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Julien MANGAN |
ADAPTATION DES MODES DE PRODUCTION DE DONNEES TOPOGRAPHIQUES DES CABINETS DE
L’UNGE DE L’ISERE AUX NOUVELLES FONCTIONNALITES OFFERTES PAR LE RESEAU TERIA.
Société d’accueil : UNGE Isère
PFE présenté par : Julien MANGAN
Directeur du PFE : G. BUISSON
Correcteurs : M. FERHAT et M. LEDIG
1. Introduction
Dans le but de préparer l’ouverture du réseau TERIA et ainsi l’évolution des modes de production des géomètres experts, l’UNGE de l’Isère a voulu répondre aux attentes des géomètres experts.
Dans cette étude, intitulée : « adaptation des mode de production de données topographiques », l’idée initiale est de permettre aux cabinets de géomètres experts d’inserer le GPS et le réseau TERIA dans leur mode de production, et de pouvoir les améliorer grâce a ce nouvel outil.
Malheureusement, à cause de tous les problèmes rencontrées par la société Exagone (société propriétaire du réseau [Cf §3]) pour l’installation du réseau, le réseau n’a pas été opérationnel durant cette étude ce qui l’a amputé de sa partie sur l’évolution des modes de production.
2. Les Objectifs
Ainsi, en tenant compte de toutes ces difficultés concernant l’ouverture du réseau TERIA, les objectifs sont :
- Le fonctionnement du réseau TERIA : technique et commercial
- Analyse des besoins des géomètres experts
- Analyse des différents récepteurs compatibles sur le marché
- Analyse économique des différentes possibilités de fonctionnement des cabinets (nombre d’antennes)
3. Les réseaux GPS
Le fonctionnement du mode RTK :
Le mode temps réel est un mode dynamique nécessitant toujours un pivot et un mobile. Dans ce
mode, il est indispensable de connaître parfaitement les coordonnées du point du pivot afin d’obtenir directement sur le terrain les coordonnées exactes des points levers. De plus, pour pouvoir travailler en RTK, une phase d’initialisation est nécessaire afin de permettre la résolution des ambiguïtés. Le mode RTK implique également une liaison directe entre le pivot et le mobile. En effet, le pivot transmet au mobile des paquets de mesures de phases ou encore des corrections différentielles afin que celui-ci puisse calculer les ambiguïtés entières et ainsi donner une position relative centimétrique du point lever.
Ce mode nécessite donc deux récepteurs bi-fréquence, mais surtout un pivot capable d’envoyer des paramètres de correction au mobile, un moyen de communication et un langage approprié afin de s’assurer de la bonne compréhension des messages par le mobile!
Le fonctionnement des réseaux :
Aujourd’hui, les réseaux GPS se développent à grande vitesse, et de nombreux pays se laissent tenter par l’installation d’un réseau GPS temps réel. Ainsi, Leica, Trimble et d’autres se prêtent volontiers pour installer ces réseaux.
Un réseau GPS se compose d’un maillage d’une région ou d’un pays avec des stations de
référence reliées à un serveur qui calcule des paramètres de correction. Ces paramètres de correction sont envoyés pour du RTK de cette taille par le réseau GSM/GPRS à travers des messages appelés messages RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services). Ces paramètres peuvent être de plusieurs sortes. En effet, suivant les calculs effectués dans le serveur, et le type de messages envoyés, on note les formats des paramètres suivants :
VRS (Virtual reference Station) :Station de référence Virtuelle
FKP (Flachenkorrekturparameter) : Paramètres de correction surfacique
MAC (Master Auxiliary Concept) : Concept Maître-Auxiliaire
4. Le fonctionnement du réseau TERIA
Généralités :
Le réseau TERIA est issu d’une volonté de l’ordre des géomètres experts, qui a voulu doter la France d’un réseau GPS temps réel. Ce réseau a été pensé en 2003, sous la forme d’une société dont les géomètres experts seraient actionnaires. Ainsi, 552 géomètres experts ont répondu à cet appel d’offre, et sont devenus actionnaires de la société Exagone propriétaire du réseau TERIA.
Pour pouvoir utiliser ce réseau GPS temps réel, il existe plusieurs cas de figure. Tout d’abord, si le géomètre est actionnaire de la société Exagone, il sera amené à payer 2200 euros pour devenir actionnaire. Ensuite, il doit débourser une cotisation mensuelle de 240 euros. Enfin, pour toute antenne supplémentaire utilisant le réseau TERIA, le géomètre doit payer une prime de 500 euros à l’année.
Si le géomètre concerné n’est pas actionnaire, il doit payer un droit d’entrée de 4500 euros. Ensuite, il doit également payer sa cotisation mensuelle de 240 euros. Enfin, pour toute antenne supplémentaire, le géomètre non actionnaire devra débourser quant à lui une somme de 1000 euros par an.
Technique :
Sur le plan technique, la société Exagone a effectué un appel d’offre auprès de l’ensemble des constructeurs de GPS et des fournisseurs de réseaux. Ainsi, toutes les solutions possibles ont été étudiées. Au final, un accord a été passé avec la société Martec, filiale de la société Thalès, qui devra installer le réseau et l’entretenir durant une période de cinq ans.
D’autre part, la société Martec s’est associée avec la société GEO++ qui développe des logiciels de calculs pour les réseaux GPS. Cette entreprise est spécialiste des calculs pour les réseaux de type FKP. Ce réseau permettant des lignes de base entre les stations de référence, donc de diminuer le nombre de stations sur le terrain, est le facteur déterminant du choix du constructeur.
Ainsi, le réseau TERIA sera un réseau composé de 96 stations de référence disposées à travers le continent, 4 stations de référence sur la Corse. (cf. figure)
Ces stations sont distantes chacune d’elles de 100Km environ, mais la couverture du réseau s’arrête à 1000m d’altitude. Ceci est le désavantage d’un réseau avec des distances aussi longues. En effet, la précision altimétrique devient mauvaise dans les zones montagneuses.
La société Geo++ a effectué des tests avec des distances entres stations de l’ordre de 100KM et plus et obtient des précisions de réaliser les travaux courant des géomètres experts.
Exemple, pour un test dont les distances entre stations varient de 100 à 200km, la station la plus proche est à 65Km. Ce test se base sur un peu plus de 350 mesures.
σxy = 16 mm
σz = 19 mm
TFA = 58 secondes (TFA = Temps pour fixer les ambiguïtés)
Ainsi, on peut espérer obtenir avec le réseau TERIA des résultats comparables. Cependant, nous ne savons avec quel matériel et dans quelles conditions ont été prises les mesures.
D’autre part, la société Exagone a fait parvenir aux géomètres experts des offres sur les récepteur compatibles avec le réseau TERIA. Ces offres contenaient les récepteurs principaux des différents constructeurs : Leica, Trimble, Topcon et Thalès. Un géomètre n’ayant pas de notions de GPS aura du mal à faire son choix sur papier. La partie suivante est donc une comparaison entre les différents récepteurs.
5. Analyse des offres faîtes par la société Exagone
Le réseau TERIA ne fonctionnant pas, et l’idée de départ étant de comparer les récepteurs en l’utilisant, cette comparaison s’articule sur les performances techniques des récepteurs données par les constructeurs.
Si on compare les précisions annoncées par les constructeurs, le récepteur de chez Topcon est alors le plus précis théoriquement avec une précision statique de ± 3mm +0.5ppm en planimétrie et ± 5mm +0.5ppm en altimétrie. Si on compare les performances en mode RTK (Temps Réel), on s’aperçoit que les récepteurs ont une précision planimétrique de l’ordre de ± 10 mm + 1 ppm et une précision altimétrique de l’ordre de ± 20 mm + 1 ppm.
D’autre part, le temps d’initialisation sur le terrain est également important. Ceci permet de gagner ou de perdre du temps si l’initialisation est trop longue. Le récepteur de chez Thalès semble alors le plus rapide avec une initialisation en 2 secondes, alors que l’ensemble des autres récepteurs initialisent en un peu moins d’une minute. Dans ce cas de figure, on ne sait pas dans quelles conditions ces test sont été effectués. De plus, on ne sait pas si c’est un temps d’initialisation à chaud ou à froid, c’est-à-dire si c’est une mesure faite lors de la première initialisation ou si c’est une initialisation après perte du signal. Dans le deuxième cas, le temps d’initialisation est de quelques secondes. On peut donc supposer que c’est le cas pour les tests du récepteur de chez Thalès.
On peut également comparer des caractéristiques plus pratiques. En effet, le poids du récepteur
est un paramètre important lorsqu’on effectue des levers de longue durée. Ainsi, l’ensemble des constructeurs propose du matériel dit « tout sur la canne », c’est à dire qu’il n’y a pas de sac à dos, et que le matériel est miniaturisé au maximum. On arrive donc à des récepteurs pesant pour le plus léger 1.6Kg (Topcon) et pour le plus lourd 3.6Kg (trimble). De plus, les constructeurs ont fait disparaître l’ensemble des câbles reliant le contrôleur à l’antenne. Le nouveau système est un système de communication appelé Bluetooth. Ceci est un avantage certain ,lorsque la personne doit effectuer un croquis puisque les câbles n’existent plus.
Le coût de tous ces récepteurs est également un paramètre important dans l choix des géomètres experts. Ainsi, les prix varient énormément d’un constructeur à l’autre. Ainsi, le récepteur le moins cher est la Smart antenne (Leica) à 11920 euros à l'achat, et le plus cher la smart Rover à 20640 euros. Les autres récepteurs varient entre ces 2 valeurs.
6. Analyse économique
Au niveau économique, il est intéressant de comparer le coût d’utilisation entre un récepteur utilisant le réseau TERIA et un couple de récepteurs pouvant travailler en RTK.D’autre part, les cabinets de géomètres experts moyens se posent la question du nombre de récepteurs à utiliser.
Pour faire la première comparaison ,il faut prendre en compte les différents frais que le réseau TERIA nécessite. De plus, il faut considérer cette comparaison sur une durée d’amortissement du matériel, environ 3 ans. L’utilisation du GPS et le coût de l’investissement sur cette période nous donnent un prix total de 32 528 euros pour un géomètre actionnaire et de 34 828 euros pour un géomètre non actionnaire. En revanche, un couple de récepteurs vaut pour du matériel leica du même type, environ 50 000 euros. Il est donc clair que l’utilisation du réseau TERIA s’avère être un investissement financier intéressant. En revanche, le prix du couple de récepteurs comprend également un logiciel de calculs. Si on considère un logiciel de chez Leica, il faut rajouter 470 euros au coût d’utilisation du réseau TERIA.
Dans un deuxième temps, une étude sur le nombre de récepteurs utilisant leica dans les cabinets est nécessaire. Ainsi, si on considère l’utilisation d’une seule antenne dans le cabinet, il faut alors penser que tous les chantiers ne pourront être rattachés de suite. En effet, il peut arriver que deux équipes soient sur le terrain au même moment. Il faut donc effectuer un déplacement supplémentaire pour rattacher tous les dossiers. Si on prend en compte cette première solution à laquelle on ajoute un surcoût de rattachement, on arrive à un coût sur une période de trois ans de 39 890 euros. En revanche, si on considère l’utilisation de deux antennes avec le réseau TERIA, le coût est de l’ordre de 55700 euros. Ceci représente un écart de 16000 euros environ sur trois ans. Cet écart s’atténue au cours du temps.
7. Conclusion
Ce projet permet donc de mieux comprendre comment fonctionnent les réseaux GPS temps réel dans leur ensemble. En outre, il permet de mieux cerner le fonctionnement technique et économique du réseau TERIA.
D’autre part, il permet de voir à quel point il est difficile de choisir du matériel que les
géomètres ne sont pas habitués à utiliser. En outre, il faut analyser les études économiques et connaître l’organisation que l’on veut donner à son cabinet pour choisir le nombre idéal de récepteurs à posséder.
Mais, cette étude doit ouvrir les portes sur une étude plus pratique, se basant sur des test réels avec le réseau TERIA. En effet, il serait judicieux de réaliser différents tests de précision avec le réseau TERIA. Tout d’abord, réaliser des tests de précision absolue, c’est à dire mesurer une série de points dans le système WGS84 et analyser la précision des mesures. Cette méthode permettra d’observer la précision absolue du réseau.
De plus, il faudrait réaliser des tests dits de précision relative. C’est à dire observer une série de mesures sur un point ou plusieurs points connus dans le système de coordonnées Lmabert93. Ceci permet d’observer la précision du réseau dans le système de coordonnées. Cela donne alors une idée de la précision des mesures finales et rendues aux clients.
Enfin, la technologie GPS est une technologie en plein essor avec la finalisation de la constellation Russe GLONASS, le lancement de la constellation européenne GALILEO et les nouvelles fréquences des signaux. Il est donc probable que le réseau TERIA sera mis à jour techniquement pour recevoir l’ensemble de ces signaux. Il est donc clair, qu’une étude sur l’apport de ces nouvelles constellations pour la précision et la production des données topographiques pourra être effectuée.