Zakaj vaša višina GPS ali STRAVA ni točna?

Pojavi se ponavljajoče se vprašanje ali vprašanje glede višinske natančnosti in višinskih razlik GPS.

Čeprav se morda zdi nepomembno, je pridobivanje natančne višine zahtevno, v vodoravno ravnino lahko preprosto postavite merilni trak, vrv, geodetsko verigo ali kopičite obseg kolesa za merjenje razdalje. po drugi strani pa je števec težje postaviti 📐 v navpični ravnini.

Višine GPS temeljijo na matematičnem prikazu oblike zemlje, medtem ko višine na topografski karti temeljijo na navpičnem koordinatnem sistemu, povezanem z globusom.

Gre torej za dva različna sistema, ki morata na eni točki sovpadati.

Nadmorska višina in navpični padec sta parametra, s katerima se večina kolesarjev, gorskih kolesarjev, pohodnikov in plezalcev želi posvetovati po vožnji.

Navodila za pridobitev navpičnega profila in pravilne višinske razlike so razmeroma dobro dokumentirana v priročnikih GPS na prostem (kot so priročniki Garmin GPSMap range), paradoksalno je, da teh podatkov v predvidenih uporabniških priročnikih GPS skoraj ni ali pa so skrivnostni. za kolesarje (na primer vodniki za območje GPS Garmin Edge).

Garminova poprodajna služba daje vse koristne nasvete, tako kot TwoNav. Za druge proizvajalce ali aplikacije GPS (poleg Strave) je to velika vrzel 🕳.

Kako izmeriti višino?

Več tehnik:

• Uporaba slavnega Thalesovega izreka v praksi,
• različne tehnike triangulacije,
• Z uporabo višinomera,
• Radar, dogovor,
• Satelitske meritve.

Barometrični višinomer

Treba je bilo določiti standard: višinomer prevede atmosferski tlak nekega kraja v višino. Višina 0 m ustreza tlaku 1013,25 mbar na morski gladini pri temperaturi 15 ° Celzija.

V praksi sta ta dva pogoja na morski gladini le redko izpolnjena, na primer pri pisanju tega članka je bil tlak na obali Normandije 1035 mbar, temperatura pa blizu 6 °, kar lahko privede do napake na nadmorski višini približno 500 m.

Barometrični višinomer daje natančno višino po ponovni nastavitvi, če se tlak/temperatura stabilizira.

Prilagoditev je vzdrževanje natančne nadmorske višine za lokacijo, nato pa višinomer prilagodi to nadmorsko višino kot odziv na spremembe atmosferskega tlaka in temperature.

Padec temperature 🌡 zoži krivulje tlaka in višina se poveča, in obratno, če se temperatura dvigne.

Prikazana višinska vrednost bo občutljiva na spremembe temperature okolice, uporabnik višinomera, ki ga drži ali nosi na zapestju, se mora zavedati vpliva lokalnih temperaturnih sprememb na prikazano vrednost (na primer: ura zaprta / odprto z rokavom, relativni veter zaradi hitrega ali počasnega gibanja, vpliv telesne temperature ipd.).

Za poenostavitev stabilne zračne mase je stabilno vreme 🌥.

Ob pravilni uporabi je barometrični višinomer zanesljiv referenčni instrument za različne aplikacije, kot so aeronavtika, pohodništvo, gorništvo ...

L'altitude GPS

GPS določa višino mesta glede na idealno kroglo, ki simulira Zemljo: "Elipsoid". Ker je Zemlja nepopolna, je treba to višino preoblikovati, da dobimo višino »geoida« 🌍.

Opazovalec, ki z GPS-om odčita višino anketnega označevalca, lahko opazi odstopanje za več deset metrov, čeprav njegov GPS v idealnih pogojih sprejema deluje pravilno. Mogoče je GPS sprejemnik napačen?

To razliko pojasnjuje natančnost modeliranja elipsoida in zlasti modela geoida, ki je zapleten zaradi dejstva, da zemeljska površina ni idealna krogla, vsebuje anomalije, je podvržena človeškim modifikacijam in se nenehno spreminja. (telurski in človeški).

Te netočnosti bodo združene z merilnimi napakami, ki so značilne za GPS, in so vzrok za netočnosti in nenehne spremembe nadmorske višine, o katerih poroča GPS.

Geometrija satelita, ki daje prednost dobri horizontalni natančnosti, to je nizki legi satelitov na obzorju, preprečuje natančno pridobivanje višine. Vrstni red velikosti navpične natančnosti je 1,5-krat večji od vodoravne natančnosti.

Večina proizvajalcev čipov GPS integrira matematični model v svojo programsko opremo. ki se približuje geodetskemu modelu zemlje in zagotavlja višino, določeno v tem modelu.

To pomeni, da če hodite po morju, ni nič nenavadnega, da vidite negativno ali pozitivno nadmorsko višino, saj je geodetski model zemlje nepopoln, tej pomanjkljivosti pa je treba dodati napako, ki je neločljivo povezana z GPS-om. Kombinacija teh napak lahko povzroči višinsko odstopanje več kot 50 metrov na določenih lokacijah 😐.

Modeli geoida so bili izpopolnjeni, zlasti višina, pridobljena kot rezultat pozicioniranja GNNS, bo več let ostala netočna.

Digitalni model terena "DTM"

DTM je digitalna datoteka, sestavljena iz mrež, pri čemer vsaka mreža (kvadratna elementarna ploskev) zagotavlja vrednost višine za površino te mreže. Zamisel o trenutni velikosti mreže modela svetovne višine je 30 m x 90 m. Če poznate položaj točke na površini zemlje (geografska dolžina, širina), je enostavno dobiti višino kraja z branjem datoteko DTM (ali DTM, digitalni model terena v angleščini).

Glavna pomanjkljivost DEM je njegova zanesljivost (anomalije, luknje) in natančnost datoteke; Primeri:

• ASTER DEM je na voljo s korakom (mrežo ali piksel) 30 m, vodoravno natančnostjo 30 m in višinomerom 20 m.
• MNT SRTM je na voljo za razmik 90 m (mreža ali piksel), približno 16 m višinomera in 60 m planimetrične natančnosti.
• Model Sonny DEM (Evropa) je na voljo v korakih po 1°x1°, tj. z velikostjo celice reda 25 x 30 m, odvisno od zemljepisne širine. Prodajalec je zbral najnatančnejše vire podatkov, ta DEM je razmeroma natančen in ga je mogoče "preprosto" uporabljati za TwoNav in Garmin GPS prek brezplačnega preslikave OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m je na voljo brezplačno (od januarja 2021) v korakih 1m x 1m ali 5m x 5m z navpično ločljivostjo 1m. Dostop do te DEM je razložen v tem priročniku.

Ne zamenjujte ločljivosti (ali točnosti podatkov v datoteki) z dejansko natančnostjo teh podatkov. Odčitke (meritve) je mogoče pridobiti z instrumenti, ki ne omogočajo opazovanja površine globusa na najbližji meter.

IGN DEM, ki je na voljo brezplačno 🙏 od januarja 2021, je splet odčitkov (meritev), pridobljenih z različnimi instrumenti. Območja, ki so bila skenirana za nedavne raziskave (npr. nevarnost poplav), so bila skenirana z ločljivostjo 1 m, drugod je lahko natančnost zelo daleč od te vrednosti. Vendar so bili v datoteki podatki interpolirani tako, da so polja zapolnila v korakih 5 x 5 m ali 1 x 1 m. IGN je začel anketno kampanjo visoke ločljivosti s ciljem, da bi do leta 2026 v celoti pokrili Francijo, na ta dan pa bo IGN DEM točen in brezplačno v intervalih 1x1x1m.

DEM prikazuje nadmorsko višino tal, višina infrastrukture (zgradbe, mostovi, žive meje itd.) se ne upošteva. V gozdu je to višina zemlje ob vznožju dreves, površina vode je površina obale za vse rezervoarje, večje od enega hektarja.

Vse točke v celici imajo enako višino, zato je lahko na robu pečine zaradi negotovosti lokacije datoteke, seštete z negotovostjo lokacije, izvlečena višina enaka višini sosednje celice.

Natančnost določanja položaja GPS v idealnih pogojih sprejema je 4,5 m pri 90%. Ta zmogljivost je vidna pri najnovejših sprejemnikih GPS (GPS + Glonass + Galileo). Zato je natančnost 90-krat od 100 med 0 in 5 m (čisto nebo, brez mask, brez kanjonov itd.) dejanske lokacije. uporaba DEM s celico 1 x 1 m je kontraproduktivna.ker bodo možnosti, da bi bili na pravi mreži, redke. Ta izbira bo prevzela procesor brez prave dodane vrednosti!

Če želite dobiti DEM, ki se lahko uporablja v:

• TwoNav GPS: CDEM na 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Naučite se ustvariti lastno DEM za TwoNav GPS. Nivo krivulje je mogoče ekstrahirati s programsko opremo Qgis.

Določite višino z GPS-om

Ena od rešitev je lahko nalaganje datoteke DEM v vaš GPS navigator, vendar bo nadmorska višina zanesljiva le, če bodo mreže zmanjšane in če je datoteka dovolj natančna (vodoravno in navpično).

Da bi dobili dobro predstavo o kakovosti DEM, je dovolj, da si na primer vizualizirate relief jezera ali zgradite pot, ki prečka jezero, in opazujete višine v 2D odseku.

Slika: programska oprema LAND, pogled na jezero Gerardmer v 3D povečavi x XNUMX s pravilnimi DEM. Projekcija očes na teren prikazuje trenutno mejo DEM.

Slika: program LAND, pogled na jezero Gérardmer “BOG” v 2D s pravilnim DTM.

Vse sodobne »kvalitetne« GPS naprave imajo kompas in digitalni barometrični senzor, torej barometrični višinomer; Uporaba tega senzorja vam omogoča, da dobite natančno nadmorsko višino, če nastavite višino na znani točki (priporočilo Garmin).

Nenatančnost nadmorske višine, ki jo zagotavlja GPS od pojava GPS, je spodbudila razvoj hibridizacijskih algoritmov za aeronavtiko, ki uporabljajo višino barometra in nadmorsko višino GPS za zagotavljanje natančnega geografskega položaja. višina. Je zanesljiva višinska rešitev in prednostna izbira proizvajalcev GPS, optimizirana za vadbo TwoNav na prostem. in Garmin.

Pri Garminu je ponudba GPS uvedena glede na profil uporabnika (na prostem, kolesarjenje, gorsko kolesarjenje itd.), zato je pomembno, da se obrnete na uporabniške priročnike in poprodajni servis.

Optimalna rešitev je, da svoj GPS nastavite na možnost:

• Nadmorska višina = barometer + GPS, če GPS omogoča,
• Nadmorska višina = barometer + DTM (MNT), če GPS omogoča.

V vseh primerih za GPS, opremljen z barometrom, ročno nastavite barometer na minimalno nadmorsko višino na začetni točki. V gorah ⛰ na dolgih tekih bo treba nastavitev spremeniti, zlasti v primeru temperaturnih in vremenskih nihanj.

Nekatere kolesarske naprave Garmin, optimizirane za GPS, samodejno ponastavijo barometrično višino na znanih višinskih točkah poti, kar je še posebej pametna rešitev za gorsko kolesarjenje. Vendar mora uporabnik pred odhodom na primer obvestiti višino prelazov in dna doline; na poti nazaj bo višinska razlika točna 👍.

V načinu Barometer + (GPS ali DTM) proizvajalec vključuje algoritem za samodejno prilagajanje barometra, ki temelji na načelu, da mora biti dvig, ki ga opazijo barometer, GPS ali DEM, dosleden: to načelo uporabniku nudi veliko prilagodljivost in je zelo primerno za aktivnosti na prostem.

Vendar pa se mora uporabnik zavedati omejitev:

• GPS temelji na geoidu, tako da če se uporabnik premika po umetnem terenu (na primer na odlagališča žlindre), bodo popravki popačeni,
• DEM prikazuje pot na terenu, če si uporabnik sposodi pomemben del človeške infrastrukture (viadukt, most, mostovi za pešce, predori itd.), se prilagoditve izravnajo.

Zato je optimalen postopek za pridobitev natančnega povečanja višine naslednji:

1️⃣ Barometrični senzor prilagodite na začetku. Brez te nastavitve se višine pretvorijo (prestavijo), razlika v nivoju bo pravilna, če je zanos zaradi vremena majhen (kratka pot izven gora). Za uporabnike GPS družine Garmin Garmin in Strava uporabljata višine »gpx« za skupnost, zato je bolje, da v bazo podatkov vnesete pravilen profil višine.

2️⃣ Za zmanjšanje odnašanja (napaka v višini in nadmorski višini) zaradi vremenskih razmer na daljših vožnjah (> 1 ure) in v gorah:

• Osredotočite se na izbiro Barometer + GPS, zunanja območja z umetnim reliefom (odlagališča, umetni griči itd.),
• Osredotočite se na izbiro Barometer + DTM (MNT)če ste namestili IGN DTM (mreža 5 x 5 m) ali Sonny DTM (Francija ali Evropa) zunaj poti, ki uporablja veliko infrastrukture (mostovi za pešce, nadvozi itd.).

Razvijanje višinske razlike

Težava z nadmorsko višino, opisana v prejšnjih vrsticah, se najpogosteje pokaže po opazovanju, da je razlika v nadmorski višini med dvema izvajalcema različna ali se razlikuje glede na to, ali je odčitana na GPS-u ali v aplikaciji, kot je STRAVA (glejte pomoč STRAVA), na primer.

Najprej morate nastaviti svoj GPS, da zagotovi najbolj zanesljivo nadmorsko višino.

Razliko v ravneh je precej preprosto dobiti z branjem zemljevida, pogosto je praktik omejen na določitev razlike med točkami skrajnih dimenzij, čeprav je, če smo natančni, potrebno prešteti pozitivne konturne črte, da dobimo vsoto. .

V digitalni datoteki ni vodoravnih črt, programska oprema GPS, aplikacija za risanje sledi ali programska oprema za analizo je konfigurirana tako, da "akumulira korake ali višinske korake".

Pogosto je mogoče konfigurirati "brez akumulacije":

• v TwoNav so možnosti nastavitve skupne za vse GPS
• pri Gaminu si oglejte uporabniški priročnik in poprodajno storitev (vsak model ima svoje značilnosti glede na tipični uporabniški profil)
• aplikacija OpenTraveller ima možnost, ki predlaga prilagoditev praga občutljivosti za določanje razlike v višini.

Vsak ima svojo rešitev 💡.

Spletna mesta ali programska oprema za spletno analizo prizadevati si za zamenjavo višine iz datotek "gpx" z lastnimi podatki o višini.

Primer: STRAVA je ustvarila "domačo" datoteko z višino, ustvarjeno z uporabo višin, izpeljanih iz tirov, izpeljanih iz GPS, ki ga pozna STRAVA in je opremljena z barometričnim senzorjem.Privzeta rešitev predvideva, da je GPS poznan STRAVA, tako da je trenutno v glavnem pridobljen iz območja GARMIN, zanesljivost datoteke pa predvideva, da je vsak uporabnik poskrbel za ročno ponastavitev višine .

Kar zadeva praktične posledice, se težava pojavlja predvsem pri skupinskih sprehodih, saj lahko vsak udeleženec 🚵 opazi, da se njegova višinska razlika razlikuje od višinske razlike drugih udeležencev, odvisno od njihove vrste GPS-a, ali pa je radoveden uporabnik, ki ne razume zakaj je razlika v nadmorski višini GPS, programska oprema za analizo ali STRAVA je drugačna.

V popolnoma razkuženem svetu STRAVA bi morali vsi člani skupine uporabnikov GPS GARMIN načeloma videti enako nadmorsko višino na svojem GPS-u in na svoji STRAVA. Logično pa je, da je razliko mogoče razložiti le z nastavitvijo višine nič ne potrjuje, da je navedena višinska razlika pravilna.

Logično je, da član te skupine uporabnikov, ki ima GPS, ki ga STRAVA ne pozna, vidi enako višinsko razliko na STRAVA kot njegovi pomočniki, čeprav je razlika v nivoju, ki jo prikazuje njegov GPS, drugačna. Lahko krivi svojo opremo, ki kljub temu deluje pravilno.

Najbližje pravi vrednosti višinske razlike še vedno dobimo v FRANCIJI ali BELGIJI pri branju kartice IGN., bo zagon naprednejšega geoida postopoma premaknil mejnik proti GNSS

GNSS: Geolokacija in navigacija z uporabo satelitskega sistema: Določanje položaja in hitrosti točke na površju ali v neposredni bližini Zemlje z obdelavo radijskih signalov iz več umetnih satelitov, prejetih na tej točki.

Če se morate zanašati na programsko opremo ali aplikacijo, da dobite višinsko razliko, morate to programsko opremo prilagoditi tako, da prilagodi vrednost koraka kopičenja v skladu s konturnimi črtami zemljevida IGN mesta, to je 5 ali 10 m. Majhen korak bo spremenil v padec vse majhne skoke ali prehode v izbokline, in obratno, previsok korak bo izbrisal vzpon majhnih gričev.

Po uporabi teh priporočil avtorjev poskus kaže, da vrednosti nadmorske višine, pridobljene z GPS-om ali programsko opremo za analizo, opremljeno z zanesljivim DEM, ostanejo v "pravilnem" območju, ob predpostavki, da ima zemljevid IGN tudi svoje negotovostiv primerjavi z oceno, pridobljeno s kartico IGN 1 / 25.

Po drugi strani pa je vrednost, ki jo objavlja STRAVA, običajno precenjena. Metoda, ki jo uporablja STRAVA, ki temelji na "povratnih informacijah" uporabnikov, teoretično omogoča napovedovanje hitre konvergence vrednosti, ki so zelo blizu resnici, kar bi se glede na število obiskovalcev moralo že zgoditi v BikeParku. ali zelo zasedene skladbe!

Za konkretno ponazoritev te točke je tukaj analiza naključne proge na 20 km dolgi hriboviti cesti. "Barometrična" GPS višina je bila nastavljena pred odhodom, zagotavlja "Barometrična + GPS" višina, DTM je zanesljiv DTM, ki je bil preoblikovan, da je točen. Smo zunaj območja, kjer bi STRAVA lahko imela zanesljiv profil višine.

To je ilustracija proge, kjer je razlika med IGN in GPS največja, razlika med IGN in STRAVA pa najmanjša. razdalja med GPS in STRAVO je 80m, pravi "IGN" pa je med njima.

Višine
odstopiti	Prihod	Max	min	Višina	Deviacija / IGN
GPS (Baro + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Nastavitev višine na DTM	122	122	150	98	198	-30
HRANA	280	+51
IGN kartice	122	122	148	99	228,5	0