Miks on teie GPS või STRAVA kõrgus ebatäpne?

Korduv küsimus või küsimus kerkib seoses kõrguse täpsuse ja GPS-i kõrguste erinevustega.

Kuigi see võib tunduda triviaalne, on täpse kõrguse saamine keeruline, horisontaaltasapinnas saate hõlpsasti asetada mõõdulindi, köie, geodeetilise keti või koguda kauguse mõõtmiseks ratta ümbermõõtu. teisest küljest on arvestit 📐 vertikaaltasandil keerulisem paigutada.

GPS-i kõrgused põhinevad maa kuju matemaatilisel kujutisel, topograafilisel kaardil aga kõrgused maakeraga seotud vertikaalsel koordinaatsüsteemil.

Seetõttu on tegemist kahe erineva süsteemiga, mis peavad ühel hetkel kokku langema.

Kõrgus ja vertikaalne langus on parameetrid, millega enamik jalgrattureid, mägirattureid, matkajaid ja mägironijaid pärast sõitu konsulteerida soovivad.

Vertikaalse profiili ja õige kõrguse erinevuse saamise juhised on suhteliselt hästi dokumenteeritud välitingimustes kasutatavates GPS-i juhendites (näiteks Garmin GPSMap vahemiku juhendites), paradoksaalsel kombel on see teave kavandatud GPS-i kasutusjuhendites peaaegu puuduv või salapärane. jalgratturitele (näiteks Garmin Edge'i GPS-vahemiku juhendid).

Garmini müügijärgne teenindus jagab kõiki kasulikke nõuandeid, nagu ka TwoNav. Teiste GPS-i tootjate või rakenduste jaoks (peale Strava) on see suur tühimik 🕳.

Kuidas kõrgust mõõta?

Mitu tehnikat:

• Rakendades praktikas kuulsat Thalese teoreemi,
• Erinevad triangulatsioonitehnikad,
• Kasutades kõrgusmõõtjat,
• Radar, tehing,
• Satelliidi mõõtmised.

Baromeetriline kõrgusmõõtur

Vaja oli määrata standard: kõrgusmõõtur teisendab koha atmosfäärirõhu kõrguseks. Kõrgus 0 m vastab rõhule 1013,25 mbar merepinnal temperatuuril 15 ° C.

Praktikas on need kaks tingimust merepinnal harva täidetud, näiteks selle artikli kirjutamisel oli Normandia rannikul rõhk 1035 mbar ja temperatuur on 6 ° lähedal, mis võib kõrgusel põhjustada vea. umbes 500 m.

Baromeetriline kõrgusmõõtur annab täpse kõrguse pärast reguleerimist, kui rõhu/temperatuuri tingimused stabiliseeruvad.

Reguleerimise eesmärk on säilitada asukoha täpne kõrgus ja seejärel reguleerib kõrgusmõõtur seda kõrgust vastavalt atmosfäärirõhu ja temperatuuri muutustele.

Temperatuurilangus 🌡 ahendab rõhukõveraid ja tõuseb kõrgus merepinnast ning temperatuuri tõustes vastupidi.

Kuvatav kõrguse väärtus on tundlik ümbritseva keskkonna temperatuuri muutuste suhtes, kõrgusmõõturi kasutaja, kes hoiab või kannab seda randmel, peaks olema teadlik kohalike temperatuurimuutuste mõjust kuvatavale väärtusele (näiteks: kell on suletud / varrukaga avatud, suhteline tuul kiirete või aeglaste liigutuste tõttu, kehatemperatuuri mõju jne).

Stabiilse õhumassi lihtsustamiseks on selleks stabiilne ilm 🌥.

Õige kasutamise korral on baromeetriline kõrgusmõõtur usaldusväärne võrdlusvahend mitmesuguste rakenduste jaoks, nagu lennundus, matkamine, mägironimine ...

Kõrguse GPS

GPS määrab koha kõrguse ideaalse Maad simuleeriva sfääri suhtes: "Ellipsoid". Kuna Maa on ebatäiuslik, tuleb seda kõrgust teisendada, et saada “geoidi” kõrgus 🌍.

Vaatleja, kes loeb GPS-i abil mõõdistusmärgi kõrgust, võib näha mitmekümnemeetrist kõrvalekallet, kuigi tema GPS töötab ideaalsete vastuvõtutingimuste korral õigesti. Äkki on GPS vastuvõtja vale?

Seda erinevust seletatakse ellipsoidi ja eriti geoidi mudeli modelleerimise täpsusega, mis on keeruline, kuna Maa pind ei ole ideaalne sfäär, sisaldab kõrvalekaldeid, on allutatud inimeste modifikatsioonidele ja muutub pidevalt. (Telluur ja Inimene).

Need ebatäpsused kombineeritakse GPS-ile omaste mõõtmisvigadega ning põhjustavad GPS-i teatatud ebatäpsusi ja pidevaid kõrguse kõikumisi.

Satelliidi geomeetria, mis soodustab head horisontaalset täpsust, st satelliitide madal asend horisondil, takistab täpset kõrguse mõõtmist. Vertikaalse täpsuse suurusjärk on 1,5 korda suurem kui horisontaalne täpsus.

Enamik GPS-kiibistiku tootjaid integreerib matemaatilise mudeli oma tarkvarasse. mis läheneb maa geodeetilisele mudelile ja annab sellel mudelil määratud kõrguse.

See tähendab, et merel kõndides pole ebatavaline näha negatiivset või positiivset kõrgust, sest maa geodeetiline mudel on ebatäiuslik ning sellele puudusele tuleb lisada GPS-ile omane viga. Nende vigade kombinatsioon võib teatud kohtades põhjustada kõrguse kõrvalekaldeid üle 50 meetri 😐.

Geoidi mudelid on viimistletud, eelkõige jääb GNNS-i positsioneerimise tulemusel saadud kõrgusmõõtmine ebatäpseks mitmeks aastaks.

Digitaalne maastikumudel "DTM"

DTM on digitaalne fail, mis koosneb ruudustikust, iga ruudustik (ruudukujuline elementaarpind) annab selle ruudustiku pinna kõrguse väärtuse. Maailma kõrgusmudeli praegusest ruudustiku suurusest on ettekujutus 30 m x 90 m. Teades punkti asukohta maapinnal (pikkuskraad, laiuskraad), on koha kõrgust lihtne lugedes saada DTM-fail (või inglise keeles DTM, Digital Terrain Model).

DEM-i peamiseks puuduseks on selle töökindlus (anomaaliad, augud) ja faili täpsus; Näited:

• ASTER DEM on saadaval sammuga (ruudustiku või piksliga) 30 m, horisontaalse täpsusega 30 m ja kõrgusemõõtjaga 20 m.
• MNT SRTM on saadaval 90 m vahekauguse (ruudustiku või piksli), ligikaudu 16 m kõrguse ja 60 m planimeetrilise täpsusega.
• Mudel Sonny DEM (Euroopa) on saadaval sammuga 1°x1°, st lahtri suurus on olenevalt laiuskraadist suurusjärgus 25 x 30 m. Müüja on koostanud kõige täpsemad andmeallikad, see DEM on suhteliselt täpne ja seda saab tasuta OpenmtbMap kaardistamise kaudu "lihtsalt" kasutada TwoNavi ja Garmini GPS-i jaoks.
• IGN DEM 5m x 5m on tasuta saadaval (alates jaanuarist 2021) sammuga 1m x 1m või 5m x 5m 1 m vertikaalse eraldusvõimega. Juurdepääsu sellele DEM-ile selgitatakse selles juhendis.

Ärge ajage eraldusvõimet (või failis olevate andmete täpsust) segamini nende andmete tegeliku täpsusega. Näidud (mõõtmised) on võimalik saada instrumentidelt, mis ei võimalda maakera pinda meetri täpsusega jälgida.

Alates jaanuarist 2021 tasuta saadaval olev IGN DEM 🙏 on erinevate instrumentidega saadud näitude (mõõtmiste) lapitöö. Viimaste uuringute jaoks skaneeritud alad (nt üleujutusoht) skaneeriti 1 m resolutsiooniga, mujal võib täpsus sellest väärtusest väga kaugel olla. Kuid failis on andmed interpoleeritud, et täita väljad sammuga 5x5m või 1x1m. IGN on käivitanud kõrge eraldusvõimega küsitluskampaania eesmärgiga katta Prantsusmaa täielikult aastaks 2026 ja sel päeval on IGN DEM täpne ja tasuta 1x1x1m vahedega. ...

DEM näitab maapinna kõrgust: infrastruktuuri (hooned, sillad, hekid jne) kõrgust ei võeta arvesse. Metsas on see maa kõrgus puude jalamil, veepind on kõigi üle hektari suuruste veehoidlate puhul ranniku pind.

Lahtri kõik punktid on sama kõrgusega, nii et kalju serval võib faili asukoha määramatuse tõttu, mis liidetakse asukoha määramatusega, olla väljavõetud kõrgus sama, mis naaberlahtril.

GPS-i positsioneerimise täpsus ideaalsete vastuvõtutingimuste korral on 4,5% juures suurusjärgus 90 m. Seda jõudlust on näha kõige uuemate GPS-vastuvõtjatega (GPS + Glonass + Galileo). Seetõttu on täpsus 90 korda 100-st vahemikus 0 kuni 5 m (selge taevas, välja arvatud maskid, välja arvatud kanjonid jne) tegelikust asukohast. DEM-i kasutamine 1 x 1 m elemendiga on ebaproduktiivne.sest tõenäosus õigele ruudustikule sattuda on haruldane. See valik ajab protsessorile üle jõu, ilma tegeliku lisaväärtuseta!

DEM-i saamiseks, mida saab kasutada:

• TwoNav GPS: CDEM 5 m kaugusel (RGEALTI).

• Garmini GPS: Sonny andmebaas

  Siit saate teada, kuidas TwoNav GPS-i jaoks oma DEM-i luua. Tasemekõveraid saab eraldada Qgis tarkvara abil.

Määrake kõrgus merepinnast GPS-i abil

Üks lahendus võib olla DEM-faili laadimine GPS-navigaatorisse, kuid kõrgus merepinnast on usaldusväärne ainult siis, kui ruudustiku suurust vähendatakse ja kui fail on piisavalt täpne (horisontaalselt ja vertikaalselt).

DEM-i kvaliteedist hea ettekujutuse saamiseks piisab, kui visualiseerida näiteks järve reljeefi või rajada järvega ristuva teerada ja vaadelda kõrgusi 2D lõikes.

Pilt: LAND tarkvara, vaade Gerardmeri järvele 3D suurenduses x XNUMX õige DEM-iga. Võrkude projektsioon maastikule näitab praegust DEM piiri.

Pilt: programm LAND, vaade Gérardmeri järvele “BOG” 2D-s õige DTM-iga.

Kõikidel kaasaegsetel “hea kvaliteediga” GPS-seadmetel on kompass ja digitaalne baromeetriline andur, seega ka baromeetriline kõrgusmõõtur; Selle anduri kasutamine võimaldab teil saada täpse kõrguse, kui määrate kõrguse teadaolevas punktis (Garmini soovitus).

GPS-i pakutud kõrguse ebatäpsus pärast GPS-i tulekut on ajendanud aeronautika jaoks hübridisatsioonialgoritmide väljatöötamist, mis kasutavad täpse geograafilise asukoha tagamiseks baromeetri kõrgust ja GPS-i kõrgust. kõrgus. See on usaldusväärne kõrguslahendus ja GPS-i tootjate eelistatud valik, mis on optimeeritud TwoNavi välitingimustes harjutamiseks. ja Garmin.

Garminis tutvustatakse GPS-i pakkumist vastavalt kasutajaprofiilile (õues, rattasõidul, maastikurattasõidul jne), mistõttu on oluline tutvuda kasutusjuhenditega ja müügijärgse teenindusega.

Optimaalne lahendus on seada oma GPS-i valikule:

• Kõrgus = baromeeter + GPS, kui GPS lubab,
• Kõrgus = baromeeter + DTM (MNT), kui GPS lubab.

Igal juhul seadke baromeetriga varustatud GPS-i puhul baromeeter algpunktis käsitsi minimaalsele kõrgusele. Mägedes ⛰ pikkadel sõitudel tuleb seadistus uuesti teha, eriti temperatuuri ja ilmastiku kõikumiste korral.

Mõned Garmini GPS-iga optimeeritud rattasõiduseadmed lähtestavad teadaolevate kõrguste teepunktide juures automaatselt baromeetrilise kõrguse, mis on eriti nutikas lahendus mägirattasõiduks. Küll aga peab kasutaja teavitama näiteks enne väljumist pääsude kõrgusest ja oru põhjast; tagasiteel saab kõrguste vahe täpseks 👍.

Barometer + (GPS või DTM) režiimis sisaldab tootja baromeetri automaatse reguleerimise algoritmi, mis põhineb põhimõttel, et baromeetri, GPS-i või DEM-i poolt nähtav tõus peab olema järjepidev: see põhimõte pakub kasutajale suurt paindlikkust ja sobib hästi tegevused õues.

Siiski peaks kasutaja olema teadlik järgmistest piirangutest:

• GPS põhineb geoidil, nii et kui kasutaja liigub läbi tehismaastiku (näiteks räbu puistangutele), on parandused moonutatud,
• DEM näitab teekonda maapinnal, kui kasutaja laenab olulise osa inimeste infrastruktuurist (viadukt, sild, jalakäijate sillad, tunnelid jne), kompenseeritakse kohandused.

Seetõttu on optimaalne protseduur täpse kõrguse suurendamiseks järgmine:

1️⃣ Reguleeri alguses baromeetriline andur. Ilma selle seadistuseta kõrgused teisendatakse (nihutatakse), taseme erinevus on õige, kui ilmastikust tingitud triiv on väike (lühike tee mägedest väljas). Garmini perekonna GPS-i kasutajatele kasutavad Garmin ja Strava kogukonna jaoks “gpx” kõrgusi, seega on eelistatav sisestada andmebaasi õige kõrgusprofiil.

2️⃣ Ilmastikutingimustest tingitud triivi (kõrguse ja kõrguse viga) vähendamiseks pikkadel reisidel (> 1 tund) ja mägedes:

• Keskendu valikule Baromeeter + GPS, kunstliku reljeefiga välisalad (puistangualad, tehismäed jne),
• Keskendu valikule Baromeeter + DTM (MNT)kui olete paigaldanud IGN DTM-i (5 x 5 m võrk) või Sonny DTM-i (Prantsusmaa või Euroopa) väljaspool marsruuti, mis kasutab märkimisväärsel hulgal infrastruktuuri (jalakäijate sillad, viaduktid jne).

Kõrguse erinevuse arendamine

Eelmistes ridades kirjeldatud kõrguseprobleem ilmneb kõige sagedamini pärast seda, kui on täheldatud, et kahe praktiku kõrguste erinevus on erinev või varieerub sõltuvalt sellest, kas seda loetakse GPS-ist või näiteks STRAVA-st (vt STRAVA abi).

Kõigepealt peate oma GPS-i häälestama, et pakkuda kõige usaldusväärsemat kõrgust.

Tasemeerinevust on kaarti lugedes üsna lihtne kätte saada, sageli piirdub praktik äärmuslike mõõtmetega punktide vahe määramisega, kuigi kui täpne olla, siis summa saamiseks on vaja lugeda positiivsed kontuurjooned. .

Digitaalses failis pole horisontaalseid jooni, GPS-tarkvara, raja joonistamise rakendus või analüüsitarkvara on konfigureeritud "sammude või kõrguste sammude kogumiseks".

Sageli saab "kogunemata" konfigureerida:

• TwoNavis on seadistusvalikud kõigile GPS-idele ühised
• Gaminis peaksite tutvuma kasutusjuhendi ja müügijärgse teenindusega (igal mudelil on oma omadused vastavalt tüüpilisele kasutajaprofiilile)
• OpenTravelleri rakenduses on valik, mis soovitab kõrguse erinevuse määramiseks kohandada tundlikkuse läve.

Igaühel on oma lahendus 💡.

Veebisaidid või tarkvara veebianalüüsiks püüdke kõrgust asendada "gpx" failidest, millel on oma kõrgusandmed.

Näide: STRAVA on loonud "natiivse" kõrgusmõõtefaili, mis on loodud, kasutades kõrgusi, mis on tuletatud GPS teada STRAVA ja on varustatud baromeetrilise anduriga.Kasutatud lahendus eeldab, et GPS on STRAVA-le teada, nii et hetkel saadakse see peamiselt GARMINi vahemikust ja faili usaldusväärsus eeldab, et iga kasutaja on hoolitsenud käsitsi kõrguse lähtestamise eest .

Mis puudutab praktilisi tagajärgi, siis probleem kerkib esile eelkõige rühmajalutuskäikude ajal, sest iga osaleja 🚵 võib märgata, et tema kõrguste erinevus erineb teiste osalejate tasemest, olenevalt GPS-i tüübist või on tegemist uudishimuliku kasutajaga, kes ei saa aru. miks erinevus on GPS kõrgusel, analüüsitarkvara või STRAVA on erinev.

Täiuslikult desinfitseeritud STRAVA maailmas peaksid kõik GPS GARMIN kasutajarühma liikmed nägema oma GPS-il ja STRAVA-l põhimõtteliselt sama kõrgust merepinnast. Loogiline, et erinevust saab seletada vaid kõrguse reguleerimisega miski ei kinnita, et teatatud kõrguste erinevus on õige.

On loogiline, et selle kasutajarühma liige, kellel on STRAVAle teadmata GPS, peaks nägema STRAVA-l sama kõrguste erinevust kui tema abilised, kuigi tema GPS-i kuvatav tasemeerinevus on erinev. Ta võib süüdistada oma varustust, mis sellest hoolimata töötab õigesti.

Kõrguste erinevuse tegelikule väärtusele lähim väärtus saadakse ikka PRANTSUSMAA või BELGIA IGN-kaarti lugedes., viib arenenuma geoidi kasutuselevõtt järk-järgult maamärgi GNSSi suunas

GNSS: geograafilise asukoha määramine ja navigeerimine satelliidisüsteemi abil: Maa pinnal või selle vahetus läheduses asuva punkti asukoha ja kiiruse määramine, töödeldes mitmete selles punktis vastuvõetud tehissatelliitide raadiosignaale.

Kui peate kõrguse erinevuse saamiseks tuginema tarkvarale või rakendusele, peate seda tarkvara kohandama, et kohandada akumulatsiooniastme väärtust vastavalt saidi IGN-kaardi kontuurjoontele, st 5 või 10 m. Väike samm muudab kõik väikesed hüpped või üleminekud konarustele languseks ja vastupidi, liiga kõrge samm kustutab väikeste küngaste tõusu.

Pärast nende soovituste rakendamist näitab autori eksperiment, et GPS-i või usaldusväärse DEM-iga varustatud analüüsitarkvara abil saadud kõrguse väärtused jäävad "õigesse" vahemikku, eeldades, et IGN-i kaardil on ka omad määramatusedvõrreldes IGN-kaardiga saadud hinnanguga 1 / 25 000.

Teisest küljest on STRAVA avaldatud väärtus tavaliselt ülehinnatud. STRAVA kasutatav meetod, mis põhineb kasutajate "tagasisidetel", võimaldab teoreetiliselt ennustada kiiret lähenemist tõele väga lähedastele väärtustele, mis peaks olenevalt külastajate arvust BikePargis juba toimuma. või väga hõivatud rajad!

Selle punkti konkreetseks illustreerimiseks on siin juhuslikult võetud raja analüüs 20 km pikkusel künklikul teel. "Baromeetriline" GPS-kõrgus määrati enne väljalendu, see annab "Baromeetriline + GPS" kõrguse, DTM on usaldusväärne DTM, mis on ümber kujundatud, et olla täpne. Oleme väljaspool piirkonda, kus STRAVA-l võiks olla usaldusväärne kõrgusprofiil.

See on näide rajast, kus IGN-i ja GPS-i erinevus on suurim ning IGN-i ja STRAVA erinevus kõige väiksem. GPS-i ja STRAVA vaheline kaugus on 80 m ja tõeline "IGN" on nende vahel.

Kõrgused
Départ	Saabumine	Max	min	kõrgus	Hälve / IGN
GPS (barjäär + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Kõrguse reguleerimine DTM-il	122	122	150	98	198	-30
TOIT	280	+ 51
IGN kaardid	122	122	148	99	228,5	0