Localisation, cartographie et mobilité

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Introduction

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La cartographie est essentielle pour beaucoup d’activités : agriculture, urbanisme, transports, loisirs, etc. Elle a été révolutionnée par l’arrivée des cartes numériques accessibles depuis les ordinateurs, tablettes et téléphones, bien plus souples à l’usage que les cartes papier. Les cartes numériques rassemblent toutes les échelles et permettent de montrer différents aspects de la région visualisée sur une seule carte. Les algorithmes de recherche permettent de retrouver sur la carte les endroits en donnant simplement leur nom, et de calculer des itinéraires entre points selon des modes de transports variés.

Repères historiques

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Les cartes ont été systématiquement numérisées à la fin du XXe siècle.
Le principal instrument de localisation, GPS (Global Positioning System), a été conçu par l’armée américaine dans les années soixante. Le premier satellite GPS fut lancé en 1978. Il y en a actuellement une trentaine, de sorte qu’à tout moment quatre à six satellites au moins sont visibles depuis tout point de la Terre. Couplé aux cartes numériques, le système GPS permet de se situer. Il n’est pas toujours efficace en ville, et peut être complété par d’autres moyens de localisation comme la détection de bornes Wi-Fi proches. D’autres systèmes plus précis, dont Galileo, sont en cours de déploiement.

Les données et l’information

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Les informations des cartes numériques proviennent de nombreuses sources : services géographiques des États, photos prises par des satellites, avions ou voitures, données fournies par les utilisateurs, etc. Ces informations sont de natures diverses : topographiques, géologiques, photographiques, liées aux transports, à l’activité industrielle ou touristique, etc. Des projets collaboratifs comme OpenStreetMap permettent à chaque utilisateur d’ajouter des informations à une carte en libre accès, qui deviennent alors visibles par tous les utilisateurs.

Un satellite GPS contient une horloge atomique mesurant le temps à une très grande précision et envoyant régulièrement des messages contenant cette heure. Chaque message se propageant à la vitesse de la lumière, le récepteur peut calculer sa distance au satellite. On peut en déduire sa position en suivant plusieurs satellites, ce que fait automatiquement le récepteur GPS.

Les algorithmes et les programmes

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Les algorithmes cartographiques concernent principalement l’affichage sélectif d’informations variées et le calcul d’itinéraires. L’affichage est paramétré par les informations à montrer, que l’on peut choisir par simples clics. Une difficulté est liée au mélange d’informations de types différents lors des changements d’échelle : les graphismes peuvent être très différents et beaucoup d’informations doivent être supprimées pour les grandes échelles, mais une route doit être représentée avec à peu près la même largeur, quelle que soit l’échelle. Les récepteurs GPS fournissent la localisation sous une forme normalisée facilement décodable, par exemple selon le protocole NMEA 0183 (National Marine Electronics Association), ou directement dans les métadonnées EXIF d’une photo. La localisation et les cartes se couplent dans le suivi permanent de la position sur la carte ou sur un itinéraire précalculé.

Les machines

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Les machines utilisées pour la cartographie sont surtout les ordinateurs, tablettes et téléphones classiques équipés d’une application ad hoc. Les récepteurs GPS spécialisés restent importants pour la navigation maritime ou aérienne, mais ceux pour la randonnée pédestre sont en voie de disparition, supplantés par les téléphones.

L’heure fournie par le GPS sert aussi de base pour la synchronisation précise des horloges internes des ordinateurs connectés à internet, ce qui est très important pour tous les échanges d’informations.

Impacts sur les pratiques humaines

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Les cartes numériques, accessibles depuis un téléphone, remplacent progressivement les cartes sur papier. Leurs interfaces permettent d’accéder commodément à de nombreux types d’information. Couplé aux algorithmes de calculs d’itinéraires, le GPS est utilisé systématiquement pour les transports, l’agriculture, la randonnée, la navigation à voile, etc. Le maintien à jour des cartes numériques est un problème difficile qui demande beaucoup de ressources au plan mondial. Les erreurs dans les cartes, inévitables à cause de l’énorme quantité d’informations à collecter, peuvent avoir des conséquences dramatiques.

Par ailleurs, de nombreuses applications ont accès à la localisation dans un téléphone, ce qui leur permet d’envoyer des publicités non désirées, de suivre vos itinéraires, ou de localiser une personne. Enfin, le GPS n’est pas toujours sûr, car facile à brouiller à l’aide d’appareils simples.

1) La géolocalisation GPS
a. Le principe
identification de la position
  • Les satellites GPS envoient régulièrement l'heure qu'il est. Cette information voyage à la vitesse de la lumière : c'est rapide, mais pas instantané. Ce qui fait que votre téléphone recevra l'information "12h53min45,12s" d'un satellite, à 12h53min45,19s. Il lui est donc possible de déterminer que le signal a mis 12h53min45,19s - 12h53min45,12s = 0,07s
  • Il en déduit ensuite la distance à laquelle se trouve le satellite : d=v×t=3000000 km.s-1×0.07s=21000km
  • Il dispose d'une base de donnée dans laquelle est définie la position de chaque satellite en fonction du temps. Il sait donc où se trouve le satellite lorsque l'information a été envoyée.
    En répétant cette opération pour au moins 2 autres satellites, le récepteur GPS est capable de calculer sa propre position à la surface de la Terre.
A aucun moment les satellites GPS ne conaissent la position des smartphones et autres récepteurs GPS !
Activité p83 du livre (Delagrave)
  1. Le récepteur GPS calcule la distance à laquelle il se trouve d'un satellite. Cela définit donc une sphère autour du satellite et un cercle à la surface de la Terre.
    Avec 2 satellites, le téléphone peut calculer qu'il se trouve aux intersections des cercles des 2 satellites.
    Le troisième indique quelle intersection est la bonne.
    Le 4 eme satellite permet la synchronisation de l'heure du GPS, qui n'est pas aussi précise que celle des satellites.
  2. Voir le calcul ci dessus, il s'agit du même
  3. Il est intéressant de pouvoir définir quelles applications du téléphone ont accès à la géolocalisation, afin d'éviter que nos données de déplacement, d'habitation ne soient pas utilisées à mauvais escient par des applications mal intentionnée.
    exemple : Si vous habitez à Lunel et que vous laissez des applications de réseaux sociaux indiquer votre localisation sur vos messages, il est très facilement possible (et c'est déjà arrivé) à des voleurs de savoir qu'il n'y aura personne chez vous dans la soirée du jour où un message aura été écrit depuis les Alpes d'Huez...
  4. Pour connaître sa position, un récepteur GPS détermine la distance à laquelle il se trouve d'au moins 3 satellites et à partir de leur position, qui est connue, calcule la sienne.
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