Pierre-Yves Jeannin, Infra Survey - Leica Geosystems

UGPS
UnderGround Positioning System
Un nouveau système de
cartographie en souterrain
Pierre-Yves Jeannin, Hydrogéologue, Dr.
www.infrasurvey.ch

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• Introduction
• Historique
• Case studies
• Activités en cours
• Conclusion

1. Introduction
Introduction

1. Introduction
Une extension du système GPS
En 20 ans, l’apparition du GPS a révolutionné les
techniques de mensuration.
… mais cette technique ne fonctionne pas sous terre !
grottes
mines
conduites
tunnels
But:
Développer un instrument rapide et précis capable de situer
en quelques secondes dans l’espace une cavité souterraine.
U-GPS = seul produit de ce type

From Benner et al. 2009
1. Introduction
Les cavités souterraines (grottes,
mines, galeries) représentent un
risque d’effondrement en surface.
Des centaines de milliers
d’anciennes mines sont mal
cartographiées ou les plans
existants sont mal référencés.
La mensuration et la cartographie
des cavités souterraines est très
fastidieuse

Historique
2. Historique

U-GPS 1
2. Historique

Localisation magnétique
2. Historique
• Premiers développements avant
les années ‘70 (p.ex. Mixon 1966,
Glover 1976)
• Améliorations jusqu’au début du
21 e siècle
• Principe: un émetteur magnétique
est placé sous terre et on le
recherche avec un récepteur en
surface.
• U-GPS 1 est un système de ce
type permettant d’afficher la
distance.

U-GPS 1: limitations
2. Historique
• Précision of ~2 %
• Profondeur maximale: 200 m (souvent 100 m)
• Très sensible aux perturbations EM
• Très sensible à l’orientation de l’émetteur
• 1 mesure = 15 to 60 minutes
• Aucune information sur la qualité de la mesure

U-GPS 2
2. Historique

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, l’idée
U-GPS 2: principe
La grotte apparaît
en temps réel et en
coordonnées XYZ
directement à
l’écran.

2. Historique, principe
Système
1D
U-GPS 2: principe
“Motility
Tracking
System”
Détection signaux
magnétiques multiples
1 émetteurr, 1 récepteur
Position + orientation
1 mesure = 1 sec.
Système 3D
en temps réel

2. Historique, technology
Une vraie extension
du GPS
Relais entre
satellites et
sous-sol.

2. Historique, prototype
De la théorie au prototype (2007 – 2009)
Distance d’application 200 m
Dimensions Ø 25cm, hauteur 40 cm, poids 8 kg

“Case-studies”
3. Case-studies

3. Case-studies
Mensuration rapide
OT‐Stollen (Hemer, D)
16 points en 12 minutes,
250 m de galeries,
précision

3. Case-studies
Mine près de Paris, 4 récepteurs
300 mètres levés
en moins de 6
minutes avec une
précision
d’environ 0.5
mètres.

3. Case-studies
Positionnement précis
(Kiersper, D)

3. Case-studies
Siegen (D)
Rosenbusch

3. Case-studies

3. Case-studies
Abbaukammer
Pkt 2
Pkt 1

Positionnement précis,
example 2: hydrologie
Roggenstock
.
1777.8
Waag
Sihl
1 400
Chlön
Kl ön taler Se e
2200
Druesberg
2281.8
Rossmatter Chlü
1800
3. Case-studies
• Karst les eaux circulent
sous terre
• Zone périméditerranéenne
= karst + aride
1000
Muota
B isistal
Starzlen
Bödmerenwald
1400
Wasserbergfirst
2340.7
Rätschtalerbach
Silberen
karst
2319
Chratzerengrat
Pfannenstock
2572.7
2200
1 800
Bös Fulen
2801.8
2200
1800
• Localisation de ruisseaux
souterrains = enjeu majeur
UGPS en Crète, mars 2010

3. Case-studies
Application
en Crete
10 au 16 mars 2010

Drilling location
3. Case-studies

Positionnement directement
Case-studies
sur carte
3. Case-studies
Positionnement
précis de 5 points à
proximité de 5
forages de référence
Orléans, France
Access
shaft

Positionnement sur carte
3. Case-studies

Couplage à un laser scanner 2D
Profil
3. Case-studies
Dessin du cheminement
entre deux points
Laser
2D

3. Case-studies
Cartographie de conduites
(envisagé pour 2012)
N: 217’068.22 E: 553’829.35 Alt: 997.26 m

Cartographie de conduites
GPS GPS GPS GPS
50 m 50 m 50 m
3. Case-studies
Mensuration
rapide et directe
des conduites en
XYZ
200 m
Distance max ~25 m
précision standard env. 10-25 cm
Recherche de points précis:
précision env. 5 cm
Milieu perturbé tests à faire

Améliorations en cours
4. Activités en cours
• Couplage àun GPS
• Diminution de la taille des balises
• Amélioration de la précision
• Communication entre balises
• Modèles 3D

Modèles 3D et SIG 3D
4. Activités en cours
Couplage à laser
scanner 2D ou 3D
Navigation 3D
dans SIG

Domaines d’applications
4. Activités en cours

Conclusion
L’UGPS offre une technique nouvelle de mensuration
souterraine qui est rapide et indépendante des
techniques habituelles.
Sa portée actuelle est de 200 m en bonnes conditions, 40
m en conditions très mauvaises.
5. Conclusion
A fin 2011, la portée passera à 400 m en bonnes
conditions, 60-80 m en conditions très mauvaises.
L’installation de relais est possible pour des utilisations
plus profondes.

Conclusion
Avantage compétitifs
Mesure et déploiement rapides
Précision actuelle: 1 à 2 m / 100 m
Précision fin 2011: 0.5 m / 100 m
Pas de cumul d’erreurs
5. Conclusion
Indication de la qualité des mesures
NB: Ces caractéristiques reste dépendantes du lieu.

Je vous remercie pour votre
attention
La discussion est ouverte…
www.infrasurvey.ch

Disponibilité du produit
• 2011: Prestations de service
• Vente courant 2012 (selon type d’appareil)
6. Questions
• Nos tâches actuelles:
– Caractérisation des marchés &
stratégie marketing
– Dévelopment
(passage du prototype au product)

U-GPS 2 : exemple
6. Questions
Application distance: up to 200 m
Volume/weight: Ø 25cm, H 40 cm, 8 kg

Distance 83.10 m, theoretical measurement range 225 m
Précision
8
7
6
5
Std deviation
0.143 m
4
3
2
1
0
-0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
précision en m
Distance 83.10 m, theoretical measurement range 225 m
8
7
Std deviation
0.295 m
6
Average error
0.52 m
5
4
3
6. Questions
2
1
0
1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
précision en m
Môtiers cave (NE)