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7.5.1 : Introduction - Géosciences


Aperçu

Bien que le président puisse déclarer une catastrophe sans consulter le gouverneur ou les autorités locales, le rôle du gouvernement fédéral est en grande partie consultatif. Ce sont les États et leurs comtés, villes et gouvernements multi-villes qui doivent établir et mettre en œuvre une politique concernant les tremblements de terre. L'USGS peut conseiller le gouverneur sur les tremblements de terre, et la NOAA peut conseiller sur les tsunamis, mais l'appel final doit provenir du gouverneur et des élus locaux.

Ce chapitre passe en revue les institutions qui mettent en œuvre des politiques antisismiques dans les trois États de la côte ouest et la province de la Colombie-Britannique. Nous commençons par la Californie, qui a subi plus de pertes dues aux tremblements de terre au cours du siècle dernier et a mieux résisté que les autres États ou la Colombie-Britannique. La Californie est un pionnier de la mode, de la musique et de la technologie ; c'est aussi un précurseur dans le renforcement de la société contre les tremblements de terre.


Le système de positionnement global pour les géosciences : résumé et compte rendu d'un atelier sur l'amélioration de l'infrastructure de la station de référence GPS pour les applications des sciences de la Terre, de l'océan et de l'atmosphère (1997)

Les caractéristiques techniques et opérationnelles du GPS sont organisées en trois segments distincts : le segment spatial, le segment de contrôle opérationnel (OCS) et le segment des équipements utilisateurs. Les signaux GPS, qui sont diffusés par chaque satellite et transportent des données à la fois vers l'équipement utilisateur et les installations de contrôle au sol, relient les segments en un seul système. La figure 1-1 caractérise brièvement les signaux et segments du GPS.

FIGURE 1-1 Les trois segments GPS. Source : La société aérospatiale

Segment spatial

La constellation GPS se compose de 24 satellites disposés dans 6 plans orbitaux d'inclinaison de 55 degrés, à 20 051 kilomètres (12 532 milles) au-dessus de la Terre. Chaque satellite effectue une orbite en une demi-journée sidérale et, par conséquent, passe au même endroit sur Terre une fois par jour sidéral, environ 23 heures et 56 minutes. Avec cette configuration orbitale et le nombre de satellites, un utilisateur à n'importe quel endroit sur Terre aura au moins quatre satellites en vue 24 heures par jour

Cette description du GPS est dérivée de l'annexe C du rapport du National Research Council, The Global Positioning System, A Shared National Asset & mdash Recommendation for Technical Improvements and Enhancements. 1995. Washington, D.C. : National Academy Press.

Segment de contrôle opérationnel

L'OCS GPS se compose de la station de contrôle principale (MCS), située à Falcon Air Force Base à Colorado Springs, Colorado, des stations de surveillance à distance, situées à Hawaï, Diego Garcia, Ascension Island et Kwajalein et des antennes de liaison montante, situées à trois des quatre stations de surveillance à distance et au MCS._Les quatre stations de surveillance à distance contribuent au contrôle des satellites en suivant chaque satellite GPS en orbite, en surveillant son signal de navigation et en relayant ces informations au MCS. Les quatre stations peuvent suivre et surveiller les allées et venues de chaque satellite GPS 20 à 21 heures par jour. Des communications terrestres et spatiales relient les stations de surveillance à distance au MCS.

Équipement de l'utilisateur

L'équipement d'utilisateur GPS varie considérablement en termes de coût et de complexité, selon la conception et l'application du récepteur. Les ensembles de récepteurs, dont le prix varie actuellement d'environ 135 $ ou moins à 30 000 $, peuvent aller d'appareils assez simples qui ne fournissent que des informations de positionnement de base à des unités multicanaux complexes qui suivent tous les satellites en vue et exécutent diverses fonctions. La plupart des récepteurs GPS se composent de trois composants de base : (1) une antenne, qui reçoit le signal et, dans certains cas, a des capacités anti-brouillage (2) une unité récepteur-processeur, qui convertit le signal radio en une solution de navigation utilisable et (3) une unité de commande/affichage, qui affiche les informations de positionnement et fournit une interface pour la commande du récepteur.

Caractéristiques du signal et concepts opérationnels

Le GPS repose sur le principe de & ldquopseudorangement & rdquo pour fournir des informations précises de positionnement, de vitesse et de synchronisation. Chaque satellite en orbite transmet un signal radio continu avec un code unique qui comprend des données sur la position du satellite et l'heure exacte à laquelle la transmission codée a été initiée, telle que conservée par les horloges atomiques embarquées. Une mesure de pseudo-distance est créée en mesurant la distance entre le récepteur d'un utilisateur et un satellite en soustrayant le moment où le signal a été envoyé par le satellite du moment où il a été reçu par l'utilisateur.

En général, la position tridimensionnelle d'un utilisateur peut être déterminée en mesurant simultanément les distances entre le récepteur d'un utilisateur et trois satellites. Cependant, comme les satellites GPS et les horloges des récepteurs ne sont pas parfaitement synchronisés, les observations d'un quatrième satellite sont nécessaires pour éliminer le biais d'horloge du récepteur commun à toutes les mesures de pseudodistance. La figure 1-2 illustre le concept de pseudo-distance GPS.

Au lieu de transmettre un code sur un signal radio (comme décrit ci-dessus), chaque satellite transmet en fait deux signaux à spectre étalé distincts qui contiennent deux codes différents, le code d'acquisition grossière (C/A) et le code de précision (P). Le code C/A est diffusé sur le signal porteur en bande L (appelé L1), dont la fréquence est centrée à 1575,42 MHz. Le code P est diffusé sur la porteuse L1 en quadrature de phase avec la porteuse C/A et sur une deuxième fréquence porteuse (désignée L2), centrée à 1227,60 MHz.

Le code L1 C/A offre une capacité de positionnement gratuite aux utilisateurs civils et commerciaux du monde entier et est connu sous le nom de service de positionnement standard (SPS). Le code P est normalement crypté à l'aide des techniques cryptographiques de la National Security Agency, et la capacité de décryptage n'est disponible que pour les militaires et autres utilisateurs autorisés, tel que déterminé par le département américain de la Défense. Le processus de cryptage, connu sous le nom d'anti-usurpation (A-S), refuse l'accès non autorisé au code P et améliore également considérablement la capacité d'un récepteur à résister au verrouillage sur des signaux GPS imités, ce qui pourrait fournir des informations de positionnement incorrectes à un utilisateur GPS. La disponibilité du code P sur les signaux porteurs L1 et L2 grâce à la capacité de déchiffrement fournit aux utilisateurs autorisés un positionnement plus précis et est connue sous le nom de service de positionnement précis (PPS).

Disponibilité sélective et autres erreurs de positionnement

La précision du GPS est dégradée pour les utilisateurs du SPS par un processus connu sous le nom de disponibilité sélective (SA). SA est une dégradation délibérée de la précision GPS accomplie en variant intentionnellement l'heure précise des horloges à bord des satellites, ce qui introduit des erreurs dans le signal GPS, et en fournissant des données de positionnement orbital incorrectes dans le message de navigation GPS. SA est normalement réglé à un niveau qui fournira une précision de positionnement de 100 mètres (2 drms) aux utilisateurs du SPS. 2 La directive de politique présidentielle de mars 1996 sur le GPS déclare que le gouvernement américain a l'intention de &ldquodiscontinuer l'utilisation de

La précision SPS est normalement représentée en utilisant une mesure horizontale de 2 drms, ou deux fois l'erreur de distance radiale moyenne quadratique. Normalement, 2 drms peuvent être représentés graphiquement sous la forme d'un cercle autour de la position réelle contenant environ 95 pour cent des déterminations de position.


1.1 Qu'est-ce que le géocalcul ?

La géocomputation est un terme jeune, qui remonte à la première conférence sur le sujet en 1996. 1 Ce qui distingue la géocomputation du terme (à l'époque) couramment utilisé « géographie quantitative », proposé par ses premiers partisans, c'est l'accent mis sur « les notions créatives et expérimentales. » (Longley et al. 1998) et le développement de nouveaux outils et méthodes (Openshaw et Abrahart 2000) : « La géocomputation consiste à utiliser les différents types de géodonnées et à développer des géo-outils pertinents dans le contexte global d'un ' approcher." Ce livre a pour objectif d'aller au-delà des méthodes d'enseignement et du code. Au terme de celui-ci, vous devriez être capable d'utiliser vos compétences en géoinformatique, pour faire « un travail pratique bénéfique ou utile » (Openshaw et Abrahart 2000).

Notre approche diffère toutefois de celle des premiers utilisateurs tels que Stan Openshaw, en ce qu'elle met l'accent sur la reproductibilité et la collaboration. Au tournant du 21 e siècle, il était irréaliste de s'attendre à ce que les lecteurs soient capables de reproduire des exemples de code, en raison des barrières empêchant l'accès au matériel, aux logiciels et aux données nécessaires. Avance rapide de deux décennies et les choses ont progressé rapidement. Toute personne ayant accès à un ordinateur portable avec

4 Go de RAM peuvent raisonnablement s'attendre à pouvoir installer et exécuter un logiciel de géocalcul sur des ensembles de données accessibles au public, qui sont plus largement disponibles que jamais (comme nous le verrons au chapitre 7). 2 Contrairement aux premiers travaux sur le terrain, tous les travaux présentés dans ce livre sont reproductibles à l'aide de code et d'exemples de données fournis avec le livre, dans des packages R tels que spData, dont l'installation est traitée au chapitre 2.

La géocomputation est étroitement liée à d'autres termes, notamment : Sciences de l'information géographique (GIScience) Géomatique Géoinformatique Science de l'information spatiale Ingénierie de la géoinformation (Longley 2015) et Science des données géographiques (GDS). Chaque terme met l'accent sur une approche « scientifique » (impliquant reproductible et falsifiable) influencée par les SIG, bien que leurs origines et leurs principaux domaines d'application diffèrent. Le GDS, par exemple, met l'accent sur les compétences en « science des données » et les grands ensembles de données, tandis que la géoinformatique a tendance à se concentrer sur les structures de données. Mais les chevauchements entre les termes sont plus importants que les différences entre eux et nous utilisons le géocalcul comme synonyme grossier les encapsulant tous : ils cherchent tous à utiliser des données géographiques pour des travaux scientifiques appliqués. Contrairement aux premiers utilisateurs du terme, cependant, nous ne cherchons pas à sous-entendre qu'il existe un domaine universitaire cohérent appelé « géocomputation » (ou « géocomputation » comme l'appelait Stan Openshaw). Au lieu de cela, nous définissons le terme comme suit : travailler avec des données géographiques de manière informatique, en mettant l'accent sur le code, la reproductibilité et la modularité.

La géoinformatique est un terme récent mais influencé par de vieilles idées. Il peut être considéré comme une partie de la géographie, qui a plus de 2000 ans d'histoire (Talbert 2014) et une extension de Systèmes d'information géographique (GIS) (Neteler et Mitasova 2008) , qui a émergé dans les années 1960 (Coppock et Rhind 1991) .

Cependant, la géographie a joué un rôle important dans l'explication et l'influence de la relation de l'humanité avec le monde naturel bien avant l'invention de l'ordinateur. Les voyages d'Alexander von Humboldt en Amérique du Sud au début des années 1800 illustrent ce rôle : non seulement les observations qui en résultent ont jeté les bases des traditions de la géographie physique et végétale, elles ont également ouvert la voie à des politiques de protection du monde naturel (Wulf 2015) . Ce livre vise à contribuer à la « tradition géographique » (Livingstone 1992) en exploitant la puissance des ordinateurs modernes et des logiciels open source.

Les liens du livre avec des disciplines plus anciennes étaient reflétés dans les titres suggérés pour le livre : Géographie avec R et R pour SIG. Chacun a des avantages. La première transmet le message qu'elle comprend bien plus que de simples données spatiales : les données d'attributs non spatiaux sont inévitablement entrelacées avec les données géométriques, et la géographie ne se limite pas à l'endroit où se trouve quelque chose sur la carte. Ce dernier communique qu'il s'agit d'un livre sur l'utilisation de R comme SIG, pour effectuer des opérations spatiales sur données géographiques (Bivand, Pebesma et Gómez-Rubio 2013) . Cependant, le terme SIG véhicule certaines connotations (voir le tableau 1.1) qui ne parviennent tout simplement pas à communiquer l'une des plus grandes forces de R : sa capacité basée sur la console à basculer de manière transparente entre les tâches de traitement, de modélisation et de visualisation de données géographiques et non géographiques. En revanche, le terme géocalcul implique une programmation reproductible et créative. Bien entendu, les algorithmes (géoinformatiques) sont des outils puissants qui peuvent devenir très complexes. Cependant, tous les algorithmes sont composés de parties plus petites. En vous enseignant ses fondements et sa structure sous-jacente, nous visons à vous permettre de créer vos propres solutions innovantes aux problèmes de données géographiques.


Voir la vidéo: Faculté des géosciences et de lenvironnement - UNIL (Octobre 2021).