Quelques explications sur les coordonnées géographiques et la navigation au GPS

à l'usage de ceux qui parcourent le monde


Un grand merci à mon ami Pierre, qui se trouve être un spécialiste du domaine, et qui a pu revoir et me faire corriger cette page !

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Les coordonnées géographiques

Les coordonnées géographiques permettent d'identifier un point dans le monde de manière unique et très précise.
Dans le langage des spécialistes, cela s'apelle un "point d'amer".
Il faut se baser sur un système géodésique, qui définit un référentiel dans lequel un point donné est défini par sa longitude, sa latitude et son altitude.
Le système géodésique le plus courant à l'heure actuelle est le WGS 84. Toutes les coordonnées géographiques que nous indiquons en vert dans l'ensemble de
ce site se réfèrent à ce système. Nous utilisons les degrés et décimales de degrés (de préférence aux degrés et minutes, ou degrés, minutes, secondes), car c'est pratique, répandu et précis.

Le fait de pouvoir identifier très précisément un point de cette manière est d'une extrême efficacité pratique, avec de nombreuses applications potentielles. Au lieu d'indiquer un lieu par une description textuelle ou graphique lourde et souvent ambiguë, on ne garde ou communique qu'une petite séquence de chiffres. Quel que soit le point du globe considéré, la méthode est applicable.

Un exemple :
45.72313°N, 04.87256°E: le supermarché chinois "Paris Store" à Vénissieux, dans la banlieue lyonnaise. Pas du tout facile à trouver quand on n'est pas du coin, qu'on a loupé la sortie "Lyon Etats Unis" sur la N383, et qu'on tourne depuis un moment dans le quartier des Minguettes à la recherche de ce supermarché... d'où la valeur de ces coordonnées géographiques.

Un autre exemple, plus champêtre:
Au point 45.412917°N, 05.938217°E vous trouverez tous les ans au début de l'été des fraises des bois en abondance. Peut-on trouver description plus succincte de l'endroit en question? Sans ces coordonnées j'aurais du vous expliquer longuement comment vous y rendre, ou afficher un extrait de carte, dont la localisation aurait du être précisée.

Un dernier exemple, exotique:
Le sentier qui monte au sommet de Moiwayama part du point 43.036700°N, 141.322033°E. Là aussi, ce n'est pas évident à trouver, dans cette ville du bout du monde où personne ne se soucie d'indiquer les sentiers pédestres.

Maintenant, voyons comment nous rendre à un point indiqué par ses coordonnées géographiques.

Le GPS

Le GPS (Global Positioning System) est justement un système qui permet, en écoutant des satellites militaires américains avec un récepteur électronique, de déterminer les coordonnées géographiques de la position du récepteur, avec une bonne précision, partout dans le monde.
Tout simplement.
Pour plus de détails techniques, comment ça marche, combien de satellites... cherchez un peu sur internet on trouve plein d'info là-dessus.

Un mot sur la précision: le GPS militaire est très précis, mais ses données sont cryptées. Pour les civils la précision est dégradée, elle est en général de "quelques dizaines de mètres", et si les conditions de réception sont très bonnes elle peut être de l'ordre de 10m. Pour les cartes et les images, on pourra donc se contenter de techniques de calibration qui donnent une précision de cet ordre.

Et aussi, au cas où ce ne serait pas clair : il n'y a pas d'abonnement au GPS (il suffit d'avoir un récepteur et ça marche), le récepteur GPS n'émet rien (ni les satellites GPS ni personne ne vont connaître votre position).

La navigation au GPS

A partir de cette fonctionnalité "de base", les applications potentielles pour la localisation et la navigation sont innombrables... Voyons quelques exemples, du plus simple au plus élaboré :
-relever les coordonnées géographiques d'un point intéressant, quand on se trouve sur place avec le récepteur
-calculer la distance et le cap d'un point intéressant dont on connaît les coordonnées géographiques, a partir de la position courante (ce qui aide beaucoup à retrouver les points en question!)
-parcourir une suite de points intéressants dont connaît les coordonnées géographiques: c'est ce qu'on appelle une "route" dans le langage de la navigation au GPS
-relever périodiquement (tous les 100m, ou toutes les minutes...) les coordonnées géographiques des endroits ou l'on passe avec le récepteur : c'est ce qu'on appelle une "trace" ou un "tracé"

Les logiciels de calibration d'images et de navigation

On peut aller plus loin : reporter ces points, routes et tracés sur une carte numérisée, ou tout autre image qui représente le terrain (par exemple les photos aériennes ou des images satellitaires). Ou au contraire, définir des points et des routes à partir d'une carte, et s'en servir pour naviguer sur le terrain.
De nombreux logiciels permettent de naviguer sur des cartes dans un format "propriétaire" raster ou vectoriel. Par exemple le CartoExplorer de Bayo sur les cartes de l'IGN. L'inconvénient de ces logiciels est qu'ils ne liront jamais que les cartes qui sont dans leur format, et que le format de cartes qu'ils proposent n'est pas lisible dans d'autres logiciels. C'est donc un système fermé, à prendre tout d'un bloc ou à laisser.
Les bricoleurs & débrouillards leur préféreront donc les logiciels "ouverts" qui permettent de calibrer n'importe quelle image raster (quelque en soit l'échelle, l'origine, le lieu représenté...), et ainsi de pouvoir naviguer dessus avec des fonctions plus ou moins évoluées.
Dans cette catégorie, les plus célèbres sont le logiciel allemand Touratech QV et le logiciel australien
OziExplorer, que j'utilise. Ozi est facile a utiliser, stable, performant, et possède beaucoup de fonctionnalités intéressantes. La version complète d'Ozi est payante mais pas excessivement chère par rapport à toutes ces qualités. OziExplorer tourne sur PC Windows, et la version spéciale allégée OziExplorerCE tourne sur WindowsCE, c'est à dire sur les PDA "PocketPC".


Première étape : la calibration de l'image.

Dans le cas de cette image déjà "orthorectifiée", la calibration est extremement simple. Mais souvent, pour les cartes, elle dépend beaucoup de la projection, que le logiciel doit connaître. Le logiciel Ozi supporte des dizaines de projections classiques, ou sinon, fait de l'interpolation polynomiale (on lui indique alors une dizaine de points de coordonnées connues sur la carte).

Quelques exemples d'utilisation:


Report sur une image satellite de points relevés sur le terrain.


Report de ces mêmes points sur une carte topographique détaillée.


Report d'une trace sur une carte routière.

Et ici, un autre exemple de points et tracés sur une carte topographique.

Les cartes numériques

Un logiciel comme Ozi est livré sans aucune carte à part quelques index très généraux. Il faut lui donner du contenu sur lequel naviguer. On peut bien sur scanner des cartes en papier, ou chercher des cartes déjà numérisées. Les cartes les plus détaillées sont les plus intéressantes bien sur, mais aussi les plus difficiles à trouver (alors que des cartes générales des pays par exemple se trouvent très facilement : par exemple à
l'université d'Austin, Texas)

Le site geodesie.ign.fr:
On y trouve le fond de carte de toute la France métropolitaine au 1/50000 ! On peut parcourir cette carte avec des fonctions de zoom. Ensuite, on peut en exporter des morceaux de 1 Mo max (zoomer à fond sur la partie intéressante, choisir dans le menu en haut à gauche Fenêtre -> Exporter, en format jpg, et baisser la qualité pour pouvoir exporter des parties plus grandes). C'est une vraie mine !
On arrive ainsi à exporter par exemple des images de 2000x2000 pixels en jpeg qualité 15 (tout à fait acceptable).


Exemple de carte téléchargée de geodesie.ign.fr, au zoom maxi en qualité 60

Les anciennes cartes militaires soviétiques couvrent le monde entier avec une bonne précision, mais ne se downloadent pas simplement gratuitement, à ma connaissance. On peut par contre facilement les acheter, mais c'est plutôt cher.

Exemple de carte soviétique, au 1/200000

Les TPC des Etats-Unis sont leur équivalent (moins précis) dans l'autre camp. Voir ci-dessous comment les télécharger à partir de geoengine.nga.mil, pour l'extrême orient en particulier.


Exemple de TPC, au 1/500000

L'IGN a cartographié dans le passé toutes les colonies et protectorats français. Ce sont de très bonnes cartes, même si elles n'ont pas été mises à jour depuis. Pour certains pays (Sénégal, Mauritanie), on peut encore en obtenir des copies auprès de l'IGN. D'autres pays refusent que l'IGN distribue des cartes de leur territoire (Maroc, Tunisie). Toutes ces cartes circulent "sous le manteau" en format numérique... on peut voir ça comme de la "conservation du patrimoine" !


Exemple de carte IGN du Sahara

Le site
http://mapy.mk.cvut.cz/
Ce site propose un méli-mélo de cartes diverses et variées, sans aucun soucis pour les droits d'auteur ou les copyrights apparemment. Un peu (très) fouillis, mais on y trouve quelques raretés intéressantes.

Les images satellitaires

Les images Lansat du site Zulu de la Nasa
Ces images ont une résolution d'environ 14m / pixel, ce qui veut dire que chaque point de l'image représente un carré d'environ 14m de côté. Elles sont récentes (vers 1999-2002), et en (fausses) couleurs.
Un gros avantage de ce site est que chaque dalle est énorme : environ 40000 x 40000 pixels, soit 1,6 milliards de points ! On peut donc couvrir une grande zone sans faire beaucoup de manips de calibration.
Par contre, compte tenu de leur taille, ces images sont dans un format spécifique "MrSid", qui les compresse de manière adapté et stocke plusieurs niveaux de zoom. Avec Ozi c'est facile : il existe un plugin spécifique pour lire le MrSid, à télécharger à partir du site d'OziExplorer.


Exemple d'image Landsat, à 50 % (28m/pixel) et à 100% (14m/pixel).

Le site http://geoengine.nga.mil/
Un site qui couvre une bonne partie du monde, avec une bonne précision: 10m / pixel, encore mieux que sur Zulu !
Comme ce site n'est pas très facile à utiliser, voici un bref mode d'emploi:
Si la précision est la même sur toutes les zones couvertes, la "qualité" apparente est variable. Par endroits on obtient des images très détaillées qui peuvent être utiles pour naviguer dans des zones peu ou mal cartographies, et à d'autres endroits (Alpes françaises par exemple), les images ne sont vraiment pas terribles.


Téléchargement des TPCs:
Pour les TPCs c'est pareil, mais il faut choisir le bon "Desired product" dans le menu au début.
Vérifier aussi la couverture sur la carte index... il semble que seul l'extrême orient (est de la Russie, Corée, Japon, nord de la Chine) est disponible, on se demande bien pourquoi.

Le menu de geoengine.nga.mil nous parle aussi dans le menu d'images "Quick bird 0.6 m" pour nous faire saliver (60 cm par pixel ! rendez-vous compte!), mais non, ce n'est pas pour le grand public !

Un exemple de système de navigation complet: matériel, logiciel et données

Voici le système de navigation embarqué dans mon
KZJ 95 ou... dans ma poche :



La configuration peut varier un peu selon les destinations, mais en général je prépare des cartes et images satellites de précisions variées dans OziExplorer sur un PC, puis je transfère ces images calibrées dans la carte mémoire du PDA-GPS. S'il y a des points intéressants connus d'avance, ils sont rentrés dans le PC puis chargés dans le GPS jaune et/ou le PDA-GPS, de même pour les routes prédéfinies (listes de points à suivre). Au retour, la trace de chaque GPS peut être sauvée sur le PC, mais c'est plutôt le GPS jaune qui apporte la trace la meilleure.
Ces deux appareils étant très petits et légers, on peut les prendre dans la poche quand on s'arrête pour aller marcher.


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