Un mot sur les datums

Quand on demande « quel est le cadre de référence utilisé par le GPS? »,la réponse est inévitablement : « WGS 84 ». Mais si on demande quelle version du WGS 84, la réponse n’est pas aussi évidente. En outre, GPS, SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS, GAGAN, etc.), Omnistar, radiophare, station de référence locale, etc., utilisent tous des datums ou des cadres de référence différents. Il est très important de comprendre les différences entre les diverses implémentations au sein d’un datum spécifique, et de s’assurer que les cartes et les données GPS sont de la même version que le datum utilisé.
 

GPS et historique de l’évolution du WGS 84
(La version anglaise du texte en italiques provient de la source NGS suivante : http://www.ngs.noaa.gov/faq.shtml#WGS84)

 

Le WGS 84 (ou SGM 84) est le Système géodésique mondial de 1984. Il s’agit du cadre de référence utilisé par le Department of Defence (DoD) des États-Unis et est défini par la National Geospatial-Intelligence Agency(NGA) (auparavant National Imagery and Mapping Agency) (auparavant Defence Mapping Agency). Le DoD utilise le WGS 84 pour tous ses besoins de positionnement, cartographie, navigation et arpentage, y compris les orbites de « diffusion » et les orbites « précises » de son GPS. Le WGS 84 a été défini en janvier 1987 à l’aide de techniques Doppler de topographie par satellite. Il a servi de cadre de référence pour l’émission des éphémérides (orbites) à compter du 23 janvier 1987.

Cette version initiale du WGS 84 est appelée le WGS 84 (original).

À 0000 GMT le 2 janvier 1994, la précision du WGS 84 était mise à niveau grâce aux mesures GPS. Le nom officiel devenait alors WGS 84 (G730) puisque la date de mise à niveau coïncidait avec le début de la semaine 730 du GPS. Il est devenu le cadre de référence des orbites de diffusion le 28 juin 1994.

À 0000 GMT le 30 septembre 1996 (début de la semaine 873 du GPS), le WGS 84 était à nouveau redéfini et aligné plus précisément sur le Repère international de référence terrestre (ITRF) 94 du Service international de la rotation terrestre (IERS). Il a alors été appelé WGS 84 (G873). Le WGS 84 (G873) était adopté comme cadre de référence pour les orbites de diffusion le 29 janvier 1997.

Le 20 janvier 2002, la plus récente réalisation du WGS 84, appelée WGS 84 (G1150) était adoptée et est la version actuelle. Cette réalisation est basée sur l’ITRF 2000. Entre la première implémentation du WGS 84 (original) et la révision actuelle, il peut y avoir des différences de 1 à 2 mètres. En Amérique du Nord, on peut utiliser l’outil de transformation en ligne des datums

La section suivante explique pourquoi il y a eu changement de cadre de référence pour les orbites GPS.

 

GPS et Repère international de référence terrestre (ITRF)

Les orbites GPS sont calculées à partir de données recueillies par un réseau global de récepteurs coordonnés par le Service international de GPS pour la géodynamique (IGS). La précision des orbites GPS dépend de plusieurs facteurs, notamment la précision des coordonnées des sites de cueillette de données. La surface du globe n’est pas lisse et rigide comme une coquille d’œuf. Elle est faite de plusieurs sections, ou plaques, qui se déplacent lentement dans des directions et à des vitesses différentes dans un processus appelé mouvement crustal. Les scientifiques étudient ces mouvements pour plusieurs raisons. Notamment, ils souhaitent savoir où se trouvent les masses terrestres l’une par rapport à l’autre, et où elles se dirigent. Comme les sites IGS se situent sur ces plaques de lithosphère, nous devons pouvoir évaluer où les sites se trouvent lorsque les données sont recueillies.

Le Service international de la rotation terrestre (IERS) calcule périodiquement les positions des sites à une date donnée. Les sites définissent l’IERS, le Repère international de référence terrestre (ITRF), et la date définit l’époque. L’IERS calcule également les mouvements (ou la vélocité) des sites afin d’établir avec une certaine précision où ils se situeront dans un avenir « rapproché ». L’IRTF est une norme acceptée à l’échelle internationale, et présente le système de référence géocentrique le plus précis disponible actuellement. Plus la durée d’opération des sites est longue, meilleure est l’estimation de leur position et de leur vélocité, et plus les orbites sont précises.

Le GPS et le SBAS sont tous les deux basés sur le cadre de référence ITRF 2000, avec la différence suivante :

  • Le GPS a fixé l’époque à janvier 2002 (en d’autres termes, pour le GPS, le mouvement crustal de la terre s’est arrêté depuis 2002 et ce jusqu’à la prochaine révision)
  • Le SBAS (WAAS, EGNOS, MSAS, etc.), par contre, recalcule l’emplacement des stations terriennes régulièrement (presque chaque année) et prédit (ou projette) leur vélocité future pour quelques mois ou jusqu’au milieu de l’année suivante.
 

Coordonnées GPS et datum de carte

Lorsqu’un récepteur GPS est utilisé en mode autonome (sans correction différentielle), les coordonnées émises sont en WGS 84 (G1150), le cadre de référence GPS actuel. Lorsqu’on utilise les corrections différentielles suivantes :

  • Du SBAS : les coordonnées émises par un récepteur GPS sont en ITRF 2000 (époque actuelle)
  • Du service VBS Omnistar en Amérique du Nord : les coordonnées émises sont en Nad 83 (original). (OmniSTAR a choisi de maintenir son système VBS nord-américain sur le datum NAD83 afin de maintenir l’uniformité avec les données topographiques VBS antérieures.)
  • Du service VBS Omnistar mondial (excluant l’Amérique du Nord) : les coordonnées émises sont en ITRF 2005 (époque actuelle)
  • Radiophare : vérifiez quel datum est utilisé auprès de votre garde côtière locale
  • Une station de référence locale (en temps réel ou avec post-traitement) : le mobile suivra le datum des coordonnées utilisées par la station de référence
  • Post-traitement en ligne du PPP (precise point positioning) canadien : choix de Nad83 (CSRS98) ou ITRF 2005

Les datums locaux ont aussi évolué ailleurs dans le monde. Par exemple aux États-Unis, le NAD 83 (North American Datum of 1983) était originalement équivalent au WGS 84. Depuis, il a suivi son propre cheminement et a maintenant divers qualificatifs NAD 83 (CORS 96) ou HARN. Le Canada a aussi migré du NAD 83 (original) au NAD 83 (CSRS 98)
http://www.geod.nrcan.gc.ca/publications/papers/abs6_e.php

Heureusement, les révisions récentes des datums locaux sont liées à une révision ITRF, permettant ainsi l’utilisation de 6, 7 ou 14 transformations de paramètres. Il importe de s’assurer que le logiciel de collecte de données sur le terrain ou le logiciel SIG/topographique au bureau supporte les différentes révisions du datum et que les paramètres de transformation sont à jour.

 

Références utiles sur le datum

 

Repère international de référence terrestre :
http://itrf.ensg.ign.fr/

Service international de la rotation terrestre et systèmes de référence :
http://www.iers.org/

 

Canada

Système canadien de référence spatial (Ressources naturelles Canada) :
http://www.geod.nrcan.gc.ca/index_e.php

Outil de transformation en ligne TRNobs de Ressources naturelles Canada :
http://www.geod.nrcan.gc.ca/tools-outils/
(fournit les paramètres de transformation utilisés)

Article – Réalisation et unification du NAD83 au Canada et aux États-Unis grâce à l’TRF :
http://www.geod.nrcan.gc.ca/publications/papers/abs6_e.php

 

États-Unis

Positionnement horizontal en fonction du temps, outil de transformation NGS en ligne :
http://www.ngs.noaa.gov/cgi-bin/HTDP/

Article – Transformation des positionnements et vélocités entre le Repère international de référence terrestre (ITRF) 2000 et le Datum nord-américain de 1983 (NAD 83) :
http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles/SolerSnayASCE.pdf

Liste d’articles du site Web NGS :
http://www.ngs.noaa.gov/CORS/Articles/

 

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