[OSM-talk-fr] [un brin HS] Précision GNSS (était http://cadastre.cleo-carto.org n° des départements)

Mer 1 Fév 10:08:04 UTC 2012

Bonjour,

Comparer un GPS de navigation en voiture avec un système de positionnement
géodésique, c'est un peu comme comparer la fonction appareil photo d'un tel
portable (même récent) et un réflex monté sur son trépied.
Quand tout va bien (paysage en plein soleil) les deux ont leur chance pour
sortir une image convenable.
Mais quand les conditions se dégradent ...
Imaginons une salle de spectacle, un concert rock. Entre la photo prise au
smartphone dans la fosse (avec ou sans pogo), et celle prise par le
photographe de presse au pied de la scène avec un trépied :
qui fera la plus nette, avec de bonnes couleurs ?

Au départ on parlait de calage d'orthophotos. On est donc dans un domaine
où l'on peut :
_ prendre son temps pour faire des relevés de précision (quelques minutes
voire quelques heures).
_ choisir les points de référence : bâtiment propice, borne géodésique,
environnement dégagé

Le géomètre se doit de fournir des données précises en toutes
circonstances, et cela passe par quelques milliers d'euros pour son
matériel :
_ un bon trépied, une antenne "sérieuse",
_ un récepteur multi constellation GNSS (GPS, GLONASS, bientôt Galileo et
Beidu)
_ une horloge interne de précision pour le récepteur (j'ai lu 15 ns)
_ l'exploitation des données brutes des porteuses envoyées par le GPS
plutôt que les signaux NMEA
_ l'exploitation multi-bande (L1, L2, L5 par ex. pour le GPS),
_ la correction SBAS (déjà grand public): système EGNOS en Europe
_ La correction différentielle avec les signaux temps réel ou données de
post-traitement dispo sur le site du rgp de l'IGN

*******
Je conseille la lecture des documents relatifs à la très bonne bibliothèque
libre RTKlib.
Cette bibliothèque sert de base pour des recherches qui permettent de
jauger l'influence de tous les facteurs énoncés plus haut.
Le but avoué étant d'arriver à la plus grande précision ... au moindre
coût.

Pour ceux que ça intéresse, la présentation suivante (en 2 parties) est
pleine d'infos :

http://www.gnss-pnt.org/pdf/GPS_RTKLIB_Seminar_1.pdf
-> le slide 62 montre l'effet du retrait de la Selective Availability entre
1997 et 2001
-> un tableau récapitulatif slide 69 donne les précisions attendues pour
les différents modes

http://www.gnss-pnt.org/pdf/GPS_RTKLIB_Seminar_2.pdf
-> le slide 4 parle des gains entre le positionnement selon les signaux
numériques NMEA et la mesure de phase des ondes porteuses de ces signaux.
(les slides suivants 5 à 9 nécessitent une dose trop importante d'aspirine
pour mon cerveau, mais je fais confiance à priori)
-> slide 14 : la correction RTK donne une précision de 1 cm + 1 ppm par
rapport à la distance de la balise fixe (1 mm d'erreur en plus par km de
distance)
-> slide 10 : au delà de 15 km par rapport à une station de correction
GNSS, cela devient hasardeux.
-> slides 54 55 : intérêt des constellations multiples.
Un receveur combinant mesure GPS L1 et Galileo E1 devrait faire aussi bien
qu'un GPS L1+L2 (très cher)

Les matériels évoqués ne sont pas toujours grand public en pratique,
surtout si l'on veut exploiter les porteuses autre que L1.
Pourtant, certaines puces GPS citées sont disponibles entre 10 et 20 € chez
leur fournisseur (Skytraq S1315F-raw)
L'avenir dira si des puces combinant le multi-constellation et l'export de
données brutes verront le jour à un prix décent.

Un receveur GPS utilisé classiquement (sans correction différentielle), une
antenne basique montés en fixe sous un faîtage de toit (!) donnent les
résultats suivants (mesures "live"):
http://www.kowoma.de/gps/gpsmonitor2/gpsmonitor2.html
(Un lien en bas de page renvoie vers les détails de l'installation. Oui, il
y a des gens pour faire ça ... ;-) )

-> Conclusion : la précision est quelque part entre 2 et 5 mètres en
fonction de la confiance dont on veut s'assurer.
Cela rejoint les infos données de précision de la présentation RTKlib
(slide 69)

-> La Selective Availability SA n'est manifestement plus qu'une histoire
ancienne, même hors USA
http://en.wikipedia.org/wiki/Selective_Availability#Selective_availability

*"(les USA qui contrôlent le système GPS exécutent cet ordre pour les
signaux émis par les satellites vers la France)"*
-> Plutôt que "vers la France", je pense qu'il s'agit de zones dans
lesquelles la France serait engagée militairement. Etant donné l'altitude
des satellites, et les angles de mesure, j'ai un doute sur la possibilité
d'activer la SA pour le territoire métropolitain sans "baver" allègrement
sur le reste de l'Europe.
Si la SA pourrait être ré-activée, cela devrait concerner des zones
diffuses (ce n'est qu'une intuition perso)

Pour les zigzags sur tes traces GPX, pense plutôt à l'effet des chemins
multiples qui arrivent à l'antenne.
Ils sont liés à la réflexion des signaux sur les murs, les ouvrages d'art,
la végétation et ils peuvent aboutir à des artefacts.
Le fait d'être en déplacement rapide ne favorise pas non plus la tâche du
récepteur.

Ne pas oublier aussi que l'assistant de navigation fait de son mieux pour
accorder la position GPS et la cartographie interne.
Parfois la probabilité de se trouver sur un axe parallèle à la route
empruntée devient plus importante, et on obtient une belle "téléportation"
qui amplifie encore l'erreur "ressentie".

Last, but not least : le lien vers cette video, dont le résultat ne doit
rien au hasard
www.youtube.com/watch?v=ob2ETN0NJzc

Le 31 janvier 2012 18:12, Philippe Verdy <verdy_p at wanadoo.fr> a écrit :

> Le 31 janvier 2012 17:31, Eric <eric026 at sfr.fr> a écrit :
> >> ...les satellites GPS peuvent émettre des signaux publics
> >> modifiés avec des écarts encore plus grands, même en France (il faut
> >> être militaire ou d'un service officiel autorisé pour avoir les clés
> >> de décryptage du signal de correction à la précision métrique ou
> >> mieux).
> >> Même encore maintenant, il arrive souvent que mes GPS me géolocalisent
> >> à plusieurs centaines de mètres, sur la mauvaise route, alors que les
> >> signaux sont marqués comme excellents et que je capte au moins 7 ou 8
> >> signaux
> >> Ces erreurs aléatoires sont visiblement
> >> volontaires dans les signaux de position et d'horloge émis par les
> >> satellites.
> >>
> >
> > Je suis étonné par ca. Le SA (Selective Availability) auquel tu fais
> > allusion qui était effectivement conçu pour dégrader volontairement la
> > précision en cas de conflit a été abandonné sur ordre de Clinton au
> > 1/5/2000 [1] rendant ainsi possible l'explosion des outils GPS grand
> > public et les USA se sont à priori engagés à ne plus l'utiliser même
> > si techniquement, ca reste possible en cas de crise majeure (d'où le
> > programme Galiléo). Les seules grosses aberrations connues sont
> > maintenant de cause naturelles (éruptions solaire) et peu fréquentes.
> > Derniere occurence : aout 2011 ou pendant une journée, le GPS a été
> > inutilisable suite à un orage solaire.
>
> Ça se produit encore ; la SA a peut-être été abandonné aux USA,
> concernant la géolocalisation sur son propre territoire, mais il y a
> toujours la limitation volontaire de la résolution hectométrique. La
> résolution métrique (ou mieux) reste soumise à l'acquisition d'une clé
> de décryptage du signal de correction des horloges et du
> positionnement des satellites concernés.
>
> En dehors des USA, la SA est encore en vigueur, et la France en fait
> aussi usage pour son propre compte, via l'OTAN (les USA qui contrôlent
> le système GPS exécutent cet ordre pour les signaux émis par les
> satellites vers la France), ce qui ne limite pas les USA (ou la
> France) pour leurs besoins militaires puisqu'ils contrôlent aussi le
> signal de décryptage des données de correction métrique, zone par zone
> !
>
> Aucun GPS grand public ne peut donner une précision métrique, quel que
> soit le nombre de satellites GPS captés et la qualité de ce signal
> reçu. Ca explique beaucoup pourquoi les fichiers traces GPX font de
> tels zigzags sur des zones assez larges, même avec les meilleurs
> appareils qui font de leur mieux seulement avec les données qu'ils ont
> (certains vont faire un "lissage" partiel, ce qui ne corrige pas pour
> autant les décalages sur des zones finalement assez étendues).
>
> Il n'y a alors guère que les repères géodésiques pour nous aider à
> corriger, à condition que les données publiques de ces repères ne
> soient pas elles aussi volontairement limitées dans leur précision.
> Qui sait si on n'a pas un décalage de plusieurs centaines de mètres
> sur des zones étendues, invisibles car lissés, sauf peut-être ce qui a
> pu être publié pour convertir les différentes projections européennes
> ou françaises entre elles.
>
> Mon père qui travaillait (chez TDF) sur des cartes IGN très précises
> pour aligner des émetteurs radio/télévision, passait son temps à les
> annoter et refaire les mesures: les décalages étaient constants et on
> ne pouvait pas travailler uniquement sur carte, même avec les points
> géodésiques mentionnés. Je pense que c'est toujours d'actualité (et
> les opérateurs d'émetteurs radio/télé, de type TDF, ont leur propres
> bases propriétaires avec leur propre référentiel mis au point avec les
> autorités françaises en charge du contrôle des fréquences).
>
> Une très haute précision (mieux que métrique, sans doûte centimétrique
> aujourd'hui, voire millimétrique sur les faibles puissances comme les
> réémetteurs TV locaux ou la téléphonie mobile) est absolument
> nécessaire particulièrement pour la synchronisation des signaux émis
> par un ensembles d'émetteurs sur la même fréquence (par exemple les
> émetteurs isosynchrones d'Autoroute FM, ou les émetteurs de téléphonie
> cellulaire), sinon les pertes de puissance et interférences sont
> énormes (provoquant des zones noires dans la couverture).
>
> Positionner précisément un émetteur (et ses masques directionnels pour
> les émetteurs non multidirectionnels) est une affaire de technicien
> très spécialisé nécessitant des outils de mesure précis et pas
> seulement une visée "à l'œil nu" avec juste une boussole ou un compas
> (ça se fait encore pour les installations temporaires de type
> "reportage" avec des fréquences spécifiques), surtout pour les
> installations permanentes en VHF (par exemple la TNT, la téléphonie
> mobile et la FM, en mode isosynchrone qui permet la densification des
> émetteurs ou réémetteurs locaux de basse puissance en économisant des
> ressources de fréquence). Et régulièrement ces émetteurs fixes doivent
> être revisités pour les réaligner ou modifier leurs masques
> directionnels, même s'il existe des systèmes de correction automatique
> avec des instruments de mesure des "lobes".
>
> Mais depuis ces opérateurs de diffusion sont en concurrence
> (européenne) et le référentiel géodésique national a changé (pour la
> géodésie publique officielle de l'IGN, du cadastre et des
> collectivités territoriales). Je ne sais pas si c'est encore
> d'actualité. Sinon ces émetteurs exploitant les fréquences en
> concurrence publique sont d'excellents repères géodésiques d'une
> précision exceptionnelle (ce n'est pas forcément le cas des émetteurs
> des services de l'Etat: gendarmerie, armée, sécurité civile, contrôle
> aérien de l'aviation civile, qui ont leur propres référentiels).
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