Prečo je vaša nadmorská výška GPS alebo STRAVA nepresná?

Vynára sa opakujúca sa otázka alebo otázka týkajúca sa presnosti nadmorskej výšky a výškových rozdielov GPS.

Aj keď sa to môže zdať triviálne, získanie presnej výšky je náročné, v horizontálnej rovine môžete jednoducho umiestniť meter, lano, geodetickú reťaz alebo akumulovať obvod kolesa na meranie vzdialenosti. na druhej strane je náročnejšie umiestniť merač 📐 vo vertikálnej rovine.

GPS výšky sú založené na matematickom znázornení tvaru zeme, zatiaľ čo výšky na topografickej mape sú založené na vertikálnom súradnicovom systéme spojenom so zemeguľou.

Ide teda o dva rozdielne systémy, ktoré sa musia v jednom bode zhodovať.

Nadmorská výška a prevýšenie sú parametre, s ktorými sa väčšina cyklistov, horských cyklistov, peších turistov a horolezcov bude chcieť po jazde poradiť.

Inštrukcie na získanie vertikálneho profilu a správneho výškového rozdielu sú pomerne dobre zdokumentované v manuáloch outdoorových GPS (napr. návody na dosah Garmin GPSMap), paradoxne v zamýšľaných návodoch na používanie GPS tieto informácie takmer chýbajú alebo sú záhadné. pre cyklistov (napríklad sprievodcovia pre rad GPS Garmin Edge).

Popredajný servis spoločnosti Garmin rozdáva všetky užitočné rady, rovnako ako TwoNav. Pre ostatných výrobcov GPS alebo aplikácií (okrem Stravy) je to veľká medzera 🕳.

Ako zmerať výšku?

Niekoľko techník:

• Aplikovaním slávnej Thalesovej vety v praxi,
• Rôzne triangulačné techniky,
• Pomocou výškomeru,
• Radar, dohoda,
• Satelitné merania.

Barometrický výškomer

Bolo potrebné určiť normu: výškomer prevádza atmosférický tlak miesta na nadmorskú výšku. Nadmorská výška 0 m zodpovedá tlaku 1013,25 mbar na hladine mora pri teplote 15°Celzia.

V praxi sú tieto dve podmienky na hladine mora splnené len zriedka, napríklad pri písaní tohto článku bol tlak na pobreží Normandie 1035 mbar a teplota sa blíži k 6 °, čo môže viesť k chybe v nadmorskej výške asi 500 m.

Barometrický výškomer udáva presnú nadmorskú výšku po opätovnom nastavení, ak sa tlakové / teplotné podmienky stabilizujú.

Úpravou je udržiavať presnú nadmorskú výšku miesta a potom výškomer upravuje túto výšku v reakcii na zmeny atmosférického tlaku a teploty.

Pokles teploty 🌡 zužuje tlakové krivky a zvyšuje sa nadmorská výška a naopak, ak teplota stúpa.

Zobrazovaná hodnota nadmorskej výšky bude citlivá na zmeny okolitej teploty, používateľ výškomeru, ktorý ho drží alebo nosí na zápästí, by si mal byť vedomý vplyvu miestnych zmien teploty na zobrazovanú hodnotu (napríklad: hodinky zatvorené / otvorené s rukávom, relatívny vietor v dôsledku rýchlych alebo pomalých pohybov, vplyv telesnej teploty a pod.).

Pre zjednodušenie stabilnej vzduchovej hmoty je to stabilné počasie 🌥.

Pri správnom používaní je barometrický výškomer spoľahlivým referenčným prístrojom pre rôzne aplikácie, ako je letectvo, turistika, horolezectvo ...

Nadmorská výška GPS

GPS určuje výšku miesta vo vzťahu k ideálnej gule, ktorá simuluje Zem: "Elipsoid". Keďže Zem je nedokonalá, túto výšku je potrebné transformovať, aby sme získali výšku „geoidu“ 🌍.

Pozorovateľ, ktorý odčíta výšku meracej značky pomocou GPS, môže vidieť odchýlku niekoľkých desiatok metrov, hoci jeho GPS funguje správne za ideálnych podmienok príjmu. Možno je prijímač GPS nesprávny?

Tento rozdiel sa vysvetľuje presnosťou modelovania elipsoidu a najmä modelu geoidu, ktorý je zložitý z toho dôvodu, že povrch Zeme nie je ideálna guľa, obsahuje anomálie, podlieha ľudským úpravám a neustále sa mení. (telurický a ľudský).

Tieto nepresnosti budú kombinované s chybami merania, ktoré sú vlastné GPS a sú príčinou nepresností a neustálych zmien nadmorskej výšky hlásených GPS.

Geometria satelitov uprednostňujúca dobrú horizontálnu presnosť, to znamená nízka poloha satelitov na horizonte, bráni presnému získaniu nadmorskej výšky. Vertikálna presnosť rádovo je 1,5-násobkom horizontálnej presnosti.

Väčšina výrobcov čipsetov GPS integruje matematický model do svojho softvéru. ktorý sa približuje ku geodetickému modelu zeme a poskytuje výšku špecifikovanú v tomto modeli.

To znamená, že ak kráčate po mori, nie je nezvyčajné vidieť zápornú alebo kladnú výšku, pretože geodetický model Zeme je nedokonalý a k tomuto nedostatku treba pripočítať chybu, ktorá je vlastná GPS. Kombinácia týchto chýb môže na určitých miestach spôsobiť prevýšenie o viac ako 50 metrov 😐.

Modely geoidov boli vylepšené, najmä metrika nadmorskej výšky získaná ako výsledok určovania polohy GNNS zostane niekoľko rokov nepresná.

Digitálny model terénu „DTM“

DTM je digitálny súbor zložený z mriežok, pričom každá mriežka (štvorcový elementárny povrch) poskytuje hodnotu výšky pre povrch tejto mriežky. Predstava o súčasnej veľkosti siete modelu svetovej nadmorskej výšky je 30 m x 90 m. Pri znalosti polohy bodu na povrchu Zeme (zemepisná dĺžka, zemepisná šírka) je ľahké získať výšku miesta odčítaním súbor DTM (alebo DTM, Digital Terrain Model v angličtine).

Hlavnou nevýhodou DEM je jeho spoľahlivosť (anomálie, diery) a presnosť súboru; Príklady:

• ASTER DEM je k dispozícii s krokom (mriežkou alebo pixelom) 30 m, horizontálnou presnosťou 30 m a výškomerom 20 m.
• MNT SRTM je k dispozícii pre rozostupy 90 m (mriežka alebo pixel), približne 16 m výškomer a 60 m planimetrická presnosť.
• Model Sonny DEM (Európa) je dostupný v krokoch 1°x1°, t.j. s veľkosťou bunky rádovo 25 x 30 m v závislosti od zemepisnej šírky. Predajca zostavil najpresnejšie zdroje údajov, tento DEM je relatívne presný a možno ho „ľahko“ použiť pre TwoNav a Garmin GPS prostredníctvom bezplatného mapovania OpenmtbMap.
• IGN DEM 5 m x 5 m je k dispozícii bezplatne (od januára 2021) v krokoch 1 m x 1 m alebo 5 m x 5 m s vertikálnym rozlíšením 1 m. Prístup k tomuto DEM je vysvetlený v tejto príručke.

Nezamieňajte si rozlíšenie (alebo presnosť údajov v súbore) so skutočnou presnosťou týchto údajov. Údaje (merania) je možné získať z prístrojov, ktoré neumožňujú pozorovať povrch zemegule s presnosťou na meter.

IGN DEM, dostupný bezplatne 🙏 od januára 2021, je mozaika odpočtov (meraní) získaných rôznymi prístrojmi. Oblasti skenované pre nedávny výskum (napr. riziko povodní) boli skenované s rozlíšením 1 m, inde môže byť presnosť veľmi vzdialená od tejto hodnoty. V súbore však boli údaje interpolované tak, aby vyplnili polia v krokoch po 5 x 5 m alebo 1 x 1 m. IGN spustila volebnú kampaň vo vysokom rozlíšení s cieľom plne pokryť Francúzsko do roku 2026 a v ten deň bude IGN DEM presné a zadarmo v intervaloch 1x1x1m. ...

DEM ukazuje nadmorskú výšku terénu: výška infraštruktúry (budovy, mosty, živé ploty atď.) sa neberie do úvahy. V lese je to výška zeme na úpätí stromov, povrch vody je povrch pobrežia pre všetky nádrže väčšie ako jeden hektár.

Všetky body v bunke majú rovnakú výšku, takže na okraji útesu môže byť extrahovaná výška v dôsledku neistoty umiestnenia súboru v súhrne s neistotou umiestnenia rovnaká ako výška susednej bunky.

Presnosť určovania polohy GPS za ideálnych podmienok príjmu je rádovo 4,5 m pri 90 %. Tento výkon je viditeľný pri najnovších prijímačoch GPS (GPS + Glonass + Galileo). Preto je presnosť 90-krát zo 100 medzi 0 a 5 m (jasná obloha, bez masiek, bez kaňonov atď.) skutočnej polohy. použitie DEM s bunkou 1 x 1 m je kontraproduktívne.pretože šanca byť na správnej mriežke bude vzácna. Táto voľba zahltí procesor bez skutočnej pridanej hodnoty!

Ak chcete získať DEM, ktorý možno použiť v:

• TwoNav GPS: CDEM na 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: databáza Sonny

  Naučte sa, ako vytvoriť svoj vlastný DEM pre TwoNav GPS. Krivky úrovne možno extrahovať pomocou softvéru Qgis.

Určte nadmorskú výšku pomocou GPS

Jedným z riešení môže byť načítanie súboru DEM do vášho GPS navigátora, ale nadmorská výška bude spoľahlivá iba vtedy, ak sa veľkosť mriežok zníži a súbor bude dostatočne presný (horizontálne a vertikálne).

Aby ste si urobili dobrú predstavu o kvalite DEM, stačí si znázorniť napríklad reliéf jazera alebo postaviť cestu cez jazero a pozorovať prevýšenia v 2D reze.

Obrázok: LAND softvér, pohľad na jazero Gerardmer v 3D zväčšení x XNUMX so správnym DEM. Projekcia ôk na terén ukazuje aktuálny limit DEM.

Obrázok: Program LAND, pohľad na jazero Gérardmer „BOG“ v 2D so správnym DTM.

Všetky moderné „kvalitné“ GPS zariadenia majú kompas a digitálny barometrický senzor, teda barometrický výškomer; Použitie tohto senzora vám umožní získať presnú nadmorskú výšku za predpokladu, že nastavíte výšku v známom bode (odporúčanie Garmin).

Nepresnosť nadmorskej výšky, ktorú poskytuje GPS od príchodu GPS, podnietila vývoj hybridizačných algoritmov pre letectvo, ktoré využívajú nadmorskú výšku barometra a nadmorskú výšku GPS na poskytnutie presnej geografickej polohy. výška. Je to spoľahlivé riešenie nadmorskej výšky a preferovaná voľba výrobcov GPS, optimalizovaná pre vonkajšie cvičenie TwoNav. a Garmin.

V spoločnosti Garmin je ponuka GPS predstavená podľa používateľského profilu (outdoor, cyklistika, horská cyklistika atď.), takže je dôležité riadiť sa používateľskými príručkami a popredajným servisom.

Optimálnym riešením je nastaviť váš GPS na možnosť:

• Nadmorská výška = barometer + GPS, ak to GPS umožňuje,
• Nadmorská výška = barometer + DTM (MNT), ak to GPS umožňuje.

Vo všetkých prípadoch v prípade GPS vybaveného barometrom manuálne nastavte barometer na minimálnu nadmorskú výšku v počiatočnom bode. V horách ⛰ na dlhých behoch bude potrebné nastavenie prerobiť, najmä v prípade kolísania teploty a počasia.

Niektoré cyklistické zariadenia Garmin optimalizované pre GPS automaticky vynulujú barometrickú nadmorskú výšku v známych výškových trasových bodoch, čo je obzvlášť inteligentné riešenie pre horskú cyklistiku. Užívateľ však musí informovať napríklad pred opustením výšky priesmykov a dna doliny; pri ceste späť bude výškový rozdiel presný 👍.

V režime Barometer + (GPS alebo DTM) výrobca obsahuje algoritmus automatického nastavenia barometra založený na princípe, že vzostup zaznamenaný barometrom, GPS alebo DEM musí byť konzistentný: tento princíp ponúka užívateľovi veľkú flexibilitu a je vhodný pre vonkajšie aktivity.

Používateľ by si však mal byť vedomý obmedzení:

• GPS je založené na geoide, takže ak sa používateľ pohybuje umelým terénom (napríklad na skládky trosky), korekcie budú skreslené,
• DEM zobrazuje cestu na zemi, ak si užívateľ požičia významnú časť ľudskej infraštruktúry (viadukt, most, mosty pre peších, tunely atď.), úpravy sa vyrovnajú.

Preto je optimálny postup na získanie presného zvýšenia nadmorskej výšky nasledovný:

1️⃣ Na začiatku nastavte barometrický senzor. Bez tohto nastavenia sa výšky prepočítajú (posunú), rozdiel v úrovni bude správny, ak bude drift v dôsledku počasia malý (krátka trasa mimo hôr). Pre používateľov GPS rodiny Garmin používajú výšky „gpx“ Garmin a Strava pre komunitu, takže je lepšie zadať do databázy správny výškový profil.

2️⃣ Na zníženie driftu (chyba v nadmorskej výške a nadmorskej výške) v dôsledku poveternostných podmienok na dlhých cestách (> 1 hodina) a v horách:

• Zamerajte sa na výber Barometer + GPS, vonkajšie oblasti s umelým reliéfom (skládky, umelé kopce atď.),
• Zamerajte sa na výber Barometer + DTM (MNT)ak ste nainštalovali IGN DTM (mriežka 5 x 5 m) alebo Sonny DTM (Francúzsko alebo Európa) mimo trasy, ktorá využíva značné množstvo infraštruktúry (mosty pre chodcov, nadchody atď.).

Rozvíjanie výškového rozdielu

Problém s nadmorskou výškou popísaný v predchádzajúcich riadkoch sa najčastejšie prejaví po tom, čo si všimnete, že výškový rozdiel medzi týmito dvoma praktikantmi je rozdielny alebo sa líši v závislosti od toho, či je načítaný na GPS alebo v aplikácii ako je napríklad STRAVA (pozri pomocník STRAVA).

V prvom rade si musíte vyladiť GPS tak, aby poskytoval čo najspoľahlivejšiu nadmorskú výšku.

Je celkom jednoduché získať rozdiel v úrovniach čítaním mapy, odborník sa často obmedzuje na určenie rozdielu medzi bodmi extrémnych rozmerov, hoci, aby som bol presný, je potrebné spočítať kladné obrysové čiary, aby ste získali súčet. .

V digitálnom súbore nie sú žiadne vodorovné čiary, softvér GPS, aplikácia na vykresľovanie trasy alebo softvér na analýzu sú nakonfigurované tak, aby „akumulovali kroky alebo prírastky prevýšenia“.

Často je možné nakonfigurovať „žiadnu akumuláciu“:

• v TwoNav sú možnosti nastavenia spoločné pre všetky GPS
• v spoločnosti Gamin by ste si mali prečítať používateľskú príručku a popredajný servis (každý model má svoje vlastné charakteristiky podľa typického profilu používateľa)
• aplikácia OpenTraveller má možnosť, ktorá navrhuje úpravu prahu citlivosti na určenie výškového rozdielu.

Každý má svoje riešenie 💡.

Webové stránky alebo softvér na online analýzu snažiť sa nahradiť výšku zo súborov „gpx“ s vlastnými údajmi o výške.

Príklad: STRAVA vytvorila "natívny" výškový súbor vytvorený pomocou nadmorských výšok odvodených z trás odvodených z GPS známe STRAVA a je vybavená barometrickým senzorom.Prijaté riešenie predpokladá, že GPS pozná STRAVA, takže momentálne sa získava hlavne z radu GARMIN a spoľahlivosť súboru predpokladá, že každý používateľ sa postaral o manuálne vynulovanie nadmorskej výšky .

Čo sa týka praktických dôsledkov, problém nastáva najmä pri skupinových prechádzkach, pretože každý účastník 🚵 si môže všimnúť, že jeho výškový rozdiel je odlišný od úrovne ostatných účastníkov v závislosti od typu GPS, alebo ide o zvedavého užívateľa, ktorý nerozumie prečo je rozdiel GPS nadmorská výška, analytický softvér alebo STRAVA je iný.

V dokonale dezinfikovanom svete STRAVA by všetci členovia užívateľskej skupiny GPS GARMIN mali v zásade vidieť rovnakú nadmorskú výšku na svojom GPS a na svojom STRAVA. Je logické, že rozdiel sa dá vysvetliť iba výškovým nastavením nič nepotvrdzuje správnosť nahláseného výškového rozdielu.

Je logické, že člen tejto užívateľskej skupiny, ktorý má GPS, ktoré STRAVA nepozná, by mal na STRAVA vidieť rovnaký výškový rozdiel ako jeho asistenti, hoci rozdiel hladín zobrazený jeho GPS je iný. Môže za to jeho zariadenie, ktoré napriek tomu funguje korektne.

Najbližšia k skutočnej hodnote rozdielu vo výške sa stále získava vo FRANCÚZSKU alebo BELGICKU pri čítaní karty IGN., uvedenie pokročilejšieho geoidu do prevádzky postupne posunie medzník smerom k GNSS

GNSS: Geolokácia a navigácia pomocou satelitného systému: Určenie polohy a rýchlosti bodu na povrchu alebo v bezprostrednej blízkosti Zeme spracovaním rádiových signálov z niekoľkých umelých satelitov prijatých v tomto bode.

Ak sa pri získavaní výškového rozdielu potrebujete spoľahnúť na softvér alebo aplikáciu, musíte tento softvér upraviť tak, aby prispôsobil hodnotu akumulačného kroku podľa vrstevníc mapy IGN lokality, to znamená 5 alebo 10 m. Malý krok zmení na pokles všetky malé skoky alebo prechody do nerovností a naopak príliš vysoký krok zmaže stúpanie malých kopcov.

Po uplatnení týchto odporúčaní autorský experiment ukazuje, že hodnoty nadmorskej výšky získané pomocou GPS alebo analytického softvéru vybaveného spoľahlivým DEM zostávajú v „správnom“ rozsahu, za predpokladu, že mapa IGN má tiež svoje neistotyv porovnaní s odhadom získaným s IGN kartou 1 / 25 000.

Na druhej strane, hodnota publikovaná STRAVA je zvyčajne nadhodnotená. Metóda, ktorú používa STRAVA, na základe „spätnej väzby“ od používateľov, teoreticky umožňuje predpovedať rýchlu konvergenciu k hodnotám, ktoré sú veľmi blízke pravde, čo by v závislosti od počtu návštevníkov malo už v BikeParku nastať. alebo veľmi frekventované trate!

Na konkrétnu ilustráciu tohto bodu uvádzame náhodnú analýzu trate na 20 km dlhej kopcovej ceste. „Barometrická“ nadmorská výška GPS bola nastavená pred odletom, poskytuje nadmorskú výšku „Barometric + GPS“, DTM je spoľahlivý DTM, ktorý bol prepracovaný tak, aby bol presný. Sme mimo oblasti, kde by STRAVA mohla mať spoľahlivý výškový profil.

Toto je ilustrácia trasy, kde je rozdiel medzi IGN a GPS najväčší a rozdiel medzi IGN a STRAVA najmenší. vzdialenosť medzi GPS a STRAVA je 80m a skutočné "IGN" je medzi nimi.

Výšky
départ	Príchod	Max	min	výška	Odchýlka / IGN
GPS (bariéra + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Výškové nastavenie na DTM	122	122	150	98	198	-30
FOOD	280	+ 51
IGN karty	122	122	148	99	228,5	0