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Le système GPS

Fonctionnement d’un GPS (III)

5. Lecture d’une carte IGN au moyen d’un GPS

Si le grand public n'utilise pratiquement jamais son GPS pour se localiser sur une carte, c'est parfois indipensable au travail des scientifiques, notamment les topographes, mais également aux amateurs des chemins de grandes randonnées. Il n'est donc pas inutile de rappeler les notions de base de la lecture d'une carte au moyen d'un GPS.

Un GPS grand public fournit généralement des coordonnées géographiques dans le système mondial WGS84 et exploite le système de projection plane UTM. Ces deux systèmes de coordonnées sont reportés sur les "cartes IGN" (Institut Géographique National).

Notons pour taire une rumeur persistance que la carte dite "d'état-major" (au 1/80000 initialement) n'existe plus, et a été remplacée par la carte au 1/25000 (la "Série bleue") de l'IGN depuis... quelques dizaines d'années. On peut également utiliser des cartes topographiques (dites TOPO) compatibles GPS; il s'agit de toutes celles publiées après mars 1999 qualifiée de "TOP 25".

Il est donc assez facile de reporter sur de telles cartes les coordonnées UTM affichées par un GPS et de savoir exactement où l’on se trouve. Ceci dit on peut également se perdre avec un GPS ou si on est incapable de lire une carte !...

La première question que se pose un randonneur est de savoir comment peut-il retrouver sa position sur une carte IGN ? Tout d'abord que trouve-t-on sur une carte IGN ?

Une carte IGN est une carte en 2D et parfois 3D qui affiche le réseau routier (routes et chemins), le réseau ferroviaire, les lignes électriques, les clôtures et limites, la végétation et les cultures (l'utilisation du sol), les constructions, les limites et notations administratives, le réseau hydrographique (mer, lac, étang, fleuve, rivière, ruisseau, source, puits et château d'eau), l'orographie (courbes de niveaux, estompage, points cotés d'aide à la lecture, ravines, courbes de niveau des glaciers, etc), les éléments remarquables, la toponymie (villes, villages, lieux-dits, etc), la planimétrie (les légendes) et les abrévations. Les cartes 2D contiennent également plusieurs systèmes de coordonnées qui devraient satisfaire l’utilisateur le plus exigeant.

A lire :  Légendes d'une carte IGN (be) - Lire une carte IGN (fr)

Lire et utiliser une carte IGN (SEIG/IGN) - Lecture de carte (UNIT)

A gauche, une carte numérique (DEM) du plateau Matheysin au nord de la Mure (sud de Grenoble) sur lequel a été superposé une carte IGN 3336OT géoréférencée. La troisième dimension ajoute du relief et plus de réalisme aux cartes IGN. A droite, une carte IGN classique d'une région de France. Documents Bayo et IGN.

Les cartes IGN reprennent en effet plusieurs échelles et différents quadrillages qui permettent d’estimer les distances réelles sur le terrain. Rappelons que les valeurs indiquées sont des distances horizontales “à vol d’oiseau”. Si elles conviennent plus ou moins pour une balade en voiture, elles ne conviennent pas du tout pour estimer la longueur d’un trajet sinueux en zone montagneuse par exemple.

La portion de carte IGN présentée ci-dessus à droite contient cinq échelles différentes (A à E). Sur le côté gauche ainsi qu’en dessous de la carte se trouvent deux échelles de mesures ainsi que des repères (amorces). Chacun correspond à un système de coordonnées.

A – L’échelle tracée à gauche correspond aux repères du système WGS84 en projection plane UTM, coordonnées exprimées en kilomètres par rapport au méridien de Greenwich.

B – Une échelle de mesure dans le système européen ED50 (European Datum 1950) exprimée en coordonnées géographiques (Degrés, Minutes, Secondes) par rapport au méridien de Greenwich.

C – Une échelle de mesure dans le système français NTF en coordonnées géographiques exprimées en grades (100 gr = 90°) par rapport au méridien de Paris.

D – Les repères du système NTF en projection Lambert, coordonnées exprimées en kilomètres par rapport au méridien de Paris. Le premier chiffre indique la zone du Lambert, ex : Y= 3164 = 3 et 164 = Lambert III, 164 km en Y; pour l’axe X, la zone n’est pas indiquée mais uniquement la distance qui est de 760 km depuis le méridien d’origine.

E – Les amorces du système NTF en projection Lambert II étendu, coordonnées exprimées en kilomètres par rapport au méridien de Paris. La zone n’est pas indiquée mais nous sommes à 373 km du parallèle d’origine situé à 52°.

F – Un quadrillage bleu-mauve correspondant à la projection UTM (voir A). Elle est complétée par de petits croisillons noirs correspondant à la projection Lambert.

G – le numéro de la carte suivant le plan général d’assemblage de l’IGN : 15.23 ouest.

Voyons à présent comment lire une carte IGN.

A lire : Notions de navigation

A la boussole et au GPS

A gauche les zones en projection plane UTM. A droite les zones en projection plane Lambert.

Selon le modèle de récepteur GPS, vous pouvez utiliser l’un ou l’autre système de coordonnées et de projection. Si vous souhaitez utiliser le système de projection UTM comme dans ce cas ci, assurez-vous que ce système est proposé sur votre GPS et est actif. Ce paramétrage doit être configuré dès l’initialisation du système au risque de vous fourvoyer totalement et de ne pas pouvoir utiliser votre carte.

La projection plane UTM est déterminée par deux critères :

1°. La zone du quadrillage indiquée en haut à droite de la carte (31U par exemple si vous explorez la Belgique et la France).

2°. La date de la projection ou "datum" qui figure en bas de la carte (auprès des indications d’intervalle des lignes de contours, des unités d’élévations et du type de projection) : “North American Datum 1983” (NAD83) par exemple.

Ces deux paramètres, zone et datum, doivent être encodés dans votre GPS.

Vient ensuite la recherche à proprement dite d’une coordonnée relevée par le GPS et son report sur la carte.

Plus l’échelle de la carte est grande (petit nombre), plus vous avez de facilité pour localiser votre point de repère ("waypoint") avec précision. Idéalement vous devez utiliser une carte IGN au 1:25000, c’est-à-dire que 1 cm = 25000 cm ou 250 m. La précision d’une telle carte est d’environ 25 mètres (1 mm sur la carte), juste ce qu’il faut pour ne pas se tromper de route ou de sentier. Ce sont les plus répandues. Une carte à l'échelle du 1:50000 signifie que 1 cm = 500000 cm soit 500 m.

Admettons que nous devions rejoindre un point de repère situé dans la zone UTM 31U (entre 48-56°N et 0-6°E) aux coordonnées 5123800m.N et 529800m.E (en Belgique). A partir de ces nombres, le système UTM nous dit que ce point se situe à 5123800 mètres soit 5123.8 km de l'équateur et à 529800 mètres soit 29.8 km à l'est du méridien du fuseau 31U. Il n'est pas utile de calculer la distance au méridien de Greenwich car il n'est pas à l'origine du fuseau considéré. Pour effectuer ce calcul il faudrait convertir ce nombre dans le système WGS84, une option proposée dans tous les logiciels de navigation).

Une carte IGN ou une carte TOP 25 (1:25000) de cette région mentionnera plusieurs échelles dont les repères des coordonnées UTM, à savoir sur l’axe vertical (Nord) les milliers (5 et 6) et les centaines de km (11, 12, 13, …) par rapport à l'équateur et sur l’axe horizontal (Est) les repères (5 et 6) et les dizaines de km (28, 29, 30…) par rapport au fuseau courant. Notons qu’un point situé à 8/10e au nord et à l'est d’un carré de coordonnées UTM ou autrement dit écarté de 3.2 cm dans chaque direction est décalé de 3.2 * 250m soit de 800 mètres vers le nord et vers l’est. Ses coordonnées sont donc 5123800m.N et 529800m.E.

A propos du format d'échange GPX

Quand on travaille avec une carte IGN et un GPS, il vient un moment où il faut convertir un système de coordonnées dans un autre. Il existe un format standard d'échange de données qui permet d'utiliser les informations fournies par un GPS avec les logiciels de cartographie ou tout simplement avec Google Earth pour retrouver une localisation sur base de photographies aériennes numérisées, c'est le format GPX.

Comme quantité d'autres logiciels de navigation, GPS TrackMaker exploite ce format d'échange et permet notamment de convertir les coordonnées géographiques fournies par un GPS en projection UTM. Il permet également de créer et d'éditer des routes. Ce programme est gratuit et compatible avec la plupart des récepteurs GPS. G7ToWin est un produit similaire et même plus complet.

Bien sûr il existe des logiciels plus sophistiqués, capables d'exploiter en complément des cartes topographiques tel ExpertGPS.

L'exemple suivant affiche le contenu d'un fichier listant trois waypoints au format GPX. Bien entendu le texte aurait pu être encodé en français ou dans n'importe quelle autre langue :

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1" standalone="yes"?>
<gpx version="1.0"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns="http://www.topografix.com/GPX/1/0"
xsi:schemaLocation="http://www.topografix.com/GPX/1/0 http://www.topografix.com/GPX/1/0/gpx.xsd">
<wpt lat="56.7850666667" lon="-5.0671833333">
<name>None given</name>
<desc>Old Fort</desc>
<sym>Named landmark</sym>
</wpt>
<wpt lat="56.6760666667" lon="-4.9142">
<name>Devil's Staircase Summit</name>
<desc>Top of the Devil's Staircase</desc>
<sym>Scenic point</sym>
</wpt>
<wpt lat="57.63985" lon="-6.2716">
<name>The Needle</name>
<desc>Rock Pinnacle</desc>
<sym>Ascent start</sym>
</wpt>
</gpx>

Ce fichier peut-être plus complet et lister notamment l'altitude du waypoint et des données personnelles. A partir de ces données un logiciel de navigation plus sophistiqué pourra même représenter le profil du parcours en 3D et associer les waypoints à des photographies que vous auriez prises sur place.

6. Enregistrement de points de repères ou "waypoints" au GPS

Après avoir suivi une route ou une piste un peu au hasard, à la fin de votre excursion vous allez vouloir rentrer chez vous. L’une des méthodes consiste à entrer les coordonnées de votre destination et de suivre la trajectoire proposée par le GPS. Mais en pleine nature c’est généralement impossible car il n’y a qu’une seule voie d’accès ou une vallée vous sépare de votre destination; vous n’avez pas d’autre choix que de faire demi-tour et reprendre le chemin par lequel vous étiez venu. Dans ce second cas le GPS vous propose deux méthodes pour tracer votre route, une automatique et une manuelle.

A lire : GPS et géolocalisation

Comment aller d'une carte au GPS et vice versa

A gauche, définition des symboles associés aux points de repères (waypoints) dans le logiciel ExpertGPS. A droite, édition des points de repères enregistrés par un GPS et transférés dans le logiciel ExpertGPS.

A. La méthode automatique

Au cours de votre excursion, le GPS va enregistrer régulièrement des waypoints (à ne pas confondre avec les amers ou "points d'intérêts" - les POI - qui sont des lieux remarquables comme des gares, hôtels, monuments, point de vues, rochers, lacs, etc). Selon les modèles il peut enregistrer jusqu’à 500 waypoints en une journée. 

Si vous parcourez 300 km en une journée sur des routes que vous ne connaissez pas, vous pouvez vous contenter d'enregistrer 30 à 50 waypoints selon la difficulté du parcours. Au moment du retour, il vous suffira de rappeler la route suivie ou d’utiliser la fonction “Trackback” si votre GPS en est équipé. Le GPS vous indiquera le cap à suivre et la distance du prochain waypoint et ce jusqu’à votre point de départ. En complément il calculera l’heure d’arrivée (ETA) en fonction de votre vitesse.

Bien entendu, plus le logiciel de navigation est sophistiqué, plus l'ergonomie sera soignée, les options nombreuses et en principe plus la précision sera élevée.

A lire : Converting Google Maps' Directions into GPS Route/Waypoints

B. La méthode manuelle

En appuyant sur un simple bouton du GPS ou en utilisant le stylet d'un PDA (Personal Digital Assistant genre PocketPC), vous pouvez enregistrer manuellement autant de waypoints que vous souhaitez entre votre point de départ et celui d’arrivée.

Voici par exemple une manière d'enregistrer les waypoints sur un PDA :

A gauche, création d'un "waypoint" à la position du stylet sur un PDA relié à un GPS et équipé du logiciel CartoExploreur 3CE de Bayo. Au centre, création d'une route à partir du premier waypoint. A droite, pour créer un nouveau waypoint de route il suffit de cliquer sur un point de la carte. Documents IGN/Bayo.

Vous pouvez donner un nom à chaque waypoint pour faciliter votre repérage (départ, hôtel, bifurcation, bois, lac, tunnel, montagne, arrivée, etc) et associer chacun d’eux à un symbole (maison, hutte, croisillon, carré, auto, poisson, etc).

 L’ensemble de ces points vous donneront une route. A tout moment vous pouvez également interroger votre GPS pour connaître par exemple le cap, la distance ou le temps à parcourir jusqu'à un certain waypoint que vous avez précédemment enregistré.

Les GPS peuvent stocker entre 500 et 3000 waypoints mais cela ne suffit pas toujours pour de longues excursions où il faut tenir compte de nombreux points intermédiaires afin de tracer une route aussi précise qu'une carte routière. Dans ce cas il faut disposer de mémoire externe, d'un PDA par exemple équipé d'un disque dur de grande capacité, ce qui permet de stocker jusqu'à 80000 waypoints.

Mais comment établir une route si on ne peut reconnaître le parcours sur le terrain ? Soit vous avez déjà enregistré un waypoint dans le GPS soit c’est un nouveau parcours. Dans le premier cas il suffira d’indiquer au GPS la direction et la distance du nouveau waypoint afin qu’il calcule automatiquement les coordonnés de ce nouveau point.

Dans le second cas, vous devez utiliser une carte topographique (IGN) comme celle que nous avons décrite précédemment et relever successivement différents waypoints que vous enregistrerez dans votre GPS ou via le PDA (en coordonnées UTM). Généralement ce travail est simplifié si vous utilisez par exemple un logiciel de navigation tel CartoExploreur de Bayo ainsi que nous l'avons expliqué ci-dessus. Ce logiciel se base sur des cartes IGN fournies sur CD-ROM (pour PC ou Mac) ou sur carte flash (CF ou SD pour PDA).

Vous pouvez imprimer la liste des waypoints. Le document reprendra au minimum leur numéro de façon chronologique, leurs coordonnées géographiques et leur description. En complément vous pouvez afficher leur altitude et le nom associé au waypoint.

Exemple de waypoints relevés en Ecosse (version lisible du fichier précédent au format GPX):

Waypoints for all categories:

Number: 133
Category: Backpacking
Type: Named landmark
Name: None given
Place name: Dun Deardail
Description: Old Fort
Latitude: N 56 deg. 47.104 min.
Longitude: W 5 deg. 4.031 min.

Number: 136
Category: Backpacking
Type: Scenic point
Name: Devil's Staircase Summit
Place name: Altnafeadh, West Highland Way
Description: Top of the Devil's Staircase
Latitude: N 56 deg. 40.564 min.
Longitude: W 4 deg. 54.852 min.

Number: 137
Category: Climbing
Type: Ascent start
Name: The Needle
Place name: The Quiraing, Isle of Skye
Description: Rock Pinnacle
Latitude: N 57 deg. 38.391 min.
Longitude: W 6 deg. 16.296 min.

Notons que ce log n'indique par l'altitude des waypoints. Il ne sera donc pas possible de représenter le profil vertical du parcours. Soit l'altitude n'a pas été calculée soit le GPS appartient à une ancienne génération et ne dispose pas d'altimètre barométrique intégré (tel le Garmin eTrex Summit).

Prochain chapitre

Comment faire le point avec un GPS ?

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