11. Systeme de positionnement GPS, MNT et données multisources

Question 1

Qu’est-ce qu’un système GPS?

Answer 1

Système de localisation qui permet, à un moment précis, de déterminer une position géographique (latitude, longitude, altitude) en se servant de signaux émis par des satellites, placés en orbite autour de la Terre, vers un appareil récepteur situé sur le site à localiser.

Question 2

Qui a conçu, à l’origine, le GPS?

Answer 2

l’armée Américaine.
Le GPS a été conçu par le Département de la Défense des États-Unis au début des
années 1970. Les quatre premiers satellites prototypes ont été lancés en 1978. Une constellation de 24 satellites opérationnels, complétée en 1993, composent le système NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging

Question 3

Quels sont les utilisés du GPS?

Answer 3

• le positionnent (composante latitude, longitude, altitude).
• la synchronisation (composante temps). Les horloges atomiques à bord des satellites sont extrêmement précises. Elles servent à horodater (timestamp) les transactions d’affaires.
• la navigation (composante latitude, longitude, altitude, temps), déduire la
  vitesse.

Question 4

Quels sont les constellations de satellites de navigation qui viendront compléter l’offre des Américains, GPS-NAVSTAR?

Answer 4

• Le système russe GLONASS qui a été remis à niveau avec une nouvelle constellation complète de 24 satellites en opération (automne 2016).
• Galileo, le GPS européen, a débuté son service à la mi-décembre 2016.
• Beidou-Compass développé par les Chinois, depuis 2000.
• QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), plus récemment, lancé par l’agence spatiale japonaise JAXA. Ce système de positionnement est régional.

Question 5

Comment s’appelle l’intégration de ces systèmes de positionnement et de navigation par satellites?

Answer 5

GNSS : Global Navigation Satellite Systems ou système de positionnement global par satellite

Question 6

Quels sont les trois composantes principale des GPS?

Answer 6

• la composante spatiale constituée de satellites,
• la composante de contrôle formée de stations de poursuite au sol,
• la composante utilisateur qui comprend les récepteurs.

Question 7

Comment est porte le signal GPS?

Answer 7

Le signal des satellites est porté par deux ondes électromagnétiques (L1 et L2, dites porteuses) se situant dans la partie micro-ondes du spectre électromagnétique (environ 20 cm de longueur d’onde et 1,5 GHz de fréquence). Seule l’onde L1 est utilisée par les récepteurs GPS bas de gamme (comme celui que vous avez dans votre téléphone cellulaire). Le signal transmis sur L2 est utilisé par les GPS haut de gamme et militaires.

Question 8

Comment se subdivise le signal GPS?

Answer 8

Les satellites émettent un signal complet en continu toutes les 12,5 minutes. Ce signal se divise en 25 phrases (frame) de 30 secondes. Chaque phrase est décomposée en 5 sous-phrases (subframe) de 6 secondes

Question 9

Quels sont les 5 sous phrases du signal GPS et que font-il?

Answer 9

• La 1re sous-phrase comprend des données sur le temps GPS, les corrections d’horloge et la santé du satellite. Ces données sont répétées dans toutes les phrases, donc à toutes les 30 secondes.
• La 2e et la 3e sous-phrases comprennent les éphémérides qui fournissent la trajectoire et la position précise du satellite qui envoie le signal. Ces données sont répétées dans toutes les phrases, donc à toutes les 30 secondes.
• La 4e et la 5e sous-phrases contiennent l’almanach. L’almanach fournit des informations sur l’état de santé de tous les satellites de la constellation ainsi que des données sur leur trajectoire. Ces données ne sont pas répétées. Les 25 phrases (en 12.5 minutes) sont nécessaires pour récupérer l’almanach complet.

Question 10

Q’est-ce qu’un GNS?

Answer 10

GPS capable de lire les donner provenant des satellite autre qu’américain
(Global navigation système)

Question 11

Nommer d’autres catégories de satellites, autre que positionnement GPS?

Answer 11

Satellites de télédétection

Question 12

Quels sont les fonctions des stations de poursuite?

Answer 12

• de calculer la trajectoire et la position des satellites GPS (éphémérides),
• d’estimer les erreurs de temps des horloges à bord des satellites.

Question 13

Que comprend la composante de contrôle?

Answer 13

• une station de contrôle maître qui permet de commander et contrôler la constellation de satellites. Elle s’assure du bon fonctionnement des satellites et de leur précision. Elle reçoit les observations des sites de surveillance, utilise ces informations pour calculer la localisation précise des satellites GPS dans l’espace (les éphémérides);
• une station de contrôle maître alternative;
  12 antennes utilisées pour communiquer avec les satellites GPS, les commander et les contrôler.
• 16 sites de surveillance qui correspondent à des récepteurs GPS
  stationnés sur des points géodésiques, dont les coordonnées sont précisément connues. Ces sites de surveillance captent les données des satellites qui passent au-dessus du site et renvoient les données vers la station de contrôle maître. Ces stations collectent également des données atmosphériques.

Question 14

Pourquoi les satellite sont a 20 000 km?

Answer 14

3x le rayon de la Terre, ce qui permet une révolution de 12h en fonction de la vitesse du satellite qui lui permet de rester dans l’orbite de la Terre. Permet à des utilisateurs très éloignées d’utiliser le GPS. Au minimum 4 satellites sont disponible en tout point du globe, 24h/24.

Question 15

Quels sont les fonctions des récepteurs?

Answer 15

• mesurer des distances entre l’antenne-réceptrice et les satellites-émetteurs,
• de décoder les messages radiodiffusés qui contiennent les corrections d’horloges des satellites et les éphémérides servant aux calculs de la position des satellites au temps d’observations,
• calculer la position de l’utilisateur.

Question 16

Quel sont les étapes d’un relevé GPS?

Answer 16

1) Planification de votre sortie terrain avec l’application GNSS Planning Online
2) Rendez-vous sur le terrain et mettre votre récepteur GPS en marche.
3) Réception des signaux radio
4) Choix du mode d’utilisation
5) Calcul de la distance Satellite-Récepteur
6) Calcul de la position du Récepteur :

Question 17

Qu’est-ce que GNSS Planning Online?

Answer 17

conçue par la cie Trimble, permet de connaître le nombre de satellites visibles à un moment donné et un endroit donné

Question 18

Quel est le nombre minimal de satellite qui doit être capter pour se positionner?

Answer 18

Les signaux d’au moins 4 satellites doivent être captés pour le positionnement en x,y,z et la synchronisation de l’horloge du récepteur. En effet, puisque nos mesures de distance sont affectées par les erreurs d’horloge, des mesures de distance simultanées sur quatre
satellites permettent de résoudre les 4 inconnues que sont les coordonnées
tridimensionnelles et l’erreur d’horloge du récepteu

Question 19

Qu’est-ce que le mode positionnement?

Answer 19

Le mode Positionnement permet de mesurer des positions (Waypoint ou Mark) ou un déplacement en mode tracé (Track). Le premier mode est utilisé pour enregistrer une seule position à la fois alors que le mode tracé enregistre plusieurs points afin de suivre votre déplacement.

Question 20

Qu’est-ce que le mode Navigation?

Answer 20

2. Le mode Navigation permet de vous guider vers une position (ex. : un waypoint)
   dont les coordonnées ont préalablement été saisies ou captées dans le GPS

Question 21

Coment est calculées la distance

entre chaque satellite et le récepteur?

Answer 21

Cette distance est obtenue en multipliant le temps de propagation de l’onde entre le satellite et le récepteur par la vitesse de la lumière (c = 299 792 km/sec). Le temps de propagation est mesuré à partir de la différence entre le temps T2 et T1 où T1 correspond à l’instant où le satellite a émis le signal, perçu par le récepteur au temps T2

Question 22

Comment est déterminer le positionnement du récepteur?

Answer 22

La position est déterminée par trilatération spatiale à partir de la position des satellites et des mesures de pseudodistances entre les satellites et le récepteur

Question 23

Comment est exprimer la position obtenue?

Answer 23

La position obtenue est exprimée en latitude, longitude et altitude dans le système de coordonnées géographiques WGS84 (World Geodetic System de 1984). Notons que l'altitude obtenue du système GPS est mesurée par rapport à l'ellipsoïde de référence (altitude géodésique) et non par rapport au géoïde (altitude orthométrique, module Référence
spatiale). Au Québec, la différence entre le géoïde et l'ellipsoïde de référence (aussi appelée ondulation du géoïde) peut atteindre une quarantaine de mètres.

Question 24

Quels éléments peuvent influencer la précision du positionnement?

Answer 24

• les satellites sont bien répartis dans le ciel;
• présence d’obstructions
• l’atmosphère (ionosphère et troposphère) perturbe la propagation de l’onde r;
• les erreurs de synchronisation entre les horloges du satellite et du récepteur;
• la qualité du récepteur qui dépend principalement du type d’antenne et des types de mesure supportés par le récepteur soit :
  o de pseudodistances
  supportées par les GPS bas de gamme;
  o de pseudodistances et de phase de la porteuse. Ces récepteurs géodésiques offrent une précision centimétrique en
  positionnement relatif;
• le positionnement des satellites par les stations de contrôle;
• les multitrajets occasionnés par la réflexion des ondes des satellites par des surfaces réfléchissantes situés à proximité de l’antenne réceptrice.

Question 25

Comment faire un positionnement relatif afin de réduire l’effet des erreurs inhérentes au GPS ?

Answer 25

le principe consiste à recueillir simultanément des observations d’un récepteur localisé sur une station de
référence dont les coordonnées sont connues et un autre où la position est inconnu. Les mesures
de distance sont comparées aux distances théoriques calculées à partir des coordonnées connues de la station et des satellites. Par la suite, ces différences de distance deviennent des termes correctifs (aussi appelé corrections différentielles) qui sont appliqués aux mesures de distance recueillies par le récepteur mobile.

Question 26

Quel est la précision du positionnement relatif?

Answer 26

La précision du positionnement relatif (avec des mesures de pseudodistance) est de l’ordre de 2 à 10 m

Question 27

Nommer d’autres services offrant un positionnement de précision améliorée en temps réel ?

Answer 27

Il s’agit entre autres, du service WAAS (Wide-Area Augmentation System),

Question 28

Quel est l’avantage du positionnement statique?

Answer 28

L’avantage du positionnement statique est
que le nombre de mesures recueillies sur une même station est bien supérieur au nombre d’inconnues à résoudre, d’où une plus grande précision du positionnement

Question 29

Quel est la précision de l’altitude?

Answer 29

règle générale, la précision de

l’altitude est environ 2 fois moins grande que la précision des coordonnées horizontales.

Question 30

Quels sont les différentes précision selon les systemes?

Answer 30

• positionnement absolu sans correctif : précision de 20 m
• positionnement relatif : précision de 2 à 10 m
• positionnement absolu avec correctif WAAS : précision de 2 à 3 m

Question 31

Au Canada, quel est le modèle utiliser pour convertir les latitudes et longitudes en coordonnées x et y d’un système de coordonnées projetées ?

Answer 31

CGG2013.

Question 32

Comment convertir les fichiers .GPX en classe d’entités géographiques de points en format Shapefile ou Géodatabase?

Answer 32

• Les logiciels SIG dont ArcGIS, peuvent les convertir directement
  -Si le logiciel SIG ne permet pas de
  lire le fichier .GPX, il sera alors possible de créer un fichier de format Texte contenant les coordonnées et de générer par la suite un fichier de point

Question 33

Quels sont les types de données qu’il est possible d’utiliser dans un logiciel SIG?

Answer 33

• les classes d’entités géographiques vectorielles dans les formats ESRI
• les images : cartes papiers numérisées, images satellitaires, orthophoto captée par photogrammétrie
• les données GPS
• les données LiDAR (Light Detection And Ranging)
• le modèle numérique de terrain (fournit en tout point l’élévation du terrain).
• les classes d’entités géographiques vectorielles produites dans d’autres formats SIG tels que MapInfo, format ArcInfo (ancien format d’ESRI), GML (format d’échange XML de l’OGC) et KML (format XML de Google Earth)
• les fichiers CAD (Computer Assisted Design), fichiers de dessin produit avec des logiciels tels qu’Autocad et Microstation.

Question 34

Qu’est-ce que LiDAR?

Answer 34

Capteur actif qui mesure le temps de propagation aller et retour d’un faisceau lumineux émis par un laser pour déterminer la position et la distance d’une cible par rapport à l’émetteur

Question 35

Comment fonctionne LiDAR?

Answer 35

Le laser émet de la lumière infrarouge. Il peut être utilisé au sol comme un instrument de relevé terrain ou bien aéroporté (dans un avion ou un hélicoptère). Le fonctionnement est le même que le système GPS où la distance est calculée entre la source et une cible, à partir du temps que met la lumière infrarouge pour se rendre à la cible et revenir à la source, le senseur LiDAR.

Question 36

Qu’est-ce qu’un MNT?

Answer 36

Modèle tridimensionnel représentant, sous forme numérique, le relief d’une portion de territoire. À titre d’exemple, on peut utiliser un modèle numérique de terrain pour calculer des pentes, des sections et des profils, des orientations de pente, l’altitude d’un point et la visibilité entre deux points. On s’en sert également pour produire des courbes de niveau et pour afficher des images perspectives (blocs-diagrammes) ou isométriques. Un modèle numérique de
terrain donne l’altitude de la portion de territoire représentée, en chaque point.

Question 37

Qu’est-ce qye le MNA?

Answer 37

Modèle tridimensionnel représentant, sous forme numérique, le relief d’une portion de territoire, incluant les bâtiments et la végétation

Question 38

Qu’est-ce que le MNS?

Answer 38

Modèle qui comprend des points au sol et au sursol comme les ponts, le toit des bâtiments et la cime des arbres

Question 39

Comment est stocké le modèle numérique de terrain?

Answer 39

Le modèle numérique de terrain peut être stocké sous forme matricielle (pixels) ou sous forme vectorielle que l’on appelle structure TIN (Triangulated Irregular Network). Un MNT dans une structure vectorielle est plus précis qu’un MNT dans une structure matricielle où la précision
dépendant de la résolution spatiale (dimension des pixels).

Question 40

À partir de quelles classes d’entité géographiques peuvent être créer les MNT?

Answer 40

• les élévations sous forme de points (points cotés), mesurées à certains endroits sur le terrain par nivellement, station totale ou par relevé GPS (nécessite un GPS haut de gamme pour avoir des précisions suffisantes),
• les courbes de niveau
• les rivières linéaires. Les lignes des rivières doivent être numérisées dans le sens de l’écoulement des eaux.
• les cuvettes : points de dépressions topographiques.
• les lacs et étendues d’eau : l’élévation des lacs est uniforme (l’eau du lac est au niveau
• les falaises : Ligne de cassure de la pente permettant d’améliorer grandement le modèle. Les entités linéaires de falaises doivent être orientées de telle sorte que le côté gauche de la ligne se trouve en bas de la falaise et le côté droit en haut de la falaise.
• les côtes : cette classe d’entités est polygonale et représente la limite des terres.

Question 41

Comment calculer la pente à partir d’un MNT?

Answer 41

Elle peut être calculée en degré où les valeurs varient entre 0˚ et 90˚ ou bien en pourcentage où les valeurs varient entre 0 et l’infini. La pente en % se calcule en divisant la différence de hauteur entre le point le plus haut et le point
le plus bas par la longueur horizontale (H2-H1/Longueur horizontale)

Question 42

Qu’st-ce que l’exposition?

Answer 42

Représente l’orientation de la pente du terrain selon les points cardinaux

Question 43

Qu’est-ce que l’altitude?

Answer 43

’altitude correspond « à l’angle d’altitude du soleil au-dessus de l’horizon et va de 0 à 90 degrés

Question 44

Qu’est-ce que l’azimut?

Answer 44

L’azimut correspond à la position du soleil « mesuré dans le sens horaire à partir du
nord.