Mise au point d’un instrument de travail pour la transformation en coordonnées lv95 de données relatives aux conduites d’eau saisies avec les coordonnées de l’observatoire eth.
Mémoire de fin d’études – formation de technicien en géomatique CFC
Contexte
Jusqu’en 1893, le territoire de la commune de Zurich ne s’étendait pas au-delà des limites de l’actuelle vieille ville. Les premières opérations systématiques de mensuration de la ville (« triangulation de la vieille ville ») y furent menées entre 1857 et 1870. À cet effet, un système de coordonnées propre fut introduit, dont la flèche de l’église Saint-Pierre encore debout servait de point de référence. En 1893 a lieu un agrandissement : 11 communes de banlieue y sont intégrées (1er rattachement). L’organisme municipal chargé de la mensuration officielle ordonne alors de refaire les mesures des nouveaux quartiers. Ce nouveau plan cadastral s’inspirait déjà du système national de mesure LV03 dont existait une ébauche, mais il était orienté vers le sud et avait pour point zéro le cercle méridien de l’observatoire de l’ETH. À l’inverse, dans les communes de l’agglomération, les relevés s’effectuaient avec l’ancien système national de coordonnées LV03 alors en vigueur, mais les résultats étaient relativement imprécis et la ville de Berne servait de point zéro (Berne 0/0, « coordonnées civiles ».) Ainsi, trois différents systèmes de coordonnées étaient déjà en service sur ce territoire quand 12 de ces communes de l’agglomération furent intégrées à celle de Zurich en 1934 (Image 1).En mars 1990, à l’occasion d’un projet de transformation décidé par la ville, la conversion de tous les PFP3 et GP en coordonnées LV03 permit l’harmonisation des systèmes.
Problématique
Les services d’approvisionnement en eau de Zurich (Wasserversorgung Zürich, ci-après « WVZ ») ont pour tâche récurrente l’entretien et la rénovation de certaines parties du réseau municipal. Le WVZ possède un service interne qui, depuis les débuts de la mensuration moderne, saisit la position et la hauteur des éléments nouveaux ou rénovés : canalisations, bornes d’incendie, hydrants souterrains, vannes et dérivations en T. De 1868 à 1987, ces données étaient représentées graphiquement/de manière analogique sur des plans en papier, puis la saisie des nouvelles données s’est faite de manière numérique. Les avancées techniques ont fait évoluer les modalités de saisie : jusqu’en 1976, les éléments de canalisation étaient relevés sans indication de coordonnées sur des points remarquables (ex. : les coins de bâtiment). Depuis, le relevé de la position s’effectue directement dans le système de coordonnées adéquat. Or à cette période, des coordonnées LV03 étaient déjà utilisées sur les secteurs de la vieille ville et de la ville issue du 2ème rattachement. Ce constat impliquait une révision des relevés initiaux du projet. L’outil de conversion qui fait l’objet de notre travail concerne uniquement les données relatives à la canalisation d’eau saisies dans la base de l’observatoire de l’ETH entre 1976 et 1990 dans le cadre du premier rattachement. Envisageons maintenant des mesures de pointage dans le cadre de relevés des canalisations d’assainissement. Les interfaces entre nouveaux segments de canalisation et « anciens » doivent être construites/recalculées chaque fois à la main à partir des relevés papier. Avec un outil simple, intégrer ces « anciennes » coordonnées ne serait plus un obstacle. L’entreprise enregistrerait de meilleurs résultats tout en améliorant son efficacité sur les opérations répétitives.
Objectifs du projet
Ce travail vise à développer un instrument maniable permettant d’améliorer les opérations quotidiennes en transformant les anciennes données relatives aux canalisations en coordonnées actuelles valables.
Principe
Ce travail s’appuie sur les plans de conduites extraits des archives de WVZ de l’époque, les données SIG de WVZ, des relevés de terrain spécifiques, ainsi que des informations issues du projet de conversion urbaine de 1990. Pour les données relatives aux conduites, WVZ a adopté les exigences de précision définies dans la norme SIA 405 : l’erreur moyenne des données saisies doit présenter une précision de +/-10 cm avec une tolérance de +/ – 30 cm. Le présent travail reprend ces normes.
Méthodologie
Après avoir posé les bases du projet puis défini précisément la problématique, le travail s’est déroulé en différentes étapes :
- Choix du mode de transformation
Le mode de transformation retenu devait répondre à différents critères et avant tout être le plus simple possible. Les coordonnées de l’observatoire ETH étant orientés vers le sud et leur origine décalée latéralement par rapport à l’origine LV03 (plus précisément LV95), la transformation devait également comporter au moins une rotation et une translation vers Y et vers X. De plus, en raison de l’étendue spatiale et des méthodes de mesure, l’application d’un facteur d’échelle s’imposait. La transformation de Helmert remplissait tous ces critères. Ayant déjà servi de base au projet de 1990, elle garantissait une certaine comparabilité. - Choix du logiciel de transformation
Différents outils Open-Source ont été testés. En accord avec les experts soutenant le projet, le logiciel « TRANSINT », couramment utilisé pour ce type d’opération par swisstopo, a été retenu. - Choix des types de points de référence/type de point d’appuiTransformer les coordonnées d’un système de coordonnées exige de définir des points de référence, dont les coordonnées figurent dans les deux systèmes. Pour les conduites d’eau, la difficulté réside dans le fait que la majorité des éléments saisis se trouvent sous terre, ce qui complique les opérations de mesure. C’est pourquoi seuls les éléments visibles en surface de WVZ ont servi de points d’appui. Les types de points se réduisaient aux poteaux d’incendie et aux vannes d’arrêt (barre de poussée située sous la plaque d’égout.)
- Définition du périmètre de travail
Le périmètre établi pour la première phase de travail correspondait à celui retenu par le GeoZ (Geomatik + Vermessung Zurich) en 1990. La requête SQL menée dans le SIG de WVZ a donc porté sur cette zone, c’est-à-dire sur les bornes d’incendie et les vannes saisies entre 1980 et 1990. En comparant les éléments avec l’archive du plan, les points saisis en coordonnées d’observatoire ETH ont pu être identifiés, mais pour un résultat décevant : impossible d’obtenir une transformation valable faute d’un nombre suffisant de points de référence exploitables. - Mesure des points Des relevés de terrain ont ensuite permis d’établir les coordonnées LV95 de tous les points.
- Définition des paramètres de transformation avant transformation dans TRANSINT
Pour 4 différents ensembles de points, des paramètres de transformation ont été établis avant d’effectuer la transformation. - Évaluation
Les vecteurs représentatifs des erreurs fs et leur répartition ont été calculés puis évalués sur la base des différences entre valeurs transformées et coordonnées mesurées sur le terrain.
Résultats et évaluation
Les histogrammes ci-dessous représentent les vecteurs d’erreur fs calculés avec les ensembles de paramètres de transformation adaptés à chaque variante. Les quatre variantes présentent une majorité de points transformés inférieure au niveau de l’erreur moyenne pertinente de +/ — 100 mm. Toutes les valeurs respectent la limite de tolérance de +/-300 mm.Comme prévu, la dispersion des vecteurs d’erreur est plus importante quand seules les bornes d’incendie servent de points de référence (variante 1) et non pas des PFP 3 (variante 2). La variante 3 présente une quantité de points de référence nettement plus grande. L’erreur moyenne et la dispersion sont nettement plus basses que pour les variantes de départ.Enfin, la variante 4 reprend une combinaison de paramètres de transformation et de points issue de quatre mensurations du projet de 1990. Les vecteurs d’erreur des coordonnées transformées sont un peu plus grands que pour les variantes précédentes.
Conclusion et perspectives
Les paramètres des variantes 3 et 4 s’intègrent tout à fait dans le périmètre de travail envisagé pour la transformation des anciennes données associées aux conduites d’eau de WVZ. Ils n’ont pas d’incidence sur les normes établies. Pour les opérations courantes, un outil Excel a pu être conçu. Il permet une transformation simple avec les deux ensembles de paramètres. De prochaines vérifications nous diront si ces derniers autorisent des interventions hors du périmètre de travail sans affecter les normes. Les premiers résultats obtenus en utilisant les PFP3 comme points de référence semblent le confirmer.
Remerciements
Ce travail m’a offert une plongée fascinante dans le monde de la mensuration urbaine et de la gestion des conduites d’eau de la ville de Zurich. J’ai pu explorer un nouveau champ d’application de la géomatique en mettant en pratique les connaissances que j’ai acquises pendant ma formation. Je remercie les experts, Messieurs M. Burkard et C. Lienert, pour leur soutien indéfectible, ainsi que le VZ et le GeoZ. Tous ont contribué à la réussite de ce projet.
Annina Thalmann, Geomatiktechnikerin FA, Wasserversorgung Zürich, Hardhof 9, 8021 Zürich, annina.thalmann@zuerich.ch
