Vers le Système canadien de référence altimétrique de 2013 (CGVD2013)

Marc Véronneau, Philippe Lamothe

Division des levés géodésiques, DAG

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Ligne directrice

Ø Ø Modernisation des altitudes … 3 Ø CGVD28 … 8 Ø CGVD2013 … 12 Ø 

Ø  Étiquetage des altitudes … 24 Ø  Logiciels … 25

Sommaire … 26 Sommaire … 26

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Qu’est-ce que la Modernisation des altitudes?

ü  Le Système canadien de référence altimétrique de 2013 (CGVD2013) Ø 

Il remplace le Système canadien de référence altimétrique de 1928 (CGVD28).

ü  Adopté en 1935 par un décret en conseil Ø 

Trois changements importants : ü  Nouvelle définition : Du niveau moyen

ü Nouvelle réalisation : D’un ajustement de données de nivellement à l’intégration de données gravimétriques

ü  Nouveau mode d’accès : De repères altimétriques à un modèle du géoïde Ø CGVD2013 est compatible avec les Systèmes satellitaires de géopositionnement

globaux (GNSS) tel que le GPS. CGVD2013 est compatible avec les Systèmes satellitaires de géopositionnement globaux (GNSS) tel que le GPS.

La détermination d’une altitude orthométrique par deux techniques : le nivellement et la combinaison de mesures GPS et d’un modèle du géoïde.

géoïde

ellipsoïde

surface Surface de l’océan

Altitudes par nivellement

Altitudes par GNSS

N

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Pourquoi la Modernisation des altitudes au Canada? Ø  Coût, accès et technologie Ø  Le nivellement est technique précise qui a

bien servi le Canada au cours des 100 dernières années pour la matérialisation et le maintien du datum vertical, mais pour un pays aussi vaste que le Canada …

ü  Le nivellement est sujet à l’accumulation d’erreurs systématiques sur de longues distances;

ü  Le nivellement ne fournit pas une couverture nationale (repères altimétriques limités le long des routes principales et voies ferrées);

ü  Le nivellement est une technique coûteuse et chronophage.

Nivellement motorisé

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Ø  Technologie moderne en positionnement ü  Le positionnement par GNSS est

maintenant mature et d’utilisation répandue.

ü  C’est une technique rentable dans la détermination d’altitudes précises partout au Canada.

ü  Les missions gravimétriques par satellite offrent une précision sans précédent dans la détermination des composantes des longues et moyennes longueurs d’onde du géoïde.

ü  Un modèle du géoïde réalise une surface de référence altimétrique précise et homogène partout au Canada (terre, lacs and océans).

GPS

GOCE

Pourquoi la Modernisation des altitudes au Canada?

GRACE

GRAV-D

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Qu’est-ce que le géoïde? Ø  La surface équipotentielle représentant le mieux,

par moindre-carrés, le niveau moyen de la mer (NMM) à l’échelle du globe ü  Le géoïde est la forme réelle de la Terre. ü  Le géoïde est la surface de référence mondiale des

altitudes. ü  Caractéristiques :

§  La pesanteur (gravité) est perpendiculaire (verticale) au géoïde. §  Le géoïde est une surface de niveau (l’eau demeure au repos

sur le géoïde) §  Le niveau moyen de la mer (NMM) ne coïncide pas avec le

géoïde parce que la surface des océans a une topographie permanente (±2m) causée par la circulation des océans, la température, la salinité, etc.

g g g

L’eau est attiré par la pesanteur

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Quelle est l’impact du nouveau datum vertical? Ø  Tous les points de référence auront une nouvelle altitude.

Ø  RNCan arrête les levés de nivellement pour l’entretien du datum vertical.

Ø  RNCan n’entretien plus les repères altimétriques par technique de nivellement ou GNSS ü  Cependant, les réseau de nivellement seront réajustés en conformité avec le CGVD2013 en

utilisant les données existantes. ü  RNCan publiera des altitudes en CGVD28 et CGVD2013 aux repères altimétriques. ü  RNCan ne pourra pas confirmer la vraie altitude des repères altimétriques étant donné que

l’ajustement se fera à partir de données existantes.

Ø  Les stations du Système canadien de contrôle actif (CACS) et du Réseau de base canadien (CBN) constituent l’infrastructure fédérale en positionnement.

Ø  Des techniques modernes de positionnement d’altitudes existent :

ü  Positionnement Ponctuel Précis (PPP) de RNCan ü  GNSS différentiel ü  La cinématique temps réel (RTK) public et privé

Ø  Le nivellement demeure une méthode rentable pour les projets s’étalant sur de courtes distances.

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Système canadien de référence altimétrique de 1928 (CGVD28)

Nom : Système canadien de référence altimétrique de 1928

Abréviation : CGVD28

Type de datum : Marégraphique (Niveau moyen de la mer)

Datum vertical : Niveau moyen de la mer aux marégraphes de Yarmouth, Halifax,

Pointe-au-Père, Vancouver et Prince-Rupert, et une altitude à un repère à Rouses Point, NY.

Réalisation : Nivellement (repères altimétriques). Multiples ajustements locaux

aux cours des années depuis l’ajustement national par moindres carrés en 1928.

Type d’altitude : Normal-orthométrique

A

Visée arrière BS

Visée avant FS

Mire

arrière

B

Nivellement

ΔH = BS - FS Mire avant

ΔH

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CGVD28: Les réseaux de nivellement

Vancouver

Prince Rupert

Rouses Point

Pointe-au-Père

Halifax

Yarmouth

1906-1928 1929-1939 1940-1965 1966-1971 1972-1981 1982-1989 1990-2007

~ 90 000 repères fédéraux

?

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CGVD28: Les levés de nivellement au cours des ans

1906-1928 1929-1939 1940-1965

1966-1971

1972-1981 1982-2012

Kilométrage annuel en nivellement de premier ordre

Temps (année)

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Océan atlantique (près d’Halifax)

(près de Vancouver)

Fleuve St-Laurent (Pointe-au-Père)

CGVD28

Datum vertical canadien et le niveau moyen de la mer

NAVD 88

+36 cm

Ø  CGVD28: ü  Assume que les océans reposent sur une même surface

équipotentielle ü  Utilise des valeurs de gravité d’un modèle mathématique ü  Omis les corrections systématiques sur les vieilles données

de nivellement ü  Néglige l’ajustement isostatique post-glacial

Ø  NAVD 88 (non adopté au Canada): ü  Erreur systématique significative d’est en ouest

(~1 m) de sources inconnues au Canada (et aussi aux USA)

-140 cm

Océan pacifique

Surface de niveau par rapport au NMM à Vancouver

Surface de niveau par rapport au NMM à Halifax

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Système canadien de référence altimétrique de 2013 (CGVD2013)

Nom : Système canadien de référence altimétrique de 2013

Abréviation : CGVD2013

Type de datum : Gravimétrique (géoïde)

Datum vertical : W0 = 62,636,856.0 m2s-2

Réalisation : Modèle du géoïde CGG2013 (NAD83(CSRS) et ITRF2005)

Type d’altitude : Orthométrique

Géoïde

Topographie

Ellipsoïde

H h

N

H = hGNSS – Ngéoïde

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metres metres

Ø  Les altitudes géodésiques ne sont pas cohérentes avec la direction de l’écoulement des eaux. Il s’agit d’une élévation géométrique sans aucune signification physique.

Pourquoi convertir les altitudes géodésiques (ellipsoïdales) en altitudes orthométriques?

Altitudes orthométriques

Ø  Les altitudes sont traditionnellement référées au niveau moyen de la mer (p.ex. BM, MNE, cartes topographiques).

Ø  Les altitudes orthométriques sont conformes à la direction de l’écoulement des eaux.

Sept-Iles Portneuf Portneuf

Sept-Iles

Baie-Comeau

Rimouski

Gros-Cacouna

St-Joseph-de-la-Rive

Ste-Anne-des-Monts

St-Francois

Pente du fleuve Saint-Laurent entre Portneuf et Sept-Iles

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Définition du CGVD2013

Entente signée entre le Canada et les USA (16 avril 2012)

Marégraphes canadiens Marégraphes américains

Surface équipotentielle (W0) qui représente la moyenne des niveaux moyens de la mer le long de la côte nord-américaine tel que mesuré à des marégraphes canadiens et américains.

W0 = 62,636,856.0 m2/s2

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CGVD2013: Par rapport au niveau moyen de la mer

Géoïde (CGVD2013)

Niveau moyen de la mer

-39 cm

17 cm

Table 1: La topographie dynamique moyenne des océans (SSTCGVD2013) à cinq marégraphes au Canada. Ce sont des valeurs préliminaires fondées sur le CGG2010 (W0 = 62,636,856.0 m2s-2).

Lieu Numéro du marégraphe

Coordonnées Période d’observations SSTCGVD2013 (m) Lat. Lon. Du à

Halifax 490 44.67 -63.58 12/1992 11/2011 -0.39

Rimouski 2985 48.48 -68.51 12/1992 11/2011 -0.30

Vancouver 7795 49.34 -123.25 12/1992 11/2011 0.17

Churchill 5010 58.77 -94.18 01/1993 12/2012 -0.22

Tuktoyaktuk 6485 69.44 -132.99 08/2003 12/2011 -0.36

Vancouver

Halifax Niveau moyen de la mer

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CGVD2013: Séparation entre l’ellipsoïde et le géoïde

mètres mètres

Intervalle des contours : 2 m

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CGVD2013: Séparation entre l’ellipsoïde et le géoïde pour le sud du Québec et l’est de l’Ontario

Ondulations du géoïde (m) Erreurs estimées (cm)

66% niveau de confiance *préliminaires

Intervalle des courbes de niveaux : 1 m

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CGVD2013: Quelle est la différence avec le CGVD28?

CGVD2013

CGVD28

Vancouver

Distance (km)

St John’s -37 cm Halifax -64 cm Charlottetown -32 cm Fredericton -54 cm Montréal -36 cm Toronto -42 cm Winnipeg -37 cm Regina -38 cm Edmonton -04 cm Banff +55 cm Vancouver +15 cm Whitehorse +34 cm Yellowknife -26 cm Tuktoyaktuk -32 cm

Valeurs préliminaires HCGVD2013 – HCGVD28

Différence (m

)

Halifax

Banff

Regina

Thunder Bay

Montréal Windsor

CGVD28(HTv2.0) – CGVD2013(CGG2010)

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CGVD2013: Qu’elle est la différence avec le CGVD28 pour le sud du Québec et l’est de l’Ontario?

Montréal -36 cm

Valeur préliminaire HCGVD2013 – HCGVD28

Intervalle des contours : 5 cm

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: contrainte C = ( h – N )*gm

CGVD2013: Le réajustement des réseaux de nivellement Ø  Le réseau de nivellement est contraint à des stations avec des altitudes géodésiques

précises (le même principe pour les réseaux de l’Ile-du-Prince-Édouard, Terre-Neuve, …)

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CGVD2013: Impact sur les données altimétriques

Ø  Mes altitudes CGVD28 ont une précision absolue de quelques mètres et sont arrondies au mètre (p.ex., MNE) ü  La différence entre le CGVD28 et le CGVD2013 peut être négligée.

Ø  Mes altitudes CGVD28 sont précises (< 10 cm) et couvre un long corridor (p.ex., un levé LiDAR) ü  La différence entre le CGVD28 et le CGVD2013 doit être considérée.

Ø  Mes altitudes CGVD28 sont précises (< 2 cm) et couvre une petite région (p.ex., un jeu de données municipal) ü  La différence entre le CGVD28 et le CGVD2013 doit être considérée, mais

généralement un simple biais pour l’ensemble des données est suffisant.

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Est-ce que les altitudes demeurent stables?

Le soulèvement de la croûte qui s’est enfoncé sous les charges de glace au cours de la dernière période glaciaire. Il y a 20000 ans, l’épaisseur de glace atteignait environ 3 km.

Ø  Soulèvement et abaissement du terrain ü  Tremblement de terre, ü  Glissement de terrain, ü  Rebondissement post-glacial, ü  Zone de subduction (lorsque une

plaque tectonique plate glisse sous une autre plaque, p.ex., côte ouest du Canada),

ü  Déshydratation souterraine, ü  Compaction sédimentaire, ü  Extraction minière et pétrolifère ü  Projet hydro-électrique, ü  etc.

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Altitude : 101.61 m Précision : ± 0.01 m Époque : 2013.2 Type d’altitude : Orthométrique Système : CGVD2013 Cadre : CGG2013 H = 23.126 ± 0.007 m CGVD2013(CGG2013) Époque 2013.2

Étiquetage des altitudes

Ø  Type d’altitude : Orthométrique (H), dynamique (Hd), normal (Hn), géodésique (h), géoïde (N) Ø  Système de référence altimétrique : NAD83, ITRF, CGVD28, CGVD2013, NAVD 88 Ø  Cadre de référence altimétrique : SCRS v., modèle du géoïde Ø  Précision (p.ex. ± 0.05 m) Ø  Époque (p.ex. 2012.75)

H Altitude : 91.256 m Précision : ± 0.007 m Époque : 2013.2 Type of d’altitude : Géodésique Système : NAD83 Cadre : SCRS (version si disponible) h = 23.126 ± 0.007 m NAD83(SCRS) Époque 2013.2 h

Ondulation du géoïde: -10.354 m Précision: ± 0.015 m Époque : Statique Modèle : CGG2013 Cadre : NAD83(SCRS) N = -10.354 ± 0.015 m CGG2013, NAD83(SCRS)

N

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Logiciels en-ligne disponible à RNCan

Positionnement Ponctuel Précis (PPP): Traite les fichiers GPS RINEX pour fournir les coordonnées suivantes : latitude, longitude, altitude géodésique et altitude orthométrique.

GPS-H: Convertie les altitudes géodésiques en altitudes orthométrique. GPS-H fait usage de tous les modèles du géoïde, fonctionne avec différents systèmes de coordonnées (géographiques, UTM, MTM et cartésiennes), et avec différents cadres de référence géométrique (NAD83(SCRS) et ITRF)

TRX: Transforme les coordonnées entre différents cadres de référence géométrique, époques et systèmes de coordonnées.

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Ø  RNCan lancera un nouveau système de référence altimétrique en novembre 2013 ü  Le Système canadien de référence altimétrique de 2013 (CGVD2013) ü  Matérialisé par un modèle du géoïde CGG2013 (W0 = 62,636,856.0 m2/s2) ü  Compatible avec le positionnement GNSS ü  Les réseaux de nivellement seront réajusté en conformité avec le CGVD2013

en utilisant les données de nivellement existantes

Ø  Pourquoi un nouveau datum vertical? ü  Coût des levés de nivellement à l’échelle nationale ü  Pour permettre l’accès au datum vertical partout au Canada ü  Nouvelles technologies spatiales en positionnement (GNSS)

Ø  Le Système de référence altimétrique de 1928 (CGVD28) co-existera durant une période de transition ü  RNCan ne performera plus de levés de nivellement ni l’entretien des repères

altimétriques ü  Par contre les autres agences gouvernementales et le secteur privé peuvent

certainement continuer avec des levés de nivellement

Ø  La différence entre le CGVD2013 et le CGVD28 ü  La séparation variera entre -65 cm et 55 cm à l’échelle nationale.

Sommaire

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§  Contacts à RNCan : §  Philippe Lamothe (phlamoth@nrcan.gc.ca) §  Marc Véronneau (marcv@nrcan.gc.ca)

§  Information générale:

§  Internet : http://webapp.geod.nrcan.gc.ca/geod/ §  Courriel : information@geod.nrcan.gc.ca §  Téléphone : 1-613-995-4410 §  Télécopieur : 1-613-995-3215

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