jeux de données et méthodes de transformation

Jérôme Ray

Journée de formation CF-geo«Transformation, méthodes et outils pour le passage à MN95»

Centre de formation géomatique suisse

Jeux de donn ées et méthodes de transformation

2 swisstopo / CF-geo / Canton de Vaud Changement de cadre de référence MN03-MN95

• Transformation MN95 →MN03FINELTRA, CHENYX06, avantages/inconvénients, transformation par grille, transformation par bloc, transformation raster, interpolation

• Transition MN03→MN95

• Cadres de référence altimétriques

• Transformations altimétriques

• Récapitulatif des transformations

Programme


Transformation MN95 → MN03Méthode FINELTRA• Transformation affine (la plus courante des

transformations linéaires) par éléments finis: algorithme «FINELTRA»

• Les distorsions sont modélisées par des transformations affines locales


• Pour chaque triangle, dont les sommets (points d’appui à la transformation PAT) sont connus à la fois dans MN03 et MN95, s’applique un ensemble de paramètres de transformation affine.

Transformation MN95 → MN03Méthode FINELTRA


Transformation MN95 → MN03Modifications de coordonn ées


• CHENyx06 est le jeu de données officiel pour la transformation de coordonnées de MN03 vers MN95 avec une haute précision

• L’élaboration, effectuée en étroite collaboration avec les services cantonaux de mensuration, a été achevée fin 2006

• La Suisse a été divisée en une grande quantité de triangles comportant des paramètres de transformation individuels adaptés aux conditions locales

Transformation MN95 → MN03Jeu de donn ées CHENyx06


• Pour la détermination de la précision de la transformation, les cantons ont mesurés plus de 45'000 points de contrôle (PC)

• Des géodonnées peuvent être transformées dans le nouveau cadre de référence MN95 avec une précision moyenne pour tous les cantons de 2 cm (±1.1 cm)

Transformation MN95 → MN03Jeu de donn ées CHENyx06


Transformation MN95 → MN03CHENyx06

Suisse / MN Cantons / MO

Nbre PAT 263 5925

Nbre triangles 468 11731

Nbre PC ~ 100 46601

Précision ~ 1-2 dm 2 cm ± 1.1 cm

▬ Maillage des triangles niveau mens. nationale(FINELTRA-MN)

▬ Maillage destriangles niveau mens. officielle (CHENyx06)


Transformation MN95 → MN03Précision de CHENyx06 (CH)


Transformation MN95 → MN03 Précision de CHENyx06 (VD)


Transformation MN95 → MN03Avantages de FINELTRA / CHENyx06• Le cadre de référence MN03 est rigoureusement

défini par les PAT et l’algorithme FINELTRA• Les déformations systématiques à grande échelle

issues de la première mensuration de la Suisse (MN03) peuvent être éliminées

• Mesure GNSS dans MN03 fortement simplifiée• Dans de nombreux cas, une adaptation locale n’est

plus requise (mesures de référence à faire !)• Echange de données facilité en MN03, MN95 ainsi

qu’avec les pays voisins• Intégration des données dans les systèmes globaux

assurée


Transformation MN95 → MN03Inconv énients FINELTRA / CHENyx06• Pas un standard international

• Les producteurs de logiciels n’intègrent pas volontiers cette solution dans leurs produits

• Conduit à des modifications locales de la géométrie, ce qui peut parfois engendrer des pertes de propriétés topologiques

• Facteur d’échelle, rotations, modification des angles

• Problématique pour certaines applications→Développement de solutions approchées

(standardisées)


Transformation MN95 → MN03Méthodes de transformation


Transformation MN95 → MN03Transformation par grille• Enregistrement des différences MN03 -

MN95 dans une grille régulière• Les différences pour les points quelconques

sont interpolées à partir de la grille

• Particulièrement adapté aux récepteurs GNSS (p. ex. Leica SCSP, Trimble SGF) et aux outils SIG (NTv2)


Transformation MN95 → MN03Transformation par grille

5 zones à problèmes� Vallées principales en Valais� Périmètre urbain àGenève� Frontière VD-GE� Saint-Imier� Territoire allemand Rafzer Feld/Klettgau

Répartition des écarts:94.7% < 1 cm98.5% < 2 cm99.7% < 4 cm

0.3% > 4 cm

Grille� Conversion de FINELTRA en

grille régulière 1 x 1 km� Solution approximative� Restrictions lors de distorsions

hétérogènes très locales


Transformation MN95 → MN03Transformation par bloc• Méthode approximative permettant de

conserver la géométrie locale• Transformation d’un objet (ou d’un groupe

d’objets) seulement par une translation

• Egalement adapté aux jeux de données localisés ou de faible précision

• Convient à la transformation de donn ées raster

• Cas particulier: transformation de 2 Mio/1 Mio pour des données de précision < 1 mètre


Transformation MN95 → MN03Transformation de donn ées raster• Le ré-échantillonnage prends beaucoup de

temps et engendre une perte de qualité• La transformation des métadonnées (par

bloc) est simple, ne produit aucune perte de qualité et suffit dans de nombreux cas: déplacement jusqu’à +/- 10 cm en Suisse (< 1 pixel pour Swissimage 25cm)

+2 Mio / +1 Mio

kis1

Diapositive 17

kis1 Abhängig von der Ausdehnung der Kachel...Kistler Matthias; 04.09.2012


Transformation MN95 → MN03Transformation / interpolation• Uniquement dans les zones où la précision

du maillage CHENyx06 ne suffit pas (effectuer des mesures de référence et s’appuyer sur les zones de tensions négligeables / la visionneuse FINELTRA)


Transformation MN95 → MN03Transformation / interpolationEléments importants pour le choix/la définition d’une bonne interpolation:•Définir clairement la précision attendue

•Choix des points d’ajustage (répartition régulière et qualité homogène, sinon découper en sous-secteurs)•En principe pas d’extrapolation

•Suffisamment de points de contrôle


• Transformation MN95→MN03

• Transition MN03 →MN95Adaptation locale, zones de tensions négligeables, résumé




Programme


Avant transformation Après transformation Conformité MO93

Elimination destensions locales

Tensionslocales

MN03MN95

Transition MN03 → MN95Tensions locales

Changement decadre de référence


Transition MN03 → MN95Formation des tensions locales• Réseau mal structuré lors du premier relevé• Utilisation de méthodes de compensation simplifiées• Erreurs systématiques affectant le calcul initial des

points fixes (réduction des distances, erreurs instrumentales)

• Révision des points fixes d’ordre supérieur (PFP2) sans répercussion aux autres couches de la MO

• Fautes grossières non détectées dans la détermination des points fixes

• Rétablissement imprécis de points fixes• Mouvements localement limités (glissements) en dehors

de zones connues pour leur instabilité• Points fixes mal implantés et décalages résultants• Principe de la précision de voisinage négligé lors de la

mise à jour• …


• Une adaptation locale doit être effectuée lors de chaque travail de terrain en MO, sauf s’il peut être démontré que l’on peut s’en passer.

• La procédure d’ajustage local (interpolation) ne doit être appliquée que dans les zones àfortes tensions locales, où CHENyx06 ne suffit pas et donc où les exigences de précision selon OTEMO ne peuvent pas être atteintes (effectuer des mesures de référence et se référer aux zones de tensions négligeables / à la visionneuse FINELTRA).

Transition MN03 → MN95Adaptation locale


• Couches «critiques» selon zone / utilisation du sol (voir directive MO n° 2010 / 06 et OTEMO art. 29):


� Propriété foncière� Règlements des

constructions et plans des zones

� Où la coïncidence de couches est requise

� Cadastre de conduites� Couverture du sol

(en principe y c. bâtiments)

� Ensembles de données SIG

Niveau de tolérance

(NT)

PFP1/2 PFP3 Point-limite Point de détail

défini exactement

non défini exactement

défini exactement

non défini exactement

Z. à bâtir 4 4 5 20 10 25

Pâturages 4 4 7 35 20 50

Préalpes 10 10 15 75 50 100

Alpes 10 10 35 150 100 200


• Une adaptation locale n’est pas nécessaire dans les zones o ù les tensions sont négligeables , car la précision géométrique correspond à des critères de qualité élevés.

• Dans la pratique, la connaissance de ces zones de tensions négligeables facilite les travaux avec les méthodes de mesures satellitaires.

• Il n’est pas prévu de définir de telles zones dans le canton de Vaud



Transition MN03 → MN95Zones de tensions n égligeables


• Dans de nombreux cas (exigences de précision inférieures à 1-2 m ), une simple reprojection (translation) dans un SIG suffit

• Pour les géodonn ées de base avec exigences de précision inférieures à1-2 dm , le changement de cadre de référence peut être en principe effectué avec la transformation disponible partout en Suisse (CHENyx06 ou grille)

Transition MN03 → MN95Résum é


• Pour les donn ées de référence avec hautes exigences de précision (mieux que 1-2 dm) , comme par ex. en MO, on trouve des zones présentant de très fortes distorsions locales et inhomogènes (fautes), de sorte que les tolérances actuelles en MN03, mais aussi futures en MN95, ne peuvent pas toujours être atteintes avec les méthodes standard.

→ Des interpolations individuelles , appelées adaptations locales , sont parfois requises !



• Les adaptations/corrections locales étant co ûteuses et conséquentes , elles seront vraisemblablement finançables dans un délai raisonnable uniquement dans les secteurs (bâtis) où les tolérances sont clairement dépassées

→ Observer les zones de tensions négligeables et la carte de précision FINELTRA





• Cadres de référence altim étriquesEn Suisse, RAN95, NF02



Programme


Cadres de référence altim étriquesutilis és en Suisse

• CHTRF95

• «Bessel»Hauteurs ellipsoïdales

• RAN95Altitudes orthométriques

• NF02Altitudes usuelles

Interpolation biquadratique(grille de transformation*)

Interpolation biquadratique(grille de transformation*)

* Basée sur une modélisation

Translation + changement d’ellipsoïde (GRS80 - Bessel)


• Réseau altim étrique national 1995• Cadre de référence altimétrique rigoureux

(au sens de la théorie du potentiel) de la nouvelle mensuration nationale MN95 s’appuyant sur les données du nivellement fédéral (de 1902 à aujourd’hui) et les altitudes orthométriques issues du modèle de géoïde CHGeo2004

• RAN95 ne sera pas utilisé en mensuration officielle dans un proche avenir

Cadres de référence altim étriquesRAN95


• La transformation altimétrique exacte CHTRF2004↔RAN95 est garantie

Cadres de référence altim étriquesRAN95


Cadres de référence altim étriquesRAN95• Malgré la décision de maintenir l’ancien

NF02, RAN95 est important pour la mensuration nationale

• Il s’agit d’un système bien défini et sans contraintes locales

• Prend en compte la surrection alpine• Intègre l’influence du champ de pesanteur

• Il s’agit du référentiel altimétrique «naturel»pour les mesures par GNSS


• Nivellement fédéral 1902• Cadre de référence altimétrique usuel basé

sur le «nivellement de précision» de la Commission géodésique suisse (1864-1887) ainsi que sur les nouvelles mesures et mises à jour du nivellement fédéral (de 1902 à aujourd’hui), sans prise en compte de la gravimétrie

Cadres de référence altim étriquesNF02


• Cadre de référence altimétrique garantissant une bonne précision de voisinage , mais présentant d’importantes distorsions de l’ordre du dm

• Une transformation directe RAN95↔NF02 n’est possible que de manière approchée, un ajustage local est toujours nécessaire






• Transformations altim étriquesHauteurs ellipsoïdales→RAN95→NF02, modèle du géoïde CHGeo2004, HTRANS


Programme


Transformations altim étriquesHauteurs ellipso ïdales→RAN95→NF02 Altitude ellipsoï -

dique h ell (GPS)

Altitude orthomé -trique H orth (RAN95)

Altitudes usuelles suisses (NF02)

Transformation

géoïde cote du géoïde N

Horth = hell - N

Hauteur ellipsoïdalehell (GNSS)


Transformations altim étriquesHauteurs ellipso ïdales → RAN95• Le modèle du géoïde actuel de la Suisse,

CHGeo2004, permet la transformation de hauteurs ellipsoïdales en altitudes orthométriques (RAN95).

• CHGeo2004 a une précision de 1 – 3 cm pour toute Suisse

• Interpolation biquadratique• Publié sous la forme d’une grille

kilométrique


Transformations altim étriquesModèle du g éoïde CHGeo2004

Différences entre le géoïde et l’ellipsoïde (Bessel 1841)


Transformations altim étriquesRAN95 → NF02• En raison de la nature différente des

systèmes (orthométrique / nivellement) ainsi que des distorsions importantes de NF02, une transformation exacte est impossible.

• La transformation approchée HTRANS suffit néanmoins pour de nombreuses applications pratiques: selon les secteurs, elle permet une approximation de NF02 de l’ordre du cm ou dm.


Transformations altim étriquesRAN95 → NF02• Interpolation biquadratique• Publiée sous la forme de trois grilles

kilométriques• Influence du champ gravitationnel• Influence de la cinématique

(soulèvement alpin sur 100 ans)• Distorsions de NF02 (qualité du

nivellement de Précision 1864-91)


Transformations altim étriquesHTRANS (RAN95-NF02)


Transformations altim étriquesPrécision de HTRANS

PATPC MN95

Précision empirique� Le long des lignes de nivellement

< 1 cm� Plateau:

< 5 cm� Jura / Alpes:

< 10 cm






• Récapitulatif des transformationsETRS89→MN03/NF02

Programme


Récapitulatif des transformationsETRS89 → MN03/NF021. Transformation ETRS89 → CH1903+/MN95

• 3 translations• Changement d’ellipsoïde

GRS80 → Bessel 1841• Projection suisse

2. Transformation MN95 → MN03 avec FINELTRA

3. Hauteurs ellipsoïdales → altitudes orthométriques RAN95 avec CHGeo2004

4. RAN95 → altitudes usuelles NF02 avec HTRANS


Récapitulatif des transformationsETRS89 → MN03/NF02

ETRS89 | ETRF93 (≈WGS84)Hauteurs ellipsoïdales [GRS80]

CH1903+ | MN95Hauteurs ellipsoïdales [Bessel 1841]

CH1903 | MN03

CH1903+ | RAN95

CH1903 | NF02

Changement de Datum / Swiss Grid = [mm]

FINELTRA ≈ [1-5 cm]

CHGEO≈ [1-3 cm]

HTRANS≈ [1-10 cm]


Informations complémentairesBibliographie (g éodésie)• Report / TB Nr. 99-34 «Systèmes de

référence en pratique», 1999• Doku Nr. 6 «Mise en place de la nouvelle

MN95: 1e partie, Contexte, concept», 1995 (Allemand)

• Doku Nr. 8 «Mise en place de la nouvelle MN95: 3e partie, Systèmes et cadres de référence terrestres», 1995 (allemand)

• Doku Nr. 20 «Mise en place de la nouvelle MN95: 12e partie, Réseau altimétrique national RAN95», 2007 (allemand)


Informations complémentairesBibliographie (g éodésie)• Docu n ° 21 «Mise en place de la nouvelle

MN95: 13e partie, Introduction du cadre de référence MN95…», 2009

• Report Nr. 08-18 «Passage de MN95 à MN03 pour les données raster», 2008 (allemand)

• Report Nr. 08-20 «MN03-MN95: Génération d’une grille NTv2 en tant que solution approchée», 2008 (allemand)

• Manual 03 «TRANSINT», swisstopo 2002• Manual 06 «FINELTRA», swisstopo, 2003


Informations complémentairesBibliographie (D+M)• Brochure «De nouvelles coordonnées pour la

Suisse: Le cadre de référence MN95», 2006• «Concept : «Adaptation de la MO au cadre de

référence de la mensuration nationale», 2007• Circulaire MO n° 2010 / 06 «Précision dans la

mensuration officielle», 2010• «Directives pour la détermination des points

fixes de la mensuration officielle», 2010• «Notice pour les déterminations altimétriques

avec GPS dans la MO», 2004• «Guide pour l’application des transformations

géométriques en mensuration officielle», 2008


Informations complémentairesLiens• Bases géodésiques, Doku / Report:

http://www.swisstopo.ch/> Thèmes > Mensuration / Géodésie> Documentation > Géodésie

• Portal pour le changement de cadre de référence MN03-MN95 (y c. carte de précision FINELTRA):http://www.swisstopo.ch/mn95

• Géoportail de la Confédération (y c. points fixes, zones de tensions négligeables, etc.):http://map.geo.admin.ch

• Publications de la D+M, bases légales:http://www.cadastre.ch/> Documentation

jeux de données et méthodes de transformation

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