Le GPS différentiel temps-réel via Internet en Nouvelle ... · Configuration du mobile (utilisateur) ... Equipement nécessaire ... • Un GSM compatible GPRS et un lien avec le

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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• 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]





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• 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]





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• 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

Documents

Le GPS différentiel temps-réel via Internet en Nouvelle ... · Configuration du mobile (utilisateur) ... Equipement nécessaire ... • Un GSM compatible GPRS et un lien avec le