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Positionnement GPS précis et en temps réel dans le contexte de réseaux de capteurs sans fil type Geocube / Lionel Benoit (2014)

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Titre :	Positionnement GPS précis et en temps réel dans le contexte de réseaux de capteurs sans fil type Geocube : Application à des objets géophysiques de taille kilométrique
Type de document :	Thèse/HDR
Auteurs :	Lionel Benoit , Auteur ; Pierre Briole, Directeur de thèse ; Christian Thom , Directeur de thèse
Editeur :	Saint-Cloud : Ecole Normale Supérieure de Saint-Cloud
Année de publication :	2014
Importance :	134 p.
Format :	21 x 30 cm
Note générale :	bibliographie Thèse de doctorat en vue de l’obtention du grade de Docteur de l’École Normale Supérieure, École doctorale des Sciences de la Terre - ED109, Spécialité Sciences de la Terre
Langues :	Français (fre)
Descripteur :	[Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale [Termes IGN] acquisition de données [Termes IGN] déformation de la croute terrestre [Termes IGN] effondrement de terrain [Termes IGN] filtre de Kalman [Termes IGN] glacier [Termes IGN] logiciel de post-traitement GPS [Termes IGN] positionnement différentiel [Termes IGN] positionnement par GNSS [Termes IGN] positionnement par GPS [Termes IGN] précision millimétrique [Termes IGN] réseau de capteurs [Termes IGN] série temporelle [Termes IGN] temps réel
Index. décimale :	THESE Thèses et HDR
Résumé :	(auteur) Les réseaux de capteurs permettent une surveillance multi-paramètres de zones d’étendue limitée grâce à la coopération d’un ensemble de récepteurs déployés in-situ qui gèrent l’acquisition, le traitement et le transfert de données. Le Laboratoire d’Opto-Electronique, Métrologie et Instrumentation de l’Institut National de l’Information Géographique et Forestière (LOEMI-IGN) a mis au point le Geocube afin de coupler le concept de réseaux de capteurs et un positionnement précis des récepteurs au sein du réseau. Chaque Geocube consiste en un petit récepteur à faible coût et économe en énergie, géolocalisé par GPS et destiné à une utilisation en réseau. Il est composé d’une puce GPS pour la localisation, d’une puce radio pour la communication sans fil, d’un processeur pour la gestion de l’acquisition des données, et il permet un ajout optionnel modulaire de couches thématiques de capteurs. Dans ce contexte, cette thèse consiste en la mise au point de la fonctionnalité de positionnement des Geocubes déployés en réseaux locaux, et en l’application de tels réseaux à l’étude de la dynamique d’objets géophysiques. La première partie de ce travail a été consacrée au développement d’une stratégie d’acquisition, de transfert et de traitement des données GPS des Geocubes pour permettre un positionnement relatif précis et en temps-réel de l’ensemble des Geocubes d’un réseau. Ces spécifications nécessitent la mise au point d’un traitement adapté aux données disponibles et à la structure d’un réseau de capteurs. Les données acquises par l’ensemble des Geocubes sont transmises par radio à un noeud principal où elles sont traitées par un petit ordinateur de terrain nommé coordinateur qui est connecté par radio aux Geocubes. Une méthode de compression des données GPS brutes est développée afin d’assurer le transfert en temps-réel de ces données vers le coordinateur, y compris dans le cas de réseaux incluant de nombreux récepteurs. Une fois les données centralisées, un filtre de Kalman est utilisé pour estimer en temps-réel les positions de l’ensemble des Geocubes du réseau. Un calcul différentiel est implémenté et permet l’élimination de la quasi-totalité des erreurs spatialement corrélées grâce à la faible distance séparant les récepteurs. Les positions relatives de l’ensemble des Geocubes sont alors calculées avec une précision centimétrique et une grande résolution temporelle. Les séries temporelles de positions brutes sont, cependant, fortement entachées de l’effet des multitrajets qui polluent les mesures de phase. Ils sont particulièrement importants dans le cas du Geocube car la miniaturisation du récepteur et la limitation de son prix ont conduit à l’utilisation d’une antenne GPS non géodésique qui rejette mal les multitrajets. Une étude détaillée de ce phénomène permet alors de proposer diverses stratégies pour atténuer ses effets dans les séries temporelles de positions. Un positionnement de précision infra-centimétrique à millimétrique, selon les caractéristiques du chantier, est finalement obtenu après atténuation des multitrajets. Une fois le logiciel de traitement GPS mis au point, la seconde partie de cette thèse a été consacrée à l’application de réseaux de Geocubes pour l’étude d’objets géophysiques. Deux sites d’étude ont été sélectionnés : le glissement de terrain de Super-Sauze dans la vallée de l’Ubaye (Alpes de Haute-Provence) et le glacier d’Argentière dans le massif du Mont-Blanc (Haute-Savoie). Sur chaque site test un réseau de 13 à 19 Geocubes a été déployé pendant plusieurs mois pour acquérir des données GPS brutes et surveiller des paramètres additionnels grâce à des couches capteurs développées pour l’occasion, par exemple une station météorologique, des sondes piézométriques et des sismomètres. Les déplacements et les déformations des objets étudiés sont alors calculés à l’aide du logiciel de traitement GPS développé. Une étude géophysique est ensuite menée en combinant les mouvements observés et les mesures des couches capteurs. La dynamique des objets d’intérêt peut finalement être étudiée à une échelle infra-journalière grâce à la précision et à la grande résolution temporelle du positionnement des Geocubes. De plus, la densité des réseaux de mesure et leur facilité d’installation permet d’instrumenter la grande majorité des points où un besoin de surveillance est identifié.
Note de contenu :	Introduction 1 MESURE DE DEFORMATIONS DE SURFACE SUR DES ZONES DE FAIBLE ETENDUE 1.1 Introduction 1.2 Etat de l’art 1.2.1 Topométrie 1.2.2 Photogrammétrie 1.2.3 LIDAR 1.2.4 Interférométrie radar 1.2.5 GNSS 1.2.6 Bilan : intégration d’une composante de surveillance topographique à un réseau de capteurs 1.3 Mesure de déformations à l’aide d’un réseau de Geocubes 1.3.1 Présentation du Geocube 1.3.2 Le récepteur Geocube : architecture en modules 1.3.3 Fonctionnement en réseau et rôle du coordinateur 1.3.4 Bilan : utilisation d’un réseau de Geocubes pour la mesure de déformations 2 TRAITEMENT DES DONNEES DE PHASE GPS ISSUES DES GEOCUBES POUR LA MESURE EN TEMPS-REEL DE DEFORMATIONS DE FAIBLE AMPLITUDE 2.1 Introduction 2.2 Méthode de positionnement relatif 2.2.1 Choix de la méthode 2.2.2 Formation des doubles différences et pondération associée 2.2.3 Calcul en réseau et mise en référence 2.2.4 Estimation des positions relatives des Geocubes par filtrage de Kalman 2.2.5 Paramétrage du filtre de Kalman et modèle stochastique 2.2.6 Résolution des ambiguïtés 2.2.7 Etude du terme d’innovation pour les doubles et triples différences 2.2.8 Bilan : caractéristiques du positionnement des Geocubes au sein du réseau 2.3 Implémentation de la méthode de positionnement 2.3.1 Généralités 2.3.2 Le module de post-traitement 2.3.3 Le module temps-réel 2.3.4 Traitement de données décimées 2.3.5 Bilan : positions brutes obtenues 2.4 Principales sources d’imprécision 2.4.1 Biais totalement éliminés par double différentiation : les erreurs d’horloge 2.4.2 Biais fortement réduits par différentiation 2.4.3 Biais locaux non différentiés : les multitrajets 2.5 Atténuation de l’effet des multi-trajets 2.5.1 Paramétrage du filtre de Kalman : filtrage strict 2.5.2 Cartographie des multitrajets 2.5.3 Calcul en réseau 2.5.4 Correction sidérale 2.5.5 Stratégie retenue pour l’atténuation des multitrajets 2.5.6 Prise en compte des multitrajets dans le cas de données décimées 2.6 Performances et limitations de la méthode de positionnement proposée 2.6.1 Conditions optimales d’utilisation 2.6.2 Vérification de l’exactitude des déplacements mesurés par comparaison à d’autres logiciels de traitement GPS 2.6.3 Précision finale atteinte 3 UTILISATION DE RESEAUX DE GEOCUBES POUR LA MESURE DE DEFORMATIONS D’OBJETS GEOPHYSIQUES DE TAILLE KILOMETRIQUE 3.1 Introduction 3.2 Suivi du glissement de terrain de Super-Sauze 3.2.1 Contexte 3.2.2 Acquisition et traitement des données 3.2.3 Analyse des déplacements observés 3.2.4 Bilan : apport des Geocubes à l’étude des glissements de terrain 3.3 Suivi du glacier d’Argentière 3.3.1 Contexte 3.3.2 Acquisition et traitement des données 3.3.3 Etude du glacier d’Argentière à partir des déplacements mesurés par un réseau de Geocubes 3.3.4 Bilan : apport des Geocubes à l’étude des glaciers 3.4 Synthèse de l’apport des réseaux de Geocubes à l’étude d’objets géophysiques Conclusion et perspectives
Numéro de notice :	14984
Affiliation des auteurs :	LASTIG LOEMI (2012-2019)
Thématique :	POSITIONNEMENT
Nature :	Thèse française
Note de thèse :	Thèse de doctorat : Sciences de la Terre : ENS : 2014
Organisme de stage :	LOEMI (IGN) & LGE Laboratoire de géologie (ENS)
nature-HAL :	Thèse
DOI :	sans
En ligne :	https://tel.hal.science/tel-01302853
Format de la ressource électronique :	URL
Permalink :	https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=78568

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