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Jérôme Ray

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

Systèmes et cadres de référence

Centre de formation géomatique suisse

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

• DéfinitionsSystème de référence, cadre de référence, géoïde, ellipsoïde de référence, projection cartographique

• Systèmes de référence

• Géostation Zimmerwald

• Projections cartographiques suisses

• Transformations

• Cadres de référence

Programme


• Les systèmes de référence terrestres globaux sont des systèmes de coordonnées cartésiennes géocentriques dont l'origine se trouve au centre de gravitédes masses terrestres.

DéfinitionsSystème de référence


• Les systèmes de référence locaux sont les systèmes de coordonnées et altimétriques nationaux officiellement utilisés.

• Les ellipsoïdes de référence locaux et les projections cartographiques avec leurs systèmes de coordonnées nationaux spécifiques appartiennent également à cette catégorie.

DéfinitionsSystème de référence


• Les cadres de référence terrestres globaux et locaux sont des mises en œuvre de systèmes de référence sous la forme de jeux de coordonnées de points terrestres résultant de compensations de réseaux d'observations géodésiques.

DéfinitionsCadre de référence

Points principauxPoints de densificationStations AGNES


• Surface équipotentielle particulière du champ de pesanteur terrestre servant de référence pour la détermination des altitudes.

• On peut se représenter le géoïde comme étant le niveau moyen de la mer prolongésous les continents.

DéfinitionsGéoïde


• Le mod èle de g éoïde permet la conversion des altitudes ellipsoïdales déterminées par GNSS (h) en altitudes orthométriques (H) d’usage courant par application de la relation:

H = h - N

DéfinitionsGéoïde


• Ellipsoïde formé par la rotation d’une ellipse autour d’un de ses principaux axes

• Un ellipsoïde de révolution qui se rapproche avec précision de la surface de la terre entière est appelé Datum global, tandis que les sphéroïdes nationaux approximent la surface de la terre dans une région donnée.

DéfinitionsEllipso ïde de révolution (sph éroïde)


• Ensemble de techniques géodésiques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d’une carte

• Les projections cartographiques ont chacune certaines propriétés mathématiques. Elles conservent par exemple les surfaces (type équivalent ) ou les angles (type conforme ).

DéfinitionsProjection cartographique


• Définitions

• Systèmes de référenceVue d’ensemble, systèmes de référence internationaux, systèmes de référence suisses



• Transformations


Programme


Systèmes de référenceVue d ’ensemble

• ITRS

• WGS84

• ETRS89 • CHTRS95

• CH1903+

• CH1903


• International Terrestrial ReferenceSystem

• Système de référence à validité mondiale, défini par le service international de la rotation terrestre (IERS) et servant essentiellement en géodésie par satellites et à la description de la vitesse des plaques tectoniques.

Systèmes de référence internationauxITRS


• World Geodetic System 1984• Système géodésique lié au GPS, défini par

une agence du département américain de la défense.

Systèmes de référence internationaux WGS84


• Initialement basé sur 4 points aux USA, modifié à plusieurs reprises

• Ellipsoïde WGS84• Considéré à l’heure actuelle comme

identique à ITRS• En Suisse, une différence de l’ordre de 0.1

mm par rapport à ITRS est constatée en raison de la définition légèrement différente de l’ellipsoïde GRS80 utilisé

Systèmes de référence internationaux WGS84


• European Terrestrial Reference System 1989• Système de référence défini en 1989 par la

sous-commission EUREF de l’IAG. • Echelle et origine identiques à ITRS

(t0 = 1989.0). • Ellipsoïde GRS80.• L’orientation dans l’espace a été choisie de telle

manière que le système suive le mouvement de la plaque tectonique eurasiatique et permette de ce fait la description de points de la croûte terrestre au moyen de coordonnées invariantes dans le temps en première approximation.

Systèmes de référence internationauxETRS89


• Swiss Terrestrial Reference System 1995• Nouveau système de référence de la

mensuration nationale suisse MN95 au positionnement global , identique à ETRS89 à l’instant t0 = 1993.0 .

• Peut actuellement encore être considérécomme identique à ETRS89.

• CHTRS95 fixe également un système d’altitudes orthométriques, rigoureux au sens de la théorie du potentiel, utilisant la géostation Zimmerwald comme horizon de référence.

• Projection UTM, ellipsoïde GRS80

Systèmes de référence suissesCHTRS95


• Système de référence de la nouvelle mensuration nationale 1995 (MN95)

• Nouveau système de référence de la MN95 positionné localement et destiné à être la future base de la mensuration officielle.

• Ellipsoïde Bessel 1841• Point fondamental géostation Zimmerwald• Système de projection «Swiss Grid»• Les axes de coordonnées dans l’espace

X,Y,Z sont directement déduits de CHTRS95 par trois translations

Systèmes de référence suissesCH1903+


• Système de référence de l’ancienne mensuration nationale 1903 (MN03)

• Ancien système encore en vigueur aujourd’hui pour la mensuration officielle, défini et introduit en 1903

• Ellipsoïde Bessel 1841• Point fondamental ancien observatoire de

Berne• Système de projection «Swiss Grid»• Le passage de CHTRS95 à CH1903 ne

peut pas être effectué au moyen d’une transformation linéaire

Systèmes de référence suisses CH1903


Systèmes de référence globauxDifférences principales• ITRS – ETRS – CHTRS sont des systèmes

de référence globaux à des échelles différentes, égaux à un temps donné• ITRS-ETRS: 1989

• ETRS-CHTRS: 1993• WGS84 peut être considéré comme

identique à ITRS: différence de l’ordre de 0.1 mm par rapport en Suisse (ellipsoïde WGS84 au lieu de GRS80)


Systèmes de référence suissesDifférence entre CH1903 et CH1903+• Pratiquement identique, mais déplacement

du point fondamental de l’ancien observatoire de Berne à la géostation de Zimmerwald

• Le centre de projection reste à BerneAncien: Y = 600'000; X = 200'000Nouveau: E = 2'600'000; N = 1'200'000


Systèmes de référenceRésum é

Système Ellipsoïde Projection

ETRS89 GRS80 UTM

CHTRS95 GRS80 UTM

CH1903 Bessel 1841

Proj. conforme cylindrique à axe oblique

CH1903+ Bessel 1841



• Définitions


• Géostation ZimmerwaldImportance, liaison local-global


• Transformations


Programme


• La géostation de Zimmerwald est la référence pour la mensuration nationale suisse.

• Elle constitue également le lien avec les systèmes de référence globaux.

• Lors de la mise en place du service GNSS international (IGS) en 1992, swisstopo y a installé une station GPS permanente.

• Zimmerwald représente «l’origine»moderne du système de coordonnées suisse.

Géostation ZimmerwaldImportance


Géostation ZimmerwaldLiaison des systèmes de référence globaux et locaux


• Définitions



• Projections cartographiques suissesProjections utilisées en Suisse, Swiss Grid

• Transformations


Programme


Projections cartographiques suissesProjections utilis ées en Suisse• Depuis son introduction en 1903, la

mensuration nationale suisse s’appuie sur la projection cartographique «Swiss Grid ».

• Elle sera conservée dans le contexte de la nouvelle mensuration nationale MN95.

• En lien avec MN95 et la coopération en Europe, la projection UTM a également étéadmise comme projection officielle. Elle peut être utilisée dans le monde entier et facilite les échanges.


• Projection conforme cylindrique (projection de Mercator) à axe oblique.

• Définie par Rosenmund en 1903

• L’origine de la projection se situe à l’ancien observatoire de Berne.

• Choisie de sorte que les déformations àl’intérieur de la Suissesoient faibles.

Projections cartographiques suissesSwiss Grid


• Définitions




• TransformationsVue d’ensemble, ITRS→CHTRS95→CH1903+, projection suisse, résumé


Programme


CTSglobalcinématique

Cinématique globale(partie stable de la plaque eurasiatique)

EUcontinentalcinématique

Cinématiquerégionale

(Modèle CHKM95)

CHrégional/localcinématique

CH1903+ ================ CHlocal statique

| | | | | | | |

1988.0 1989.0 1990.0 1991.0 1993.0 1994.0 1995.01992.0

Transformations Vue d ’ensemble

ITRS

ETRS89

CHTRS95

Troistranslations


TransformationsITRS → ETRS89 → CHTRS95• Coordonnées géocentriques

• ITRS = ETRS89 à l’instant t 0 = 1989.0

• Transformation sur l’axe du temps selon valeurs de vitesse ou paramètres de transformation publiés

• ETRS89 = CHTRS95 à l’instant t0 = 1993.0

• Transformation sur l’axe du temps selon valeurs de vitesse (Modèle CHKM95, actuellement = vecteur nul)


TransformationsCHTRS95 → CH1903+• 3 translations

• Changement d’ellipsoïde (GRS80 → Bessel 1841)

• Projection suisse (Rosenmund 1903)


TransformationsRécapitulatif ETRS89 →CH1903+1. Conversion en coordonnées cartésiennes

géocentriques (Datum ETRS89)2. Changement de Datum de ETRS89

(CHTRS95) vers CH1903+3. Calcul de coordonnées ellipsoïdales en

CH1903+ avec les paramètres de l’ellipsoïde de Bessel

4. Calcul de coordonnées planes (avec hauteurs ellipsoïdales) avec les formules de la projection


ETRS89 (≈WGS84) Coordonnées géographiques Lat/Lon/Alt [°]Hauteurs ellipsoïdales (GRS80/WGS84)

Géographique↔géocentrique / paramètres d’ellipsoïde

TransformationsRécapitulatif ETRS89 →CH1903+

CHTRS95 Coordonnées géocentriques X/Y/Z [m]

CH1903+ Coordonnées géocentriques X/Y/Z [m]

CH1903+ Coordonnées géographiques Lat/Lon/Alt [°]Hauteurs ellipsoïdales (Bessel 1841)

3 translations

Géocentrique↔géographique / paramètres d’ellipsoïde

Projection suisse (Swiss Grid)

CH1903+ Coordonnées projetées E/N/H [m] (Hauteurs ellipsoïdales)


• Définitions




• Transformations

• Cadres de référenceVue d’ensemble, cadres de référence utilisés en Suisse, distorsions MN03, différences MN95-MN03, récapitulatif

Programme


Cadres de référence planim étriquesVue d ’ensemble

Système de réf.

Cadre de référence Ellipsoïde Projection

ETRS89 ETRF93 GRS80 UTM

CHTRS95 CHTRF95 GRS80 UTM

CH1903 MN03Bessel1841


CH1903+ MN95Bessel1841



Cadres de référence planim étriquesutilis és en Suisse

• CHTRF95

• MN95

• MN03Transformation affine par éléments finis (maillage triangulaire)

3 translations + projection de Mercator


• Swiss Terrestrial Reference Frame 19yy/20yy

• Dans CHTRS95

• Cadre de référence tridimensionnel basésur le réseau GNSS national couvrant l’intégralité du territoire suisse et sur le réseau GNSS permanent AGNES.

• La transformation exacte ETRFyyCHTRFyy est garantie

• t0 = 01.01.19yy, resp. 01.01.20yy

Cadres de référence planim étriquesCHTRFyy


• Nouvelle mensuration nationale 1995• Dans CH1903+• Cadre de référence tridimensionnel se

fondant sur les mêmes points de réseau que CHTRFxx

• Sert de base pour les applications de mesures modernes et pour la mensuration officielle dans le futur

• La transformation exacte CHTRF93↔MN95 est garantie

Cadres de référence planim étriquesMN95


Cadres de référence planim étriquesPoints GNSS MN95 (208)

Points principaux

• Points de densification


Cadres de référence planim étriques Stations AGNES (30)


• Mensuration nationale 1903• Dans CH1903• Cadre de référence basé sur les points

fixes planimétriques PFP1 établis depuis 1903, puis rénovés et mis à jour (triangulation 1er – 3e ordres)

• La densification par les réseaux de 4e ordre (PFP2) et d’autres points fixes de la MO constitue aujourd ’hui encore la base sur laquelle s'appuient la plupart des travaux de mensuration, des cartes, plans et SIG



Cadres de référence planim étriquesTriangulation 1er-2e ordre


• Ce cadre de référence a une bonne précision de voisinage de l’ordre du cm . Il ne se prête au positionnement absolu àl’échelle nationale que de manière restreinte en raison des distorsions présentes (jusqu’à1.6 m par rapport à Berne).

• Une transformation directe MN95↔MN03 est assurée pour toute la Suisse, avec un précision moyenne de +/- 3 cm, grâce au jeu de données «CHENyx06».



Cadres de référence planim étriquesDistorsions MN03


Cadres de référence planim étriquesDifférences MN95 -MN03


Cadres de référence planim étriquesRécapitulatif


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

référence en pratique», 1999• Doku Nr. 7 «Mise en place de la nouvelle

MN95: 2e partie, GeoStation Zimmerwald», 1995 (allemand)

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

• «Formules et constantes pour le calcul de la projection cylindrique conforme à axe oblique…», 2008


Informations complémentairesLiens• Bases géodésiques, formules, etc.:

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

• swisstopo Doku / Report:http://www.swisstopo.ch/> Documentation > Géodésie

• Systèmes de référence et projections utilisés en Europe:http://mapref.org/

systèmes et cadres de référence - vd.ch · • le modèle de géoïde permet la conversion des...

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