Cyrille DUMAS-PILHOUDITTT / ST / BGN
Le GPS différentiel temps réel via Internet22 septembre 2004
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Le GPSdifférentiel temps-réel
via Interneten Nouvelle-Calédonie
Mise en œuvre des applicationsDGPS et RTK
au travers du GPRS
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Le cadre de nos essais
Les béta-tests du GPRS• Invitation de la DITTT par l’OPT• Période des tests juillet, août puis septembre 2004
Rôles des testeurs• Expérimenter le système GPRS avant son lancement• Assurer une remontée d’informations• Trouver de nouvelles applications (autres que le Wap)
Les moyens mis à disposition de la DITTT• Par l’OPT : 2 accès GPRS et soutien technique• Par Offratel/Lagoon : 1 accès ADSL Optimo250, une
adresse IP fixe et le prêt d'un routeur
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Autre soutien• Trimble au travers de la société SYPOS
• Antycip pour la partie informatique
Enjeux pour la DITTT• Concrétiser avec de nouveaux moyens un projet ancien : le
GPS différentiel métrique sur l’ensemble du territoire• Eprouver nos matériels et logiciels• Trouver un palliatif à la diffusion radio UHF• Vérifier les spécifications publiées par Trimble
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Le système GPS : concepts de base
Le système GPS• Global Positioning System• Système conçu (1980) et géré par les Américains• Gratuit, anonyme, universel et permanent• Permet d’obtenir une position 3D, non ambiguë, absolue et
instantanée• "Right time, right place, any time, any place"
Sa composition• Secteur spatial (de 24 satellites)• Secteur de contrôle• Nous , les utilisateurs
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Le mode différentiel• 2 récepteurs GPS (une base et un mobile)• Lien de communication avec la référence (GPRS, radio, …)• Précision, fiabilité et qualification des résultats• Utilisation professionnelle• Système de coordonnées : RGNC91-93 ( ~ WGS84)
Précision planimétrique : 20m (à 95%)
Précision 3D : métrique à millimétrique
Le mode absolu (ou autonome ou navigation)• Un seul récepteur GPS• Indépendant de toute autre installation• Position instantanée• Utilisation grand public• Système de coordonnées : WGS84
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Terminologie du GPS différentiel
• Post-traitement : Traitement différé (au bureau) de l'information GPS recueillie sur le terrain. Aucune implantation possible.
• Temps-réel : Calcul à la volée des corrections à apporter aux mesures effectuées par la base. Les informations sont transmises depuis la base vers le mobile par différents moyens : radio, GSM et maintenant GPRS
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• DGPS : Differential GPS : Utilisation des mesures du code du GPS (C/A) en mode différentiel pour des applications de navigation. Il permet d'obtenir une solution métrique jusqu'à 500 km de la base.
• RTK : Real Time Kinematic : GPS cinématique en temps réel utilisant les mesures du code et la phase des signaux L1 et L2. Il permet d'obtenir une solution centimétrique jusqu'à 40km de la base (eRTK).
• RTCM-SC104 : Radio Technical Commission for Maritime Services, Special Committee 104 : Protocole international pour la diffusion des corrections différentielles.
• CMR+ : Compact Measurement Record : Format TRIMBLE utilisé pour la diffusion du RTK à la place du RTCM. Ce format (publié) est maintenant utilisé par la quasi-totalité des constructeurs GPS.
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Ce qu’il faut retenir :
LA SOLUTION EST AMELIOREELA SOLUTION EST AMELIOREE
• Attention : La précision altimétrique est 2 à 3 fois moins bonne que la précision planimétrique
• Le positionnement doit être différentiel, mais d’autres facteurs interviennent dans le résultat:
• La durée des observations• Le nombre de satellites visibles• La géométrie de la constellation satellitaire (GDOP faible)• Le dégagement du site d’observation• La qualité du milieu environnant• La qualité du matériel• La proximité de la station de référence• La fiabilité du lien avec la station de référence
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Fonctionnement du GPS différentiel via Internet
A la station GPS de référence (DITTT)• Mise en ligne de la station• Configuration du logiciel GPS
Configuration du mobile (utilisateur)• Aucune manipulation sur le GSM• Configuration du lien Internet via GPRS• Configuration du logiciel GPS
Sur le mobile, pour chaque levé• Connexion à Internet• Lancement de l'application GPS différentielle
• Connexion au serveur de la DITTT• Interprétation du flux• Initialisation différentielle
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Equipement nécessaire• N’importe quel récepteur GPS qui accepte le protocole
RTCM (DGPS ou RTK) en entrée• Un terminal (PC, PDA, GPS professionnel, …) permettant de
créer une connexion à Internet via GPRS et de transférer le flux entrant vers le récepteur GPS
• Un GSM compatible GPRS et un lien avec le terminal• Un abonnement GSM et un accès GPRS (OPT)
Conditions extérieures nécessaires• Travailler dans une zone couverte par le réseau Mobilis• Ne pas perdre de vue les restrictions liées au système GPS
lui-même
Démonstration
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Les essais réalisés par le BGN
Observations différentielles en continu :• En DGPS avec un Garmin GPSMAP 76S• En RTK avec un 5700
Relevé de points en DGPS sur l'ensemble de la Grande-Terre. Utilisation du GeoCe XT (Trimble)
Relevés RTK (et eRTK) sur le Grand Nouméa. Utilisation du 5700 (Trimble)
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Relevé de points en DGPSUtilisation d'un GeoCe XT
Présentation• 27 repères relevés sur la Grande-Terre• Le matériel : le GeoCe XT et le GSM• Le logiciel : TerraSync v2.40• Spécifications des enregistrements GPS
Les résultats• Bonne couverture GPRS• Aucun problème de connexion ni d'initialisation• Aucun travail complémentaire au bureau• Etude des résultats :• Les spécifications annoncées par le
constructeur sont validées
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Relevés RTK (et eRTK)Utilisation d'un 5700
Présentation• 31 repères relevés sur le Grand Nouméa• Levés d’axe de route en cinématique• Le matériel : le 5700, le TSCe et le GSM• Le logiciel : Survey Controller v10.72• Spécifications des enregistrements GPS
Les résultats• Bonne couverture GPRS et bon suivi des mobiles• Aucun problème de connexion ni d'initialisation• Etude des résultats :
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Observations DGPS continues avec un Garmin 76S
Présentation• Le site : Phares et Balises (DITTT) à Numbo, bâtiment du
futur marégraphe• Le matériel : le Garmin, le GSM, un PC et le logiciel Fugawi• Spécifications des enregistrements GPS
Les résultats• Utilisation d’un PC et d’un logiciel obligatoire• Le DGPS provenant de la station est exploité par le Garmin• Lien GPRS fiable (7h sans coupure)• Etude statistique des positions :
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Présentation• Le site : DITTT, Vallée du Tir• Le matériel : le 5700, le TSCe et le GSM• Le logiciel : Survey Controller v10.72• Spécifications des enregistrements GPS
Observations RTK continues avec un 5700
Les résultats• Lien GPRS fiable (24h sans coupure)• Quelques désinitialisations (relance automatique)• Report des points levés :
• Etude statistique :• Distribution des résidus :
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Les services proposés par la DITTTavec la station GPS de référence de Nouméa
GPS différentiel temps réel sur Internet• 202.22.143.185, port 8001 : DGPS au format RTCM v2.3• 202.22.143.185, port 8000 : RTK au format CMR+
Fichiers GPS pour le post-traitement• Formats et cadencements multiples• Actuellement disponible en FTP via Intranet• Très prochainement disponible en FTP sur le Web
GPS différentiel temps réel (RTK/CMR+) en UHF• Disponible sur le Grand Nouméa uniquement sur 430.00Mhz
Les limites de cette structure• Aucune redondance, tout repose sur une seule station
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Bilan des essais
La station GPS permanente de la DITTT est opérationnelle
Les précisions annoncées par le constructeur sont confirmées par nos essais
GPRS est un outil fiable, adapté à ce type d'application
Les moyens mis à disposition et la liberté laissée aux techniciens par leurs hiérarchies respectives ont également contribué à ce résultat
Une réelle synergie s'est développée entre les différents acteurs de ces tests. C'était la condition indispensable au succès de ce projet pluri-disciplinaires : informatique, télécommunication, géodésie plus un volet commercial
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Réseau de stations GPS permanentes (système VRS)
Présentation du projet
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Le concept VRS (Virtual Reference Station)
• Il s’appuie sur un réseau de stations GPS de référence• Ces stations sont reliées en continu à un centre de contrôle• Un ordinateur récupère toutes les observations et créé (puis
alimente en continu) une base de données de corrections régionales
• Les corrections portent sur les paramètres atmosphériques (ionosphère et troposphère), les décalages d’horloge, …
• Ces données sont utilisées pour créer une station virtuelle de référence à proximité immédiate de l’utilisateur.
• Le mobile interprète les données comme s’il s’agissait d’une véritable station de référence
Les performances RTK qui en résultent sont considérablement améliorées
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Equipement des stations GPS• Récepteur et antenne GPS• Modem et lien de communication permanent• Alimentation secourue
Le centre de contrôle• Centre névralgique du système• Visualisation du réseau et des utilisateurs• Serveur Web pour l’accès aux données de post-traitement• Ses tâches principales sont :
• Importation et analyse des données brutes• Analyse des multi-trajets• Stockage des données de post-traitement• Modélisation et estimation des erreurs systématiques• Génération et transmissions des flux DGPS ou RTK
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Fonctionnement de VRS
L’utilisateur se connecte au centre de contrôle (via GPRS) et envoie sa position approchée.
NMEANMEA
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Fonctionnement de VRS (suite)
NMEANMEA
Corrections de Réseau
DGPS / RTCM
Le centre de contrôle accepte cette position et répond en envoyant des corrections RTCM au mobile.
Ce dernier va déterminer une solution DGPS (métrique) et mettre à jour sa position qu’il renvoie de nouveau au centre de contrôle
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Fonctionnement de VRS (suite)
Le centre de contrôle peut maintenant générer un flux de corrections RTCM comme si elles étaient émises par une station de référence située à proximité immédiate du mobile
NMEANMEA
VRSVRS
Corrections de Réseau
RTCM – VRS
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Précision et fiabilité des mesures pour un point situé à 32km de la station la plus proche (données Trimble)
• Erreur sur la composante EST
0100020003000400050006000700080009000
Num
ber o
f Pos
ition
s
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Error [mm]
Confidence Level90 %: < 9 mm99 %: < 21 mm
Confidence Confidence LevelLevel90 %: < 9 mm90 %: < 9 mm99 %: < 21 mm99 %: < 21 mm
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Précision et fiabilité des mesures pour un point situé à 32km de la station la plus proche (données Trimble)
• Erreur sur la composante NORD
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Num
ber o
f Pos
tions
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Error [mm]
Confidence Level90 %: < 13 mm99 %: < 26 mm
Confidence Confidence LevelLevel90 %: < 13 mm90 %: < 13 mm99 %: < 26 mm99 %: < 26 mm
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Précision et fiabilité des mesures pour un point situé à 32km de la station la plus proche (données Trimble)
• Erreur sur la Hauteur
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Num
ber o
f Pos
ition
s
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
Error [mm]
Confidence Level90 %: < 25 mm99 %: < 49 mm
Confidence Confidence LevelLevel90 %: < 25 mm90 %: < 25 mm99 %: < 49 mm99 %: < 49 mm
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Précision et fiabilité des mesures pour un point situé à 32km de la station la plus proche (données Trimble)
• Temps d'initialisation
0
2
4
6
8
10
12
Perc
ent
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Initialization Time [sec]
Performance
50 %: < 40 sec90 %: < 80 secmoyenne: 58 sec
PerformancePerformance
50 %: < 40 sec50 %: < 40 sec90 %: < 80 sec90 %: < 80 secmoyenne: 58 secmoyenne: 58 sec
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VRS en Europe
VRS dans le monde• Asie : Japon (600), Malaisie, Chine• Pacifique : Australie, Nouvelle-Zélande• Etats-Unis : Plusieurs états déjà équipés
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Le projet pour la Nouvelle-Calédonie
• Première présentation au Gouvernement au BP2005• Découpage du projet en 2 tranches (sur au moins 2 années)• Le centre de contrôle situé à la DITTT• Plan du projet :
• Coût estimé de la première tranche : 80 MF• Coût estimé de la seconde tranche : 55 MF• Coût estimé du fonctionnement annuel : 12 MF
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Les services liés à VRS
• RTK centimétrique à l'intérieur du réseau• DGPS sub-métrique sur l’ensemble de la NC• Possibilité de "répéter" un signal provenant du centre de
contrôle avec une radio• Possibilité de connaître l'état de santé du réseau et les
interventions prévues• Surveillance en temps réel de la stabilité des stations• Fichiers de post-traitements (Rinex, Dat ou Obs) :
• Pour une des stations du réseau• Pour une station virtuelle (coordonnées quelconques)
• Compatibilité imminente entre VRS et le système Site Vision de Trimble (guidage des engins par GPS)
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Avantages du système pour les utilisateurs• Meilleure productivité, fiabilité et précision• Diminution des coûts (pas de station de base "personnelle")• Matériel actuel déjà compatible (pas de surcoût) et
procédures de travail identiques• Informations en temps réel de l’état du système• Accès par un numéro de téléphone unique
Avantages du système pour les Institutions• Un réseau unique de qualité centimétrique• Assurance que les travaux réalisés soient compatibles et
homogènes, dans une référence unique• Mise à disposition du public d’outils fiables et innovants• Possibilité de facturer le service pour récupérer une partie
des coûts de fonctionnement• Un seul centre de contrôle pour tout le système
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Les restrictions du système VRS
• L'accès au temps réel VRS n'est possible que dans une zone de couverture GPRS.
• L'accès payant au système implique des contreparties pour le gestionnaire du système :
• Mise en place de procédures particulières pour assurer une bonne réactivité en cas de panne
• Mise en place d'astreintes pour le personnel• Investissements permanents pour assurer la mise à jour du
système et le renouvellement régulier du matériel (GPS et informatique)
• Les coûts estimés sont ceux d'un système complet et opérationnel mais sans redondance