction à sui-

vre et la distance à parcourir pour atteindre la cible.

Si la précision des relevés en forêt a été parfois éva-

luée (Lejeune et Hellemans, 2000 ; Piedallu et Gé-

gout, 2002), la qualité du positionnement en mode

navigation a été peu ou partiellement étudiée. Le

récepteur GPS arrive toujours à conduire l’opérateur

en un point donné, mais il est nécessaire de savoir si

le lieu atteint est éloigné ou non du point théorique

sur lequel il cherchait à se rendre. Pour répondre de

manière pragmatique à cette question soulevée par

des gestionnaires forestiers, le CRPF de Champagne-

Ardenne s’est appuyé sur les résultats d’essais eff ectués

sur un massif test.

Matériel et méthodes

Objectifs de l’étudeA l’heure actuelle, les éléments sur la précision du

positionnement en mode navigation semblent rares.

Quelques données sur le récepteur Garmin 12 XL

ont été publiées (Lejeune, 2001). Des erreurs pouvant

aller jusqu’à 50 m en mode navigation sont signalées

pour ce modèle. Cela est trop éloigné des besoins

courants en terme de gestion forestière (une erreur de

cet ordre n’est pas acceptable lors de la recherche de

cibles espacées de 50 ou 70 m).

La question émanant au départ de gestionnaires fo-

restiers, l’expérimentation conduite a été raisonnée

pour répondre à leurs interrogations. Cela signifi e

que le protocole ne visait pas nécessairement à pro-

duire des résultats extrêmement solides d’un point de

vue statistique, mais cherchait à cerner au mieux le

mode de fonctionnement du récepteur GPS dans des

situations concrètes.

Connaître la précision de la navigation

Actuellement, nombre de gestionnaires utilisent un

mesureur à fi l perdu (topofi l®) et une boussole pour

naviguer selon une grille de points en forêt. Cela né-

cessite de cheminer le long d’axes bien déterminés ce

qui devient diffi cile dès que le peuplement est encom-

bré (chablis, rémanents d’exploitation, ronciers, morts-

bois, sous-étage ou taillis dense...) ou en terrain acci-

denté (pentes fortes, lapiaz, barres rocheuses...). Cette

méthode étant bien connue des gestionnaires, il a été

jugé nécessaire de s’y référer. Par ailleurs, les modè-

les de récepteurs GPS étant nombreux et de précision

variable, il fallait pouvoir en tester plusieurs (avec un

échelonnement de gamme) afi n que chacun puisse se

positionner selon son outil. Ainsi, le but principal de

l’expérimentation était de connaître la précision en

mode navigation de plusieurs récepteurs GPS et de

la comparer avec celle obtenue lors de déplacements

utilisant le topofi l et la boussole.

Comme les constructeurs annoncent des variations

de précision en fonction du couvert forestier, il a été

jugé utile de tester les diff érents modèles en été et en

hiver (estimation de l’impact du feuillage). Cela a

également pour rôle de répondre aux objectifs des uti-

lisateurs qui peuvent s’en servir aussi bien l’été (pour

la cartographie des stations, par exemple) que l’hiver

(pour la typologie des peuplements).

Comme les récepteurs GPS sont plus précis hors forêt

que sous couvert forestier et comme la précision des

relevés en forêt dépend du type de couvert forestier

Le GPS : un outil effi cace pour se diriger en forêt


2

(Piedallu et Gégout, 2002), il a été décidé de vérifi er

si la précision en mode navigation était infl uencée par

le type de peuplement.

Ordre de grandeur du temps de cheminement

En marge des résultats attendus sur la précision du

mode navigation, il a été jugé intéressant de savoir si

les récepteurs GPS permettaient d’aller plus vite que

la méthode traditionnelle (boussole et topofi l). En ef-

fet, quelques tests eff ectués auparavant par le CRPF

de Champagne-Ardenne semblaient montrer que

l’utilisation d’un récepteur GPS améliorait le rende-

ment, notamment pour les peuplements de pénétra-

tion diffi cile.

Présentation de la forêt sur laquelle se sont déroulés les tests

Afi n de répondre aux objectifs fi xés, il fallait pouvoir

réaliser des tests sur une forêt suffi samment grande

pour présenter une diversité de peuplements et per-

mettre de multiplier les relevés, mais pas trop étendue

pour que les multiples tests ne soient pas trop coû-

teux en temps. La forêt de Sainte-Croix, située dans

la Marne a été retenue (fi gure 1). D’une surface légè-

rement inférieure à 50 ha, elle permet la défi nition

d’une centaine de points théoriques selon une maille

au demi-hectare (grille carrée avec un espacement de

70,7 m). Cette densité de relevés est courante dans les

travaux de cartographie typologique des peuplements

en forêt privée.

Les peuplements forestiers de la forêt de Sainte-Croix

sont uniquement feuillus. Ils sont issus d’un traite-

ment en taillis sous futaie et présentent une assez

grande diversité, tant au niveau du capital sur pied

(la surface terrière relascopique de la réserve varie de

4 à 27 m2/ha), de la composition en essences (forêt

100 0 100 200 300

mètres

Figure 1. Forêt de Sainte Croix (46 ha 72). Les croix correspondent à l’emplacement des points à localiser sur le terrain. Quelques points se trouvant en limite du périmètre ont été conservés. En eff et, comme pour beaucoup de forêts privées, le fond de carte n’est pas nécessairement très juste et ces points ne pouvaient être enlevés d’emblée. Les courbes de niveau correspondent à des diff érences d’altitude de 5 m.


3

où dominent le chêne et le frêne accompagnés de di-

verses essences secondaires) que de la structure (les

peuplement régularisés bois moyens ou bois moyens

et gros bois sont dominants, mais d’autres structures

y sont rencontrées). Le relief est très peu marqué ce

qui évite une partie des problèmes de réception des

signaux envoyés par les satellites.

En ce qui concerne la facilité de cheminement, il

existe une hétérogénéité importante. Globalement,

les peuplements au sud de la forêt sont assez péné-

trables. En revanche, les parcelles situées au nord (en

particulier la parcelle 3 et le nord de la parcelle 6)

sont très encombrées (quelques houppiers issus d’ex-

ploitation et développement très marqué de la ronce

en raison d’un couvert clair). En ce sens, elles sont

proches des peuplements ayant connu les tempêtes de

1999 (photo 1).

Principe de réalisation des testsChaque récepteur GPS conduit, en mode navigation,

à proximité du point recherché. La diffi culté consiste

ensuite à savoir quel est l’écart entre le point théori-

que à atteindre et l’endroit où l’outil de navigation a

conduit l’opérateur. Deux solutions sont possibles :

– implanter de manière très précise (au théodolite),

des piquets matérialisant la grille de points sur le

terrain et mesurer la distance séparant l’opérateur

du point normal d’arrivée, au décamètre,

– prendre la position à laquelle arrive l’opérateur avec

un récepteur GPS précis et comparer ensuite cette

position aux coordonnées théoriques du point à at-

teindre.

La première solution est la plus précise et permet

d’obtenir des résultats d’une grande fi abilité. Elle n’a

cependant pas été retenue car elle nécessitait non seu-

lement beaucoup de temps pour l’implantation du

dispositif (ce qui n’était concrètement pas possible)

et elle pouvait de plus infl uencer l’opérateur. En eff et,

la navigation grâce au système GPS est en partie dé-

pendante de l’opérateur (il doit interpréter les infor-

mations –direction, distance jusqu’au point d’arrivée–

que lui indique son récepteur). Si en s’approchant du

point, il repère le piquet, il est alors infl uencé (mini-

misation des erreurs) et la donnée recueillie perd en

fi abilité.

La seconde option a donc été retenue (fi gure 2, page

suivante). Le Centre Régional de la Propriété Fores-

tière de Champagne-Ardenne dispose d’un récep-

teur GPS très précis (Trimble Pro XR) qui permet

de prendre les coordonnées d’un point sous couvert

forestier avec une erreur moyenne de l’ordre de 2 mè-

tres (Piedallu et Gégout, 2002). Ce récepteur a servi

de référence pour positionner les points d’arrivée de

la manière la plus précise possible. La position de

chaque point a été établie en faisant la moyenne d’au

moins vingt enregistrements (au plus soixante) ce qui

semble un bon compromis entre précision et temps

passé. Un post-traitement par correction diff éren-

Photo 1. Peuplement situé au nord du massif (parcelle 3). Un couvert assez faible a favorisé le développement de ronciers. La péné-tration à l’intérieur des parcelles est très diffi cile.


4

tielle1 a systématiquement été appliqué. Les positions

atteintes en cheminant avec boussole et topofi l ont

été repérées de la même façon, avec le récepteur GPS

de référence.

Volontairement, les diff érents points n’ont pas été

parcourus dans le même ordre. En eff et, un parcours

systématique des points selon le même axe et dans

le même ordre aurait, en raison des multiples passa-

ges, induit la création de layons. Cela aurait faussé

le cheminement des testeurs passant en dernier, en

particulier dans les zones les moins pénétrables. Pour

des raisons analogues, le fi l utilisé pour le topofi l a

systématiquement été récupéré afi n que cette phase

de tests ne laisse pas de traces et n’infl ue pas sur les

mesures suivantes.

Au delà des biais qu’aurait induit un parcours unique,

chaque opérateur a pu choisir son ordre de parcours

des points en cherchant à optimiser ses déplacements.

Par exemple, en cheminement traditionnel (topofi l et

boussole) il est parfois plus facile de suivre une limite

de parcelle et de se repositionner ensuite, que de cou-

per tout droit à travers un peuplement diffi cilement

pénétrable. Ainsi, s’il est diffi cile de comparer chaque

outil point à point en ce qui concerne les temps de

cheminement, la comparaison globale a du sens car

elle refl ète ce que ferait un praticien s’il avait à car-

tographier le massif. Quatre opérateurs diff érents ont

participé à la réalisation des tests2. Ils avaient tous

été formés préalablement à la manipulation des ré-

cepteurs GPS en mode navigation. La multiplication

des opérateurs a été justifi ée pour des raisons d’orga-

nisation pratique, mais aussi pour éviter qu’un unique

opérateur connaisse trop bien la forêt et soit de plus

en plus effi cace, au fur et à mesure des tests.

Exceptionnellement, quelques rares points n’ont pas

été atteints. Il s’agissait de relevés pour lesquels l’utili-

sateur sortait du massif ou plus rarement d’oublis. Les

tests n’ont donc pas été réalisés sur l’ensemble des 100

points initiaux.

Les récepteurs testésL’objectif était de tester des gammes sensiblement dif-

férentes de récepteurs GPS. Il fallait cependant que

ce soient des modèles qui permettent de stocker la

centaine de points de la grille à parcourir. C’est pour

cela que les modèles « bas de gamm e» (destinés sou-

vent à la randonnée) n’ont pas été retenus pour les

tests. Par ailleurs, le « haut de gamme » qui a été testé

correspond à des modèles de précision métrique qui

peuvent être utilisés en forêt. Il existe du matériel net-

tement plus performant (de précision centimétrique),

1 Correction diff érentielle : cette méthode fait référence à un récepteur GPS fi xe de coordonnées connues. Elle permet d’amé-liorer la précision des résultats.2 Les tests se sont déroulés sur plusieurs journées, en fonction des disponibilités des personnes et du matériel. Les conditions de réception des signaux émis par les satellites (nombre de sa-tellites, géométrie des satellites...) étaient comparables d’une journée à l’autre.

A

B

0:00:00

A

B

0:01:45

A

BB’

0:02:07

(X;Y)

GPS à tester

GPS de référence(Trimble Pro XR)

Mode navigation

Mode positionnement

Figure 2. Présentation de la méthode utilisée. Etape 1 : L’opérateur utilisant le GPS à tester part du point A et utilise le mode de na-vigation pour atteindre la cible (point B). L’utilisateur du GPS de référence déclenche le chronomètre. Etape 2 : L’opérateur navigue vers le point B. Il est suivi par l’utilisateur du GPS de référence qui ne l’infl uence pas dans ses choix de direction. Etape 3 : L’opérateur du GPS à tester considère, d’après les données fournies par le GPS, qu’il est arrivé à destination (point B’). Chaque fois que cela est possible (bonne réception), l’opérateur cherche à se rapprocher à moins d’un mètre de sa cible. L’utilisateur du GPS de référence arrête le chronomètre et utilise son récepteur pour défi nir la position du point B’. L’opération est réitérée pour les points suivants.


5

mais son utilisation en forêt serait problématique

(fragilité, besoin de plus de satellites pour travailler

sur la phase...) et la précision obtenue superfl ue par

rapport au coût du matériel et aux besoins courants

des forestiers.

Grâce au prêt de deux modèles par l’importateur

français de la marque Trimble, quatre modèles ont

été testés (tableau 1). Ils sont assez représentatifs des

diff érents outils utilisés par les professionnels fores-

tiers. Ils couvrent une gamme de prix allant de 1 600

à 10 000 € HT (comprenant matériel et logiciels as-

sociés). Chaque récepteur GPS, ainsi que la méthode

classique (boussole et topofi l), ont été testés en hiver

et en été, à l’exception des deux récepteurs Geo XM

et Geo XT qui n’ont été prêtés que pendant la période

hivernale.

Résultats

La précision du positionnement

L’indice de positionnement

Tous les résultats concernant le positionnement s’ap-

puient sur un indice. Il s’agit de la distance calculée

entre le point théorique à atteindre le point atteint

(position relevée au Pro XR). Il est possible de locali-

ser sur un même plan les diff érents résultats obtenus

ce qui donne déjà une idée des dispersions constatées

(fi gure 3).

Matériel ArpentGIS Geo XM Geo XT Pro XR

Prix (en € HT 2006) 1 590 4 990 7 790 10 200

Précision moyenne pour une levée ponctuelle en

terrain dégagé*.5 m 2 à 5 m < 1 m 0,5 m

Test été Oui Non Non Oui

Test hiver Oui Oui Oui Oui

Poids 250 g 700 g 700 g 6 kg

Solidité et étanchéité + +++ +++ ++

Ergonomie ++ +++ +++ +

Tableau 1. Les diff érents modèles de GPS testés sur la forêt de Sainte Croix.*Pour tous les GPS, la précision est donnée d’après les informations du constructeur et après correction diff érentielle (sauf pour l’Ar-pentGIS). + moyen, ++ bon, +++ très bon.

Topofil

Point à atteindre

Trimble Pro XR

Arpent GIS

Figure 3. Extrait de la carte des relevés.Les résultats hivernaux de deux GPS et du topofi l sont représentés sur 4 points. Pour visualiser les écarts, deux cercles correspondant à une imprécision de 5 m et à une de 10 m sont fi gurés autour de chaque point.


6

Etude des indices de positionnement

L’infl uence de la saison

Dans un premier temps, il a été décidé de chercher s’il

existait des diff érences dans la qualité du positionne-

ment entre été et hiver. Seuls deux modèles de récep-

teur et la méthode usuelle (topofi l et boussole) ont pu

être comparés (fi gure 4).

La réalisation de tests statistiques montre que les

moyennes obtenues sur 100 points pour chaque mo-

dalité en été et en hiver ne sont pas signifi cativement

diff érentes. Cela rejoint d’autres résultats obtenus

(Piedallu et Gégout, 2002). Par la suite, les données

obtenues en hiver et en été ont été agglomérées.

La performance des différents modèles de récepteurs GPS

Les coordonnées de chaque position atteinte étant re-

levées lors des tests, il est possible de représenter les

écarts à la cible de manière synthétique pour l’ensem-

ble de la forêt de Sainte-Croix (Figure 5). D’emblée,

il apparaît qu’il existe globalement une forte hétéro-

0

2

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18

Ind

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de

po

sito

inn

ent

mo

yen

en

m

Eté

ProXR ArpentGIS Topofil

Hiver Eté Hiver Eté Hiver

Figure 4. Evolution de l’indice de positionnement moyen pour deux récepteurs et le cheminement traditionnel en fonction de la saison.

-40

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ArpentGIS

Topofil et boussole

Pro XR

Figure 5. Localisation de chaque position atteinte par rapport à la cible initiale pour la méthode traditionnelle (topofi l et boussole), l’ArpentGIS et le Pro XR (100 points, hiver 2005).


7

généité dans la précision des trois outils utilisés. La

méthode traditionnelle apparaît nettement moins fi a-

ble et des deux récepteurs GPS, le Pro XR donne les

meilleurs résultats.

Au delà de cette première approche, ces graphiques

montrent que la dispersion des écarts à la cible n’est

pas homogène. Certaines directions sont privilégiées,

en particulier dans le cas de la méthode traditionnelle

(cela est aussi visible sur la carte 2). Une explication

vient facilement à l’esprit : contrairement à ce qui se

passe pour le positionnement au GPS, les erreurs se

cumulent lors d’un cheminement classique. L’utilisa-

teur du topofi l mesure une distance jusqu’au point sui-

vant alors que l’utilisateur du récepteur GPS « oublie »

un éventuel décalage lorsqu’il part à la recherche du

point suivant. Ainsi, un décalage vers le sud sur un

point sera répercuté sur le point suivant en méthode

traditionnelle.

Les principaux résultats obtenus lors des campagnes

de mesure sont résumés dans le tableau 2. Afi n de

constater si les diff érences d’indice de positionne-

ment étaient signifi catives, une analyse de variance

a été réalisée. Elle ne permet pas une distinction des

diff érents récepteurs. En revanche, en regroupant les

récepteurs par gamme (haut de gamme : Pro XR et

Geo XT, milieu de gamme : Geo XM et ArpentGIS)

et en les comparant entre eux et à la méthode tradi-

tionnelle, les tests sont signifi catifs.

Au delà de la distance moyenne à la cible constatée,

les besoins de l’utilisateur sont de connaître les im-

précisions auxquelles il peut s’attendre en utilisant

un récepteur GPS ou une méthode traditionnelle. La

fi gure 6 (page suivante) présente la fréquence des clas-

ses de distance à la cible. Par exemple, en utilisant un

Pro XR, dans 90 % des cas, la distance à la cible sera

inférieure à 5 m. En revanche, avec un topofi l et une

boussole, les distances à la cible de moins de 5 m ne

correspondent qu’à environ 15 % des points.

Par rapport à la méthode traditionnelle, la précision

reste meilleure avec tous les modèles de récepteurs

GPS testés. Les diff érences de précision sont même

particulièrement marquées (la méthode traditionnel-

le est, pour les tests réalisés sur ce massif, nettement

moins fi able que le positionnement au GPS).

L’infl uence du peuplement

Les publications consultées font état d’un lien entre

la précision des résultats lors de relevés et les peu-

plements (Lejeune et Hellemans, 2000 ; Piedallu et

Gégout, 2002). Les peuplements du massif de Sainte-

Croix ayant été décrits à l’aide d’une typologie des

peuplements selon le maillage au demi-hectare, l’in-

fl uence de ceux-ci sur la précision des résultats a été

recherchée.

Si tous les peuplements sont composés de feuillus et

issus du taillis sous futaie, ils présentent néanmoins

une certaine diversité liée à leur histoire sylvicole et

aux diff érents contextes stationnels. La richesse de la

réserve varie de 4 à 27 m2/ha, celle du taillis de 0 à 17

m2/ha. Cependant, une grande majorité des peuple-

ments parcourus (91 %) a une surface terrière totale

comprise entre 10 et 30 m2/ha.

En ce qui concerne la structure, les peuplements ré-

gularisés dans les bois moyens (42 % des relevés) et

dans les bois moyens et gros bois (17 %) dominent.

Cependant, toute la diversité des structures peut être

rencontrée sur le massif.

Les diverses analyses conduites n’ont montré aucun lien entre les peuplements et la précision des résultats.

Quel que soit l’outil utilisé, les erreurs de navigation

semblent indépendantes des variables de capital ou

de structure. Si les peuplements ont une certaine va-

Outil Pro XR Geo XT Geo XM ArpentGISTopofi l et boussole

Gamme Haut de gamme Milieu de gammeMéthode

traditionnelle

Nombre de points localisés 198 98 98 197 197

Moyenne de la distance à la

cible2,9 3,4 4,5 5 12,5

Ecart-type 1,8 1,8 2,9 3,4 8,2

1er décile 0,9 1,4 1,5 1,5 3,8

9e décile 4,9 5,6 8,3 9,5 23,4

Tableau 2. Principaux résultats concernant la précision de la navigation. Pour la méthode traditionnelle, le Pro XR et l’ArpentGIS, les données estivales et hivernales ont été agglomérées. Mis à part le nombre de points localisés, les données de ce tableau sont exprimées en mètres.


8

riabilité, les diff érents types de peuplements ne sont

pas présents dans cette forêt avec la même fréquence.

Cela peut contribuer à expliquer que les analyses ne

mettent pas en évidence des relations entre peuple-

ments et précision.

Le temps de cheminementEn raison de la méthode de test choisie, il n’est pas

possible de comparer le temps de cheminement d’un

point à un autre. Les points n’ont pas toujours été par-

courus dans le même ordre ni surtout selon le même

axe. En revanche, le temps global de cheminement est

proche de celui que mettrait concrètement un opéra-

teur lors d’une opération de cartographie. Les princi-

paux résultats concernant les temps de parcours sont

présentés dans le tableau 3.

D’une manière générale, les récepteurs GPS ont des

résultats assez voisins et leur utilisation rend le par-

cours de la forêt nettement plus rapide qu’avec des

outils usuels. Cette constatation a pu être vérifi ée

sur d’autres massifs, même si les écarts de temps ne

sont pas nécessairement du même ordre de grandeur

(l’emploi du GPS reste plus rapide que le chemine-

ment traditionnel, mais les écarts sont souvent moins

importants que sur la forêt de Sainte-Croix).

En ce qui concerne les diff érences entre modèles de

récepteurs GPS, il serait hâtif de tirer des conclusions.

En eff et :

– le maniement des récepteurs GPS en mode naviga-

tion est parfois délicat et chaque opérateur est plus

ou moins effi cace (eff et opérateur). Par exemple, il

faut savoir suivre une direction relativement stable

et ne pas tenir compte des changements intem-

pestifs de direction indiqués par le récepteur ; de

même il faut savoir s’arrêter lorsque la distance à la

cible est faible, moins d’un mètre, et ne pas cher-

cher à atteindre une précision illusoire. Ainsi, pour

être effi cace, une fois la direction à suivre stabilisée,

il vaut mieux se fi er à la distance restant à parcourir

qu’à la direction, sauf quand un changement de

cap est demandé de manière systématique pendant

plusieurs secondes ;

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100%

Topofil

ArpentGIS

Geo XM

Geo XT

Pro XR

0-2 m

2-5 m

5-10 m

10-15 m

+ de 15 m

Figure 6. Répartition des distances à la cible par classe pour les outils testés.

Outil Pro XR Geo XT Geo XM ArpentGISTopofi l et boussole

Temps pour parcourir la forêt 6:07:00 4:07:00 5:08:00 5:02:00 9:17:00

Temps moyen pour aller d’un point à

un autre0:03:43 0:02:31 0:03:08 0:03:10 0:05:39

Tableau 3. Temps de parcours (heures:minutes:secondes) pour les diff érents outils sur le massif de Sainte Croix. Pour les outils ayant été testés en été et en hiver, le temps correspond à un temps moyen.


9

– même si d’une journée de test à l’autre, les condi-

tions de réception des signaux (nombre de satel-

lites, répartition dans le ciel des satellites) étaient

comparables, elles n’étaient pas rigoureusement

les mêmes. Certains utilisateurs durent attendre

de longues minutes que leur récepteur captât suf-

fi samment de satellites pour enfi n progresser (par

exemple, il était parfois diffi cile de capter les si-

gnaux de manière satisfaisante pendant 60 minu-

tes avec une période d’absence totale de signal pen-

dant 15 minutes). Par ailleurs, certaines journées la

période de mauvaise réception pouvait se dérouler

durant la pause du déjeuner ce qui n’handicapait

pas l’opérateur.

Ces explications conduisent notamment à relativiser

les diff érences entre des modèles comme le Pro XR et

le Geo XT qui sont d’une précision et d’une sensibi-

lité de réception assez semblables.

Discussion

Les limites du dispositif et des tests pratiqués

L’imprécision du récepteur GPS de référence et ses conséquences

En ce qui concerne la précision du positionnement en

mode navigation, tous les résultats s’appuient sur les

coordonnées prises au Pro XR. Si dans les conditions

de terrain de la forêt de Sainte-Croix, ce matériel a

une précision moyenne voisine de 2 m, il est aussi

possible de dire que 10 % des erreurs sont supérieures

à 4,2 m (Piedallu et Gégout, 2002). Ainsi, la réfé-

rence utilisée pour évaluer la précision des données

est elle-même entachée d’une erreur non négligeable.

A priori, il n’existe pas de direction préférentielle

pour les imprécisions de positionnement au Pro XR.

Autrement dit, lors de la vérifi cation, l’erreur de posi-

tionnement annoncée pour le matériel testé peut être

aléatoirement augmentée ou diminuée en raison du

manque de précision du récepteur GPS de référence,

le Pro XR. Au niveau global, il est alors possible qu’il

y ait une compensation d’erreur sur la centaine de

points testés. Concrètement, cela signifi erait que les

résultats annoncés dans le graphique 3 s’aff ranchis-

sent au moins en partie du manque de précision du

récepteur GPS de référence.

L’absence de relations entre les peuplements et la précision de la navigation

Aucun lien entre la précision de la navigation et le

type de peuplement n’a été mis en évidence. La rela-

tion entre précision des récepteurs et type de peuple-

ment forestier semblant acquise dans d’autres études

(Lejeune et Hellemans, 2000 ; Piedallu et Gégout,

2002), plusieurs hypothèses peuvent être formulées

pour expliquer que ce résultat n’ait pas été retrouvé ici.

En premier lieu, il est fort probable que l’imprécision

du positionnement au Pro XR masque une éventuelle

tendance. En eff et, les imprécisions à craindre pour

le positionnement par le récepteur GPS de référence

sont du même ordre de grandeur que les écarts à la

cible.

Il est également possible que les peuplements de Sain-

te-Croix, même s’ils présentent une assez grande di-

versité, ne soient pas assez variés (pas de peuplements

résineux à couvert très fermé et à surface terrière éle-

vée, par exemple) pour que cela infl ue sur la réception.

La méthode prise en compte pour estimer la richesse

des peuplements (mesure relascopique de la surface

terrière) ou pour connaître leur structure (fréquence

des petits bois, bois moyens, gros bois et très gros

bois) ne sont peut-être pas suffi samment précises et

discriminantes pour faire apparaître un lien.

Une dernière possibilité est que contrairement à ce

qui se passe lors de la cartographie d’un point, le ré-

cepteur GPS soit moins infl uencé en mode navigation

par le peuplement, l’opérateur étant toujours en mou-

vement lorsqu’il cherche son point.

L’importance du site retenu sur les résultats

Le choix initial a été de retenir une zone d’étude assez

grande qui prévoyait la recherche d’une centaine de

points. Cette option permet de se placer dans une si-

tuation concrète identique à celles que connaissent les

gestionnaires forestiers et de donner des indications

de temps global de parcours réalistes. Cependant ce

choix impliquait de nombreuses heures passées sur le

terrain pour tester chaque matériel ce qui limitait le

nombre de répétitions. Ainsi, si l’on souhaite affi ner

les premiers résultats annoncés ici, il faut s’orienter

vers un moins grand nombre de points à rechercher,

mais procéder à plus de répétitions. Cela permettrait

d’avoir des résultats moins dépendants d’un état don-

né en ce qui concerne les satellites (nombre, réparti-

tion dans l’espace).

La pénétrabilité des peuplements a une importance

fondamentale dans les résultats des tests. La forêt de

Sainte-Croix présente des zones diff érentes à ce ni-

veau, mais aucune n’est d’un accès très facile (sans

sous-étage ni ronces, par exemple). Comme cela a

été constaté par nous-mêmes à maintes reprises dans

d’autres forêts, plus les peuplements sont de pénétra-

tion diffi cile, plus le positionnement au GPS est favo-

risé par rapport à la méthode traditionnelle (à la fois

sur la précision des résultats et sur le temps de par-

cours). Les résultats annoncés dans le tableau 3 sont

donc à lire en fonction de cet éclairage : le décalage

entre les récepteurs GPS et la méthode traditionnelle


10

serait moins grand dans une forêt plus facilement pé-

nétrable, il serait plus important dans une forêt d’ac-

cès très diffi cile (avec de nombreux chablis, par exem-

ple). De même, les erreurs très importantes (jusqu’à

50 m !) constatées en méthode traditionnelle lors des

tests seraient minimisées avec des peuplements plus

faciles à parcourir.

Le fond de carte de la forêt de Sainte-Croix est assez

précis et la plupart du temps, les limites et le parcel-

laire sont facilement repérables sur le terrain. Cela a

son importance car l’opérateur utilisant le topofi l et

la boussole peut ainsi de temps à autres se reposition-

ner et limiter les erreurs. Il a été constaté sur d’autres

forêts qu’une part non négligeable de la précision de

l’opérateur en méthode traditionnelle est liée à la jus-

tesse et à la précision du fond de carte. Des limites

facilement identifi ables sur le terrain permettent de

gagner en temps et en précision. Les opérateurs utili-

sant un positionnement au GPS sont moins tributai-

res d’une carte de qualité.

Les principaux résultats à retenirLa fi nalité première de l’étude était de répondre aux

questions concrètes que se posent les utilisateurs fo-

restiers de récepteurs GPS en mode navigation. Au

delà des imprécisions liées au protocole, il est possible

de dégager quelques tendances générales qui permet-

tent de répondre aux questions initiales :

– Il est possible de se positionner en forêt pour y

réaliser des relevés en utilisant un récepteur GPS.

La plupart du temps, les résultats sont meilleurs qu’avec une boussole et un topofi l et le parcours

est plus rapide. La rapidité de parcours peut dé-

pendre du nombre de satellites visibles et de leur

géométrie. Il est possible de se retrouver bloqué

pendant plusieurs minutes, voire une demi-heure

si le récepteur ne peut donner aucune indication

(les périodes de blocage peuvent être plus impor-

tantes dès que le relief est marqué). En général, les

utilisateurs sont confrontés à une de ces périodes

au cours d’une journée de travail. Elles peuvent

être anticipées grâce aux logiciels prédisant la po-

sition des satellites. En revanche, un opérateur ne

se trouve jamais bloqué en méthode traditionnelle

(il peut en revanche parfois perdre du temps, en

raison de problèmes techniques avec le topofi l).

– Les diff érences constatées entre gammes de récep-

teurs GPS lors de la cartographie de points sont

retrouvées en mode navigation. Globalement, la

hiérarchie est respectée : un récepteur très précis

pour cartographier des points le sera aussi en mode

navigation. Par ailleurs, il n’est pas nécessaire de

posséder un récepteur GPS très cher pour une uti-

lisation en mode navigation. Le modèle Arpent-

GIS présente par exemple, dans ce domaine, une

précision correcte et bien meilleure que celle obte-

nue en positionnement traditionnel, sans être très

onéreux.

– Dans une certaine mesure, la qualité des résultats

et le temps passé à retrouver un point dépendent

de l’opérateur. Le mode navigation peut être dé-

routant pour un néophyte et il faut savoir analyser

les indications fournies en temps réel. De même,

un utilisateur chevronné saura parfois minimiser

l’impact d’un faible nombre ou d’une mauvaise

géométrie des satellites.

– La précision de la navigation semble indépendante

de la saison et l’infl uence des peuplements fores-

tiers sur les résultats n’a pas été montrée. Dans l’at-

tente d’autres résultats qui pourraient confi rmer ou

infi rmer un lien entre précision de la navigation et

type de peuplement, il est possible d’annoncer que

la navigation au GPS reste relativement aisée dans

les peuplements feuillus de plaine issus du taillis

sous futaie (en été comme en hiver). La qualité de

la navigation sous des peuplements feuillus dense

ou sous de jeunes peuplements résineux serait inté-

ressante à évaluer.

– Qui dit récepteur GPS dit consommation électri-

que. Il arrive assez souvent que l’autonomie des ap-

pareils soit mise en défaut lors de longues journées

de terrain, même pour les outils professionnels.

L’opérateur doit donc veiller à prévoir des batteries

de rechange ou une recharge intermédiaire en mi-

lieu de journée.

– L’utilisation d’un récepteur GPS nécessite très ra-

pidement celle d’un système d’information géogra-

phique (SIG). En eff et, si en méthode tradition-

nelle, l’emploi du SIG est facultatif (les cartes et

la grille de points peuvent être réalisées manuel-

lement), cela devient vite obligatoire pour calculer

et transférer les coordonnées de nombreux points

vers le récepteur. Ceci ne doit pas être négligé pour

une structure qui n’est pas déjà équipée d’un SIG.

En ce qui concerne le temps de préparation avant

de commencer les relevés, il est globalement iden-

tique, que l’utilisateur travaille en méthode tradi-

tionnelle ou en utilisant le système GPS.


11

ConclusionLes récepteurs GPS sont de plus en plus utilisés en

forêt. Au delà de leur usage principal en cartographie,

ils gagnent à être utilisés pour la recherche de points

lors de campagnes de relevés (mode navigation). Dans

les tests présentés ici, des modèles de haut de gamme

permettent d’être dans 90 % des cas à moins de 5 m

de la cible, ceux de milieu de gamme dans 90 à 95 %

des cas à moins de 10 m (et dans 60 à 70 % des cas à

moins de 5 m).

Les discussions avec les gestionnaires utilisant leur

récepteurs GPS pour naviguer en forêt montrent que

les périodes d’inactivité forcée pour cause de manque

de satellites sont particulièrement mal vécues. Dans

quelques années, le système européen Galileo per-

mettra sûrement de limiter les périodes de mauvaise

réception. Dans ce cas, la navigation par système

GPS ou Galileo ne présentera quasiment plus que des

avantages.

Sylvain GAUDIN Samuel PONT Maud GANTILLON

BibliographieCHARTIER (M.), GUILLAUME (G.). – Le GPS, un nouvel outil pour la cartographie en forêt ? – Forêt-entreprise, n°149/2003, pp. 45-48.

GANTILLON (M.). – Le cheminement en forêt : tests de diff érents matériels. – Rapport de stage BTSA GF, 2005, CNPR, 36 p. et annexes.

LEJEUNE (P.). – Les possibilités d’utilisation du ma-tériel GPS en forêt. – Note technique forestière de Gembloux, n°3/2001 – FUSAGx, 10 p.

LEJEUNE (P.), HELLEMANS (P.). – Eff et du cou-vert végétal sur la précision d’un système de posi-tionnement global diff érentiel (dGPS). – Biotechnol. Agron. Soc. Environ., vol. 4, n°1, 2000, pp. 41-49.

NGUYEN THE (N.), GINET (C.). – Utilisation d’un récepteur GPS en forêt : quelques règles d’usage.

– Informations-Forêt, fi che n°647, n°2-2002. 6 p.

PIEDALLU (Ch.), GÉGOUT (J.-C.). – Étude de la précision du système GPS en milieu forestier. – Rev. For. Fr. LIV – 5-2002, pp. 429-442.

RemerciementsLes auteurs remercient les diff érents opérateurs qui les

ont aidés lors de la réalisation des tests. Ils remercient

également la société D3E Électronique pour le prêt

de matériel (Geo XM et Geo XT) ce qui a permis

d’élargir la palette de matériels testés.

Les auteurs peuvent être contactés au CRPF par toute personne qui souhaiterait avoir de plus amples infor-mations sur les tests eff ectués et sur les résultats ob-tenus.

Résumé

Les récepteurs GPS sont de plus en plus utilisés en forêt. Ils ser-vent non seulement à cartogra-phier des points, des lignes ou des surfaces mais aussi à naviguer vers des points de coordonnées connues. Afi n de connaître la précision des récepteurs en mode navigation, des essais ont été réa-lisés sur un massif. Ils montrent que dans ce cas, les récepteurs GPS professionnels testés sont plus précis et plus rapides que les outils traditionnels de chemine-ment (topofi l et boussole). Ces ré-sultats sont extrapolables à condi-tion de les nuancer en fonction de divers paramètres parmi lesquels la pénétrabilité des parcelles et le relief de la forêt.

Documents

Le GPS : un outil efficace pour se diriger en forêtle.mago.pagesperso-orange.fr/Acrobat/NavigationGPS.pdf · Le GPS : un outil efﬁ cace pour se diriger en forêt - paru dans Rev