Ce qu'il faut savoir pour bien choisir son GPS!

mer 18-10-2006 Anonyme

GPS

Voici un point sur les matériels et logiciels GPS utilisé en SIG. Cet article n’a pas la prétention de critiquer (en bon ou en mauvais) tel ou tel matériel ou logiciel mais plutôt d’essayer de relater les différentes possibilités offertes par les technologies "Global Positioning System" au service du SIG.

Quelques notions sur le GPS

Définition

GPS correspond à un « sigle américain pour Global Positioning System, système de positionnement, à l'échelle du Globe, sur un ensemble de satellites artificiels. C'est un ensemble de satellites artificiels particuliers, dont les éphémérides, qui sont en général connues, permettent un positionnement absolu ou relatif en tout point du Globe ». Cette définition est donnée par l'IGN.

Un bref historique

« Le GPS est à l'origine un système de navigation par satellite inventé par l'armé américaine du DOD (Department of Defense) qui contrôle et finance totalement le projet.

Le GPS a été développé dans le contexte de la Guerre Froide, et a donc à la base une utilisation militaire, mais qui est très vite apparu sur le marché des civils...

Le système GPS (Global Positionning System) est issu d'un programme militaire Américain débuté en 1958 (un an après le lancement du premier satellite) ; ce programme visait à obtenir la position d'un mobile terrestre à partir d'émissions radio en provenance d'un satellite...

Dans un premier temps réservé aux militaires qui envisageaient d'en crypter les émissions celui-ci sera ouvert à une utilisation civile sous la pression du marché (plusieurs milliards de dollars par an).

Il fallut alors ensuite mettre en place un moyen simple d'utilisation du GPS pour les civils tout en laissant à l'armée américaine le contrôle et l'utilisation optimale du concept. C'est ainsi que fut élaborée deux types de fonctionnement :

Le Precise Positionning System (pps) : système réservé à l'armée américaine.

Le Standart positionning system (sps) : système élaboré pour les civils. Ce système peut dégrader, en fonction des tensions géopolitiques, la précision du GPS à 100m dans 95% des mesures. »

Source : http://reperageterrestre.free.fr/historique.html

La précision des données

Type de récepteur

On peut différencier les types de récepteurs par leurs technologies embarquées. Ce sujet sera développé plus bas dans la partie « Les récepteurs ».

Qualité de réception

Tout d'abord avant chaque relevé GPS, il faut se rendre compte des PDOP du jour et du lieu. Le PDOP est une valeur exprimant le rapport entre l'erreur de la positon de l'utilisateur et celle des satellites. Il est composé de:

positionnement planimétrique: HDOP
positionnement altimétrique: VDOP

On peut aussi distinguer une valeur « temps » appelé: TDOP. Dans ce cas, on pourra alors relever le GDOP qui prend en compte le TDOP et le PDOP.

Ainsi, une fois sur le terrain de nombreux GPS proposent un filtre sur la réception des données en deçà d'une valeur PDOP minimum. Ceci permet de recolter des données plus fiable.

Le climat « terrestre » est très peu influent, voir inexistant sur la réception des ondes satellitaires. C'est uniquement la météorologie de l'espace ou plus exactement celle de la ionosphère qui joue le plus grand rôle dans cette propagation. Vous pouvez voir sur l'image suivante ces effets géomagnétiques sur la technologie :

Source: http://www.spaceweather.gc.ca/effects_f.php

Enfin l'environnement présent lors du relevé est important à prendre en compte de par la réverbération des signaux sur diverses matières. Par exemple dans une rue escarpée et longée par de grands bâtiments, la réverbération sera très importante et donc la qualité des relevés en sera affectée. En milieu forestier ce ne sont pas, contrairement aux idées reçues, la quantité de feuilles mais celle du bois. Ainsi sous couvert boisé, la qualité des relevés sera la même en hivers comme en été.

Traitement des données

Le traitement des données est assez simple en théorie. Il s'agit de relever à l'aide d'une station GPS fixe des données et de les comparer avec les coordonnées connues de ce point. Il suffit ensuite d'appliquer à vos donner la même différence pour corriger et ainsi approché les véritable coordonnées de vos points.

Ainsi, on trouve des stations GPS fixe un peu partout en France :

les stations de l'IGN : http://rgp.ign.fr/index.php
les stations privées

Les relevés GPS peuvent donc être améliorés par différents moyens:

la correction différentielle en temps réel: consiste à relever recevoir en direct les données de correction sur le GPS,
la correction différentielle en post-traitement: consiste à corriger au bureau ces données en téléchargeant des fichiers de correction.

Il faut savoir que ces corrections différentielles sont souvent des abonnements "hors achat" du GPS et permettent donc de corriger de la donnée relevé avec des GPS d'entrée de gamme.

D'autres systèmes existent aussi sur la même base en se servant de satellites de communication. C'est le cas des réseaux EGNOS en Europe ou WAAS aux Etats-Unis. En France, on ne peut utiliser que le système EGNOS. Le système WAAS étant utilisable qu'aux Etats-Unis.

Les gammes de matériel

Suivant l'utilisation que l'on fait d'un GPS, plusieurs types de matériels existent.

PC portable

Les temps ont bien changé...

On peut maintenant trouver des ordinateurs portables assez léger et peu encombrant pour pouvoir se permettre d'aller faire des relevés GPS sur le terrain.

L'avantage principal de ce matériel c'est que l'on peut utiliser le même logiciel qu'au bureau. En revanche, les inconvénients sont assez nombreux: complexité de l'outil pour une opération simple, encombrement plus important que le simple GPS, fragilité, ...

Tablet PC

Le tablet PC a tous les avantages du PC portable sur le plan des capacités technologiques en étant moins encombrant et moins fragile mais aussi des PDA avec l'écran qui est le plus souvent tactile. Le système d'exploitation (généralement Windows) a tout de ses confrères de bureau. Cependant Microsoft a développé un système spécifique « Windows XP Tablet PC Edition » qui peut recevoir des logiciels SIG adaptés à cette technologie comme c'est le cas pour ArcGIS Desktop et Engine sur Tablet PC.

Le principal inconvénient se trouve sur le plan tarifaire avec des matériels qui vont de 2000 à 5000 €.

Assistant personnel

Son acronyme anglais est PDA ou PAD pour Personal Digital Assistant. Ces petits appareils sont de plus en plus puissants et beaucoup d'évolutions sont à attendre.

Sur le plan de la fiabilité, il existe des modèles durcis comme par exemple le Trimble Recon (http://www.trimble.com/recon_mgis_handheld.shtml). Mais on peut aussi acquérir une protection simple et même étanche comme par exemple les otterbox (http://www.otterbox.com/).

Sur le plan de la puissance des appareils, il est tout de même conseillé d'avoir des appareils de 500 Mhz minimum pour une utilisation aisé et fluide.

Les avantages sont divers: coût d'acquisition assez faible, nombreuses utilisations, peu encombrant, mémoire extensible pour le stockage des données,... En revanche, le bémol, souvent retenu, c'est la durée de vie d'un tel produit (évolue assez rapidement), mais surtout leur autonomie (entre 3 et 5 heures). Il est alors conseillé d'avoir divers systèmes de recharge (Allume-cigare, secteur, solaire) et pourquoi pas une seconde batterie.

GPS autonome

Les Récepteurs GPS autonomes sont les GPS les plus répandus en utilisation grand public, bien que les GPS de navigation (Assistant personnel + récepteur GPS) prennent de plus en plus leur place.

Ces GPS n’ont généralement qu'une seule utilisation. Ils sont très peu extensibles et n'ont qu'une simple interface de visualisation des tracés. En revanche leur autonomie est souvent plus grande que celle des autres matériels.

Les principales marques de ces gammes sont: Magellan et Garmin.

Téléphone portable

De plus en plus les téléphones portables ressemblent à des assistants personnels munis d'un modem GPRS. On en distingue deux sortes avec des systèmes d'exploitation différents: Windows CE ou mobile et Symbian. On les appelle les Smartphones.

Les avantages et inconvénients restent les même que les assistants personnels sauf qu’ils sont tout de même beaucoup moins puissants.

« Pourquoi multiplier les supports numériques quand on peut en avoir un qui tient dans la poche? »

GPS de navigation

Les GPS de navigations sont également de plus en plus courant. Les Tomtoms, ViaMichelin et autres Route66 proposent des solutions complètes sur des bases d'assistants personnels avec récepteur GPS intégré accompagnés de leurs logiciels.

Les récepteurs

On distingue les récepteurs GPS par leur chipset, leurs modes de connexion, leur dimension et leur autonomie. Pour commencer, voici quelques comparatifs:

récepteurs GPS pour assistant personnel: http://www.gpspassion.com/en/hardware/gpslist.htm,
GPS autonome (Garmin et Magellan): http://www.orbitica.com/gps/comparaison.htm.

Type de chipset

Un chipset est un groupe de circuit imprimé, son rôle est de contrôler les échanges de données entre les divers composants. On trouve de très bons comparatifs sur le site GpsPasSion.com (Un article de 2002: http://www.gpspassion.com/Hardware/chipsets.htm et deux autres de 2005: http://gpspassion.com/fr/articles.asp?id=155, http://www.gpspassion.com/fr/articles.asp?id=148).

On distinguer quelques grandes marques de chipset :

Garmin,
NemeriX,
Sony,
uNav,
uBlox,
Fujistu,
les SiRF,
...

D'après les différents articles disponibles sur GpsPasSion.com, le SiRFstar III reste d'une qualité inégalable par leurs concurrents, bien qu’ils s’en rapprochent de plus en plus. A noter aussi que les chipsets Nemerix de 3ème génération on aussi grandement améliorer leur performance depuis la version 2.

Mode de connexion

Plusieurs modes de connexion sont possibles entre l’appareil de visualisation et les récepteurs GPS.

Le plus commun et un des premiers sont les cartes flash que l'on glisse dans la fente de l'appareil. Le principal inconvénient de ce système reste la fragilité du fait que le récepteur ne soit pas complètement intégré à l'appareil.

La connexion filaire reste aussi possible sur quelques appareils. Pour ce système, le fil devient rapidement encombrant voir même gênant.

De plus en plus, on se tourne vers des technologies sans fil tel le Bluetooth. Ce dernier mode est de plus en plus prisé par les constructeur car étant devenu une référence chez les constructeurs d'appareils mobiles, la compatibilité en est plus grande. Un des inconvénients de ce système c'est qu'il demande une alimentation indépendante de l'appareil de visualisation, ce qui peut être parfois limitant.

Autonomie

Pour les récepteurs flash ou filaire, l'autonomie dépendra de celle de l'appareil de visualisation.

Pour les GPS de type autonome, l'autonomie s'étend de quelques heures à quelques dizaines d'heures pour certains. On adapte de plus en plus les batteries de téléphone portable dans ces derniers pour profiter ainsi de l'évolution rapide faite dans ce secteur ces dernières années. Ainsi, les plus grandes autonomies peuvent dépasser les 12 heures en plein fonctionnement.

Les logiciels

On peut tout d'abord distinguer les logiciels professionnels ou semi-professionnel et les logiciels "grand public".

Dans le premier cas, les fonctionnalités sont très étendu et se rapproche beaucoup des logiciels SIG bureautique. On peut ainsi tracer des polygones, consulter et modifier les attributs, définir les accrochages, ...

Dans le second et à l'inverse des versions professionnelles, les fonctionnalités sont limitées mais ces application sont aussi beaucoup plus légère et simple.

De plus, on découvre de plus en plus les joies de l'Internet sans fil et accessible en toute mobilité. Avec cette émergence, les éditeurs se tournent maintenant vers des solutions SIG en ligne.

Pour tablet PC

Les logiciels GPS pour tablet PC sont généralement des produits dérivés de SIG bureautique. Ils sont ainsi améliorés pour être compatible et un peu plus ergonomique pour une utilisation avec un écran tactile.

Pour Pocket PC

Etant donné que les Pockets PC sont moins puissants qu'un ordinateur, ces logiciels sont quelque peu "allégés". On retrouvera les principales fonctions :

de zoom et de déplacement dans une carte,
d'édition de polygones, polylignes et points,
d'édition d'attributs

Pour téléphone mobile

Dans cette catégorie, bien que quelques éditeurs se penchent sur des solutions adaptées (avec les connexions GPRS), on retrouve actuellement que très peu de solutions professionnelles. Cependant, pour de simples relevés GPS, on dispose de quelques solutions légères et assez bien conçues, et aussi bien payantes que gratuites.

Pour la navigation routière

Ici, les possibilités sont de plus en plus nombreuses avec des logiciels/cartes préinstallées et d'autres en ligne. On peut ainsi profiter de l'aide à la circulation avec des solutions "clés en main" (hardware + software) ou uniquement logiciels pour installer sur vos PDA ou téléphone mobile.

Vous pouvez consulter quelques tests sur cette page.