La mobilisation de la ressource forestière pyrénéenne française passe par un état des lieux de l’existant de la voirie interne aux forêts. L’Office des forêts s’est chargé de rassembler et de structurer les données existantes dans une base de données puis de relever sur le terrain les données manquantes sur la zone centrale des Pyrénées, couvrant 50 % du massif. Les outils utilisés et les techniques présentés ont été choisis pour répondre aux nombreuses contraintes d’utilisation en milieu forestier et montagnard. Treize mille km de voiries ont ainsi été cartographiés et décrits, les solutions proposées sont jugées satisfaisantes en termes de précision et de fiabilité

Burnel, Laurent

Pédemay, Aurélien

National audienceLa mobilisation de la ressource forestière pyrénéenne française passe par un état des lieux de l’existant de la voirie interne aux forêts. L’Office des forêts s’est chargé de rassembler et de structurer les données existantes dans une base de données puis de relever sur le terrain les données manquantes sur la zone centrale des Pyrénées, couvrant 50 % du massif. Les outils utilisés et les techniques présentés ont été choisis pour répondre aux nombreuses contraintes d’utilisation en milieu forestier et montagnard. Treize mille km de voiries ont ainsi été cartographiés et décrits, les solutions proposées sont jugées satisfaisantes en termes de précision et de fiabilité

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Utilisation du SIG et du GPS pour la création d’une base de données de desserte forestière dans les Pyrénées

Pédemay , Aurélien

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Burnel, Laurent,

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 Open Archive TOULOUSE Archive Ouverte (OATAO) OATAO is an open access repository that collects the work of Toulouse researchers andmakes it freely available over the web where possible. This  is  an author-deposited version published in  :  http://oatao.univ-toulouse.fr/Eprints ID : 16271To link to this article : URL : https://www6.inra.fr/cahier_des_techniques/Les-Cahiers-parus/Les-N-Speciaux/GPS-SIG/chap5-ns-GPS-SIG-2014/Art20-ns-GPS-SIG-2014To  cite  this  version :  Pédemay,  Aurélien  and  Burnel,  LaurentUtilisation du SIG et du GPS pour la création d’une base de donnéesde desserte forestière dans les Pyrénées. (2014) Cahier des Techniquesde l'INRA. pp. 152-158. ISSN 0762-7339  Any correspondance concerning this service should be sent to the repositoryadministrator: staff-oatao@listes-diff.inp-toulouse.fr1 OfCce national des forêts, Direction territoriale Sud-Ouest , 23 bis, boulevard Bonrepos, F-31000 Toulouse, France2 INRA DYNAFOR 1201, 24, chemin de Borde Rouge, Auzeville CS 52627, F- 31326 Castanet-Tolosan, France ; laurent.burnel@toulouse.inra.fr3 VIAPIR = voie pyrénéenne4 Desserte forestière : ce sont les voies d’accès aux parcelles forestières utilisables par les engins forestiers. Exemples : routes forestières, pistes dedébardage, etc.5 DATAR : Délégation interministérielle à l’aménagement du territoire et à l’attractivité régionale.Utilisation du SIG et du GPS pour la créationd’une base de données de desserte forestièredans les PyrénéesAurélien Pédemay1, Laurent Burnel2Résumé. La mobilisation de la ressource forestière pyrénéenne française passe par un état des lieux de l’existantde la voirie interne aux forêts. L’OfEce des forêts s’est chargé de rassembler et de structurer les données existantesdans une base de données puis de relever sur le terrain les donnéesmanquantes sur la zone centrale des Pyrénées,couvrant 50 % du massif. Les outils utilisés et les techniques présentés ont été choisis pour répondre auxnombreuses contraintes d’utilisation en milieu forestier et montagnard. Treize mille km de voiries ont ainsi étécartographiés et décrits, les solutions proposées sont jugées satisfaisantes en termes de précision et de Eabilité.Mots clés : base de données, GPS, SIG, correction différentielle, desserte, forêt, montagneIntroductionDans le cadre du développement économique d’infrastructures pyrénéennes, l’OfEce national des forêts – via leprojet VIAPIR3 – réalise actuellement l’inventaire du réseau de desserte forestière4 des Pyrénées françaises.L’objectif premier est de @uidiEer la mobilisation et l’accessibilité des bois au niveau de la chaîne pyrénéenne aEnd’assurer notamment l’approvisionnement des entreprises qui transforment le bois. La réalisation d’un état deslieux de la voirie forestière par le tracé des pistes et la description de leur état, est un aspect stratégique déterminantpour l’ensemble des acteurs de la vie d’un massif forestier montagnard.Le travail consiste à actualiser et structurer les bases de données existantes, à relever sur le terrain les donnéesinternes manquantes aux forêts, enEn à considérer leurs connections avec le réseau autoroutier national,départemental et communal.Les relevés terrain couvrent dans un premier temps 50 % du réseau pyrénéen français, ils sont concentrés dansles Pyrénées centrales (Départements des Hautes Pyrénées, de la Haute Garonne et de l’Ariège) pour avoir unecontinuité dans la base de données. Seules les communes de montagne sont concernées selon la déEnition de laDATAR5 des Pyrénées.En complément de cette zone centrale, trois secteurs jugés comme les plus intéressants d’un point de vueconnaissance de la desserte forestière ont été relevés dans les Départements les plus excentrés des Pyrénées.(Carte 1).Une première phase de collecte des données existantes puis de concertation entre usagers, professionnels etcollectivités, a permis de dégager les axes structurants d’une base de données « desserte forestière » opérationnelleet actualisable.Outre les classiques attributs déEnissant le revêtement, l’état et la largeur des pistes, est apparue la nécessité derenseigner le statut juridique et de faire l’inventaire de tout ce qui pouvait entraver la circulation sur ces routes :points noirs, virages, fermeture physique, réglementation de tonnage, etc.La deuxième phase concerne la digitalisation des données et la constitution de la base de données par le biaisde relevés terrain (Carte 2). C’est celle qui nous intéresse dans le cadre de ce travail et nous allons détailler lesoutils, leur fonctionnement et les procédés qui ont contribué à la création de ces données.Carte 1. Délimitation des quatre zones : Zone centrale, Haute Soule (64), Pays de Sault (11), Vallespir (66).Carte 2. Zoom sur le réseau de desserte (en couleur sur la carte).Le protocole de relevéLe support géographique du linéaire de la base de données retenu est la BD_TOPO6 de l’IGN (Institut national del’information géographique et forestière) enrichie des attributs relevés sur le terrain et/ou récoltés à travers lesdiverses sources d’information.Avant la récolte sur le terrain, il faut dans un premier temps récupérer et faire la synthèse des données déjàdisponibles sur un secteur ; elles sont issues d’études déjà réalisées : publiques, environnementales, etc. Ensuiteon effectue un contrôle visuel sur ortho-photo aEn de rajouter le tracé de pistes éventuelles. EnEn on établit depuisle bureau le trajet théorique optimal qui sera effectué lors de la campagne de relevés. Ce trajet réalisé en véhiculetout terrain doit néanmoins rester @exible et adaptable en fonction des conditions de terrain changeantes, desnouveaux éléments de desserte non prévus ou encore de la sécurité à respecter.L’utilisation du SIG (système d’information géographique) couplé à un GPS (global positioning system) permet devisualiser en temps réel des couches d’informations complémentaires, de consulter et modiEer la base de données,et de renseigner les attributs nécessaires.Principes d’utilisation du GPSLe fonctionnement du système GPS repose sur un calcul de distance entre les satellites et le récepteur GPS(Schéma 1) selon les principes suivants :• la vitesse de propagation du signal envoyé par les satellites est connue, elle est égale à la vitesse de lalumière ;• le temps de parcours du signal entre les satellites et le récepteur GPS est mesuré grâce à une synchronisationdes horloges ;• la distance (satellite-récepteur) est égale au temps de trajet multiplié par la vitesse de la lumière ;• chaque mesure de distance sur un satellite déEnit une sphère dont le centre est le satellite et sur laquelle setrouve l’utilisateur. La position de l’utilisateur est l’intersection des différentes sphères.Trois satellites sont donc nécessaires pour obtenir une position. Mais en pratique, l’utilisation de quatre satellitesest préférable pour obtenir une position X, Y, Z acceptable.Schéma 1. Principes de fonctionnement du GPS.On peut distinguer trois types de facteurs affectant la précision :3 les erreurs liées au systèmeon peut avoir des erreurs ou des décalages liés aux horloges des satellites ou bien aux orbites des satellites.Malheureusement, il n’y a aucun moyen pour les utilisateurs de corriger ces erreurs, toutefois cinq stations decontrôle situées sur ou à proximité du continent américain, ont pour but de vériEer et corriger éventuellement cesproblèmes d’orbites ou d’horloges.6 La BD TOPO® est une base de données vectrice de référence, fournissant une information en trois dimensions sur des données administratives,sur les transports, sur les éléments naturels, etc.Il peut aussi arriver que les stations de référence (utilisées pour la correction différentielle) tombent en panne. LesEchiers de correction ne sont plus téléchargeables et il faut, lorsque cela est possible, changer de station deréférence ;3 les erreurs liées à la géométrie et la disposition des satellitesil faut d’abord veiller à disposer des quatre satellites nécessaires pour obtenir une position 3D acceptable, laprécision augmente avec un nombre croissant de satellites détectables à un instant « t ».La position des satellites entre eux peut également affecter cette précision : il est spéciEé sur chaque GPS par lePDOP (positional dilution of precision) précisant le « coefEcient d’affaiblissement de la précision ». Le PDOPpermetde savoir si une position évaluée au sol est Eable ou non : plus ce PDOP est faible (< 6) meilleure est la précision.L’élévation d’un satellite joue aussi son rôle dans la précision. En effet, le signal d’un satellite « bas » sur l’horizondoit voyager sur une plus grande distance à travers l’atmosphère, provoquant ainsi une baisse de la force du signalet une réception retardée par le récepteur GPS ;3 et les erreurs liées au couvert forestier et au milieu montagnard !Un des problèmes majeurs qui se pose pour les relevés de terrain du projet VIAPIR est de travailler en milieuforestier (Piedallu et Gégout, 2002) et montagnard. Dans ces conditions le GPS peut être perturbé par deuxphénomènes (Lejeune, 2001) (Schéma 2) :• le trajet multiple : la mesure de la distance ainsi que la précision des positions, sont souvent altérées lorsquele signal du satellite n’arrive pas directement au récepteur GPS, mais après ré@exion sur un obstacle prochecomme l’arbre ;• la perte de signaux : le couvert forestier et/ou l’encaissement de certaines vallées peuvent empêcher oudiminuer la réception des signaux de certains satellites.Schéma 2. Illustration de deux problèmes majeurs rencontrés lors de l’utilisation du GPS en forêt.Des solutions pour pallier ces problèmesLors de la préparation du terrainOn peut estimer à l’avance en un lieu et à une heure donnée le nombre de satellites et leur géométrie (PDOP). Ilest possible de charger sur le GPS des Echiers « éphémérides » qui contiennent la position de tous les satellitesGPS disponibles. Grâce à ces informations, le GPS est capable de les localiser plus rapidement.Il est également possible de conEgurer le récepteur GPS aEn que celui ci ne puisse enregistrer les positions qu’endessous d’une certaine valeur du PDOP, ou encore de ne pas prendre en compte les satellites en dessous d’uncertain degré d’élévation.7 Initialisation du GPS : calcul du positionnement du GPS lors du démarrage ou lors d’un déplacement par exemple.D’un point de vue matérielOn peut utiliser une antenne externe munie d’un plan absorbant ou encore une antenne « choke ring » permettantainsi de limiter au maximum la perte de satellites et le multi-trajet. De plus si l’on positionne l’antenne au dessusde l’utilisateur cela facilite la réception (Photo 1).Photo 1. Illustration de deux types d’antennes (Photo A. Pédemay, ONF, 2013).Le mode différentiel ou post traitementLe positionnement relatif ou différentiel permet d’obtenir de meilleures précisions inférieures à 3 m sous couvertforestier avec des GPS « Trimble© ».Deux positionnements sont calculés rigoureusement au même instant :• un au niveau d’une station de référence dont les coordonnées X, Y et Z sont connues précisément. Il existede nombreuses stations de référence sur le territoire, l’idéal est de se baser sur une station située à moinsde 100 km de sa zone de levés. On peut consulter les stations à l’adresse http://rgp.ign.fr, et y récupérer lesEchiers de référence pour effectuer la correction différentielle ;• un autre au niveau du récepteur GPS. La station de référence calcule les corrections à effectuer sur les valeursenregistrées par le GPS sur le terrain. La plupart du temps le logiciel de traitement de données du GPScontient une fonction permettant d’effectuer ce traitement. Il faut noter que lesGPS grand public (typeGarmin©)ne peuvent utiliser cette méthode (Nguyen The et al., 2004).En l’absence de correction différentielle en temps réel, plusieurs positions peuvent être calculées sur le récepteurGPS pendant un certain temps, puis une moyenne est faite aEn d’obtenir une position unique qui se rapprocheraitde la position « vraie ». Sachant cela, il peut s’avérer judicieux lorsque les conditions sont difEciles de prendre unnombre élevé de positions (entre 20 et 30) aEn de minimiser le risque d’erreur.L’initialisation7 du GPS est également un point important. En effet les récepteurs GPS afEnent en permanenceleur position par rapport aux derniers levés effectués. Aussi il est déconseillé d’enregistrer les premières positionsafEchées par le récepteur qui peuvent être éloignées de la position actuelle. Ceci est d’autant plus vrai si la dateou la position géographique des derniers levés effectués est très éloignée de la position actuelle. C’est pourquoiil ne faut pas lors des campagnes de relevés éteindre le récepteur entre l’enregistrement de deux points, mais aucontraire le laisser fonctionner en permanence.Enn la technologie « Floodlight » développée par Trimble apporte une réelle avancée car elle permet uneutilisation combinée des constellations américaines (GPS) et russes (GLONASS - global navigation satellitesystem). Des algorithmes avancés permettent aussi une meilleure stabilité de poursuite des satellites à faiblessignaux, évitant ainsi les pertes de signaux ou pics occasionnés par un suivi satellitaire irrégulier. Les chances derecevoir un signal de qualité par un nombre accru de satellites sont grandement augmentées.Lors de ce travail et depuis l’utilisation de cette technologie, nous avons été rarement confrontés à l’absence designal des satellites.Description du matérielPour mener à bien la campagne de relevés terrain diverses options de matériels on été étudiées. Le choix Enals’est porté sur un GPS de précision métrique accompagné d’un SIG embarqué (Voir Photo 2).Le GPS est un GéoXT 6000 Trimble doté de la technologie « Floodlight ».Pour le SIG embarqué nous avons utilisé une tablette PC équipée d’ArcMap10.Le lien entre le GPS et le SIG embarqué se fait par trames NMEA (National marine electronics association). Lestrames émises par le récepteur GPS sont récupérées par le PC via Bluetooth. Ce lien permet d’obtenir en tempsréel son positionnement sur le SIG embarqué facilitant ainsi le repérage et la navigation sur le terrain. L’utilisationdu GPS est donc double puisqu’il sert aussi à effectuer les levés d’éléments nouveaux : équipements, point noirsou segments de desserte.Photo 2. Illustration du matériel utilisé (Photo A.Pédemay, ONF, 2013).ConclusionAu premier trimestre 2004, la campagne de levés terrain sur la zone test est quasi terminée, elle représente 13000km de voies recensés. Cette solution s’est avérée globalement performante et Eable, permettant même un gainde temps par rapport aux estimations initiales.La précision après correction différentielle s’avère tout à fait satisfaisante, de l’ordre de 1 ou 2 mètres, mais il peutarriver qu’un point soit mal positionné, l’imprécision n’excédant pas 5 mètres d’écart.Toutefois, quelques limites sont à signaler :• la perte de signaux satellitaires reste possible malgré la technologie « @oodlight », mais il sufEt en générald’attendre quelques secondes pour retrouver de bonnes conditions de levés et ce même en terrain difEcile ;• le système demeure sensible et peut s’avérer instable sur le terrain : multiples bugs, problèmes de connexiondes appareils entre eux, problèmes de batterie, perte de données ;• la saisie peut être difEcile du fait de l’environnement « terrain » (intempéries, mouvements de la voiture, etc.)y compris sur une tablette PC sensée faciliter le travail sur le terrain. Cela peut notamment engendrer deserreurs topologiques, des erreurs de découpage, de remplissage des tables, etc.Il est donc important de multiplier les sauvegardes et de veiller à contrôler régulièrement les sources d’erreur citéesci-dessus.Références bibliographiquesLejeune P (2001) Les possibilités d’utilisation du matériel GPS en forêt. Note technique forestière de Gemblouxn° 3, 10 p.Piedallu C, Gégout JC (2002) Etude de la précision du systèmeGPS enmilieu forestier.Rev Forest Fr LIV : 429-442.Nguyen The N, Ginet C, Giraud A, Bouvet A (2004) Calcul des surfaces. Atouts et limites des récepteurs GPS« Grand Public ». Rev Forest Fr LVI : 529-536.

http://oatao.univ-toulouse.fr/16271/1/Pedemay_16271.pdf

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