Acquisition de données hydrographiques

Hydrographes du SHC faisant un relevé sur une surface de glace.

Hydrographes du SHC faisant un relevé sur une surface de glace.

Le Service hydrographique du Canada (SHC) effectue des relevés hydrographiques pour acquérir des données. Nous utilisons ces données pour :

  • élaborer ou mettre à jour des cartes marines
  • produire des tables des marées et des courants et d'autres documents de navigation

Ces relevés permettent de recueillir 3 types de données :

  • profondeur et hauteur
  • niveau d'eau et données du canevas altimétrique (données horizontales et verticales)
  • position et orientation

Le personnel sur le terrain, comme les techniciens et les arpenteurs, s'occupe de l'acquisition de données. Pour ce faire, ils utilisent des :

  • satellites
  • plateformes de relevés, ce qui comprend des :
    • aéronefs
    • navires de surface
    • véhicules terrestres
  • véhicules sous-marins autonomes ou semi-autonomes
Profondeur et hauteur

Profondeur et hauteur

L'une des principales tâches du SHC consiste à mesurer la profondeur de toutes les eaux navigables du pays.

Celle-ci est mesurée à partir d'un endroit dont la hauteur est connue, comme un bateau. On mesure aussi la hauteur des formations terrestres environnantes comme :

  • les rochers
  • les îles et les lignes de côte
  • la hauteur libre sous les ponts et les câbles aériens

On mesure aussi la hauteur (élévation) :

  • des îles
  • des rochers
  • de l'espace sous les :
    • ponts
    • câbles aériens
  • des objets faciles à voir
  • des sommets des pics près des côtes

Outils de mesure

Le SHC se sert du navire de la Garde côtière canadienne (NGCC) Petrel pour mesurer la profondeur et la hauteur. Ce navire est doté d'un :

  • treuil profileur MVP-30
  • échosondeur multifaisceau Kongsberg EM3002 monté en coque

Ce navire permet de réaliser des relevés pour :

  • les Grands Lacs
  • l'Arctique de l'Ouest et de l'Est

La hauteur et la profondeur sont calculées :

  • à l'aide des données d'altimétrie satellitaire
  • en prenant des mesures avec des télécapteurs comme des :
    • échosondeurs (sonars)
    • lasers (lidar bathymétrique)
  • en corrigeant les données acquises avec les données sur :
    • les marées
    • la dynamique du navire
    • les conditions océanographiques
  • en détectant les objets sur le fond marin avec des sonars à balayage, comme un sonar à balayage latéral

La hauteur des formations terrestres environnantes peut être mesurée au moyen de lasers, comme le lidar topographique. Nous pouvons examiner la rétrodiffusion des signaux des sonars et des lidars pour déterminer la topographie du fond marin.

Le SHC est aussi responsable de déterminer le type de fond marin et ses propriétés matérielles. Il est possible d'y parvenir en :

  • prélevant des échantillons :
    • avec du suif fixé à une ralingue inférieure
    • à distance avec une benne de prélèvement de subsurface
  • tirant des conclusions à l'aide des propriétés de rétrodiffusion acoustique ou optique du signal de mesure de la profondeur réfléchi
Le NGCC Petrel

Le NGCC Petrel

Benne Ponar prélevant des échantillons du fond marin pour un relevé hydrographique

Benne Ponar prélevant des échantillons du fond marin pour un relevé hydrographique

Ralingue inférieure, 1 à 2 000 mesures par relevé

Ralingue inférieure
1 à 2 000 mesures par relevé

Faisceau unique, De 500 000 à 750 000 mesures par relevé

Faisceau unique
De 500 000 à 750 000 mesures par relevé

Multifaisceau, De 4 000 000 à 100 000 000 mesures par relevé

Multifaisceau
De 4 000 000 à 100 000 000 mesures par relevé

Ralingues inférieures

Jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, on utilisait principalement des ralingues inférieures pour mesurer la profondeur et déterminer le type de fond marin. Une ralingue est une corde dotée de marques de profondeur à laquelle on fixait un poids en plomb à l'une de ses extrémités. Elle était abaissée verticalement jusqu'au fond marin, puis on notait quelle était la marque de profondeur se trouvant à la surface de l'eau.

Pour déterminer le type de fond marin, du suif était inséré dans l'extrémité creuse du poids en plomb. Lorsque la ralingue inférieure était mise à l'eau, la matière qui adhérait au suif fournissait un échantillon du fond marin.

Échosondeurs

Un échosondeur génère des impulsions sonores qui voyagent dans l'eau pour mesurer la profondeur de l'eau. La profondeur de l'eau est calculée en enregistrant le temps qui s'écoule entre l'émission du son et la réception de l'écho. À l'origine, les échosondeurs ont été mis au point à des fins militaires. Cependant, leur usage était largement répandu au milieu des années 1930 pour l'hydrographie au Canada.

Les premiers échosondeurs étaient plutôt rudimentaires et leur résolution était faible (grande empreinte de sonar). Il fallait constamment les surveiller et ils n'offraient qu'un rendement moyen. L'évolution des circuits numériques et du traitement des signaux numériques a permis de concevoir des échosondeurs modernes dotés d'une :

  • grande précision
  • résolution élevée
  • bonne stabilité de fréquence à long terme

L'amélioration des matériaux et de la conception des transducteurs a entraîné la mise au point de faisceaux étroits pouvant capter de petites cibles sur le fond marin.

Lorsque les échosondeurs ont remplacé les ralingues inférieures, on a cessé de prélever des échantillons de fond marin de façon régulière. Les hydrographes du SHC ont plutôt mis au point des méthodes pour déterminer le type de fond marin avec la rétrodiffusion acoustique.

Sonar à balayage latéral

Comme les échosondeurs à faisceau unique sont orientés verticalement, ils ne peuvent pas recueillir de données sur la profondeur et les caractéristiques de l'espace entre les lignes de sondage. La création du sonar à balayage latéral découle de l'idée d'incliner un échosondeur à large faisceau sur le côté afin de produire une série chronologique de retours de signaux acoustiques. Cette technologie se caractérise par l'étroitesse longitudinale du faisceau et sa résolution latérale élevée.

Les sonars à balayage latéral sont excellents pour la détection d'obstacles sur le fond marin situés entre les lignes de sondage. Toutefois, pour prendre des mesures avec un tel appareil, on pose comme hypothèse que le fond marin est plat. Celà veut dire que l'appareil ne peut pas :

  • localiser les cibles de façon précise
  • mesurer la profondeur la moins élevée de façon précise

Heureusement, l'échosondeur à faisceau unique et le sonar à balayage latéral sont complémentaires.

Système de balayage

Un autre système utilisé par le SHC est le système de balayage. Ce système consiste à mettre en place à intervalles réguliers plusieurs échosondeurs à faisceau unique le long d'une ou de plusieurs bômes de navire.

Le système de balayage permet :

  • de faire un relevé pour tout le fond marin à certaines profondeurs
  • d'acquérir des données précises sur la profondeur et la position pour chaque mesure

Bien que le système de balayage permette de faire un relevé beaucoup plus exhaustif qu'un échosondeur à faisceau unique, celui-ci est limité par :

  • la largeur des bômes du navire
  • les restrictions de mouvement du navire causées par de grandes bômes
Le SHC se sert du NGCC F.C.G. Smith qui est doté d'échosondeurs à faisceau unique alignés le long de ses bômes, ceux-ci formant un système de balayage.

Le SHC se sert du NGCC F.C.G. Smith qui est doté d'échosondeurs à faisceau unique alignés le long de ses bômes, ceux-ci formant un système de balayage.

Système de balayage par secteur

Le système de balayage par secteur est un ensemble de sonars pouvant prendre de multiples mesures transversales au moyen d'un même réseau de transducteurs. Il consiste habituellement en un réseau d'émetteurs et au moins un réseau de récepteurs.

Un système de balayage par secteur n'est pas soumis aux contraintes physiques d'un système de balayage. Sa couverture angulaire pour le fond marin le rend beaucoup plus efficace qu'un système de balayage lorsque la profondeur augmente.

Échosondeur multifaisceau

Les échosondeurs multifaisceaux constituent un type de système de balayage par secteur. Tout comme les échosondeurs à faisceau unique, ils génèrent une impulsion acoustique mise en forme voyageant dans une colonne d'eau. Contrairement à ceux-ci :

  • le faisceau d'émission (impulsion) est :
    • large dans la direction de visée
    • étroit dans la direction azimutale
  • pour chaque impulsion, il y a de nombreux faisceaux de réception, chacun d'entre eux étant :
    • plus grand dans la direction azimutale
    • plus étroit dans la direction de visée

La combinaison de ces 2 formes de faisceaux permet d'obtenir une grande couverture transversale avec une résolution spatiale très élevée. Ce système permet de :

  • surmonter les limites des systèmes de balayage
  • combler toutes les lacunes des systèmes combinant des échosondeurs à faisceau unique et des sonars à balayage latéral

Sonar bathymétrique à balayage latéral mesurant la phase

Un sonar bathymétrique à balayage latéral mesurant la phase est aussi connu sous le nom de sonar à balayage latéral de déphasage. Il enregistre l'amplitude d'une série chronologique de signaux reçus par un réseau latéral de la même façon qu'un sonar à balayage latéral standard.

Par contre, contrairement à un sonar à balayage latéral standard, l'angle du signal d'arrivée peut être déterminé à l'aide de :

  • multiples réseaux de réception
  • l'équipement de traitement de signal de pointe

Ils offrent l'avantage d'être dotés d'un angle de vision très large. Cela correspond à un rapport d'environ 10 sur 4 comparativement à la plupart des échosondeurs multifaisceaux en ce qui a trait à la profondeur de l'eau.

Ces sonars sont aussi munis d'un imageur de rétrodiffusion acoustique à résolution très élevée.

Leur principal défaut est le haut niveau de bruit associé aux données en comparaison aux échosondeurs multifaisceaux. De plus, directement en dessous du sonar, il y a un espace pour lequel aucune donnée ne peut être recueillie, comme pour un sonar à balayage latéral standard.

Il est principalement utilisé pour cartographier des habitats dans des eaux sublittorales (à proximité des rives) très peu profondes.

Rétrodiffusion acoustique

Les échosondeurs à faisceau unique, les échosondeurs multifaisceaux et les sonars à balayage latéral peuvent mesurer la :

  • puissance du signal de retour (rétrodiffusé)
  • durée aller-retour de l'impulsion sonore lorsqu'elle est réfléchie sur le fond marin

Ces paramètres sont illustrés par la teinte (nuance) des signaux des échosondeurs. Un signal pâle indique qu'une plus grande partie du son est absorbée par le fond marin.

Les hydrographes ont donc établi que les signaux acoustiques de rétrodiffusion de retour :

  • faibles (pâles) sont associés à un fond marin meuble
  • forts (foncés) sont associés à un fond marin dur

Cette idée a mené à des activités de recherche relatives à la classification acoustique des fonds marins. Ces activités consistent à déterminer le type de matériau du fond marin à l'aide de la puissance du signal acoustique rétrodiffusé.

Habituellement, une classification fondée sur la rétrodiffusion acoustique doit être mise à l'épreuve en prélevant des échantillons physiques du fond marin. Cela s'appelle de l'échantillonnage avec une benne ou la vérification du fond marin.

Lasers

De nos jours, les échosondeurs sont les outils les plus communs pour mesurer la profondeur de l'eau. Par contre, il est aussi possible d'utiliser des lasers pour:

  • mesurer les eaux limpides peu profondes
  • localiser des structures de ligne de côte
  • mesurer les hauteurs sur des terres près des rivages
La couverture associée aux axes de passage pour un lidar comparativement à la couverture associée aux axes de passage requis pour un échosondeur multifaisceau pour faire un relevé de la même zone.

La couverture associée aux axes de passage pour un lidar comparativement à la couverture associée aux axes de passage requis pour un échosondeur multifaisceau pour faire un relevé de la même zone.

Lidar bathymétrique

Lidar signifie détection et télémétrie par ondes lumineuses. Le temps de propagation d'une impulsion laser permet de déterminer la distance. Pour mesurer la distance de façon précise, tout doit être parfaitement synchronisé, puisque la lumière se déplace à une vitesse d'environ 3 milliards de mètres par seconde.

Dans le cas d'un lidar bathymétrique aéroporté, un laser est émis par un aéronef tel qu'un aéronef à voilure fixe ou un hélicoptère. Voici les types de laser émis :

  • un laser rouge mesure la hauteur de la surface de la mer puisque celui-ci ne peut pas pénétrer dans l'eau
  • un laser bleu vert :
    • pénètre facilement dans les eaux limpides
    • mesure la distance jusqu'au fond marin si le signal de retour a suffisamment d'énergie de rétrodiffusion

Le différentiel de temps entre le retour des  2 lasers permet de mesurer la profondeur de l'eau après le traitement des signaux.

Ce type de laser permet de prendre des mesures jusqu'à une profondeur de 50 m. Cependant, pour atteindre ces mesures l'eau doit être limpide et la couleur du fond marin pâle, comme celle autour des récifs coralliens. Il ne permet pas de mesurer la profondeur :

  • si l'eau est trouble
  • s'il y a dans la colonne d'eau des éléments en suspension :
    • du varech
    • des poissons
    • des bulles d'air

Lidar topographique

Un lidar topographique peut mesurer l'élévation lorsqu'on se trouve sur des terres à l'aide du temps de propagation d'une impulsion émise par le laser rouge. Pour la cartographie faite à l'aide d'un lidar aéroporté, on se sert d'impulsions émises par un laser presque vertical pour élaborer un modèle d'élévation numérique du terrain.

Pour un lidar topographique, l'énergie de rétrodiffusion permet aussi de déterminer la distance, ce qui veut dire qu'il peut y avoir de multiples temps de propagation pour chaque faisceau dans les zones où se trouve une couverture arborée.

Pour de nombreux relevés, il faut élaborer des modèles altimétriques numériques (MAN) de « terre à nue ». Une tâche de l'analyse est de déterminer quels sont les objets en contact avec le sol, comme les arbres et les bâtiments, et de les éliminer.

Pour le SHC, la topographie lidar est utile pour délimiter les hautes terres du sublittoral et de l'intertidal. Il peut également servir à estimer l'emplacement de la laisse de haute mer.

Test sur terre d'un lidar mobile Riegl VZ400 qui serait monté sur la vedette Harlequin du SHC dotée d'un système multifaisceau pendant l'été 2012.

Test sur terre d'un lidar mobile Riegl VZ400 qui serait monté sur la vedette Harlequin du SHC dotée d'un système multifaisceau pendant l'été 2012.

Réflectivité du lidar

La rétrodiffusion d'un lidar fournit de l'information sur le fond marin ou la topographie en fonction de l'intensité de la réflectance.

Pour mesurer le temps de propagation d'un signal, l'élément étudié doit réfléchir de l'énergie (rétrodiffusion).

C'est vrai pour les échosondeurs pour lesquels il faut obtenir un signal acoustique dont l'énergie a été rétrodiffusée par le fond marin. C'est tout aussi vrai pour l'énergie optique rétrodiffusée associée à un système lidar.

Systèmes de balayage au laser

Il n'est pas nécessaire d'orienter les systèmes lidar verticalement pour qu'ils soient utiles pour la cartographie.

On utilise des systèmes de balayage au laser orientés horizontalement depuis des décennies pour de nombreux types de relevés, ce qui comprend la surveillance :

  • de la stabilité d'épaves de bateaux
  • des déformations de digues en terre

Ces systèmes peuvent également être utilisés sur une plateforme en mouvement, comme un camion ou une vedette.

À bord d'une vedette, un laser de balayage orienté vers la ligne de côte permet de mesurer avec précision :

  • toute construction sur la ligne de côte
  • la forme naturelle :
    • de l'intertidal
    • de la laisse de haute mer;
    • du relief du sublittoral

Ces systèmes peuvent seulement cartographier les éléments dans leur champ de vision. Les objets dissimulés derrière n'importe quel objet, comme un navire amarré, ne seront cartographiés que lorsque le navire quittera son poste d'amarrage.

Correction de la vitesse du son pour la réfraction dans la colonne d'eau

Dans le cas des sonars orientés verticalement, les changements de la densité dans toute la colonne d'eau n'ont aucun effet sur la trajectoire de l'impulsion sonore. Toutefois, une impulsion sonore émise selon un angle indirect dévie de sa trajectoire lorsqu'il y a un changement de la densité.

C'est ce qu'on appelle la réfraction. Si ce défaut n'est pas corrigé, il peut engendrer d'importantes distorsions dans l'apparence du fond marin obtenue au moyen d'échosondeurs multifaisceaux et de sonars interférométriques à balayage latéral, surtout pour les faisceaux situés aux extrémités.

Pour éliminer les effets de la réfraction, il faut déterminer le profil de densité de la colonne d'eau en dessous du sondeur. Pour ce faire, on doit calculer la vitesse du son en élaborant et en mesurant :

  • un profil de vitesse du son verticale
  • d'autres paramètres

Treuils profileurs

Au début d'un relevé multifaisceaux par échosondeur, la mesure du profil de vitesse du son (coup de sonde), fournit les renseignements dont le sonar à balayage par secteur a besoin pour corriger correctement la réfraction. Cependant, ces renseignements sont fournis seulement à cet emplacement précis et pour quelques instants après le coup de sonde.

Le profil de la densité dans la colonne d'eau peut changer rapidement en fonction de l'espace ou du temps dans les régions océanographiques dynamiques comme les zones :

  • de remontée d'eau
  • près du delta d'un fleuve

Pour les relevés par secteur dans ces zones, il faut faire fréquemment et de manière continue des coups de sonde afin de corriger les données de ces relevés en fonction de la réfraction.

Il n'est pas efficace d'arrêter un navire chaque fois qu'un nouveau coup de sonde est nécessaire. Le SHC a aidé à élaborer une technologie de profilage afin qu'un navire puisse continuer à fonctionner pendant :

  • la prise de coups de sonde en continu
  • que les mesures sont utilisées pour corriger les données à mesure qu'elles sont recueillies
Niveaux d'eau et données du canevas altimétrique

Niveaux d'eau et données du canevas altimétrique

Pour calculer correctement la profondeur de l'eau, il faut se servir d'un canevas altimétrique de référence par rapport à :

  • d'autres points de système de référence vertical
  • le niveau de la marée au moment de la prise de la mesure de la profondeur

Les marégraphes servent à mesurer le niveau d'eau.

Marégraphes

Les marégraphes locaux sont installés de façon routinière pendant les relevés hydrographiques. Cela permet de faire les corrections nécessaires en tenant compte des conditions locales par rapport à un système de référence vertical.

Les données consignées sur la marée permettent d'élaborer des modèles de composantes de la marée qui permettent de prévoir le comportement de la marée dans ces zones.

Le SHC dispose d'un réseau permanent d'observation du niveau de l'eau qui est un réseau de marégraphes permanents. Certains marégraphes recueillent des données depuis plus d'un siècle. Certains d'entre eux, comme le nouveau marégraphe laser, sont plus récents.

Surveillance du niveau de la mer

Grâce au caractère permanent du réseau de marégraphes du SHC, on peut observer les tendances du niveau moyen de la mer sur de longues périodes.

Les données sur les moyennes mensuelles obtenues à l'aide des marégraphes sont transmises :

  • aux directeurs de ports de Ports Canada
  • à d'autres pays à des fins de recherche scientifique
  • à d'autres ministères comme Environnement et Changement climatique Canada
  • à d'autres services de Pêches et Océans Canada, comme celui de l'océanographie

Tsunamis et ondes de tempête

Le réseau permanent d'observation du niveau de l'eau est utilisé pour la préparation aux situations d'urgence ainsi que pour les interventions d'urgence.

Sur la côte du Pacifique, les tsunamis sont une menace réelle résultant de l'activité sismique des régions comme :

Sur la côte Atlantique, de nombreuses zones à basse altitude sont exposées aux inondations provoquées par des ondes de tempête. Les ondes de tempête sont des augmentations subites et soutenues du niveau de la marée causées par une combinaison de basse pression et de vents du large forts.

Position et orientation

Position et orientation

Cartes électroniques du SHC utilisées à l'aide d'un ordinateur à bord d'un navire, aux fins de navigation.

Cartes électroniques du SHC utilisées à l'aide d'un ordinateur à bord d'un navire, aux fins de navigation.

Dans un relevé hydrographique, il faut consigner, au moment exact de la prise de mesure de la profondeur de l'eau, la position précise :

  • sur la surface de la Terre
  • sous la surface de l'océan

Les technologies de positionnement par satellite sont utilisées afin de déterminer la position. Les détecteurs de mouvement sont utilisés pour le suivi de l'orientation du navire au moment de la prise de mesure.

Lorsque le SHC mesure la profondeur de l'eau ou l'élévation des masses terrestres environnantes, chaque mesure doit marquer une position précise pour servir aux fins de navigation.

Afin de déterminer la position de la profondeur et de la hauteur, les hydrographes ont utilisé des méthodes optiques, comme les sextants ou le théodolite réitérateur. À la fin des années 1950, on a commencé à utiliser des systèmes de positionnement électroniques.

En 1980, ces systèmes ont évolué en méthodes de positionnement plus précises et plus fiables, qui sont utilisées régulièrement pour mener des relevés de toutes sortes. À la fin des années 1980, on a commencé à utiliser des systèmes de positionnement par satellite. Aujourd'hui, on utilise pour les relevés du SHC :

  • une variété de technologies de positionnement par satellite
  • différentes techniques post-traitement pour corriger tout déplacement pendant la mesure de la profondeur

Technologies de positionnement

Le système de constellation de satellites GPS est un système de navigation par satellite entretenu par le gouvernement des États-Unis. Il peut être utilisé par toute personne dotée d'un récepteur GPS.

Les 2 antennes du navire Shoal Seeker du SHC font partie du système mondial de localisation différentiel.

GPS

Le système GPS des États-Unis est le système de positionnement par satellite le plus connu. De nombreuses personnes sont dotées d'une automobile, d'un bateau ou d'un téléphone intelligent avec un GPS.

Le SHC se sert d'un système GPS de pointe qui positionne ses navires horizontalement et verticalement à quelques centimètres des positions de mesure.

Un graphique montrant les systèmes de constellation de satellites GPS.

Un graphique montrant les systèmes de constellation de satellites GPS.

Les 2 antennes du navire du SHC Shoal Seeker.

Les 2 antennes du navire du SHC Shoal Seeker.

GPS différentiel

Le système de positionnement mondial différentiel ou le GPS différentiel, corrige les erreurs de base de diffusion de signaux satellites GPS.

Dans un environnement marin, les corrections du GPS différentiel locales sont diffusées par les radiobalises de la Garde côtière canadienne dans la plupart des régions du pays. Cette technologie n'est pas encore accessible en Arctique.

Système de renforcement satellitaire

Les corrections du GPS différentiel peuvent également être diffusées dans une grande zone, ce qui s'appelle le GPS différentiel étendu. Un système qui diffuse ces corrections à l'échelle mondiale est le système de renforcement satellitaire. En Amérique du Nord, ce système s'appelle un système de renforcement à couverture étendue (en anglais seulement).

Glonass

La Russie a mis au point le système russe de localisation mondiale par satellite (Glonass) (en anglais seulement) qui est le seul système dont les capacités se rapprochent de celles du système GPS. La Chine, l'Inde et l'Union européenne développent actuellement leurs propres systèmes.

Le SHC a travaillé sur la mise à niveau de ses récepteurs GPS afin d'assurer une conformité complète avec le système Glonass. Cela permet d'accéder à une constellation supplémentaire de 24 satellites de positionnement. L'accès à des satellites supplémentaires entraîne une amélioration de fiabilité en matière de positionnement, surtout dans les régions isolées comme l'Arctique.

Système mondial de navigation par satellite

Le système mondial de navigation par satellite est une combinaison :

  • du système de renforcement satellitaire
  • d'une série de systèmes de positionnement par satellite

Positionnement cinématique en temps réel

Le positionnement cinématique en temps réel permet d'accéder à des données lorsque :

  • le navire se déplace (cinématique)
  • des données sont recueillies (en temps réel)

Cette méthode est employée lorsqu'il faut se positionner à 10 cm ou moins ou encore à 1 ou 2 cm de la position de mesure, particulièrement sur le plan vertical.

Pour obtenir une telle précision, des données sont tirées du signal de phase de la porteuse GPS. Afin d'avoir une telle précision en temps réel, les mesures doivent être :

  • prises par une station GPS locale située sur la côte (station de référence)
  • transmises au navire par un modem cellulaire pendant la collecte de données

Techniques de post-traitement

Les techniques de post-traitement permettent de déterminer des positions précises. Il faut raffiner les données après les avoir recueillies. Voici les avantages de déterminer les positions après la collecte de données :

  • radio modem non nécessaire
  • filtrage et lissage des données
  • amélioration de la précision lorsque les données suivantes sont traitées après leur collecte :
    • orbites de satellite
    • corrections de l'heure

Post-traitement cinématique et positionnement ponctuel précis

Le post-traitement cinématique est comme le positionnement cinématique en temps réel. C'est-à-dire que les algorithmes appliqués aux données brutes sont essentiellement les mêmes que ceux qui seraient appliqués en temps réel.

Cependant, cette méthode permet d'utiliser des approches plus perfectionnées, qui donnent souvent la possibilité d'obtenir des positions plus précises en 3 dimensions.

Les 2 méthodes ont besoin d'au moins une station de référence dans un rayon de 100 km du navire hydrographique pour obtenir des résultats fiables.

Il existe une autre approche post-traitement appelée positionnement ponctuel précis :

  • les données de station de référence ne sont pas nécessaires pour celle-ci
  • elle peut être utilisée pour :
    • les données cinématiques prises par une vedette hydrographique
    • les données de positionnement statiques, comme celles prises pour un point de référence pour 24 h.
  • cela prend plusieurs heures pour trouver une solution fiable, de sorte qu'elle ne convient pas pour des données cinématiques pour des lignes de courte durée

Il est aussi possible d'avoir des données de positionnement ponctuel précis en temps réel.

Système de navigation par inertie

Le SHC utilise des détecteurs de mouvement haut de gamme qui combinent le système de navigation par inertie et le système mondial de navigation par satellite pour former une même unité.

Un système de navigation par inertie fournit des informations de trajectoire très lisses à un débit binaire élevé. Toutefois, il y a une dérive après un certain temps. Le système mondial de navigation par satellite n'est pas touché par ce phénomène.

La combinaison des  2 systèmes permet d'avoir des trajectoires très précises. Elles sont :

  • dotées d'une précision de quelques centimètres pour les 3 dimensions
  • transmises à un débit binaire suffisamment élevé pour corriger les déplacements des sonars multifaisceaux en temps réel

La solution est souvent appelée positionnement cinématique en temps réel à inertie contrôlée.

Positionnement cinématique en temps réel à inertie contrôlée

Il est possible d'utiliser les techniques de post-traitement pour améliorer les résultats en temps réel obtenus par la méthode de positionnement cinématique en temps réel à inertie contrôlée.

Les calculs des déplacements du navire (post-traitement de trajectoire après la mission) peuvent être améliorés des façons suivantes :

  • lissage de données
  • utilisation de multiples stations de référence
  • utilisation des données sur les orbites de satellites et l'heure

Les algorithmes utilisés, appelés des filtres de Kalman à couplage étroit, peuvent fournir des estimations statistiques de la qualité de chaque paramètre. Cela inclut :

  • les roulis
  • la latitude
  • la hauteur
  • le tangage
  • la longitude
  • l'incertitude du cap
Plateformes de relevés

Plateformes de relevés

Les plateformes de relevés du SHC comprennent des :

  • aéronefs
  • satellites
  • navires de surface
  • véhicules sous-marins

Nous utilisons des détecteurs de mouvement pour raffiner les données acquises.

Navires de surface

Les plateformes de relevés utilisées le plus fréquemment par le SHC sont les navires de surface, c'est-à-dire des :

  • navires
  • bateaux
  • vedettes

La plupart de ces navires appartiennent à et sont exploités par la Garde côtière canadienne, mais le SHC possède quelques navires de plus petite taille.

Véhicules sous-marins

Les véhicules sous-marins sont utilisés dans des zones où les navires de surface sont :

  • peu sûrs
  • inefficaces
  • incapables de recueillir de bonnes données

Ces véhicules peuvent être semi-autonomes ou complètement autonomes.

Le SHC se sert de véhicules sous-marins :

  • autonomes pour les travaux sous les glaces
  • téléguidés, filoguidés et raccordés à un navire

Toutefois, nous considérons que ces véhicules sont encore en développement pour ce qui est de l'acquisition de données de routine.

Aéronefs

Les aéronefs comme les avions et les hélicoptères servent à :

  • réaliser des relevés bathymétriques ou topographiques rapides
  • conduire le personnel du SHC à des endroits éloignés pour installer ou entretenir de l'équipement

Un aéronef permet de couvrir de grandes zones rapidement et est sécuritaire par rapport aux petits bateaux pour les eaux exposées à des houles océaniques où se trouvent des rochers.

Ces technologies permettent d'étudier de façon optimale :

  • la forme et la nature de l'intertidal
  • les eaux peu profondes du sublittoral
  • la laisse de basse mer et celle de haute mer
  • les éléments à faible élévation du sublittoral

Cette information sert à :

  • mettre à jour les cartes marines
  • déterminer les habitats clés du sublittoral
  • planifier les interventions en cas de déversement
  • établir des modèles pour les interventions en cas de tsunamis ou d'ondes de tempête

Satellites

Les satellites peuvent aussi produire des images ou de l'information sur la hauteur de la surface de la mer pertinentes pour le SHC.

Comme un satellite peut prendre des données sur la même zone de façon répétée, il est très utile pour vérifier les changements récents touchant les zones en développement continu. C'est particulièrement vrai pour les éléments de la ligne de côte comme les ports.

De nombreux satellites fournissent des images ou des données sur la hauteur avec une :

  • résolution spatiale élevée :
    • taille de pixel
    • petite empreinte au niveau du sol
  • grande plage spectrale composée de nombreuses bandes de fréquences, ce qui permet de :
    • différencier les types de zone intertidale
    • voir les éléments dans des eaux limpides
  • bonne résolution temporelle, passages fréquents pour vérifier l'évolution de la construction des installations proposées

Ces caractéristiques peuvent être utiles pour améliorer la modélisation des marées pour la ligne de côte et la zone au large des côtes.

Les satellites qui ne dépendent pas de données visuelles et ceux dotés de radars peuvent être utiles pour produire des images de régions côtières pendant la nuit ou lorsqu'il y a une concentration de nuages.

C'est très pertinent pour obtenir des images de régions côtières en fonction de moments particuliers de la marée.

Les satellites utilisés par le SHC comprennent :

Données de profondeur tirées de l'altimétrie satellitaire

Les océans couvrent environ 71 % de la surface de la Terre. Cartographier les océans avec des échosondeurs prendrait des siècles.

Il est possible de déduire la profondeur des océans profonds en observant la topographie de la surface de la mer à l'aide de l'altimétrie satellitaire.

Détecteurs de mouvement

Les détecteurs de mouvement mesurent tous les mouvements du sonar pendant l'émission et la réception de chaque impulsion émise par les sonars multifaisceaux.

Les hydrographes se servent de ces mesures pour raffiner les données de profondeur.

Les détecteurs de mouvement mesurent le :

  • cap
  • roulis
  • tangage
  • pilonnement

Les capteurs inertiels mesurent les accélérations et sont utilisés pour déterminer les déplacements spatiaux comme :

  • le cavalement
  • les embardées
  • le pilonnement

Des gyroscopes mesurent les rotations angulaires pour déterminer le cap par rapport au nord vrai. Ces capteurs forment des groupes de 3 et sont orthogonaux (forment des angles droits l'un par rapport à l'autre) dans un système de référence en dimensions, comme un système composé des axes x, y et z.

Une vedette hydrographique du SHC mise à l'eau à partir d'un navire de la Garde côtière canadienne.

Une vedette hydrographique du SHC mise à l'eau à partir d'un navire de la Garde côtière canadienne.

Un véhicule autonome mis à l'eau à partir d'un brise-glace ou d'un camp sur la glace pour recueillir des données hydrographiques sous la glace dans l'océan Arctique.

Un véhicule autonome mis à l'eau à partir d'un brise-glace ou d'un camp sur la glace pour recueillir des données hydrographiques sous la glace dans l'océan Arctique.

Réalisation de relevés bathymétriques à l'aide d'un aéronef doté d'équipement lidar.

Réalisation de relevés bathymétriques à l'aide d'un aéronef doté d'équipement lidar.

Dans un système de référence en 3 dimensions, le roulis est représenté par l'axe x, l'embardée par l'axe y et le lacet par l'axe z.

Dans un système de référence en 3 dimensions, le roulis est représenté par l'axe x, l'embardée par l'axe y et le lacet par l'axe z.

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