Le guide pratique du GPS

Présentation. chapitre 3 page 7.

Cette page aborde la description des GPS, leur fonctionnement, leurs réglages, leurs modes d’emploi et la façon de les utiliser ( Les coordonnées géographiques ou les fonctions avancées de navigation).

Un exercice ou un exemple d'utilisation : Comment suivre une route avec l’aide d’un GPS sur les cartes papier. voir page suivante

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Résumé

1. Utilisation de la position géographique affichée par le GPS

  • Description des GPS
  • Leurs qualités( Modernité, fiabilité, simplicité, précision, faible coût, facilité, entretenir l’estime, utilisation simple et sécurité)
  • Les différents GPS
  • Réglages du GPS. (Précautions, réglages, affichage des latitudes et des longitudes, systèmes géodésiques et leurs corrections : les « datums », mode vrai)

2. Navigation avec utilisation des waypoints d’un GPS Fonction WAYPOINTS ou GOTO

  • Création des waypoints. (Détermination de leur position et principe de précaution)
  • Le nom des waypoints
  • Entrées des points de route.
  • F onction GOTO

3. Navigation avec utilisation des routes d’un GPS Fonction ROUTE

4. Les abréviations des GPS

Introduction

Les récepteurs GPS ont provoqué une révolution dans la navigation. Ce chapitre explique les trois façons de les utiliser, leur description, leur fonctionnement, leurs qualités, les différents types et leurs réglages avant utilisation.

  1. L’utilisation la plus simple : Les coordonnées géographiques servent à la navigation sur les cartes papier. Elle ne demande pas de manipulations compliquées de l’appareil.
  2. Une utilisation plus sophistiquée du GPS. La navigation est faite à l’aide des points de route programmés dans l’appareil..
  3. Une utilisation avec les fonctions avancées de navigation c’est-à-dire les routes programmées dans le GPS.
Pour finir, Les abréviations des données affichées avec les explications.

1. Utilisation de la position géographique affichée par le GPS

Un GPS peut être utilisé simplement avec une navigation sur cartes papier.

1. 1. Description des GPS

Le GPS reçoit les signaux de plusieurs satellites tournant autour de la terre sur des orbites inclinées à 55 degrés et d’une altitude de 20 178 Km. Avec 3 satellites au minimum, il est capable de calculer une position en latitude et longitude. En pratique, sa précision est de l’ordre d’une dizaine de mètres. Deux satellites géostationnaires permettent d’’augmenter la précision jusqu’à 1 ou 2 m pour les appareils compatibles. Ces systèmes sont le WAAS pour le continent amér4icain ; le EGNOS pour l’Afrique et l’Europe.

1. 2. Leurs qualités


  1. Modernité
    Un petit boîtier, peu encombrant, avec une antenne et son alimentation par quelques piles vous indique votre latitude et longitude  en quelques secondes.

  2. Fiabilité
    Le GPS est un appareil qui reçoit des signaux de plusieurs satellites et calcule votre position Il est fiable étant capable d’analyser la qualité de la réception des signaux de chaque satellite et de l’afficher. Si la couverture des satellites est insuffisante, il le signale.


  3. Simplicité
    Le GPS est un instrument simple. Il suffit de l’allumer et il fournit votre position géographique c'est-à-dire votre latitude et votre longitude.
    Pour un usage plus approfondi, il procure une multitude de renseignements :
    Votre vitesse fond, votre route fond
    Votre écart par rapport à votre route théorique
    Votre heure d’arrivée.
    Nous n’avons cité que les plus importants. Nous développerons leurs usages dans un autre chapitre.


  4. Précision
    Le calculateur est capable d’estimer la précision de la  position géographique. Elle est d’ordre de 10 mètres et elle est réactualisée très souvent.
    Soit l’appareil l’affiche directement en feet ou mètres.
    Soit il affiche la précision du système par un coefficient d’affaiblissement de la précision du positionnement.
    Abréviation = PDOP (position dilution of précision). Les appareils indiquent la composante horizontale la HDOP (horizontale position dilution of précision).
    HDOP = 4 -> précision de 20 mètres. ( valeur moyenne)
    HDOP = 6 -> précision de 30 mètres
    HDOP = 12 -> très mauvaise précision de 60 mètres
    Pour être acceptable, la HDOP doit être inférieure à 6.
    D’autre part, un écran donne le nombre et la qualité de réception de chaque satellite
    Le GPS de la centrale de navigation installée sur mon first affiche un HDOP égale à 1 et la mise en route est inférieure à quelques secondes.

  5. Faible coût
    Le prix d’un GPS portable n’est pas exorbitant et sa consommation peut être maîtrisée.

  6. Facilité
    Le GPS a supprimé l’entretien d’estime Avant, elle était recalée en faisant le point (3 relèvements avec un compas de route, utilisation du sextant.. ). Par temps de pluie avec une mer forte, les relèvements des amers s’apparentaient à un exercice d’équilibre.

  7. Entretenir l’estime (Dead reckoning)
    Il ne faut pas oublier les notions de navigation et bien les connaître avant d’utiliser un GPS. Revenons un peu sur la notion d’estime qui représentait la façon de naviguer.
    Le navigateur notait sur le livre toutes les heures environ :
    Le cap suivi (cap compas)
    La distance parcourue (loch)
    La correction du compas
    La dérive due au vent : L’axe du sillage par rapport à celui du voilier pour déterminer la dérive due au vent ???
    La dérive due au courant (documents)
    Il portait l’estime.
    A partir du point de départ, il calculait la route fond à partir des ’éléments précédents et la traçait sur la carte et en déterminait la position du bateau toutes les heures.
    Il recalait l’estime.
    Par la détermination de sa position à partir de 3 relèvements sur 3 amers avec le compas de relèvement
    Par la détermination de sa position avec le système gonio.
    Par la détermination de sa position à l’aide d’un sextant.
    Souvent le nouveau point était différent de l’ancien

  8. Utilisation simple et sécurité
    Fonction COORDONNEES GEOGRAPHIQUES
    Le GPS a provoqué une révolution dans la navigation à bord des petits bateaux de plaisance.
    La détermination de sa position avec un GPS (coordonnées géographiques) est faite en continu et en pratique avec un GPS, l’entretien de l’estime n’est plus nécessaire.
    Le tracé du point par trois relèvements est remplacé par la latitude et longitude données par le GPS.
    La transcription de ces points sur la carte papier à heures régulières permet de continuer la navigation, de tracer la route fond et de calculer, chaque heure, le nouveau cap compas (si changement) pour suivre la route géographique
    Information
    Toutes les informations (cap compas, vitesse surface, vent, pression, température…) sont notées sur le livre de bord. Vous pouvez faire un contrôle permanent par comparaison du paysage marin donné par votre position sur la carte et de l’environnement marin visuel. Vous utilisez
    les alignements visibles,
    la position des amers entre eux,
    les rochers recouverts ou non par la marée (association du sondeur avec la hauteur de la marée),
    Réduction des sondes pour ramener les mesures au zéro des cartes en fonction de la hauteur de la marée.
    la nuit vérification de la couleur et du rythme des feux).
    Le moindre doute n’est pas acceptable. Un bon marin voit tout, sent tout et anticipe la navigation et il n’évite pas parfois des galères.
    Si le GPS est en panne pour de multiples raisons, vous ne serez jamais en difficulté. Il vous suffira de continuer votre navigation avec le compas de relèvement Sur la carte papier et le livre de bord, vous avez noté les informations qui ne seront pas effacées et toujours exploitables
    En conclusion : La navigation ancienne sur carte papier peut se marier avec le positionnement moderne par le GPS.
Confusion entre degré et minutes sur les cartes
Pour le report des coordonnées géographiques sur la carte, il faut signaler une erreur fréquente : il ne faut pas confondre degré et minute dans la lecture et le report sur la carte.
Dans le système décimal, l’échelle est décomposé en degré (°), puis en minutes (‘) 1°=60’ (calcul en base 60) et en vingtièmes ou dixièmes de minutes suivant l’échelle de la carte. (Calcul en base 100 ou 10)
Exemple 48° 58, 95’ N ou 48° 58, 950’ N (valeur affichée sur le GPS).
Dans le système sexagésimal, l’échelle est décomposé en degré (°), en minutes (‘) 1°=60’ (calcul en base 60) et en secondes en cinq douzièmes de secondes sur l’échelle (calcul en base 60).
 Exemple 48° 58’50’’ N.

1. 3. Les différents GPS

En France le marché du GPS mer est dominé par deux marques : Garmin (américaine) et Magellan (Thales navigation français). Les GPS sont de différents types, du plus simple au plus sophistiqué, mais leurs précisions n’augmentent pas avec leurs prix.

  • Les GPS sont soit portables soit fixes.
  • Leurs affichages diffèrent :
    à affichage numérique des coordonnées géographiques et des renseignements les plus importants.
    à affichage en mode graphique

    GPS avec fonction traceur

    GPS avec cartographie intégrée ou non
    Les GPS sans cartographie : accès rapide et simple aux informations utiles en navigation: les coordonnées de votre position et d’autres renseignements Il faut lui associer un travail sur carte
    Les GPS avec cartographie sont souvent un peu plus compliqués à utiliser. Leur prix est plus élevé

    La technologie à 12 canaux parallèles est la meilleure et donne la meilleure précision.
    D’autres critères : vitesse d’acquisition des satellites (détermination de la position point) et la cadence d’actualisation.
    Conseil : Si votre GPS a été éteint pendant une longue période ou si vous l’allumez aux antipodes, il est préférable d’entrer une position géographique approximative pour raccourcir l’acquisition.
Pour les débutants, nous vous conseillons le plus simple (GPS fixe, à affichage numérique ou un portable branché sur le 12V sur la carte à carte). Une antenne extérieure augmente la réception des signaux

1. 4. Réglages du GPS avant son utilisation

Après la première mise en fonctionnement, il est important de procéder à différents réglages du GPS. Ils seront gardés en mémoire et seront pris en compte après chaque mise en route. Quelques précautions doivent être connues.


  1. Quelques précautions
    Posséder assez de piles pour toute la navigation ou le brancher sur le 12 v. Lors d’une transat, il est possible pour limiter le déchargement des piles en allumant  le GPS quelques minutes par jour pour connaître notre position géographique qui est reportée sur la carte.
    Une antenne extérieure sur le balcon arrière 1m au dessus de la mer et dégagé à 360° augmente la qualité de la réception.
    Le GPS n’est utilisable qu’après une initialisation plus ou moins longue. Elle est variable selon l’ancienneté et la qualité du GPS. ( anciens 7 minutes, récents quelques secondes)


  2. Quelques réglages
    Distance en mille marin (M. ou NM (nautical mille))
    Vitesse en nœuds
    Altitude en mètres
    Réglage de la date et l’heure (croisière côtière) heure légale.

  3. Affichage des latitudes et des longitudes
    Deux formats numériques : système décimal ou système sexagésimal
    Maintenant depuis 1985, les nouvelles cartes vendues utilisent le système décimal. Les cadres des latitudes et des longitudes sont graduées en degrés (°), minutes (‘) et fractions décimales ou centésimales de minutes.

    Dans ce cas, il faut choisir le même format pour l’affichage des coordonnées géographiques du  GPS en centièmes ou millièmes de minutes d’arc : ddd° mm. mmm’ ->46°07. 045’
    Autrefois, les cartes utilisaient le système sexagésimal Les cadres des latitudes et des longitudes sont graduées en degrés (°), minutes (‘), secondes (‘’) et dixièmes de seconde.
    Dans ce cas, il faut choisir le même format pour l’affichage des coordonnées géographiques du  GPS en secondes d’arc (‘’) et dixièmes de seconde.  : ddd° mm’ ss. s’’ -> 001°27’ 57. 9’’.
    Ce système va disparaître et il concerne les cartes vendues avant 1985 et peut être encore utilisé dans certains pays étrangers.
    Il faut vérifier l’affichage avant l’utilisation d’une carte qui ne vous appartient pas.

  4. Systèmes géodésiques et leurs corrections : les « datums »
    La connaissance du système est essentielle.
    Avant le GPS, chaque pays ou continent avait établi son système géodésique qui était  défini, arbitrairement ou selon leurs calculs, la position du quadrillage des méridiens et parallèles sur le globe terrestre. Pour un même point, les coordonnées géographiques n’étaient pas identiques selon le système.
    En France, depuis 1950 nous utilisions le système ED50 (Europea datum 1950), mais en 1984, les pays ont réussi à s’entendre pour établir un système géodésique commun et mondial le WGS84 (Word geodetic system établi en 1984). Les écarts de positionnement peuvent varier.
    Le SHOM recommande de laisser le GPS en WGS84 et d’appliquer des corrections avant de porter le point sur la carte. Dans un article, les différences ont été calculées entre le WGS84 et ED50 dans la région de Saint Malo.
    Latitude WGS84/ED50 15 mètres et longitude 180 mètres.

    Le système utilisé par défaut par les GPS est le WGS84, mais le choix est possible dans les réglages.
    Depuis quelques années, les cartes sont établies avec le système WGS84.

    Importante précaution : Avant de reporter les coordonnés du point du GPS sur une carte, il faut vérifier les datums de la carte et de l’appareil.
    Sur les cartes, le système géodésique est indiqué sur le cartouche de cette dernière et les corrections à effectuer pour passer d’un système à un autre sont mentionnées.
    Vous vous reportez sur la page du site « la présentation des cartes » Lien
    Pour la carte de Chausey, les positions géographiques sont rapportées en ED50 et si vous utilisez un  positionnement par satellites, les points donnés par le GPS (WGS84) doivent être corrigés pour être portés sur la carte.
    Du WGS84 -> ED50 correction vers le Nord et l’Est.
    De l’ED50 -> WGS84correction vers le Sud et l’Ouest
    En pratique, avant tout usage d’un GPS, il est impératif de connaître le datum de la carte utilisée et régler l’appareil avec le même. Le réglage se trouve sur la page paramétrage comme le format de la position.
    Maintenant tous les GPS sont programmés par défaut en WGS84 et les cartes récentes sont établies en WGS84. Si la carte ne mentionne pas le système géodésique, vous gardez le GPS en WGS84 et vous doublez par prudence la règle du pouce.
    Autre point important : Il ne faut pas oublier que le positionnement des hauts fonds avant 1970 n’était pas très précis. Des rochers sur des cartes ont des mentions qui indiquent une position approximative (PA) ou douteuse (PD).
  5. Autre paramètre mode vrai (true)
    Dans le paramétrage du GPS, il est possible de choisir entre les relèvements ou les routes vrais ou magnétiques. Le choix le plus cohérent est le mode vrai. Toutes les routes ou relèvements calculés par le GPS peuvent être portés directement sur la carte. Seul contrainte, il suffit de calculer la variation (D+d) pour communiquer le cap compas au barreur.

2. Navigation avec utilisation des waypoints d’un GPS

Fonction WAYPOINT ou GOTO
Maintenant nous allons employer les fonctions de navigation du microprocesseur  avec les waypoints et sa puissance de calcul. Les waypoints sont des points de route ou de passage dont les coordonnées géographiques (latitude et longitude) sont mises en mémoire pour permettre à l’appareil de calculer en permanence le relèvement (« Relèvement au waypoint actif ») et la distance de la position du bateau à ces points. Il est facile de calculer le cap compas.

  1. Création des waypoints.
    Les waypoints ou points de route servent à fractionner votre route en segments pour contourner les dangers. Ils sont notés et nommés sur la carte.

    Détermination de leur position.
    Plusieurs méthodes sont utilisées pour déterminer la position du point de route.
    Il est possible d’utiliser les coordonnées d’une bouée, d’une tourelle ou tout autre amer dont les almanachs et guides donnent la position. A leur approche, il suffira de les contourner
    Il est possible de déterminer la position des waypoints en fonction de la dangerosité de l’amer : à 1/10 mille à l’E d’une bouée E, à 1 mille au sud d’un phare ou d’une tourelle J’utilise la première solution, mais c’est mon choix.

    Principe de précaution.
    Les waypoints sont choisis et utilisés pour éviter un danger ou pour signaler un changement de route. Personnellement, Nous choisissons directement les coordonnées géographiques de la bouée ou autre amer auprès nous pouvons naviguer sans danger. Si nous choisissons une tourelle, phare, balise.., le wpt sera éloigné d’une distance en fonction du danger (épaisseur d’un pouce du côté libre de tout danger).
    Texte copiée sur le site du SHOM.
    Une marge de sécurité à prendre : la règle du pouce
    De façon générale, le navigateur prend deux marges de sécurité, l'une verticale que l'on appelle couramment le pied de pilote, l'autre horizontale qui consiste à passer à une distance suffisante des dangers immergés. L’utilisateur du GPS devra continuer à prendre ces deux marges, et pour la seconde appliquer la règle du pouce : il tracera, chaque fois que possible, sa route de façon à passer à plus d'un pouce des dangers immergés, à l'échelle de la carte dont il se sert.
    Cette règle est un peu sévère dans les approches portuaires qui ont fait l'objet de levés récents. Dans ces zones, le navigateur sera en mesure de profiter pleinement et lucidement de la précision du GPS.

  2. Le nom des waypoints
    Il doit être cohérent et facile à retrouver. Si le GPS permet 6 caractères, Nous pouvons utiliser la nomination suivante :
    Les trois premières lettres -> région ou île
    Les trois dernières lettres -> l’amer
    Résultat pour le phare de la Corbière de Jersey -> JERCOR en minuscules
    Donc sur la carte, vous notez la position du waypoint par un signe et son nom.
    Pour la route entre Granville et Saint Hélier de Jersey, j’utilise les points de route suivants. Un exemple de simulation sera fait dans un autre chapitre.

    La place dans le Hérel à GranvilleHEPLAC
    0, 3M au sud du phare du Roc à GranvilleHEROC
    Bouée Founet de ChauseyCHFOUN
    La NE des Caux aux MinquiersMICAUX
    La demie de pas à JerseyJEDEMI
    La bouée verte à Saint HélierJEDOGS
    Port de Saint HélierJEPORT

    La route entre Granville et Saint Hélier comporte 7 points de route. Entre le second et le sixième, les segments sont droits et vous permettent de définir des caps libres de tout danger.
  3. Entrées des points de route dans le GPS.
    (Abréviation des waypoints = WPT)
    Dans le menu du GPS, vous avez la possibilité d’entrer la latitude et longitude du route de point avec le nom donné précédemment (je n’entre pas dans le détail de cette manipulation qui est différente pour chaque appareil.
    L’entrée de ces chiffres doit être méticuleuse (après vérification des systèmes géodésiques, du système décimale et des lettres entre N et S et W et E). Elle doit être faite à la maison ou la veille de la navigation. Avec les GPS, il est possible de contrôler les waypoints les uns par rapport aux autres avec leurs coordonnées relatives. Un exemple. Le feu « les épiettes » de Chausey se situe au 290° et à 7 milles du phare de Granville
    Coordonnées absolues = latitude, longitude
    Coordonnées relatives = distance et relèvement par rapport à un amer.

    Précaution importante
    Sur les anciennes cartes, la position des amers ou rochers n’est pas très précise. Les ouvrages anciens du SHOM ne donnent pas les chiffres avec une précision ne dépassant pas le 1/10 de mille c’est-à-dire 150m.
    Le GPS est une aide à la navigation et il est important de faire un contrôle visuel du paysage marin par rapport aux bouées, amers… de sa carte papier et des hauteurs d’eau données par le sondeur

    Marge de sécurité
    Il est essentiel de prendre une marge de sécurité  entre les wpts et la route du bateau. La règle du pouce est recommandée par le SHOM. La route  du bateau doit passer à un pouce du waypoint du coté libre de tout danger. Ceci s’applique à une tourelle, phare ou autre danger émergé, pour une bouée, la règle est moins rigide.
    Pouce de navigation = 2, 7 cm.
    Le choix de la route est très strict. Pour faire face à tous les problèmes possibles. Si la route se situe au vent d’une cote rocheuse, il faut être capable de se sortir de tous les problèmes. Sans vent ni moteur et si le courant porte sur les cailloux, avoir le temps de jeter l’ancre en fonction des fonds ou de faire une manœuvre qui permet d’éviter le danger.

  4. Utilisation des waypoints et leurs intérêts.
    Fonction GOTO
    Quand vous avez entré tous les points de route, il est facile d’utiliser la fonction GOTO. Naviguer vers les différents wpts de notre route, c'est-à-dire activer les uns après les autres. Dans le menu, vous choisissez cette fonction et le waypoint. Le GPS vous donnera le relèvement vrai de ce point et sa distance. Il vous suffira de calculer le Cc à partir de cette route géographique.
    Il faut vérifier si votre route peut être directe et si elle ne vous fait pas passer sur des dangers. Elle peut être assimilée à un alignement virtuel de sécurité et l’écart doit être contrôlé dans les secteurs à risques en changeant le cap compas.
    Calcul des dérives.
    Il vous affiche la route à suivre vers le waypoint  et il vous indique la route fond. La différence correspond à vos dérives et vous pouvez corriger votre cap pour rester sur la route géographique.
    Estimation de l’heure d’arrivée.
  5. 3. Navigation avec utilisation des routes d’un GPS


    Fonction ROUTE
    La route est une suite de waypoints qui s’enchaînent selon la progression du bateau.
    Au lieu d’utiliser des wpts isolés, le GPS permet de créer des routes, c'est-à-dire une suite chronologique des wpts pour aller d’un port à un autre. Notre exemple Granville – Saint Hélier. Pour faciliter leur utilisation, il est préférable d’y incorporer les points de départ et d’arrivée. Le nom de la route est facile à imaginer, nous utilisons les noms des ports.
    Pour créer cette route, il suffit d’entrer chronologiquement les waypoints déjà créés et vérifiés dans la liste de notre route. Elle correspond à celle de notre carte, une suite de segments qui relient les waypoints. Cette route est géographique
    Ces segments peuvent être assimilés à des alignements virtuels de sécurité et l’écart doit être contrôlé dans les secteurs à risques en changeant le cap compas. Abréviation = XTE
    Dans les régions à forts courants, si une partie de la route passe trop prés d’un haut fond, il suffit d’ajouter un point de route supplémentaire pour s’éloigner du haut fond. A une heure de la marée, un courant traversier temporaire peut vous faire naviguer sur le rocher. La navigation est une école de la prudence et de l’anticipation.
    Quand plusieurs routes ont été créées, il suffit d’en choisir une dans le menu « fonction route ». Vous activez la route choisie dans une liste. Après, le GPS affiche les directions à suivre, les distances et les heures d’arrivée. Tout sera calculé. A partir de cette route fond ou route géographique, nous calculons le cap compas. Attention, il faut que l’appareil soit programmé en valeur vrai (true) pour que les données fournies soient compatibles à celles de la carte

    4. Les abréviations des GPS

    DTGou DST ou DIS = distance du wpt actif. ( valeur en milles nautiques)
    BRG = Route ou relèvement du waypoint actif (valeur vraie)
    SOG = vitesse fond
    COG= route fond
    Enfin une notion essentielle.
    XTE = écart de route, distance en milles et fractions entre la position actuelle et la route géographique. et  affichage du coté de l’écart (G ou D et L ou R).

    Conclusion

    En théorie, il est facile de croire que la surveillance des évolutions des BRG, COG et XTE soit la solution parfaite pour la navigation.
    Non, en pratique deux autres paramètres viennent la perturber : les variations du vent et du courant.
    Il peut être intéressant de laisser le bateau s’écarter de sa route géographique à l’aide du courant ou/et du vent pour anticiper une bascule du vent et un courant favorable avec un changement du cap qui permettra une allure plus portante ou une vitesse plus importante).
    Enfin vous pouvez le GPS connecter sur un ordinateur sur lequel tourne un logiciel de navigation et ses cartes numériques.

    Quelques sites sur les GPS

    http://www.gpspassion.com/forumsen/topic.asp?TOPIC_ID=4133
    Site d'information sur les GPS en anglais
    Des informations sur le système WAAS
    Traitement du signal GPS
    Le GPS : de la théorie à la pratique
    le GPS et wikipedia

    Page mise à jour le 15 mars 2016

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