Collecte de données mobiles de haute précision dans le système NAD83(SCRS)

Le système de coordonnées WGS 1984 Web Mercator est la projection cartographique par défaut utilisée par pratiquement tous les grands fournisseurs de cartes en ligne. Cependant, lorsque vous collectez des données avec les applications mobiles d’Esri, il se peut qu’une grande précision, de l’ordre du centimètre, soit requise. Au Canada, la collecte de données à l’aide du système de référence NAD83(SCRS) est plus précise, car elle est adaptée à la région nord-américaine et intègre des mesures et des ajustements locaux d’une grande exactitude. Lorsque vous avez besoin d’une précision horizontale centimétrique pour vos projets, Esri Canada peut vous aider grâce à ses divers partenaires qui fournissent des récepteurs GNSS capables de collecter des données de positionnement cinématique en temps réel (RTK). Dans ce billet de blogue, nous allons montrer comment collecter et valider des données d’une précision horizontale centimétrique en utilisant les récepteurs GNSS RTK Arrow Gold d’Eos Positioning System à Sherbrooke, au Québec.

Avant d’approfondir le sujet, si des termes tels que « système de référence », « système de coordonnées géographiques » et « système de coordonnées projetées » vous laissent perplexe, je vous recommande vivement de consulter la série de billets de blogue de ma collègue Sarah Sibbett intitulée Votre guide en ligne pour les transformations de systèmes de référence dans ArcGIS Online (partie 1, partie 2 et partie 3). Cette série fournit les connaissances de base sur lesquelles s’appuie le présent billet. L’objectif principal de ce dernier est de mettre en évidence les méthodes de collecte de données dans des systèmes de coordonnées géographiques autres que WGS 1984 Web Mercator, en utilisant un récepteur GNSS externe. Au Québec, les repères du réseau géodésique du gouvernement provincial sont représentés dans un service de cartographie web qui peut être ajouté à ArcGIS Pro lors de la planification de la collecte de données (image ci-dessous).

Comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessus, le réseau géodésique provincial est basé sur le système de référence NAD83(SCRS) (V2). Pour démontrer et valider la précision de notre collecte de données sur le terrain, nous utiliserons deux repères horizontaux comme points d’appui au sol (voir l’image ci-dessous) tout en étant connectés à la station de référence GNSS permanente du ministère des Ressources naturelles et des Forêts située à Sherbrooke, au Québec. L’établissement d’une connexion avec la station de référence GNSS permanente permet la collecte de données avec une précision centimétrique et une correction cinématique en temps réel (RTK). Remarque – Tous les pays, provinces et régions isolées ne disposent pas de stations de référence GNSS permanentes et gratuites. Il se peut que vous deviez acheter ce service auprès de prestataires tiers (cliquer ici pour en savoir plus).

Dans le présent billet de blogue, nous allons présenter deux flux de travaux distincts permettant de collecter des données de haute précision dans Field Maps en montrant comment préparer les cartes dans ArcGIS Pro.

1. Tout d’abord, nous allons créer une carte web standard dans le système WGS 84 Web Mercator (EPSG : 3857). Nous allons ensuite créer un profil de localisation dans ArcGIS Field Maps pour effectuer une transformation et passer du système de référence WGS 84 Web Mercator (EPSG : 3857) au NAD83(SCRS) (EPSG : 4617), soit le système de coordonnées géographiques correspondant aux données collectées à l’aide du récepteur GNSS.
2. Ensuite, nous créerons un fond de carte de tuiles vectorielles personnalisé avec le système NAD83(SCRS) MTM 7 (EPSG : 2949), directement dans ArcGIS Pro, et le publierons dans ArcGIS Online. En créant une carte dans le même système de coordonnées géographiques que celui de la station de base du signal GNSS entrant, nous évitons de devoir effectuer des transformations à la volée dans Field Maps. Lorsqu’un haut degré de précision est essentiel, il est préférable de projeter les données dans un système de coordonnées commun avant de les éditer, en raison des distorsions d’échelle des projections Mercator près des pôles. Les transformations peuvent également ralentir l’application, et il est donc recommandé de les éviter si possible. Nous montrerons également comment vous pouvez utiliser des images de drone de votre organisation pour générer des fonds de carte d’imagerie propres à un projet précis dans un système de coordonnées géographiques autre que WGS 84 Web Mercator.

Préparation de la carte WGS 84 Web Mercator pour ArcGIS Field Maps

Pour préparer la carte WGS 84 Web Mercator pour ArcGIS Field Maps, nous avons laissé le fond de carte dans le système WGS 84 Web Mercator (EPSG : 3857). Nous avons ensuite utilisé l’outil de géotraitement Add GPS metadata fields (ajouter des champs de métadonnées GPS) pour ajouter des métadonnées à la couche d’entités hébergée qui sera utilisée pour la collecte des données. Cette couche d’entités hébergée a été publiée dans le système de coordonnées projetées adéquat pour le projet (NAD83[SCRS] MTM 7). Avant la publication, nous avons dû nous assurer que la bonne transformation du système de référence avait été sélectionnée pour la carte. Cette même transformation sera nécessaire pour configurer le profil de localisation dans Field Maps.

Remarque – Lors de la configuration du système de coordonnées GNSS, Field Maps n’accepte que les systèmes de coordonnées géographiques et non les systèmes de coordonnées projetées. La transformation adéquate entre le système de référence NAD83(SCRS) et le système WGS 1984 Web Mercator (sphère auxiliaire) au Canada est fort probablement NAD_1983_CSRS_To_WGS_1984_2, comme l’a expliqué précédemment ma collègue Sarah Sibbett.

Préparation de la carte NAD83(SCRS) MTM 7 pour ArcGIS Field Maps

Les fonds de carte par défaut dans ArcGIS Pro et ArcGIS Online sont tous définis dans le système WGS 84 Web Mercator; par conséquent, si vous souhaitez publier une carte web dans NAD83(SCRS), vous ne pouvez pas utiliser ces fonds de carte et vous devrez générer les vôtres dans le système de référence et le système de coordonnées géographiques que vous souhaitez utiliser. Il est préférable de créer des fonds de carte personnalisés sous la forme d’un paquetage de tuiles vectorielles; notre première étape a donc été de générer un de ces paquetages pour l’utiliser comme fond de carte. Pour ce faire, on peut utiliser l’outil de géotraitement Create Vector Tile Package (créer un paquetage de tuiles vectorielles). Nous avons ensuite téléversé le paquetage de tuiles vectorielles dans ArcGIS Online. Pour en apprendre davantage sur la création d’une carte web dans un système de coordonnées autre que WGS 84 Web Mercator, vous pouvez suivre le tutoriel d’Esri Créer une carte web sans Web Mercator. Le paquetage de tuiles vectorielles utilisé dans ce projet est situé ici.

Une fois le paquetage de tuiles vectorielles publié dans ArcGIS Online, vous pouvez l’utiliser comme fond de carte dans ArcGIS Pro. Nous avons ensuite créé et publié les couches utilisées pour la collecte des données dans le système NAD83(SCRS) MTM 7 (EPSG : 2949) et ajouté les champs de métadonnées GPS. Une fois la carte web configurée dans Field Maps Designer, nous étions prêts pour la collecte de données sur le terrain. La carte générée pour le présent billet de blogue est située ici. Étant donné que les données GNSS entrantes et la carte web utilisent le même système de référence, aucune transformation n’est nécessaire lors de la configuration du profil de localisation dans Field Maps. En résumé :

1. Nous avons généré un paquetage de tuiles vectorielles (.vptk) dans ArcGIS Pro avec le bon système de référence et le bon système de coordonnées géographiques (EPSG : 2949 dans cet exemple).
2. Nous avons téléversé et publié le paquetage de tuiles vectorielles sur le portail ArcGIS Online/ArcGIS Enterprise.
3. Nous avons créé un fond de carte personnalisé dans ArcGIS Pro à partir du paquetage de tuiles vectorielles publié. 
4. Nous avons créé une carte dans le système de référence et le système de coordonnées projetées adéquats dans ArcGIS Pro (EPSG : 2949 dans cet exemple).
5. Nous avons créé des classes d’entités dans le système de référence et le système de coordonnées projetées adéquats pour la collecte de données sur le terrain (EPSG : 2949 dans cet exemple).
6. Nous avons exécuté l’outil Add GPS metadata fields (ajouter des champs de métadonnées GPS) afin de générer des champs de métadonnées GPS pour chaque classe d’entités à utiliser pour la collecte de données.
7.  Nous avons publié la carte web en activant les fonctions d’édition pour les couches d’entités à utiliser aux fins de la collecte de données et nous avons configuré les formulaires intelligents dans ArcGIS Field Maps selon les besoins.

Remarque – Si vous disposez d’images de drone, vous pouvez utiliser votre propre orthomosaïque pour générer un fond de carte d’imagerie personnalisé dans le système de coordonnées de votre choix en générant un paquetage de couches de tuiles. Ma collègue Céline Doré a réalisé une vidéo sur ce processus. Vous trouverez ici un exemple utilisé pour ce projet. L’imagerie a été collectée à l’aide d’un DJI Mavic Pro 2 et la planification des vols et le traitement de l’imagerie ont été réalisés avec SiteScan for ArcGIS.   

Processus de validation

Avant de valider la précision des données entrantes, vous devez d’abord vous assurer que votre récepteur GNSS est correctement connecté et que vous recevez des données dans l’application mobile tierce. Dans notre exemple, nous avons utilisé l’application Eos Tools Pro (voir l’image ci-dessous). Dans Field Maps, assurez-vous de changer de fournisseur de localisation dans votre profil, passant du fournisseur intégré (c’est-à-dire le GPS de votre appareil mobile) à votre fournisseur tiers. Dans notre exemple, nous étions connectés à un récepteur GNSS d’Eos Positioning Systems. Maintenant que vous êtes certain que Field Maps est connecté au récepteur externe, vous pouvez commencer à collecter des points pour vous assurer de la précision de vos données. L’ajout du champ de métadonnées GPS nous a permis de vérifier en temps réel la précision des données collectées. Dans l’image ci-dessous, nous voyons que nous avons le nom du récepteur, la précision horizontale, ainsi que la confirmation que la localisation cinématique en temps réel (RTK) est fixe.

Remarque – La procédure de connexion décrite ci-dessus concerne les appareils iOS. La localisation fictive devra probablement être activée pour les appareils Android afin de remplacer le GPS interne de l’appareil mobile. Consultez ces instructions pour connaître les étapes à suivre.  

Comme les repères géodésiques se trouvent souvent sous terre, nous avons utilisé le récepteur GNSS à haute précision d’Eos Positioning Systems et un détecteur de métaux pour les localiser. Il nous a également fallu une pelle pour déterrer le repère, comme le montrent les images ci-dessous. Nous tenons à remercier notre partenaire Groupe Trifide, qui nous a aidés à localiser les repères du réseau géodésique au Québec.

Comparaison de la précision horizontale

Le tableau ci-dessous compare les différentes méthodes utilisées pour tester le processus de collecte des données. Les lignes official geodesic marker position (emplacement officiel du repère géodésique) indiquent l’emplacement officiel des repères fourni par le gouvernement. Comme le montre le tableau ci-dessous, les deux profils de localisation de Field Maps ont permis de collecter des données avec une précision centimétrique, avec une variation allant de 0,2 cm à un maximum de 20 cm. Cet écart peut s’expliquer par de multiples facteurs.

1. Tout d’abord, nous ne disposions pas d’une véritable mire parlante pendant le processus de collecte des données et nous avons improvisé avec un bâton de hockey non nivelé.
2. Deuxièmement, le brouillage dans la propagation dû aux arbres, aux bâtiments et à la couverture nuageuse changeante peut avoir une incidence sur la précision du signal RTK et donc sur la précision des données collectées sur deux points au même emplacement.
3. Enfin, la distance par rapport à la station de base GNSS elle-même peut également entraîner une différence de quelques centimètres. 

Remarques finales

L’objectif de ce billet de blogue est de vous donner les outils pour vous préparer à la collecte de données de haute précision avec les applications mobiles d’Esri. Dans cet exemple, nous avons collaboré avec Eos pour montrer les flux de travaux, mais la technologie Esri est compatible avec celle d’un grand nombre de fournisseurs tiers.

Avant de collecter des données cruciales pour votre organisation, nous vous conseillons de procéder à ce genre d’exercice pour vous assurer d’utiliser le flux de travaux approprié selon les besoins de votre entreprise. La plupart des provinces ont leur propre réseau géodésique. Assurez-vous ensuite que votre récepteur est correctement connecté à la station de base RTK que vous souhaitez utiliser. Vous trouverez ici une liste des réseaux publics et privés. Une fois que vous avez trouvé l’URL et le port appropriés pour accéder au réseau RTK, assurez-vous que votre application tierce est correctement connectée au réseau et que ses données sont de haute précision. Si ce n’est pas le cas, communiquez avec votre fournisseur tiers. Ensuite, dans Field Maps, remplacez le fournisseur de localisation par défaut par le récepteur tiers avec lequel vous vous êtes précédemment connecté.

Ensuite, configurez votre profil de localisation (nous avons constaté que c’est là que la plupart de nos clients semblent éprouver des difficultés). Le système de coordonnées GNSS doit être celui de la station GNSS. Nous recommandons de ne pas compliquer les choses en utilisant les différentes versions des systèmes de référence (c’est-à-dire NAD83[SCRS] V4 ou NAD83[SCRS] V7). Si vous choisissez d’utiliser une version en particulier du système de référence, il peut vous être utile de travailler avec une organisation qui connaît bien la géodésie au Canada. Dans notre exemple, nous avons travaillé avec notre partenaire commercial S.E.A. Graphics Inc. Dans cette étude de cas, le réseau géodésique du gouvernement du Québec utilise principalement le système NAD83(SCRS) (V2) (EPSG : 8235), mais nous avons utilisé le système NAD83(SCRS) (V1) (EPSG : 4617) pour des raisons de simplicité et parce que notre équipe expérimentée Solutions d’information sur le territoire sait qu’il est précis. Ce flux de travaux simplifié peut entraîner un très léger décalage (qui varie de quelques centimètres selon les régions); toutefois, selon vos besoins, cela peut s’avérer plus qu’acceptable. Le fait de ne pas être trop précis en ce qui concerne les versions du système de référence simplifie également les transformations dans Field Maps lors de l’utilisation de fonds de carte WGS 84 Web Mercator, car cela permet d’éviter de devoir générer des transformations personnalisées du système de référence et de les configurer dans Field Maps. 

Enfin, commencez à collecter des points dans Field Maps et assurez-vous que les champs de métadonnées GPS indiquent la précision attendue. De retour du terrain, comparez vos résultats avec ceux des emplacements connus dans les réseaux géodésiques. Une fois que vous êtes sûr de vos flux de travaux, vous êtes prêt à aller sur le terrain pour collecter des données!