Levé de terrain en mode RTK (cinématique en temps réel)

Le positionnement GPS en mode cinématique en temps réel (RTK : Real Time Kinematic) constitue la meilleure méthode pour effectuer un levé de terrain avec une exactitude centimétrique. Ce mode requiert l’utilisation de deux récepteurs GPS (l’un est stationnaire à une station de base, tandis que l’autre est mobile) qui communiquent entre eux au moyen d’une liaison radio. La station de base doit permettre d’avoir une vue dégagée du ciel, de même qu’une ligne de visée ininterrompue du récepteur mobile. La précision de la position du récepteur mobile par rapport à la station de base dépend de la longueur de la ligne de base mesurée, de sorte qu’il est préférable que la longueur de la ligne de base soit la plus courte possible (<10 km).

Le RTK permet d’exécuter un positionnement différentiel de phase en temps réel et de calculer le vecteur 3D (DX, DY, DZ) entre les antennes du mobile et de la base. Les coordonnées de la station de base et les hauteurs des deux antennes doivent être introduites pour calculer les coordonnées-terrain à l’emplacement du récepteur mobile.

Comment le RTK (positionnement cinématique en temps réel) fonctionne-t-il?

Les données de la station de base (soit les données GPS brutes ou les corrections RTK; il y a différentes approches RTK) sont envoyées par radio en temps réel au récepteur mobile. Lorsque des satellites communs sont visibles en nombre suffisant depuis les deux antennes GPS, une solution « FIXE » peut être calculée avec une précision de l’ordre du centimètre.

Lorsque le nombre de satellites communs est insuffisant, on calcule une solution « FLOTTANTE » dont la précision est moindre (quelques décimètres). Vous pouvez attendre d’obtenir une solution « FIXE » ou réinitialiser le système (consulter le manuel), ce qui ne réussit pas toujours puisque, la plupart du temps, la solution « FLOTTANTE » résulte d’une faible visibilité des satellites à l’emplacement du récepteur mobile.

Les systèmes RTK sont offerts en versions bifréquence et monofréquence. Les systèmes bifréquences offrent une meilleure précision, sont plus rapides et peuvent mesurer de plus longs vecteurs que les systèmes monofréquence. Le choix du matériel repose ultimement sur votre budget, sur les longueurs prévues des vecteurs et sur la précision requise. Consulter les spécifications du fabricant.

Voici des précisions planimétriques types (valeur quadratique moyenne) auxquelles on peut s’attendre pour des vecteurs de diverses longueurs dans des conditions idéales :

Dois-je procéder à un post-traitement?

Il est recommandé (mais non essentiel) d’avoir un logiciel de post-traitement différentiel de phase. Si la communication radio est perdue entre le récepteur mobile et le récepteur de la station de base (en raison d’un obstacle ou d’une distance trop grande), il est tout de même possible de produire des positions corrigées à l’emplacement du récepteur mobile au moyen du post-traitement. Réglez votre station de base de façon à enregistrer des données GPS brutes pendant tout le levé RTK. Si le récepteur mobile perd la liaison radio, enregistrez les données brutes au récepteur mobile (selon les recommandations du fabricant) et exécutez un post-traitement différentiel de phase en combinaison avec les données brutes recueillies à la station de base.

On pourrait utiliser le post-traitement différentiel de phase plutôt  que le RTK afin d’exécuter un levé de terrain (il s’agit du même matériel GPS, la liaison radio en moins). Toutefois, l’utilisateur perdrait les avantages du RTK (rétroaction sur le rendement du matériel et résultats finaux en temps réel).

Comment puis-je déterminer les coordonnées exactes de la station de base?

1. L’une des méthodes courantes consiste à rattacher la station de base à un point de contrôle actif (PCA) au moyen d’un post-traitement différentiel de phase.
   
   

   

   Post-traitement différentiel de phase à un point de contrôle actif (PCA))
   
   
   Puisque la précision dépend de la distance, cette méthode est recommandée uniquement lorsque le point de contrôle actif se trouve à proximité (moins de 30 km***). On peut alors obtenir des coordonnées exactes de la station de base au cours d’une période d’observation relativement courte. ***Veuillez prendre note qu’une distance de 30 km n’est qu’une indication générale. La distance, le temps d’observation et la précision dépendent du matériel et des logiciels utilisés. Veuillez consulter les recommandations du fabricant. Certains logiciels scientifiques sont en mesure d’offrir une précision de quelques centimètres sur des distances de 100 à 200 km, lorsqu’ils sont utilisés correctement.
   
   Les coordonnées de la station de base seront dans le même système de référence (datum) que le PCA, donc l’utilisateur doit s’assurer que les coordonnées et le système de référence du PCA sont appropriés.
   
   
2. Un nombre croissant d’utilisateurs du GPS utilisent des services de positionnement par point unique tels que le SCRS-PPP de RNCan.
   
   

   

   SCRS-PPP)
   
   
   Le SCRS-PPP est un service facile d’utilisation, offert gratuitement en ligne, qui permet d’obtenir des exactitudes comparables à celles d’un post-traitement différentiel de phase. Le SCRS-PPP vous relie aux orbites précis des satellites GPS et fournit des coordonnées corrigées d’une exactitude « absolue » constante, peu importe l’endroit où vous vous trouvez sur le globe, indépendamment de la proximité à une station du Système canadien de contrôle actif (CACS).
   
   Voici des exactitudes planimétriques types (valeur quadratique moyenne) auxquelles on peut s’attendre à l’aide du SCRS-PPP en mode statique :
   
   

   Table des exactitudes planimétriques à l’aide du SCRS-PPP en mode statique

   	2 à 3 h d’observation	12 à 24 h d’observation
   SCRS-PPP en mode statique (récepteur bifréquence)	<5 cm	<1 cm
   SCRS-PPP en mode statique (récepteur monofréquence)	<50 cm	S/O

Quand doit-on utiliser le SCRS-PPP, avant ou après le levé RTK?

Il est préférable de déterminer les coordonnées de votre station de base avant d’entreprendre les travaux en mode RTK. Vous pouvez établir la station de base à l’avance et y recueillir des données brutes (pour une période allant de 2 heures à 24 heures selon l’exactitude requise). Laissez la station de base en place. Convertissez les données brutes au format RINEX et soumettez-les au SCRS-PPP en mode statique pour traitement. Le SCRS-PPP peut traiter les données approximativement 90 minutes après la collecte. Après avoir obtenu des coordonnées exactes au moyen du SCRS-PPP, vous pouvez commencer les travaux en mode RTK.

S’il n’est pas possible de recueillir des données brutes et de les faire traiter par le SCRS-PPP à l’avance, vous pouvez tout de même exécuter le levé en mode RTK en introduisant des coordonnées approximatives de la station de base. Assurez-vous que les données brutes de la station de base sont enregistrées (de façon continue) le plus longtemps possible. Exécutez le SCRS-PPP en mode statique après le levé en mode RTK, calculez la différence (entre les coordonnées approximatives et les coordonnées PPP) et appliquez-la (décalage 3D) à tout le levé. Cependant, cette méthode comporte un inconvénient mineur. En effet, pour chaque dix mètres d’erreur dans la position de la station de base, une erreur supplémentaire de 1 ppm (1 mm par kilomètre) est introduite dans le calcul de la ligne de base.

Une méthode populaire consiste à établir des coordonnées exactes pour 2 points à l’intérieur de la zone du levé (à une bonne distance l’un de l’autre et à visibilité réciproque). Pour ce faire, recueillez des données brutes GPS simultanément aux deux points et effectuez un post-traitement des deux jeux de données au moyen du SCRS-PPP en mode statique. Traitez également les deux fichiers comme une ligne de base (distance, azimut) à l’aide de votre logiciel de post-traitement différentiel de phase. À partir des coordonnées obtenues du SCRS-PPP, vous pouvez également calculer la distance et l’azimut entre les points (programme INDIR, solution inverse). La comparaison de ces résultats peut servir de contrôle de la qualité et, de plus, vous aurez le choix de deux points géodésiques. Choisissez l’un de ces points comme l’emplacement de la station de base; ainsi, le levé sera ancré sur ce point. L’autre point peut être trattaché à l’aide du récepteur mobile pendant le levé RTK (pour une vérification complémentaire) et utilisé comme visée arrière pour un levé classique.

Quels sont les aspects essentiels que je dois connaître au sujet du SCRS-PPP?

• Les données GPS brutes sont habituellement consignées dans un format (ASCII ou binaire) propre au fabricant de GPS. Tous les fabricants devraient fournir le logiciel servant à convertir les données brutes au format RINEX (Receiver-INdependent Exchange, format normalisé d’échange de données GPS brutes indépendant du récepteur).
• Vous devez vous assurer que l’en-tête du fichier RINEX contient la hauteur d’antenne appropriée, le numéro de série de l’instrument, le numéro de série de l’antenne ainsi que son type. Vous pouvez introduire ces renseignements soit pendant le processus de remise en forme ou à la main à l’aide d’un éditeur de texte (le fichier RINEX est un fichier ASCII).
• Les erreurs les plus courantes ont trait à la hauteur de l’antenne (erreur de mesure de la hauteur de l’antenne ou type d’antenne mal identifié dans l’en-tête du fichier RINEX).
• Le SCRS-PPP peut traiter les données selon deux modes : statique ou cinématique. Le mode statique permet de produire une position corrigée d’après la moyenne des données soumises, tandis que le mode cinématique permet d’obtenir des données corrigées d’une « poursuite » (track).
• Les coordonnées obtenues peuvent être dans les systèmes de référence NAD83(SCRS) ou ITRF/WGS84
• Durée minimale de l’observation : Dans des conditions idéales, il faut une période initiale (habituellement de 60 à 90 minutes sans perte de signal) afin d’obtenir une convergence initiale. On peut obtenir des exactitudes statiques d’environ 5 cm (récepteur bifréquence) et de 20 à 50 cm (récepteur monofréquence). Dans des conditions moins favorables, on devra accroître la durée de cette période.
• Prolongation des observations : Lorsqu’on utilise des récepteurs bifréquences (uniquement), l’exactitude continuera à converger/s’améliorer si vous faites des observations de plus longue durée (assurez-vous de ne pas perdre le signal). Les récepteurs bifréquences peuvent atteindre une exactitude d’environ 1 cm avec des données sur 12 à 24 heures en mode statique. Il n’est pas nécessaire d’avoir une quantité énorme de données; limitez la taille de vos fichiers en consignant les données à des intervalles de 5, de 10 et même de 30 secondes.
• Les récepteurs GPS ne se valent pas tous, de sorte qu’il est impossible de généraliser. Faites l’essai de votre matériel à un emplacement connu, comparez vos résultats aux coordonnées publiées et examinez les graphiques illustrant la vitesse de convergence dans les trois directions (latitude, longitude, hauteur).