Géo-positionnement et Systèmes d’information géographique M’bène FALL mbenef@yahoo.fr Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Sommaire Motivations Les technologies de positionnement GPS Glonass Galileo Egnos GSM formats de récupération des données Les applications de géo-positionnement et retombées économiques Conclusion Master2 Génie Informatique 2004-2005

Motivations Besoin de permanent connaître une heure, une position. Multiplication des applications dépendantes de notre localisation. Master2 Génie Informatique 2004-2005

Les technologies de positionnement GPS : Global Positioning System Historique Composition du GPS Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Historique du GPS 1965 : Premier concept GPS par le DoD des USA 1972: étude de faisabilité 1978 : premier tir satellite GPS. 1983 : Signaux GPS accessible aux civils. 1990 : Précision dégradé. 1994 : GPS déclaré opérationnel. 2000 : Les restrictions d’accès sont supprimées. 2004 : accord final pour interopérabilité technique et complémentarité du GPS avec Galileo futur système européen Master2 Génie Informatique 2004-2005

Segment spatial: 24 satellites NAVSTAR sur 6 orbites Composition du GPS Segment spatial: 24 satellites NAVSTAR sur 6 orbites - altitude de 20184 Km - 12 h révolution terrestre - horloge atomique Segment de contrôle: 5 stations américaines au sol. Segment utilisateur: ensemble des utilisateurs. Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Fonctionnement du GPS Master2 Génie Informatique 2004-2005

Codage et Fréquence Fréquence de communication : 1783 MHz 2275 MHz Segment utilisateur : L2 1227 MHz en BPSK L1 1575 MHz en QPSK. Segment de contrôle Codage de l’information (segment utilisateur) : Modulation BPSK ou QPSK Ou exclusif Données Code P Code C/A Chaque satellite a son propre code C/A (coarse acquisition ) et code P (protected). BPSK = Bynary Phase Shift Keing. 0 = une phase 1 = une autre phase. QPSK = Quadra Phase Shift Keing. 2 symboles binaires par phase. Prend moins de bande passante par rapport au BPSK. Étalement de spectre (numérique) sur 20 MHz. A la transmission : Codage puis modulation. Les codes sont générés par des polynômes connus. Taille des codes 1024 bits. OU EXCLUSIF : 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 source: Baptiste Burles Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 GPS conclusion Utilisation gratuite mais pas de garantie de fonctionnement Signal non accessible dans environnement fermé Couverture non intégrale de la planète Possibilité de services à valeur ajoutée payants. Nouveaux signaux prévu avec les nouvelles génération de satellites (M-code, nouveau signal L2C, troisième signal L5 à 1176 Mhz) Master2 Génie Informatique 2004-2005

Glonass: GLObal NAvigation Satellite System Développé à partir de 1982 par la RUSSIE Opérationnel depuis 1997 24 satellites sur 3 orbites incliné de 64.8° à 19130 Km Chaque satellite possède sa propre fréquence 5 stations au sol Usage militaire Seuls 7 satellites sont actifs à cause de problèmes économiques La Russie est intéressée par Galileo Master2 Génie Informatique 2004-2005

Galileo : Futur système de positionnement européen initiative de l’Union Européenne et Agence Spatiale Européenne Motivations: Indépendance de l’Europe face au GPS américain Supprimer les restrictions du GPS (précision et fiabilité) Avoir un Système novateur et performant Système sous contrôle strictement civil Calendrier: Développement et validation en orbite (2001-2005) Déploiement (2006-2007) Exploitation commerciale (à partir de 2008) Financement de Galileo :partie privé et publique= Union Européenne et l’Agence Spatiale Européenne (ESA). Coût de 3,4 milliards d’euro 1998-1999: Etude comparative de système 200-2001: def du syst de base Développement et validation en orbite (2001-2005) – consolidation des exigences de la mission, – développement de 2 à 4 satellites et des composantes au sol, – validation du système en orbite. - Déploiement (2006-2007) – construction et lancement des 26 à 28 satellites restants, – installation du segment sol complet. - Exploitation commerciale (à partir de 2008) Master2 Génie Informatique 2004-2005

3.1 Composition de Galileo La partie Spatiale: 27 satellites actifs plus 3 de secours placés sur 3 orbites à 23616 Km Satellite: 700 Kg, une horloge atomique panneaux solaires La partie au sol: 2 centres de contrôles en Europe min de 2O stations au sol les récepteurs individuels Galileo diffusera 10 signaux sur 3 bandes de fréquence: 6 pour les services gratuits 2 pour le service commercial 2 pour le service public réglementé Rôle centre de contrôle: contrôler, gérer les satellites et synchroniser les horloges atomiques Les 20 stations : envoyer les données à transmettre aux satellites (les transferts sont aussi reçu par le centre de contrôle) source ESA Master2 Génie Informatique 2004-2005

3.2 Galileo : Les Services prévus Fréquences des Signaux Galileo : E5a (1164-1189 MHZ);E5b(1189-1214 Mhz) E6(1260-1330 Mhz); L1(1563-1587 Mhz); Service Ouvert (ou OS pour Open Service) Service commerciale ( ou CS pour Commercial Service) Service de la sûreté de la vie (ou SOL pour Safety of Life Service) Service de recherche et secours (ou SAR pour Search And Rescue service) Service public réglementé (ou PRS pour Public Regulated Service) Service Ouvert (ou OS pour Open Service): comme service gratuit offert par GPS mais avec plus grande précision. aucune information d’intégrité n’est assurée Service commerciale ( ou CS pour Commercial Service): payant, précision améliorée par rapport au OS. Possibilité de diffuser des infos cryptées à l’aide de deux signaux supplémentaires. Service de la sûreté de la vie (ou SOL pour Safety of Life Service): identique à l’OS mais avec infos d’intégrité. Utilisé pour les applis où des vies risquent d’être en danger si le signal d’affaiblit. Service public réglementé (ou PRS pour Public Regulated Service): fiabilité du service amélioré, réservé aux administrations comme les pompiers. Doit être disponible en tout temps. Service de recherche et secours (ou SAR pour Search And Rescue service): pour la recherche d’émetteurs d’alertes. Master2 Génie Informatique 2004-2005

Galileo : logique de développement Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Galileo: Conclusion GALILEO est à la fois le concurrent et le complémentaire du GPS Disponibilité du signal quasi parfaite De meilleurs services pour l’utilisateur Plus grande fiabilité et une moindre vulnérabilité Responsabilité contractuelle Une réduction de la charge sur les budgets publics Création probable de 140000 emplois Coût de l’ordre de quatre milliards d’Euros Master2 Génie Informatique 2004-2005

Service Européen de navigation par complément géostationnaire. Motivations: Réel besoin de fonctions de communication, Navigation et Surveillance du système de gestion de trafic aérien( CNS/ATM) Améliorer les performances du GPS et de GLonass première initiative de l’Europe dans ce domaine Trois Services Principaux: Service Correction différentielle Service Intégrité Service Ranging 1991: Concept de CNS/ATM par l’Organisation de l’aviation civile internationale : Fonctions Communication,Navigation et Surveillance du système de gestion du trafic aérien (Air Traffic Management). 1995 : début du programme Egnos. Résulte d’un accord tripartite entre la Commission Européenne (CE), l’Organisation Européenne pour la Sécurité de la Navigation Aérienne (Eurocontrol) et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) La probabilité de défaillance d’un satellite GPS est estimée 100 fois supérieure à l’allocation globale de non-intégrité par heure de vol pour la fonction navigation d’un aéronef Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Egnos : Composition Trois répéteurs installés dans les satellites géostationnaires (Immarsat- III et Artemis) Segment sol : - 30 stations de télémétrie et de contrôle d’intégrité - quatre centres de contrôle principaux - 6 stations de liaison montante Les satellites Immarsat-lll installés en océan atlantique et océan Indien et Artemis développé par l’ESA sera sur l’afrique Aéroports de Madrid, Londres, Frankfort et Rome Large recouvrement régional européen Recouvrement étendu déjà prévu pour afrique ,Europe de l’est Source ESA Master2 Génie Informatique 2004-2005

Egnos:Comment fonctionne-il ? Complément du GPS et GLonass Augmentation de la précision de localisation Voir le doc de l’ESA et faire un schéma de synthèse. Sur L1 seront propagées en temps réel des infos sur l’intégrité et la constellation du système GPS amenant ainsi robustesse et fiabilité Amélioration des donnés Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Egnos:Conclusion Large recouvrement régional européen. Recouvrement étendu déjà prévu pour l’Afrique , et l’Europe de l’est. Existence de système équivalent: MSAS (MTSAT (Multi function Transport Satellite) Satellite Based Augmentation System) pour le Japon WAAS (Wide Area Augmentation System) pour les USA Le tout forme le standard mondial recommandé par l’ICAO (international civil Organisation) Voir le doc de l’ESA et faire un schéma de synthèse. Master2 Génie Informatique 2004-2005

GSM: Global System for Mobile Communication 1950 : Première génération de téléphonie mobile 1971 : mise en œuvre du concept cellulaire avec « Advanced Mobile Phone Service » 1982: Création du Groupe Spécial Mobile 1987 : GSM fixe les choix technologiques pour utilisation des téléphones mobiles 1991: Première communication par Global System For Mobile Communication et passage en numérique Plus d’un milliard d’abonnés dans 205 pays et territoires Master2 Génie Informatique 2004-2005

GSM: Global System for Mobile Communication Le concept cellulaire F2 F7 F3 F1 F6 F4 F5 Motif élémentaire réutilisation de fréquences dans sept cellules Motif dans un réseau Master2 Génie Informatique 2004-2005

GSM: Global System for Mobile Communication Cellule : puissance d’émission fréquence porteuse réseau auquel elle est connecté Quatre type de services principaux: Service Outdoor Service Incar Service Indoor( Soft Indoor et Deep Indoor) Seul système de positionnement Indoor Deux bandes de fréquences: 890-915 [Mhz] pour communications mobiles-> station de base 935-960 [Mhz] pour communications station de base->mobiles Fréquence porteuse pour émission radio éléctriques. Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 GSM: Architecture Le GSM est organisé de la façon suivante : le système radio mobile (Mobile Station) : l’utilisateur le système de gestion radio (Base Station Subsystem) : l’antenne le sous système réseau (Network Switching Subsystem) interconnexion des antennes le système de gestion réseau (Network Management Subsystem) : supervision du réseau L’ensemble forme le Public Land Mobile Network Fréquence porteuse pour émission radio éléctriques. Master2 Génie Informatique 2004-2005

GSM:le géo-positionnement Le système le plus simple repose sur l’identification de la cellule (ou Cell-ID) dans laquelle se trouve l’abonné. La précision se compte en centaines de mètres en ville et en kilomètres en campagne. Des technologies plus sophistiquées procédant par triangulation permettraient de s’approcher de la précision du GPS. Mais elles ne sont pas d’actualité chez les opérateurs français. Grands avantages du GSM: Les terminaux et cartes SIM existants suffisent. Le seul système actuel de géolocalisation indoor (dans les espaces fermés, dans les immeubles, les gares ou les aéroports). A la portée des PME pour coût peu élevé et la simplicité de mise en œuvre. Fréquence porteuse pour émission radio éléctriques. Master2 Génie Informatique 2004-2005

GSM: Etat des lieux des Offres de géolocalisation GSM en France SFR: après un démarrage avorté, la stratégie est en cours de redéfinition. Bouygues Telecom: annonce avoir des clients mais aucune offre commerciale n’est clairement mise en avant. Orange :affiche une stratégie claire. L'opérateur a ainsi déployé une plateforme délivrant uniquement les coordonnées «X, Y» du mobile correspondant à un numéro de téléphone. Un service difficilement exploitable tel quel. Orange fait appel à des partenaires qui proposent des services à valeur ajoutée intégrant : cartographique archivage des déplacements de personnes ou de groupes la génération d’alertes recherche de personnes situées dans une zone donnée. (services accessibles par le biais d’un simple site web ou mieux, via une plate-forme en mode ASP ) Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 GSM: Quelques Prix Prestataire Service Technologie Description Coût France Telecom/ Orange Service Localisation Orange Cell-ID Plate-forme délivrant les coordonnées X,Y des terminaux d’une base d’abonnés Orange 100 euros par mois et par terminal plus 4 à 8 centimes par requêtes de localisation(selon quantité) Global Staff Consulting eGeoTrack Cell-ID(basée sur l’offre Orange) Service à valeur ajoutée sur une plate-forme en mode ASP ou via un logiciel déployé dans l’entreprise(intégration avec le Système d’infos) Offre ASP: 600 euros plus 6 euros par mobile et par mois (plus coût de requêtes vers Orange). Offre logicielle: 6 à 10 euros par mobile et par mois plus 1500 à 3000 euros pour la cartographie. Webtiss Technologies Geofleet Cell-ID basée sur l’offre Orange(bientôt Bouygues) GPS(avec GPRS pour échange de données Service à valeur ajoutée sur une plateforme en mode ASP(intégration avec SI) 500 euros par an et plus de 8 euros par mobile et par mois (plus coût de requêtes vers Orange). 500 euros par an et plus de 8 euros par mobile et par mois plus les coûts GPRS (selon fréquence de la remontée d’informations). Webtiss TechnologiesGeofleetCell-ID basé sur l'offre Orange et bientôt celle de BouyguesService à valeur ajoutée sur une plate-forme en mode ASP, intégration avec le système d'information500 euros par an plus 8 euros par mobile et par mois (*)GPS (avec GPRS pour l'échange de données)500 euros par an plus 8 euros par mobile et par mois plus les coûts GPRS (selon fréquence de la remontée des informations) source:znet.fr Master2 Génie Informatique 2004-2005

Formats de récupération des données Le Standard RINEX Le Format standard NMEA 0183 Formats basés XML • NVML, POIX, GPSml, … Formats propriétaires • Garmin, Trimble, Master2 Génie Informatique 2004-2005

Protocoles et Format de récupération des données RINEX: Receiver INdependant Exchange format (format d’échange de données indépendant du récepteur) Accomode GPS et Glonass et utilisé dans la phase 1 de Galileo. Fichier d’observations, d’éphémérides et météorologique. NMEA 0183 : National Marine Electronic Association. Format textuel des données GPS envoi sur liaison série à un hôte. Exemple de trame NMEA : $ ID MSG ,D1,D2,D3,…Dn * CS [CR][LF] Message id terminateur Début du msg delimiter Talker id (GP pour GPS) Ckecksum 2 hexa for 8 bits Msg data fields Master2 Génie Informatique 2004-2005

Applications des systèmes de Géo-positionnement Les applications sont multiples : Transport (Assistance à la navigation, …) Surveillance d’infrastructures routières (Viaduc de Millau). Urgence Gestion de flottes (taxis) Loisirs (Alpinisme, Randonnée, Voile, …) Traçabilité (Conteneurs, Courrier rapide, Flot de véhicule ..) Géomètre, Cadastre, BTP, Agriculture, … Sécurité des biens (vol de véhicule, de conteneurs, …) Sécurité des personnes (enfants, prisonniers, VIP) Surveillance d’employés (respect de horaires et utilisation du matériel Réalité augmentée ,aide aux handicapés Aide au déplacements dans un milieu fermé (bibliothèques, parc d’attraction..) Etude des mouvements terrestres . Applications pervasives. Master2 Génie Informatique 2004-2005

Applications des systèmes de Géo-positionnement Projections : chiffre d’affaires total de la navigation par satellite au plan mondiale devrait croître de 15 milliards d’euros en 2001 à 140 milliards en 2015. Marché européen total estimé à 37 milliards de dollars en 2003 Retombées économiques (Galileo) de l’orde des 200 milliards en 2020 source CNES Master2 Génie Informatique 2004-2005

Master2 Génie Informatique 2004-2005 Conclusion Remarques? Questions? Master2 Génie Informatique 2004-2005

Documentation Consultée European Spatial Agency, http: www.esa.int Site officiel de Galileo et de Egnos. Site de l’Union Européenne http://europa.eu.int/comm/dgs/energy_transport/galileo/ Site officiel de Galileo, programmes, partenaires, fontionnement et documents officiels. Wikepedia Encyclopedie Libre, http://fr.wikipedia.org/Global_Positioning_System Mais aussi sur Glonass, Galileo, Egnos La lettre des Groupes Professionels http://www.g9plus.org/interface/CR%20GALILEO%202.pdf Thierry Lévy-Abégnoli, Géolocalisation:La baisse des prix élargit le champ des applications,http://www.zdnet.fr/techupdate/reseaux_telecoms/0,39020969,39175031,00.htm Moteur de recherche Google, http://www.google.fr Les différents résultats de mes recherche. Etc.. Master2 Génie Informatique 2004-2005