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Un positionnement GNSS très précis ! Mais par rapport à quoi ?


Je lisais dernièrement un article de David Doyle intitulé « Why Doesn’t my Centimeter Match Your Centimeter? » et qui dressait un portrait intéressant de l’utilisation très répandue des systèmes de collecte de données basés sur la technologie GNSS. Aujourd’hui, presque tout le monde peut prétendre réaliser des relevés au centimètre ou au demi-mètre et ce, partout  dans le monde, ce qui était autrefois une spécialité réservée à quelques rares spécialistes seulement… Dans bien des cas, les positions relevées ne tombent pas toujours au bon endroit lorsqu’elles sont intégrées aux systèmes d’information géographique (SIG). Malheureusement, c’est souvent à cette étape qu’on fait appel au spécialiste ! La clé se trouve dans le système de référence, connu aussi sous le nom de datum.

Même s’il peut devenir assez complexe dans les détails, le concept de système de référence lors de l’utilisation du système GNSS est essentiellement identique aux anciennes techniques d’arpentage. Un arpenteur utilisait toujours une station de référence pour effectuer son relevé avec son théodolite. Il maintenait avec rigueur son réseau de points de contrôle sur le territoire pour lequel il fournissait des services. Tous ses relevés étaient en référence à son réseau de contrôle (points faisant partie d’une série de polygones contrôlés). Si certains polygones étaient mal rattachés au reste de son réseau, l’intégration à son programme de conception assistée par ordinateur (ou à son système d’information géographique (SIG)) devenait très problématique, voire même impossible au centimètre pour les lots rattachés aux polygones erronés. C’est exactement ce qui se passe avec le système GNSS ; si l’on  néglige la référence, l’intégration SIG deviendra très difficile !

Sans le savoir, les utilisateurs GNSS utilisent aussi un réseau de référence. S’ils travaillent en RTK (positionnement différentiel), ils utilisent soit un système VRS (Virtual Reference System) soit un réseau de stations qui transmettent des corrections. Généralement, ces deux systèmes s’appuient  sur un système de référence national (géocentrique ou pas). Ils peuvent aussi utiliser une base portative qu’ils installent eux-mêmes au besoin. Lorsque les utilisateurs entrent une coordonnée pour cette station portative, ils deviennent responsables du système de référence utilisé. En mode post-traitement, le problème  reste le même. On doit entrer une position pour la station de base et s’assurer d’en connaître la référence (le datum).

Blogue article GNSS Denis Parrot 21-05-2015 image planExemple de positions relevées qui ne tombent pas au bon endroit lorsqu’elles sont intégrées à un système d’information géographique (SIG).

S’ils utilisent des systèmes de correction par satellite (SBAS, Satellite Base Augmentation System), tels que les systèmes privés Omnistar, Veripos ou StarFire, ceux-ci sont généralement  en référence à un système géodésique géocentrique (qui inclut, de nos jours, une dérive dans le temps) défini par des organismes internationaux (IGN en France qui maintient, en collaboration avec plusieurs centres de recherche, le repère international de référence terrestre (ITRF)). Nous appelons aujourd’hui ce mode de positionnement du PPP (Precise Point Positioning).

Ces différentes méthodes de positionnement GNSS n’utilisent donc pas toute la même référence ! Chacune de ces méthodes peut livrer des coordonnées très précises ; toutefois,  ces coordonnées ne seront précises que par rapport à leur référence. Bien que cela puisse sembler très simple comme concept, dans la réalité, l’utilisation de plus en plus répandue de ces systèmes par des utilisateurs non spécialisés crée souvent de curieuses surprises.

Voici quelques cas d’utilisation qui portent à confusion en matière de systèmes de référence, soit le « par rapport à quoi » :

  • Un agriculteur qui fait de la micro topographie pour l’analyse de ses champs est agréablement surpris de la précision qu’il peut atteindre en altimétrie (quelques cm), et ce, même avec un système « simple fréquence ». Toutefois, lorsqu’il tentera de juxtaposer deux champs, il pourrait trouver jusqu’à 2 m d’écart en altimétrie. La raison est très simple : il utilisait systématiquement des stations de base locales avec des coordonnées moyennes prises sur le terrain comme coordonnées de base. Normalement, il utilise une base par champ.  En ne se préoccupant pas de la cohérence entre les coordonnées de ses stations de base, cet agriculteur crée sans le savoir des références indépendantes pour chacun de ses champs. Il est évident que si l’analyse se fait sur chacun de ses champs pris individuellement, il n’y verra aucun problème. C’est  au moment de l’intégration de deux champs juxtaposés que le problème se manifestera.

Blogue article GNSS Denis Parrot 21-05-2015 image tracteur

  • Au Québec, un arpenteur utilise une station du ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles comme source de corrections différentielles RTK. Ce système est en référence au système de coordonnées NAD83 SCRS. Il essaie d’intégrer son relevé à des données relevées par la méthode conventionnelle qui sont en référence à l’ancien système de coordonnées NAD83 ; il y trouvera des incohérences de quelques cm à plusieurs cm. Ces deux systèmes de coordonnées (NAD83 ≠ NAD83SCRS) présentent des incohérences de plusieurs cm l’un par rapport à l’autre.
  • Au Canada, un agronome relève la position des arbres en ville avec un système GNSS portatif qui utilise un système de corrections SBAS. Une fois le relevé terminé, lorsqu’il intègre la position de ces arbres au SIG de la ville, ceux-ci semblent tous présenter une erreur moyenne de +/- 1,5 m.  Les systèmes de référence SBAS sont tous géocentriques (à +/- quelques cm) comparé au système NAD83 SCRS qui est positionné +/- 1,5 m du centre de la Terre !

Ces trois exemples illustrent le type d’erreur régulièrement rencontrée dans la catégorie « système de référence ». On ne parle pas ici de performance du système GNSS, on assume que les positions obtenues sont précises par rapport à la référence choisie. On ne parle pas non plus des variantes entre tel ou tel type de système de référence, ni des méthodes ni  de la précision des transformations entre un système de référence à un autre (ce sujet est très vaste).

Finalement, la réponse à la question « Mais par rapport à quoi? » devrait normalement se trouver dans ce que l’on appelle de nos jours  les « métadonnées ». En ce qui concerne une position GNSS, il s’agit d’informations relatives à la création des positions : système de référence utilisé, statistique relative à l’estimé de la position, date, différentes valeurs de dilution de la précision (DOP), type de signal GNSS utilisé, etc.

Lors de votre prochaine livraison, mentionnez simplement « Précis, mais par rapport à quoi ? », ou encore livrez vos positions accompagnées de métadonnées complètes !

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