Miksi GPS- tai STRAVA-korkeus on epätarkka?

Toistuva kysymys tai kysymys herää koskien korkeustarkkuutta ja GPS-korkeuseroja.

Vaikka se saattaa tuntua triviaalilta, tarkan korkeuden saaminen on haastavaa, vaakatasossa voit helposti sijoittaa mittanauhan, köyden, geodeettisen ketjun tai kerätä pyörän ympärysmitan mittaamaan etäisyyttä. toisaalta mittaria on vaikeampi sijoittaa pystytasoon.

GPS-korkeudet perustuvat maan muodon matemaattiseen esitykseen, kun taas topografisen kartan korkeudet perustuvat maapalloon liittyvään pystysuoraan koordinaattijärjestelmään.

Siksi nämä ovat kaksi erilaista järjestelmää, joiden on oltava samassa kohdassa.

Korkeus ja pystysuora pudotus ovat parametreja, joita useimmat pyöräilijät, maastopyöräilijät, retkeilijät ja kiipeilijät haluavat kuulla ajon jälkeen.

Pystyprofiilin ja oikean korkeuseron hankkimisohjeet on suhteellisen hyvin dokumentoitu ulkokäyttöön tarkoitetuissa GPS-oppaissa (kuten Garmin GPSMap -alueen käsikirjoissa), mutta paradoksaalisesti tämä tieto puuttuu lähes kokonaan tai on salaperäistä tarkoitetuissa GPS-käyttöoppaissa. pyöräilijöille (esimerkiksi Garmin Edgen GPS-alueen oppaat).

Garminin huoltopalvelu jakaa kaikki hyödylliset neuvot, aivan kuten TwoNav. Muille GPS-valmistajille tai -sovelluksille (Stravan lisäksi) tämä on suuri aukko 🕳.

Kuinka mitata korkeus?

Useita tekniikoita:

• Kun kuuluisaa Thales-lausetta sovelletaan käytännössä,
• Erilaisia ​​kolmiomittaustekniikoita,
• Käyttämällä korkeusmittaria,
• Tutka, kauppa,
• Satelliittimittaukset.

Barometrinen korkeusmittari

Oli tarpeen määrittää standardi: korkeusmittari muuntaa paikan ilmanpaineen korkeudeksi. 0 metrin korkeus vastaa 1013,25 mbar:n painetta merenpinnalla 15 °C:n lämpötilassa.

Käytännössä nämä kaksi ehtoa täyttyvät harvoin merenpinnan tasolla, esimerkiksi tätä artikkelia kirjoitettaessa Normandian rannikon paine oli 1035 mbar ja lämpötila on lähellä 6 °, mikä voi johtaa virheeseen korkeudessa. noin 500 m.

Barometrinen korkeusmittari antaa tarkan korkeuden uudelleensäädön jälkeen, jos paine-/lämpötilaolosuhteet vakiintuvat.

Säädön tarkoituksena on säilyttää paikan tarkka korkeus, ja sitten korkeusmittari säätää korkeutta vasteena ilmanpaineen ja lämpötilan muutoksiin.

Lämpötilan lasku 🌡 kaventaa painekäyriä ja korkeus kasvaa ja päinvastoin jos lämpötila nousee.

Näytetty korkeusarvo on herkkä ympäristön lämpötilan muutoksille, korkeusmittaria pitelevän tai ranteessa pitelevän käyttäjän tulee olla tietoinen paikallisen lämpötilan muutosten vaikutuksesta näytettävään arvoon (esim. kello suljettu / auki hihalla, suhteellinen tuuli nopeista tai hitaista liikkeistä, kehon lämpötilan vaikutus jne.).

Vakaan ilmamassan yksinkertaistamiseksi se on vakaa sää 🌥.

Oikein käytettynä barometrinen korkeusmittari on luotettava vertailumittari useisiin sovelluksiin, kuten ilmailu, vaellus, vuorikiipeily...

Korkeuden GPS

GPS määrittää paikan korkeuden suhteessa ihanteelliseen palloon, joka simuloi Maata: "Ellipsoidi". Koska maapallo on epätäydellinen, tämä korkeus on muutettava, jotta saadaan "geoidi" korkeus 🌍.

Tarkkailija, joka lukee mittausmerkin korkeuden GPS:n avulla, voi nähdä useiden kymmenien metrien poikkeaman, vaikka hänen GPS:nsä toimii oikein ihanteellisissa vastaanotto-olosuhteissa. Ehkä GPS-vastaanotin on viallinen?

Tämä ero selittyy ellipsoidin ja erityisesti geoidimallin mallinnuksen tarkkuudella, joka on monimutkainen johtuen siitä, että Maan pinta ei ole ihanteellinen pallo, sisältää poikkeavuuksia, on alttiina ihmisen modifioimille ja muuttuu jatkuvasti. (Telluric ja Human).

Nämä epätarkkuudet yhdistetään GPS:n mittausvirheisiin ja ovat syynä GPS:n ilmoittamiin epätarkkuuksiin ja jatkuviin korkeuden vaihteluihin.

Hyvää vaakasuuntaista tarkkuutta suosivat satelliittigeometriat eli satelliittien matala sijainti horisontissa estää tarkan korkeuden mittauksen. Pystysuuntaisen tarkkuuden suuruusluokka on 1,5 kertaa vaakasuuntainen tarkkuus.

Useimmat GPS-piirisarjan valmistajat integroivat matemaattisen mallin ohjelmistoonsa. joka lähestyy maan geodeettista mallia ja tarjoaa tässä mallissa määritellyn korkeuden.

Tämä tarkoittaa, että merellä kävellessä ei ole epätavallista nähdä negatiivista tai positiivista korkeutta, koska maan geodeettinen malli on epätäydellinen, ja tähän puutteeseen on lisättävä GPS: n luontainen virhe. Näiden virheiden yhdistelmä voi aiheuttaa joissakin paikoissa yli 50 metrin korkeuspoikkeaman 😐.

Geoidimalleja on jalostettu, erityisesti GNNS-paikannuksen tuloksena saatu korkeusmittaus pysyy epätarkana useita vuosia.

Digitaalinen maastomalli "DTM"

DTM on digitaalinen tiedosto, joka koostuu ruudukoista, ja jokainen ruudukko (neliön peruspinta) antaa korkeusarvon kyseisen ruudukon pinnalle. Käsitys maailmankorkeusmallin nykyisestä ruudukkokoosta on 30 m x 90 m. Kun tietää pisteen sijainnin maan pinnalla (pituusaste, leveysaste), on helppo saada paikan korkeus lukemalla DTM-tiedosto (tai DTM, Digital Terrain Model englanniksi).

DEM:n suurin haittapuoli on sen luotettavuus (poikkeamat, reiät) ja tiedostojen tarkkuus; Esimerkkejä:

• ASTER DEM on saatavana 30 metrin askeleella (ruudukko tai pikseli), 30 metrin vaakasuuntainen tarkkuus ja 20 metrin korkeusmittari.
• MNT SRTM on saatavana 90 metrin etäisyydelle (ruudukko tai pikseliä), noin 16 metrin korkeusmittari ja 60 metrin planimetrinen tarkkuus.
• Sonny DEM -malli (Eurooppa) on saatavilla 1°x1°:n välein, eli solukoolla on luokkaa 25 x 30 m leveysasteesta riippuen. Myyjä on koonnut tarkimmat tietolähteet, tämä DEM on suhteellisen tarkka ja sitä voidaan käyttää "helposti" TwoNav- ja Garmin GPS -laitteissa ilmaisen OpenmtbMap-kartoituksen kautta.
• IGN DEM 5m x 5m on saatavilla ilmaiseksi (tammikuusta 2021 alkaen) 1m x 1m tai 5m x 5m askelin 1m pystyresoluutiolla. Tämän DEM:n käyttö selitetään tässä oppaassa.

Älä sekoita resoluutiota (tai tiedoston tietojen tarkkuutta) näiden tietojen todelliseen tarkkuuteen. Lukemat (mittaukset) voidaan saada laitteista, jotka eivät mahdollista maapallon pinnan tarkkailua lähimpään metriin.

Tammikuussa 2021 maksutta saatavilla IGN DEM 🙏 on tilkkutäkki eri instrumenteilla saatuja lukemia (mittauksia). Viimeaikaista tutkimusta varten skannatut alueet (esim. tulvariski) skannattiin 1 m resoluutiolla, muualla tarkkuus saattaa olla hyvin kaukana tästä arvosta. Tiedostossa olevat tiedot on kuitenkin interpoloitu täyttämään kentät 5 x 5 m tai 1 x 1 m välein. IGN on käynnistänyt korkearesoluutioisen kyselykampanjan, jonka tavoitteena on kattaa Ranska kokonaan vuoteen 2026 mennessä, ja sinä päivänä IGN DEM on tarkka ja ilmaiseksi 1x1x1m välein. ...

DEM näyttää maan korkeuden: infrastruktuurin (rakennukset, sillat, pensaat jne.) korkeutta ei oteta huomioon. Metsässä tämä on maan korkeus puiden juurella, veden pinta on rannikon pinta kaikille yli hehtaarin kokoisille altaille.

Solun kaikilla pisteillä on sama korkeus, joten kallion reunalla tiedoston sijainnin epävarmuuden vuoksi, summattuina sijainnin epävarmuuteen, poimittu korkeus voi olla sama kuin viereisen solun korkeus.

GPS-paikannustarkkuus ihanteellisissa vastaanotto-olosuhteissa on luokkaa 4,5 m 90 %:lla. Tämä suorituskyky näkyy uusimmissa GPS-vastaanottimissa (GPS + Glonass + Galileo). Siksi tarkkuus on 90 kertaa 100:sta 0–5 metrin välillä (kirkas taivas, pois lukien naamarit, pois lukien kanjonit jne.) todellisesta sijainnista. DEM:n käyttö 1 x 1 m kennon kanssa on haitallista.koska mahdollisuudet olla oikeassa ruudukossa ovat harvinaisia. Tämä valinta kuormittaa prosessorin ilman todellista lisäarvoa!

Saadaksesi DEM:n, jota voidaan käyttää:

• TwoNav GPS: CDEM 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Opi luomaan oma DEM TwoNav GPS:lle. Tasokäyrät voidaan poimia Qgis-ohjelmistolla.

Määritä korkeus GPS:n avulla

Yksi ratkaisu voisi olla DEM-tiedoston lataaminen GPS-navigaattoriin, mutta korkeus on luotettava vain, jos ruudukot pienennetään ja tiedosto on riittävän tarkka (vaaka- ja pystysuunnassa).

Hyvän käsityksen saamiseksi DEM:n laadusta riittää visualisoida esimerkiksi järven kohokuvio tai rakentaa järven poikki kulkeva polku ja tarkkailla korkeuksia 2D-leikkauksessa.

Kuva: LAND-ohjelmisto, näkymä Gerardmer-järvelle 3D-suurennuksena x XNUMX oikealla DEM:llä. Silmien projektio maastoon näyttää nykyisen DEM-rajan.

Kuva: LAND-ohjelma, näkymä Gérardmer-järvelle "BOG" 2D:nä oikealla DTM:llä.

Kaikissa nykyaikaisissa "hyvälaatuisissa" GPS-laitteissa on kompassi ja digitaalinen barometrinen anturi, joten barometrinen korkeusmittari; Tämän anturin avulla voit saada tarkan korkeuden, jos asetat korkeuden tunnetussa kohdassa (Garminin suositus).

GPS:n aikaansaama korkeusepätarkkuus GPS:n tulon jälkeen on saanut aikaan hybridisaatioalgoritmien kehittämisen ilmailulle, jotka käyttävät barometrin korkeutta ja GPS-korkeutta tarkan maantieteellisen sijainnin saamiseksi. korkeus. Se on luotettava korkeusratkaisu ja GPS-valmistajien suosima valinta, optimoitu TwoNav-ulkokäyttöön. ja Garmin.

Garminissa GPS-tarjonta esitellään käyttäjäprofiilin mukaan (ulkoilu, pyöräily, maastopyöräily jne.), joten on tärkeää tutustua käyttöohjeisiin ja huoltopalveluun.

Optimaalinen ratkaisu on asettaa GPS:n asetukseksi:

• Korkeus = Barometri + GPS, jos GPS sallii,
• Korkeus = Barometri + DTM (MNT), jos GPS sallii.

Jos GPS on varustettu barometrilla, aseta barometri manuaalisesti minimikorkeuteen lähtöpisteessä. Vuoristossa ⛰ pitkillä lenkeillä säätö on tehtävä uudelleen, etenkin jos lämpötila- ja säävaihtelut vaihtelevat.

Jotkut Garminin GPS-optimoidut pyöräilylaitteet nollaavat automaattisesti barometrisen korkeuden tunnetuissa korkeusreittipisteissä, mikä on erityisen älykäs ratkaisu maastopyöräilyyn. Käyttäjän tulee kuitenkin ilmoittaa esimerkiksi ennen poistumistaan ​​solojen korkeudesta ja laakson pohjasta; paluumatkalla korkeusero on tarkka 👍.

Barometri + (GPS tai DTM) -tilassa valmistaja sisältää automaattisen barometrin säätöalgoritmin, joka perustuu periaatteeseen, että barometrin, GPS:n tai DEM:n näkemän nousun on oltava johdonmukainen: tämä periaate tarjoaa käyttäjälle suurta joustavuutta ja sopii hyvin Ulkoilu.

Käyttäjän tulee kuitenkin olla tietoinen rajoituksista:

• GPS perustuu geoidiin, joten jos käyttäjä liikkuu keinotekoisessa maastossa (esimerkiksi kuonan kaatopaikalle), korjaukset vääristyvät,
• DEM näyttää polun maassa, jos käyttäjä lainaa merkittävän osan ihmisen infrastruktuurista (silta, silta, jalankulkusillat, tunnelit jne.), säädöt kompensoidaan.

Siksi optimaalinen menetelmä tarkan korkeuslisäyksen saamiseksi on seuraava:

1️⃣ Säädä barometrinen anturi alussa. Ilman tätä asetusta korkeudet muunnetaan (siirretään), tasoero on oikea, jos sään aiheuttama ajautuminen on pieni (lyhyt reitti vuorten ulkopuolella). Garmin-perheen GPS-käyttäjille Garmin ja Strava käyttävät "gpx"-korkeuksia yhteisössä, joten on parempi syöttää tietokantaan oikea korkeusprofiili.

2️⃣ Sääolosuhteiden aiheuttaman ajautumisen (korkeuden ja korkeuden virhe) vähentämiseksi pitkillä matkoilla (> 1 tunti) ja vuoristossa:

• Keskity valintaan Barometri + GPS, ulkoalueet, joissa on keinotekoinen kohokuvio (kaatopaikat, keinotekoiset kukkulat jne.),
• Keskity valintaan Barometri + DTM (MNT)jos olet asentanut IGN DTM:n (5 x 5 m verkko) tai Sonny DTM:n (Ranska tai Eurooppa) reitin ulkopuolelle, joka käyttää paljon infrastruktuuria (jalankulkusillat, ylikulkusillat jne.).

Korkeuseron kehittäminen

Edellisillä riveillä kuvattu korkeusongelma ilmenee useimmiten sen jälkeen, kun havaitaan, että kahden harjoittajan välinen korkeusero on erilainen tai vaihtelee riippuen siitä, luetaanko se GPS:llä vai esimerkiksi STRAVAn kaltaisessa sovelluksessa (katso STRAVAn ohje).

Ensinnäkin sinun on viritettävä GPS tarjoamaan luotettavin korkeus.

Tasoero on melko yksinkertaista saada selville karttaa lukemalla, usein harjoittaja rajoittuu äärimmäisten mittojen pisteiden välisen eron määrittämiseen, vaikka tarkalleen ottaen on tarpeen laskea positiiviset ääriviivat summan saamiseksi. .

Digitaalisessa tiedostossa ei ole vaakasuoria viivoja, GPS-ohjelmisto, jäljen piirtämissovellus tai analyysiohjelmisto on määritetty "keräämään askelmia tai korkeusaskeleita".

Usein "ei keräämistä" voidaan määrittää:

• TwoNavissa asetusvaihtoehdot ovat yhteisiä kaikille GPS:ille
• Gaminissa sinun tulee tutustua käyttöoppaaseen ja huoltopalveluun (jokaisella mallilla on omat ominaisuutensa tyypillisen käyttäjäprofiilin mukaan)
• OpenTraveller-sovelluksessa on vaihtoehto, joka ehdottaa herkkyyskynnyksen säätämistä korkeuseron määrittämiseksi.

Jokaisella on oma ratkaisunsa 💡.

Verkkosivustot tai ohjelmistot online-analyysiin pyrkiä korvaamaan korkeus "gpx"-tiedostoista, joissa on omat korkeustiedot.

Esimerkki: STRAVA on luonut "natiivin" korkeusmittaustiedoston, joka on luotu käyttämällä korkeuksia, jotka on johdettu radasta johdetuista STRAVAn tuntema GPS ja on varustettu barometrisella anturilla.Otettu ratkaisu olettaa, että GPS on STRAVAn tiedossa, joten se on tällä hetkellä pääosin saatu GARMIN-alueelta ja tiedoston luotettavuus edellyttää, että jokainen käyttäjä on huolehtinut manuaalisesta korkeuden nollauksesta .

Mitä tulee käytännön seurauksiin, ongelma syntyy varsinkin ryhmäkävelyjen aikana, koska jokainen osallistuja 🚵 saattaa huomata, että hänen korkeuseronsa poikkeaa muiden osallistujien tasosta riippuen GPS-tyypistä tai se on utelias käyttäjä, joka ei ymmärrä miksi ero on GPS-korkeus, analyysiohjelmisto tai STRAVA on erilainen.

Täydellisesti desinfioidussa STRAVA-maailmassa kaikkien GPS GARMIN -käyttäjäryhmän jäsenten pitäisi periaatteessa nähdä sama korkeus GPS-laitteellaan ja STRAVAllaan. On loogista, että ero voidaan kuitenkin selittää vain korkeudensäädöllä mikään ei vahvista, että ilmoitettu korkeusero on oikea.

On loogista, että tämän käyttäjäryhmän jäsen, jolla on GPS, jota STRAVA ei tunne, näkee saman korkeuseron STRAVAssa kuin hänen avustajansa, vaikka hänen GPS:n näyttämä tasoero on erilainen. Hän voi syyttää laitteitaan, jotka kuitenkin toimivat oikein.

Lähin korkeuseron todellista arvoa saadaan edelleen RANSKAssa tai BELGIAssa IGN-korttia luettaessa., edistyneemmän geoidin käyttöönotto siirtää maamerkkiä vähitellen kohti GNSS:ää

GNSS: Geolocation and Navigation käyttäen satelliittijärjestelmää: Maan pinnalla tai välittömässä läheisyydessä olevan pisteen sijainnin ja nopeuden määrittäminen käsittelemällä radiosignaaleja useilta keinotekoisilta satelliiteilta, jotka vastaanotettiin kyseisessä kohdassa.

Jos joudut luottamaan ohjelmistoon tai sovellukseen korkeuseron saamiseksi, sinun on säädettävä tätä ohjelmistoa säätämään kertymisaskelarvo kohteen IGN-kartan ääriviivojen mukaan, eli 5 tai 10 m. Pienestä askeleesta tulee pudotus kaikki pienet hyppyt tai siirtymät kuoppiin, ja päinvastoin, liian korkea askel pyyhkii pois pienten mäkien nousun.

Näiden suositusten soveltamisen jälkeen kirjoittajan koe osoittaa, että GPS:llä tai luotettavalla DEM:llä varustetulla analyysiohjelmistolla saadut korkeusarvot pysyvät "oikealla" alueella, olettaen, että IGN-kartalla on myös omat epävarmuustekijänsäverrattuna IGN-kortilla saatuun arvioon 1 / 25 000.

Toisaalta STRAVAn julkaisema arvo on yleensä liioiteltu. STRAVAn käyttämä menetelmä, joka perustuu käyttäjien "palautteeseen", mahdollistaa teoriassa nopean lähentymisen totuutta hyvin lähellä oleviin arvoihin, jonka tulisi kävijämäärästä riippuen tapahtua jo BikeParkissa. tai erittäin kiireisiä kappaleita!

Tämän asian havainnollistamiseksi konkreettisesti tässä on analyysi radasta, joka on otettu satunnaisesti 20 km pitkältä mäkisellä tiellä. "Barometrinen" GPS-korkeus asetettiin ennen lähtöä, se tarjoaa "Barometric + GPS" -korkeuden, DTM on luotettava DTM, joka on suunniteltu uudelleen tarkaksi. Olemme alueen ulkopuolella, jossa STRAVAlla voisi olla luotettava korkeusprofiili.

Tämä on esimerkki radasta, jossa ero IGN:n ja GPS:n välillä on suurin ja ero IGN:n ja STRAVAn välillä pienin. GPS:n ja STRAVAn välinen etäisyys on 80 m, ja todellinen "IGN" on niiden välillä.

Korkeudet
départ	Saapuminen	Max	min	korkeus	Poikkeama / IGN
GPS (este + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Korkeudensäätö DTM:ssä	122	122	150	98	198	-30
RUOKA	280	+ 51
IGN-kortit	122	122	148	99	228,5	0