Géolocalisation

thumb|upright=1.5|Schéma de principe de la géolocalisation par GPS

La géolocalisation est un procédé permettant de positionner un objet, un véhicule, ou une personne sur un plan ou une carte à l'aide de ses coordonnées géographiques. Certains systèmes permettent également de connaître l'altitude (géolocalisation - dans l'espace - en 3D).

Cette opération est réalisée à l'aide d'un terminal capable d'être localisé grâce à un système de positionnement par satellites et un récepteur, GPS par exemple, ou en utilisant d'autres techniques.

De plus, le terminal est en mesure de publier, en temps réel ou de façon différée, ses coordonnées géographiques latitude/longitude.

Les positions enregistrées peuvent être stockées au sein du terminal et être extraites ultérieurement, ou être transmises en temps réel vers une plateforme logicielle de géolocalisation.

La transmission en temps réel nécessite un terminal équipé d'un moyen de télécommunication de type GSM / GPRS, UMTS, LTE, radio ou satellite, lui permettant d'envoyer les positions à des intervalles plus ou moins réguliers. Cela permet à la plateforme de visualiser la position du terminal au sein d'une carte.

La plateforme est le plus souvent accessible depuis Internet.

Techniques de géolocalisation Géolocalisation par géocodeur Les logiciels de géocodage permettent de calculer et d'attribuer à une adresse ou à un objet référencé dans une carte vecteur des positions X, Y avec une précision de quelques dizaines de mètres en moyenne.

Géolocalisation par satellite

La géolocalisation par satellite consiste à calculer, grâce aux signaux émis par une constellation de satellites prévue à cet effet, la position actuelle sur la face terrestre d'un terminal équipé d'une puce compatible. Cette position est traduite en termes de latitude, longitude et parfois altitude (ex : 43° 5494 N - 1° 48472 E) et peut alors être représentée physiquement sur une carte.

Il existe plusieurs réseaux de satellites de positionnement, le plus connu est le GPS (Global Positioning System), bien qu'il existe également d'autres services, tels GLONASS ou Galileo (en cours de déploiement). Dans le cas du GPS, pour que le repérage spatial fonctionne, un immense réseau constitué de (dont 3 de secours) tournant autour de la Terre (environ en ) à une altitude de et répartis sur six orbites (4 par orbite) différentes est nécessaire. Ces satellites constituent un maillage du ciel et servent de repères aux navigateurs GPS dans leur processus de calcul de position. Ce système de satellites est conçu de façon qu’il y en ait toujours au moins quatre « visibles » par les navigateurs GPS, sans quoi la position ne peut pas être déterminée.

Pour qu'un terminal soit capable de se géolocaliser grâce au réseau GPS, celui-ci doit être équipé d'une puce électronique compatible GPS.

Le GPS offre une précision allant de pour les applications civiles.

Géolocalisation par GSM

Cette technique permet le positionnement d'un terminal GSM en se basant sur certaines informations relatives aux antennes GSM auxquelles le terminal est connecté.

La précision du positionnement par GSM peut aller de à plusieurs kilomètres, selon que le terminal se trouve en milieu urbain (où la densité d'antennes est supérieure) ou en milieu rural.

Plusieurs techniques existent : différence de temps observée ou EOTD () : le terminal calcule le temps écoulé entre l'émission et la réception de la requête envoyée à l'antenne et peut alors calculer sa distance par rapport à celle-ci ; temps d'arrivée () ; angle d'arrivée () ; identifiant de cellule ().

Aujourd'hui, la méthode GSM la plus utilisée est celle du Cell ID (identification de la cellule radio).

Cette méthode consiste à récupérer les identifiants des antennes GSM auxquelles le terminal est connecté. Par la suite, grâce à une base de données faisant le lien entre les identifiants des cellules et les positions géographiques des antennes, le terminal est capable de déterminer sa position et d'émettre une estimation.

Ces bases de données peuvent être mises à disposition par les opérateurs pour leurs abonnés, ou par des sociétés privées qui recensent les antennes GSM ou ayant des partenariats avec les opérateurs. Des bases de données communautaires existent et sont le plus souvent alimentées par les utilisateurs eux-mêmes.

Étant donné que les bases de données Cell ID ne sont pas stockées localement dans le terminal, une connexion internet de type GPRS/EDGE, 3G, 4G ou 5G, peut être nécessaire afin d'émettre une requête pour obtenir la correspondance Cell ID / longitude latitude.

Géolocalisation par Wi-Fi De la même façon qu'un terminal GSM peut se localiser par la méthode du Cell ID sur un réseau mobile GSM, un terminal Wi-Fi peut utiliser la même méthode en se basant sur les identifiants des bornes Wi-Fi (SSID ou adresses MAC) qu'il détecte. Il existe des bases de données recensant une multitude d'identifiants de bornes d'accès Wi-Fi ainsi que leur position géographique. Ces bases peuvent appartenir à des entreprises privées ou à des communautés qui les publient gratuitement. Ces bases de données sont construites en utilisant la méthode appelée War Driving, qui consiste à parcourir les rues des villes en voiture avec un smartphone ou un ordinateur portable équipé du Wi-Fi et relié à un récepteur de positionnement par satellite, afin de recenser un maximum de points d'accès Wi-Fi.

Géolocalisation par adresse IP (sur Internet) Cette méthode permet de déterminer la position géographique d'un ordinateur ou de n'importe quel terminal connecté à Internet en se basant sur son adresse IP. Les adresses IP sont gérées par l'IANA, une organisation chargée de découper les blocs d'adresses IP disponibles et de les distribuer de façon très contrôlée aux pays qui en demandent. Toutes ces attributions étant très bien documentées, il est possible de savoir dans quel pays se trouve un terminal connecté à Internet grâce à son adresse IP. La précision des bases de l'IANA s'arrête aux informations que fournissent les opérateurs sur la position géographique des blocs d'adresses. L'affectation des plages d'adresses se fait sur des équipements qui couvrent eux-mêmes une zone arrière (zone géographique qui utilise l'équipement qui annonce les routes sur le réseau). Ces zones arrière dépendent fortement de la topologie du réseau de l'opérateur.

Cette base d'information ne permet donc pas, à elle seule, de disposer d'une granularité fine. Le couplage avec des outils de géolocalisation radio par exemple permet d'augmenter considérablement la précision.

Pour une adresse IP associée à une date et une heure données, les forces de police peuvent obtenir auprès du fournisseur d'accès à Internet la position géographique exacte, le nom et l'adresse communiqués par le titulaire. Toutefois, ces données ne sont conservées qu'un temps limité, temps qui varie selon les pays. Il en va de même pour un espace commercial d'accès à Internet (« cybercafé ») : selon les pays, le commerçant peut être tenu de conserver les dates, les heures et les documents d'identité numérisés pendant une certaine période.

Géolocalisation par RFID

La technologie RFID peut être utilisée pour la géolocalisation en intérieur. Pour ce faire, une série de lecteurs RFID équipés de différents types d'antennes sont positionnés de façon à couvrir l'ensemble de la zone souhaitée. La zone est alors découpée en cases dont la surface varie en fonction du nombre de lecteurs déployés et de leur puissance. Lorsqu'une personne équipée d'un tag RFID actif sera dans ces zones-là, le système sera capable de calculer sa position en se basant sur le nombre de lecteurs qui détectent le tag et de déduire la position approximative de l'individu en se référant au schéma de découpage établi. En temps réel, cette technique reste néanmoins très approximative et permet uniquement de déterminer la pièce ou le couloir dans lequel se trouve la personne géolocalisée.

La précision de la géolocalisation par RFID peut grandement être améliorée si celle-ci s'effectue de façon différée. En effet, une fois tous les déplacements enregistrés, des systèmes informatiques peuvent réaliser toute une série de calculs probabilistes en se basant sur les lecteurs RFID, la puissance de réception et la cohérence des positions d'une personne au sein d'une structure connue. Cela permet, dans les meilleurs cas, d'obtenir une précision de l'ordre du mètre en intérieur.

Les difficultés de la localisation en intérieur en temps réel proviennent de l'environnement en constante évolution (portes fermées ou ouvertes, déplacement de meubles). Ces structures altèrent la puissance et la portée des signaux (effet guide d'ondes par exemple) et rendent très difficile l'utilisation de la triangulation avec la technologie RFID : c'est pourquoi une méthode de prédécoupage en grilles est généralement utilisée.

Cette technique de géolocalisation ne doit pas être confondue avec la localisation en intérieur d'une personne en se basant sur la dernière détection de son tag lors d'une entrée ou sortie de zone. Cette technique est notamment utilisée dans les hôpitaux grâce à des lecteurs RFID faible puissance positionnés dans certaines portes du bâtiment et qui permettent de dire si une personne équipée d'un tag les traverse.

Géolocalisation par polarisation La géolocalisation par polarisation est une technique bio-inspirée, notamment des insectes comme les fourmis du désert (Cataglyphis). Elle utilise une caméra polarimétrique pour analyser la lumière polarisée du ciel. En exploitant la rotation de la Terre, le motif de polarisation change avec la position du Soleil, sauf au niveau du pôle céleste nord (NCP), qui reste invariant. En comparant les images successives, la position du NCP peut être déterminée : son altitude correspond à la latitude de l'observateur, et son azimut indique le nord géographique.

Contrairement aux méthodes traditionnelles comme le GPS, cette approche ne dépend pas des satellites et fonctionne même en environnement déconnecté. Son inspiration biologique témoigne de son efficacité, puisque des millions d’animaux (fourmis, oiseaux migrateurs) s’en servent quotidiennement pour s’orienter.

Bien que moins précise qu’un système GNSS, cette méthode offre une erreur moyenne d’environ 3°, ce qui la rend suffisamment fiable pour des applications en robotique autonome, navigation de secours ou études éthologiques.

Combinaison de différentes techniques Il existe plusieurs inconvénients à l'utilisation d'une seule technique de géolocalisation : La dépendance aux réseaux satellite : l'incapacité de les utiliser en intérieur et le temps de réponse à l'allumage ; La dépendance au réseau GSM : sa couverture géographique, l'accès aux réseaux GPRS, 3G, 4G ou 5G pour exploiter l'information ; La dépendance à la présence de bornes d'accès Wi-Fi : en zone rurale par exemple.

Des dispositifs qui combinent ces trois techniques et qui sont capables de géolocaliser le terminal dans n'importe quelle situation existent. La précision de ce positionnement varie en fonction des technologies disponibles, mais le temps de réponse à l'allumage et l'adaptabilité seront améliorées. Cela permet par exemple de géolocaliser une personne à l'extérieur en utilisant le GPS et de garder sa trace à l'intérieur des bâtiments ou des tunnels en utilisant la technologie GSM couplée au Wi-Fi pour plus de précision.

L'iPhone d'Apple est un exemple de terminal capable d'utiliser une méthode hybride de géolocalisation grâce à ses interfaces GSM/UMTS/LTE, Wi-Fi et à son récepteur GPS. Cette fonction est fournie par la société skyhookwireless, qui met à disposition les bases de données appropriées pour transformer les identifiants des cellules GSM et des points d'accès Wi-Fi en latitude/longitude et en rayon de précision.

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