Localisation GPS

Vous pouvez télécharger le document de cours à compléter du théme géolocalisation ici

I. Latitude et Longitude

I.1. Parallèles et méridiens

Se repérer sur terre, une animation pour vous aider avec Géogebra

I.2. Minutes et secondes

Chaque espace entre deux lignes mesure un degré. Ces degrés peuvent être encore divisés en minutes. Imaginez qu'il existe 60 minutes homogènes entre deux lignes de latitude et deux lignes de longitude. Vous pouvez trouver des cartes sur Internet qui vous aideront à identifier le nombre de minutes correspondant au lieu que vous cherchez à localiser. Vous devriez utiliser une apostrophe pour indiquer le nombre de minutes entre les lignes

Par exemple, si vous avez trouvé qu'il existe 23 minutes entre deux lignes de latitude, vous devriez écrire « 23' ».

Les minutes sont encore divisées en secondes. Il existe 60 secondes entre deux minutes. Encore une fois, vous pourriez utiliser une carte sur Internet pour identifier précisément le nombre de secondes qui correspondent à votre lieu. Vous pouvez deux apostrophes pour indiquer le nombre de secondes

Par exemple, si votre lieu est positionné à 15 secondes de la dernière minute de longitude, vous devrez ajouter « 15 ».

Les minutes sont encore divisées en secondes. Il existe 60 secondes entre deux minutes. Encore une fois, vous pourriez utiliser une carte sur Internet pour identifier précisément le nombre de secondes qui correspondent à votre lieu. Vous pouvez utiliser deux apostrophes pour indiquer le nombre de secondes.

Exemple

23°12'32''N, 156°06'51'' E est la donnée d'un position, elle se lit "Latitude : 23 degré 12 minutes 32 secondes Nord, Longitude : 56 degré 6 minutes 51 secondes Est

Exercice

Comment se lit la position : 32°58'5''S, 121°10'23''O

II. Triangulation

Exercice

Voici une activité pour vous faire comprendre ce qu'est la triangulation et à quoi ça sert :

L'unité est le mètre. On cherche un objet caché à 10 mètres de Bob, 15 mètres de Dorian et 8 mètres de Louise.

Quelle est le nombre d'informations nécessaire à la localisation d'un lieu en 2 dimensions?
Même question mais en 3 dimensions?

III. Les systèmes de géolocalisation :

Exercice

A l'aide des trois vidéos répondre au questionnaire à télécharger ici.

Donner une définition du principe de la géolocalisation à l'aide des vidéos ci dessous :

Vidéo 1

Vidéo 2

Vidéo 3

Vidéo 4

IV. Les cartes numériques :

IV.1. Un exemple de carte numérique : GEOPORTAIL.

Géoportail est un portail Web public permettant l'accès à des services de recherche et de visualisation de données géographiques ou géolocalisées.
Il a notamment pour but de publier les données géographiques de référence de l'ensemble du territoire français.
Vous pouvez vous rendre sur le site de Géoportail via le lien accès à GEOPORTAIL.

Exercice

Rendez vous sur le site Géoportail
Rechercher le lycée Simone Veil à Marseille et afficher la carte.
Quelle est le nombre de fond de carte disponible ?

Géoportail est donc un portail accessible fourni par l’administration française. Les informations sont directement issues des services administratifs français tels que le cadastre, les ponts et chaussées ...

Exercice

Essayer l’affichage des différents fonds de cartes.
Déterminer les coordonnées géographiques(Latitude, Longitude,Altitude) de la porte d’entrée principale du lycée.
Déterminer le ou les numéro(s) de parcelle(s) cadastrale(s) sur la ou lesquelles est situé le lycée.

IV.2. Autre portail opensource : OPENSTREETMAP.

accès à OPENSTREETMAP

V. Le protocole NMEA

Nous avons maintenant des informations sur le fonctionnement physique d'un système de géolocalisation et avons vu la mise en pratique via Géoportail et OpenStreetMap.
Mais comment le logiciel de carte numérique connait-il les positions GPS ?

En informatique un protocole correspond à un ensemble de normes permettant à différents périphériques informatique de dialoguer entre eux en réseau .

Les Normes de ce protocole sont définies et contrôlées par la National Marine Electronics Association (NMEA), association américaine de fabricants d'appareils électroniques maritimes.

V.1. Normes NMEA

le NMEA 0183 qui a l'avantage d'être "lisible" mais qui est basée sur une communication série assez lente, peu performante et plus complexe à mettre en réseau.
Une plus récente le NMEA 2000 qui n'est pas directement « lisible » mais qui est basée sur un vrai réseau basé sur un « CAN bus » principalement issu de l'industrie des transports, beaucoup plus rapide et simple à installer en réseau

Une trame NMEA est donc une suite de caractères contenant des informations de géolocalisation comme :

La latitude, la longitude, L'altitude Le nombre de satellites L'heure, la date...

V.2. Comment lire une trame?

Il existe plus d'une trentaine de trames GPS différentes. Le type d'équipement est défini par les deux caractères qui suivent le $. Le type de trame est défini par les caractères suivants jusqu'à la virgule.

par exemple :

$GPGGA,064036.289,4836.5375,N,00740.9373,E,1,04,3.2,200.2,M,,,,0000*0E

Les deux premiers caractères après le signe $ identifient l'origine du signal. Les principaux préfixes sont :

BD ou GB - Beidou
GA - Galileo ;
GP - GPS ;
GL - GLONASS.

Le préfixe GN est utilisé dans le cas de signaux mixés GPS + GLONASS.

Chaque trame a sa syntaxe propre, mais selon le cas elles peuvent ou doivent se terminer, après le *, par un système de contrôle qui permet de vérifier que la trame n'a pas été endommagée avant sa réception.

La trame GGA est très courante car elle fait partie de celles qui sont utilisées pour connaître la position courante du récepteur GPS.

Traduction de la trame :

$ GPGGA : Type de trame
064036.289 : Trame envoyée à 06 h 40 min 36 s 289 (heure UTC)
4836.5375,N : Latitude Nord :48°36.5375’ (DDM) = 48,608958° (DD) = 48°36'32.25" (DMS) 00740.9373,E : Longitude 7,682288° Est=7 ° 40 ' 56.238" Est
00740.9373,E : Longitude Est :7°40.9373’(DDM)= 7,682288° (DD) = 7°40'56.238 " (DMS)
1 : Type de positionnement (le 1 est un positionnement GPS)
04 : Nombre de satellites utilisés pour calculer les coordonnées
3.2 : Précision horizontale ou HDOP (Horizontal dilution of precision)
200.2,M : Altitude 200,2, en mètres
,,,,,0000 : D'autres informations peuvent être inscrites dans ces champs
*0E : Somme de contrôle de parité, un simple XOR sur les caractères entre $ et *OE

Exercice

A l'aide de Python nous allons tester quelques trame GPS

Voici le script à modifier à loisir pour déterminer les villes localisées par les trames :

# Code à utiliser avec le langage Python
                    import webbrowser
                    zoom='16' # Faire des essais avec différentes valeurs
                    latitude=55.75025 # Expliquer comment vous trouvez  ce résultat
                    longitude=37.6205 # Expliquer comment vous trouvez  ce résultat

                    webbrowser.open("https://www.openstreetmap.org/#map=" + zoom + " / " + str ( latitude )
                    + "/ " + str ( longitude))
                    # Observer dans l'URL les paramètres

Voici un exemple de trame GPS, quelle est la ville indiquée par cette trame :

Voici un autre exemple de trame GPS, quelle est la ville indiquée par cette trame :

Exercice

Déterminez le lieu ou la photo a été prise :

La liste des données Exif (Exchangeable Image file format) intégrées par vos appareils photos numériques regroupe foule d'informations parmi lesquelles :
La date et l'heure à laquelle la photo a été prise, les coordonnées GPS….

Enregistrer la photo sur votre ordinateur puis trouver les informations de la photo (clic droit détails )

Où a été prise la photo?

C'est grâce à ce genre d'informations que des personnes ayant commis des actes délictueux (comme par exemple photographier les sujets du Bac 2023 !) ont pu être retrouvées.

VI. Les calculs d'itinéraires

Itinéraire : chemin à suivre pour se rendre d'un point géographique A à un point géographique B.

Comme vous avez pu le constater quand vous avez travaillé sur Open Street Map, il est possible de définir les voies de communication (les routes). La base de données OpenStreetMap contient donc les données des routes répertoriées à ce jour. En utilisant ces données, il est possible de développer des outils capables de calculer des itinéraires routiers.

Comme le propose toutes les applications web de type "GPS " (Googlemap,Viamichemlin, mappy...)

Il suffit de renseigner votre lieu de départ, votre lieu d'arrivée puis l'application web calcule votre itinéraire.

Ce calcul d'itinéraire repose sur des algorithmes, par exemple l'algorithme de Dijkstra qui permet d'obtenir le plus court chemin entre deux points.

Mais tous les logiciels de calcul d’itinéraires utilisent ils le même algorithme ?

Exercice

Déterminer à l’aide de Mappy et Viamichelin et calculerlesdistances.com le kilométrage et le temps nécessaire pour aller du lycée Blaise Pascal à Saint Dizier jusqu’au lycée Henry Poincaré à Nancy.

On notera la distance et le temps de parcours annoncé par application.
Quel constat faire?

Nous avons réalisé un script Python qui permet de construire un graphe et de déterminer le plus court chemin avec l'algorithme de Dijsktra :

Exercice

BGdu52 veut se rendre à la plage de Sainte Marie Du Lac en partant de Saint-Dizier en Bus.

La tableau suivant donne les liaisons possibles avec leur temps de parcours et leur distances :

Liaison	Distance	Temps
Saint-Dizier/Hallignicourt	6km	9 min
Hallignicourt/Ambrières	4 km	6 min
Ambrières/Landricourt	7 km	9 min
Landricourt/Sainte Marie du lac	8km	14 min
Saint-Dizier/Valcourt	4,5 km	7min
Valcourt/Eclaron	5 km	7 min
Eclaron/Sainte-Livière	3,5km	4 min
Sainte-Livière/Sainte Marie Du lac	8,9 km	13 min
Laneuville au pont/Ambrières	1,8 km	2 min

En adaptant le script suivant :

Déterminer le parcours le plus rapide
Déterminer le parcours le moins long

SNT de Auteurs : Thomas Cailliez, Jean-Christophe Gérard, Claire Huet, Hassan Hassnaoui, Thomas Lourdet, Johan Monteillet, Pascal Thérèse est mis à disposition selon les termes de la licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International.

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