16 Avr Systèmes de coordonnées : le guide complet des systèmes de projection dans les SIG et la topographie
Systèmes de coordonnées : guide complet des systèmes de projection dans les SIG et la topographie
La mise en place d’un système de coordonnées correct est essentielle lors du lancement d’un projet de topographie. L’une des raisons les plus courantes des données erronées ou des retards sur le terrain est la non-concordance des systèmes de coordonnées – entre votre rover, votre base, le service NTRIP ou les données d’implantation client.
Pour éviter des erreurs coûteuses, il est important de comprendre la différence entre les systèmes de coordonnées géographiques et les systèmes de coordonnées projetées, ainsi que la manière dont ils fonctionnent ensemble pour garantir une expérience fluide avec les données géospatiales.
Comprendre les systèmes de coordonnées géographiques
Chaque fois que vous ouvrez l’application Uber pour demander une course, une chaîne de processus géospatiaux se met en place. Votre GPS envoie votre position actuelle aux serveurs d’Uber, tandis que la position de votre chauffeur est transmise en temps réel. Tout cela repose sur un système de coordonnées géographiques qui définit l’endroit où vous vous trouvez sur la surface de la Terre.
Le logiciel peut alors effectuer des calculs à partir d’une base de données numérique du réseau routier : « Où êtes-vous ? » « Où allez-vous ? » « Où sont les conducteurs disponibles ? Tous ces points de données font référence à un emplacement dans un système de coordonnées géographiques (SCG). Ces calculs sont effectués rapidement et ne pourraient être menés à bien sans des informations de localisation précises.
Un système de coordonnées géographiques est un ensemble de modèles mathématiques qui nous permettent de situer un point par rapport à un autre sur la Terre. Si vous ouvrez l’application « Boussole » sur votre téléphone, vous verrez apparaître une latitude et une longitude (représentées ici par des degrés, des minutes et des secondes). Il s’agit de votre position sur la Terre. En l’absence d’un SGC normalisé, ces chiffres n’auraient aucune signification.
Coordonnées GPS dans les applications et les appareils mobiles
La Terre est une grande surface tridimensionnelle. Et bien que nous aimions la considérer comme une sphère, la Terre est plus irrégulière que cela, avec les pôles écrasés et l’équateur bombé. La forme correcte de la Terre est un sphéroïde aplati. Pour créer des systèmes de coordonnées géographiques fonctionnels, nous avons donc besoin de mathématiciens spécialisés dans la mesure de la Terre, que l’on appelle des géodésiens. Ce sont ces professionnels qui réalisent les modèles utilisés dans un SCG.
Quelles sont les composantes d’un système de coordonnées géographiques ?
Le SCG est composé de trois éléments : l’ellipsoïde, le géoïde et le datum. Commençons par les deux qui représentent des formes approximatives de la Terre non sphérique. L’ellipsoïde est une boule lisse et comprimée (idéale pour les mesures horizontales). Le géoïde est une forme bosselée, qui tient compte de la gravité et de la topographie (idéal pour les mesures verticales).
Représentation de l’ellipsoïde et du géoïde
Chaque système de coordonnées géographiques comprend deux référentiels : un référentiel horizontal et un référentiel vertical. Le référentiel horizontal utilise l’ellipsoïde pour les mesures horizontales, tandis que le référentiel vertical utilise généralement le géoïde pour les mesures verticales, bien que dans certains cas, la hauteur ellipsoïdale soit utilisée à la place. Le datum définit la manière dont l’ellipsoïde s’aligne sur le géoïde. Cet ensemble de modèles au sein du SCG constitue la base du système de coordonnées projetées (SCP), que nous étudierons plus loin.
Qu’est-ce qu’un système de projection en SIG et en topographie ?
Pour représenter la surface 3D de la Terre sur une surface 2D, nous avons besoin d’une projection cartographique. Cette projection peut représenter la Terre entière ou une partie beaucoup plus petite de la Terre. À tous les niveaux de zoom, une projection est nécessaire. C’est pourquoi presque tous les pays ont leur propre système de coordonnées projetées (PCS). Rien qu’aux États-Unis, il en existe plus de 3 000.
Pour imaginer le défi que représente la représentation d’une forme 3D sur une surface 2D (carte plane imprimée ou numérique), essayez d’enlever une peau d’orange et de la poser à plat sans la déchirer. C’est impossible.
L’une des projections les plus simples, la projection plane, fonctionne comme suit (voir ci-dessous) : l’hémisphère oriental est projeté sur une surface 2D en plaçant une source lumineuse à l’intérieur d’un globe translucide. La masse terrestre grise et les graticules noirs apparaissent alors aplatis, et nous pouvons voir tout le côté du globe.
Projection plane simple sur une surface 2D
Bien qu’il existe un nombre infini de projections, on distingue trois catégories principales : planaire, conique et cylindrique. Chaque type convient à des applications différentes. Par exemple, le type cylindrique est utilisé pour les cartes à grande échelle, principalement pour représenter les zones proches de l’équateur, et n’est généralement pas recommandé pour les cartes à petite échelle.
Vous vous souvenez de l’orange ? Il est impossible d’enlever la peau de l’orange et de l’étaler à plat sans la déchirer. Considérez ces déchirures comme des distorsions dans la carte finale. Chaque projection présente des distorsions différentes et il est donc nécessaire de faire des compromis pour chaque projection cartographique.
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- Les projections conformes préservent les formes et les angles réels des petites zones, mais déforment leur taille. Les cartes aéronautiques et les cartes topographiques en sont des exemples.
- Les projections d’aires égales déforment la forme et la direction, mais affichent les tailles relatives réelles de toutes les zones. Une carte de répartition de la population en est un exemple.
- Les projections de cartes équidistantes préservent les distances, mais seulement d’un ou deux points à un autre point de la carte ou dans des directions spécifiques. Une carte du monde en est un exemple.
La plupart des projections cartographiques sont des compromis mixtes, car le cartographe doit décider quelles distorsions sont acceptables pour l’objectif de sa carte. Il tente de minimiser les distorsions qui ont le plus d’impact négatif sur sa carte.
Quelle est la relation entre le système de coordonnées géographiques et le système de coordonnées projetées ?
Le SCG rassemble les informations relatives à l’ellipsoïde, au géoïde et au datum, indiquant l’emplacement d’un objet dans l’espace 3D. Le système de coordonnées projetées contient les informations du SCG ainsi que d’autres détails tels que le modèle mathématique de la projection.
Types de coordonnées projetées dans les SIG
Quand avez-vous besoin de transformations de coordonnées ?
Lorsque vous travaillez avec des données géospatiales, vous pouvez être confronté à une situation où différents jeux de données ne sont pas alignés correctement. C’est là qu’interviennent les transformations de coordonnées.
Les transformations sont utilisées dans deux scénarios courants.
- Premièrement, lorsque vos données proviennent de différents systèmes de coordonnées projetées, ce qui est fréquent compte tenu de la diversité des PCS utilisés. Une transformation permet de convertir tous vos ensembles de données en un seul système unifié, de sorte que tout s’aligne comme il se doit.
- Deuxièmement, des transformations sont nécessaires lorsque des ensembles de données plus anciens ont été collectés à l’aide d’une technologie dépassée. Dans ce cas, il peut être nécessaire d’ajuster les coordonnées d’origine. Les logiciels de transformation utilisent les valeurs de correction d’une grille de transformation et les interpolent pour qu’elles correspondent à l’emplacement dans le nouveau système de coordonnées.
Que faire si vous n’avez pas beaucoup de connaissances sur les systèmes de coordonnées ?
Vous devez d’abord demander à votre client s’il a un système de coordonnées projetées préféré. S’il n’en a pas ou s’il ne sait pas comment le trouver, vous devez lui demander un jeu de données antérieur dont il dispose.
Si votre client ne peut pas vous fournir d’échantillon de données ni de système de coordonnées établi avec lequel il travaille, vous devrez faire des recherches. Mais le plus simple, si vous travaillez en France, c’est d’utiliser le RGF93 (Réseau Géodésique Français 1993), il constitue la référence géographique légale en France. Il est divisée en plusieurs zones en fonction de la région ou vous vous situez.
- Consultez la carte ci-dessous pour identifier la zone du RGF 93 qui correspond le mieux à votre implantation de points
Recommendations de la Direction générale des finances publiques (Cadastre) pour la France métropolitaine
- Le datum vertical recommandé : RAF20 pour la France continentale, et RAC23 pour la Corse
Comment utiliser les systèmes de coordonnées pour vos projets de relevés
Sur le terrain, vous pouvez être confronté à plusieurs scénarios concernant les systèmes de coordonnées. Nous allons aborder les trois scénarios les plus courants et la manière de les traiter à l’aide de l’application Emlid Flow.
- Le système de coordonnées dont vous avez besoin est connu et se trouve dans la bibliothèque Emlid Flow.
- Vous ne savez pas quel système de coordonnées utiliser.
- Vous disposez de paramètres pour un système de coordonnées non défini dans la bibliothèque Emlid Flow, ce qui vous permet de créer un système de coordonnées personnalisé.
Pour cet exemple, nous utiliserons l’application mobile Emlid Flow, et bien que l’interface diffère de la version de bureau Emlid Flow 360, les principes et les fonctionnalités resteront les mêmes.
Que se passe-t-il si vous disposez d’un système de coordonnées projetées connu ?
Il s’agit du scénario le plus simple. Supposons que vous collectiez des données dans les Bouches du Rhône, et que vous connaissiez déjà votre système de coordonnées : RGF93 CC44 pour l’horizontale et RAF20 pour la verticale.
Emlid Flow comprend une bibliothèque intégrée de systèmes de coordonnées régionaux prêts à l’emploi. Vous pouvez effectuer une recherche par nom, par pays ou par code. Pour le configurer :
Appuyez sur « Nouveau projet » et sélectionnez Système de coordonnées. Recherchez RGF93 CC44 et sélectionnez-le dans la liste.
La bibliothèque intégrée de systèmes de coordonnées spécifiques dans Emlid Flow.
Choisissez ensuite le référentiel vertical – ici la hauteur NGF-IGN69 RAF20. L’application vous proposera automatiquement tous les référentiels verticaux disponibles qui correspondent au système de coordonnées horizontales que vous avez choisi.
Choix du référentiel vertical dans Emlid Flow
Voilà, c’est fait ! Vous êtes maintenant prêt à récolter des données en utilisant le système de coordonnées de votre choix.
Que faire si vous avez besoin d’un système de coordonnées projetées personnalisé ?
Il peut arriver que votre projet de topographie se déroule dans une région où les systèmes de coordonnées standard ne sont pas parfaitement adaptés. Cela peut se produire si les autorités locales ou des industries spécifiques utilisent des datums, des projections ou des modèles altimétriques personnalisés, ou si vos données doivent être alignées sur des systèmes existants ou sur les exigences particulières de vos clients.
Dans ce cas, vous devrez mettre en place un système de coordonnées projetées personnalisé.
Emlid Flow simplifie ce processus, même si le système dont vous avez besoin ne figure pas dans la bibliothèque d’Emlid Flow. Pour le configurer, vous aurez besoin des paramètres suivants :
- L’ellipsoïde sur lequel votre système de référence est basé
- Le type de projection et ses paramètres
- Le type de transformation et ses paramètres
- Le modèle de géoïde (si vous travaillez avec des hauteurs orthométriques)
N’utilisez que les paramètres pertinents pour votre configuration. Par exemple, vous pouvez ignorer la transformation si votre projection partage le même datum que votre base. Si vous choisissez de travailler avec des hauteurs ellipsoïdales, la sélection d’un modèle de géoïde n’est pas nécessaire.
Prêt à configurer votre système de coordonnées personnalisé ? Suivez notre guide étape par étape pour commencer.
Effectuer des relevés avec vos systèmes de coordonnées dans Emlid Flow
Il est essentiel de comprendre le concept des systèmes de coordonnées géographiques et projetées pour obtenir des résultats d’arpentage précis. Maintenant que vous savez comment fonctionne ce concept, vous pouvez facilement préparer vos projets de levés à l’aide des applications Emlid Flow ou Emlid Flow 360. Pour en savoir plus sur la façon dont les fonctionnalités de l’application peuvent vous aider dans vos tâches d’arpentage, consultez Emlid Flow.
