METHODE DE LEVE GPS
Principe
GPS ou Système de positionnement par satellites
Un système de positionnement par satellites est un ensemble de composants reposant sur une constellation de satellites artificiels permettant de fournir sa position (longitude, latitude et altitude), sa vitesse et l’heure à un utilisateur, par l’intermédiaire d’un récepteur portable de petite taille.
Précision
Le problème du système GPS est que suivant la position et le nombre de satellites, les masques liés aux effets de l’atmosphère et les infrastructures terrestres, on obtiendra une précision de l’ordre de 3 à 15m que nous ne pourrons jamais connaitre ou vérifier précisément. On peut parler au mieux d’une estimation plus ou moins fine.
En revanche ce que nous pouvons faire, c’est contrôler les taux d’erreurs liés à l’utilisation d’un système GPS et de s’affranchir des « zones défavorables ».
Erreurs liées aux infrastructures terrestres
Arbres, maisons, immeubles ponts… d’une manière générale, tout ce qui contient du fer, du béton, de la pierre ou du carbone et qui fait « écran » entre votre récepteur et les satellites.
Erreurs de signal par trajets multiples
Ceci se produit lorsque le signal GPS est reflété par des objets tels que les grands bâtiments ou les grandes surfaces de roche avant qu’il atteigne le récepteur.
Ceci augmente la période de voyage du signal, causant de ce fait des erreurs.
Erreurs liées à la répartition des satellites dans l’espace (DOP)
Le DOP est souvent divisé en composants. Ces composants sont employés parce que l’exactitude du système GPS varie.
Par exemple la position horizontale peut habituellement être mesurée plus exactement que la position verticale. Les erreurs d’entrée sont identiques, mais la géométrie peut favoriser une direction par rapport à une autre.
VDOP est le DOP vertical.
HDOP est le DOP horizontal.
Il y a également PDOP pour les positions 3 Dimensions,
TDOP pour le temps
GDOP pour la géométrie du DOP (qui représente tous les résultats ensemble).
Erreurs liés aux effets de l’atmosphère
Erreur ionosphérique
L’ionosphère est l’atmosphère supérieure de la planète, appelée ainsi en référence à son état de conductibilité électrique qui est caractérisé par une ionisation partielle des gaz.
Ses propriétés électriques engendrent des perturbations électromagnétiques sur les signaux qui la traversent, ils sont ralentis.
Erreur troposphérique
La troposphère est l’atmosphère inférieur de la planète. Elle contient aussi un agent perturbateur, c’est la météo.
Certains nuages ou phénomènes météorologiques ont des propriétés de densification de l’air et des propriétés électromagnétiques suivant leur densité. Ses propriétés engendrent un ralentissement des signaux qui la traversent.
Conclusion
La précision ou l’imprécision engendrée par ce type de solution dépend de différents facteurs :
du matériel GNSS : chaque appareil justifie d’une précision d’utilisation (centimétrique, décimétrique)
des conditions météorologiques et de l’état des couches composant l’atmosphère : ralentissement du signal qui traverse l’ionosphère et la troposphère
de l’environnement physique au moment du levé (bâtiment, arbre, relief, …) générant une altération du signal : ‘bruit’ lié au rebond sur des bâtiments (trajets multiples, réverbération du signal), affaiblissement du signal.
des interférences électromagnétiques
du nombre de satellites en vue
de la mise en œuvre lors de l’utilisation de l’appareillage GNSS, avant et pendant la prise de la mesure.
du réseau GSM
de la correction RTK : capacité des serveurs sollicités à répondre rapidement
Il résulte des ces différents facteurs d’altération de la précision de la mesure des précautions à prendre afin d’en minimiser les effets.
RTK, système dit d’augmentation de performance
Les systèmes satellitaires existants (GPS Américain, GLONASS Russe, BEIDOU Chinois ou Galileo européen) peuvent être complétés par des systèmes dits d’augmentation de performance qui délivrent en temps réel des corrections permettant d’accroître la précision ainsi que des informations garantissant l’intégrité de ces corrections.
Le principe de ces systèmes est qu’une ou plusieurs stations au sol mesurent en permanence l’erreur et transmettent un signal de correction aux utilisateurs via liaison GSM (opérateur de téléphonie classiques : ORANGE, BOUYGUES, SFR…) par l’accès à des réseaux spécifiques (TERIA, ORPHEON, SATINFO).
Ce système plus communément appelé RTK (real time kinematic ou cinématique temps réel) permet d’obtenir une précision de l’ordre du centimètre dans les conditions optimales d’utilisation (en pratique, 1 à 10 cm). Le système GPS avec correction RTK rentre dans la catégorie des DGPS (differential global positioning system ou GPS différentiel).
Précautions & Obligations
Initialisation du GPS
L’allumage du GPS doit être réalisé dans une zone dégagée, éloignée de tout ‘masque’ (façade de bâtiment, arbre, ligne électrique, ou installation générant des ondes électromagnétiques). Il faut savoir qu’il n’existe pas de satellite sur la zone nord de l’horizon.
Bullage prise de point
Il faut apporter une attention particulière lors du bullage. Plus la hauteur de canne est importante plus l’erreur sera amplifiée.
Temps de prise de point
La stabilisation du signal GNNS ainsi que le temps calcul de la correction RTK nécessite de rester un certain temps en position sur le point de mesure.
Constantes de précision
Respect des constantes de précision de l’appareil GNSS : la valeur du DOP (‘Dilution Of Precision’ : dégradation de la précision) doit être surveillée lors de la prise de mesure (très bon = 1à 2, bon de 3 à 4, au-delà de 4 mauvais). Un nombre important de satellites en vue bien répartis dans le ciel assure un bon DOP.
Conseils
Ephéméride des satellites
Site internet permettant de connaitre le nombre de satellites en vue à une heure donnée en un endroit donné. Il permet également d’anticiper les perturbations ionosphériques.
http://www.gnssplanningonline.com
GNSS Planning vous aidera à trouver la meilleure période de temps pour votre mission
- Indiquez votre position. En cliquant sur la carte ou en saisissant vos latitudes et longitudes.
- Sélectionnez la date, l’heure et la durée de votre mission.
- Sélectionnez les constellations de satellites utilisées par votre récepteur. (GPS, GLONASS, GALILEO, COMPASS, QZSS)
Explorer les vues disponibles pour trouver la meilleure période d’intervention avec :
Le plus grand nombre de satellites visibles depuis votre position
La meilleure géométrie des satellites (i.e. DOP minimum)
Les meilleures conditions ionosphériques (i.e. TEC minimum)
GNSS Planning est également accessible depuis votre Smartphone ou votre Carnet de Terrain : http://asp.ashtech.com/GNSSPlanningMobile
Nombre de mesures du point : pour limiter l’impact d’une erreur de mesure, il est conseillé de faire une moyenne de différentes mesures réalisées sur un même point.
Lexique
Coordonnées géographiques
Position d’un point à la surface de la Terre, définie par une longitude et une latitude. Les coordonnées géographiques découlent d’un système géodésique (cf. définition).
DOP - ‘Dilution Of Precision’ : dégradation de la précision
En grande partie due à la position des satellites dans l’espace, la valeur du DOP doit être surveillée lors de la prise de mesure (très bon = 1à 2, bon de 3 à 4, au-delà de 4 mauvais). Un nombre important de satellites en vue bien répartis dans le ciel assure un bon DOP.
VDOP est le DOP vertical. HDOP est le DOP horizontal. Il y a également PDOP pour les positions 3 Dimensions, TDOP pour le temps et GDOP pour la géométrie du DOP (qui est tout les résultats ensemble).
G.P.S.
(Global Positioning System) système de positionnement, en tout point du globe terrestre, à partir de satellites. Les coordonnées G.P.S. sont exprimées dans le système géodésique W.G.S. 84 (cf. définition). Il existe d’autres systèmes de positionnement, par exemple Galiléo (en projet).
G.P.S. de navigation
Récepteur décodeur mono-fréquence des données satellitaires G.P.S. permettant le positionnement en tout point du globe terrestre. La précision des G.P.S. de navigation est aujourd’hui de l’ordre de quelques mètres.
G.P.S. différentiel
Couple de récepteurs décodeurs bi-fréquence des données satellitaires G.P.S. permettant le positionnement relatif par rapport à une référence. Couramment utilisés en topographie ces instruments ont une précision de l’ordre de 0,5 cm.
Nord géographique
C’est la direction du méridien d’un point vers le pôle nord. L’angle compris entre le nord géographique et le nord du quadrillage (ou des Y, cf. définition) est appelé convergence des méridiens.
Nord magnétique
C’est la direction de la pointe de l’aiguille aimantée de la boussole, c’est à dire du champ magnétique terrestre du moment et du lieu.
Nord des Y ou nord du quadrillage
C’est la direction de l’axe des Y en un point ; on parle alors de nord U.T.M., nord Lambert,…
W.G.S. 84
Système de référence géodésique établi par le Service Géographique de l’Armée des U.S.A.