Zašto vaša GPS ili STRAVA visina nije točna?

Pojavljuje se ponavljajuće pitanje ili pitanje u vezi s preciznošću nadmorske visine i razlikama u visini GPS-a.

Iako se može činiti trivijalnim, dobivanje točne visine je izazovno, u vodoravnu ravninu možete jednostavno postaviti mjernu traku, uže, geodetski lanac ili skupiti opseg kotača za mjerenje udaljenosti. s druge strane, teže je pozicionirati mjerač 📐 u okomitoj ravnini.

Visine GPS-a temelje se na matematičkom prikazu oblika zemlje, dok se visine na topografskoj karti temelje na vertikalnom koordinatnom sustavu povezanom s globusom.

Dakle, radi se o dva različita sustava koja se u jednom trenutku moraju poklopiti.

Nadmorska visina i vertikalni pad parametri su s kojima će se većina biciklista, brdskih biciklista, planinara i penjača htjeti posavjetovati nakon vožnje.

Upute za dobivanje vertikalnog profila i ispravne visinske razlike relativno su dobro dokumentirane u vanjskim GPS priručnicima (kao što su priručnici Garmin GPSMap raspona), paradoksalno, te informacije gotovo da nema ili su zagonetne u predviđenim priručnicima za GPS korisnike. za bicikliste (na primjer, vodiči za Garmin Edge GPS raspon).

Garminova postprodajna služba daje sve korisne savjete, baš kao i TwoNav. Za druge proizvođače GPS-a ili aplikacije (osim Strave) ovo je velika praznina 🕳.

Kako izmjeriti visinu?

Nekoliko tehnika:

• Primjenjujući poznati Thalesov teorem u praksi,
• razne tehnike triangulacije,
• Koristeći visinomjer,
• Radar, dogovor,
• Satelitska mjerenja.

Barometarski visinomjer

Bilo je potrebno odrediti standard: visinomjer prevodi atmosferski tlak nekog mjesta u nadmorsku visinu. Visina od 0 m odgovara tlaku od 1013,25 mbar na razini mora pri temperaturi od 15 °C.

U praksi se ova dva uvjeta rijetko ispunjavaju na razini mora, na primjer, prilikom pisanja ovog članka, tlak na obali Normandije bio je 1035 mbar, a temperatura je blizu 6°, što može dovesti do pogreške na visini od oko 500 m.

Barometarski visinomjer daje točnu visinu nakon ponovnog podešavanja ako se tlak/temperatura stabilizira.

Prilagodba je održavanje točne nadmorske visine za lokaciju, a zatim visinomjer prilagođava tu visinu kao odgovor na promjene atmosferskog tlaka i temperature.

Pad temperature 🌡 sužava krivulje tlaka i povećava se nadmorska visina, a ako temperatura raste, obrnuto.

Prikazana vrijednost nadmorske visine bit će osjetljiva na promjene temperature okoline, korisnik visinomjera, koji ga drži ili nosi na zapešću, trebao bi biti svjestan učinka promjena lokalne temperature na prikazanu vrijednost (na primjer: sat zatvoreno/otvoreno s rukavom, relativni vjetar zbog brzih ili sporih kretanja, utjecaj tjelesne temperature itd.).

Da pojednostavimo stabilnu zračnu masu, to je stabilno vrijeme 🌥.

Kada se pravilno koristi, barometarski visinomjer je pouzdan referentni instrument za razne primjene kao što su aeronautika, planinarenje, planinarenje...

GPS za nadmorsku visinu

GPS određuje visinu mjesta u odnosu na idealnu sferu koja simulira Zemlju: "Elipsoid". Budući da je Zemlja nesavršena, ovu visinu treba transformirati kako bi se dobila visina "geoida" 🌍.

Promatrač koji pomoću GPS-a očitava visinu geodetskog markera može vidjeti odstupanje od nekoliko desetaka metara, iako njegov GPS radi ispravno u idealnim uvjetima prijema. Možda GPS prijemnik nije u redu?

Ova razlika se objašnjava točnošću modeliranja elipsoida, a posebno modela geoida, koji je složen zbog činjenice da Zemljina površina nije idealna sfera, sadrži anomalije, podvrgava se ljudskim modifikacijama i stalno se mijenja. (telurski i ljudski).

Ove netočnosti će se kombinirati s pogreškama mjerenja svojstvenim GPS-u, a uzrok su netočnosti i stalnih promjena nadmorske visine koje prijavljuje GPS.

Satelitska geometrija koja pogoduje dobroj horizontalnoj točnosti, odnosno niskom položaju satelita na horizontu, sprječava točno stjecanje visine. Red veličine vertikalne preciznosti je 1,5 puta veći od horizontalne preciznosti.

Većina proizvođača GPS čipseta integrira matematički model u svoj softver. koji se približava geodetskom modelu zemlje i osigurava visinu specificiranu u ovom modelu.

To znači da ako hodate po moru nije neobično vidjeti negativnu ili pozitivnu nadmorsku visinu, jer je geodetski model zemlje nesavršen, a ovom nedostatku treba dodati i grešku svojstvenu GPS-u. Kombinacija ovih pogrešaka može uzrokovati odstupanje od visine veće od 50 metara na određenim lokacijama 😐.

Modeli geoida su poboljšani, a posebice će visinska mjera dobivena kao rezultat GNNS pozicioniranja ostati netočna nekoliko godina.

Digitalni model terena "DTM"

DTM je digitalna datoteka sastavljena od rešetki, svaka mreža (kvadratna elementarna površina) daje vrijednost visine za površinu te mreže. Ideja trenutne veličine rešetke svjetskog modela nadmorske visine je 30 m x 90 m. Znajući položaj točke na površini zemlje (geografska dužina, širina), lako je dobiti visinu mjesta čitanjem DTM datoteku (ili DTM, Digitalni model terena na engleskom).

Glavni nedostatak DEM-a je njegova pouzdanost (anomalije, rupe) i točnost datoteke; primjeri:

• ASTER DEM je dostupan s korakom (mrežom ili pikselom) od 30 m, horizontalnom preciznošću od 30 m i visinomjerom od 20 m.
• MNT SRTM je dostupan za razmak od 90 m (mreža ili piksel), približno 16 m visinomjera i 60 m planimetrijske točnosti.
• Model Sonny DEM (Europa) dostupan je u koracima od 1°x1°, tj. s veličinom ćelije reda veličine 25 x 30 m, ovisno o geografskoj širini. Dobavljač je sastavio najtočnije izvore podataka, ovaj DEM je relativno precizan i može se "lako" koristiti za TwoNav i Garmin GPS putem besplatnog mapiranja OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m dostupan je besplatno (od siječnja 2021.) u koracima od 1m x 1m ili 5m x 5m uz vertikalnu razlučivost od 1m. Pristup ovom DEM-u objašnjen je u ovom vodiču.

Nemojte brkati razlučivost (ili točnost podataka u datoteci) sa stvarnom točnošću tih podataka. Očitanja (mjerenja) mogu se dobiti od instrumenata koji ne dopuštaju promatranje površine globusa na najbliži metar.

IGN DEM, dostupan besplatno 🙏 od siječnja 2021., je patchwork očitanja (mjerenja) dobivenih raznim instrumentima. Područja skenirana za nedavna istraživanja (npr. rizik od poplava) skenirana su u rezoluciji od 1 m, drugdje točnost može biti vrlo daleko od ove vrijednosti. Međutim, u datoteci su podaci interpolirani kako bi se polja popunila u koracima od 5 x 5 m ili 1 x 1 m. IGN je pokrenuo anketnu kampanju visoke rezolucije s ciljem da u potpunosti pokrije Francusku do 2026., a tog dana će IGN DEM biti točan i besplatno u intervalima 1x1x1m....

DEM pokazuje nadmorsku visinu terena: visina infrastrukture (zgrade, mostovi, živice itd.) se ne uzima u obzir. U šumi je to visina zemlje u podnožju drveća, a površina vode je površina obale za sve akumulacije veće od jednog hektara.

Sve točke u ćeliji imaju istu visinu, tako da na rubu litice, zbog nesigurnosti lokacije datoteke, zbrojene s nesigurnošću lokacije, izvučena visina može biti ista kao i visina susjedne ćelije.

Točnost GPS pozicioniranja u idealnim uvjetima prijema je reda veličine 4,5 m na 90%. Ova izvedba vidljiva je s najnovijim GPS prijamnicima (GPS + Glonass + Galileo). Stoga je točnost 90 puta od 100 između 0 i 5 m (čisto nebo, bez maski, bez kanjona, itd.) stvarne lokacije. korištenje DEM-a sa ćelijom 1 x 1 m je kontraproduktivno.jer će šanse da se nađete na ispravnoj mreži biti rijetke. Ovaj izbor će preplaviti procesor bez stvarne dodane vrijednosti!

Da biste dobili DEM koji se može koristiti u:

• TwoNav GPS: CDEM na 5m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny baza podataka

  Naučite kako stvoriti vlastiti DEM za TwoNav GPS. Krivulje razine mogu se izdvojiti pomoću softvera Qgis.

Odredite nadmorsku visinu pomoću GPS-a

Jedno rješenje može biti učitavanje DEM datoteke u vaš GPS navigator, ali visina će biti pouzdana samo ako su mreže smanjene i ako je datoteka dovoljno točna (vodoravno i okomito).

Da biste dobili dobru predodžbu o kvaliteti DEM-a, dovoljno je vizualizirati, na primjer, reljef jezera ili izgraditi stazu koja prelazi jezero i promatrati nadmorske visine u 2D presjeku.

Slika: softver LAND, pogled na jezero Gerardmer u 3D povećanju x XNUMX s ispravnim DEM. Projekcija mreža na teren pokazuje trenutno ograničenje DEM.

Slika: LAND program, pogled na jezero Gérardmer “BOG” u 2D s točnim DTM-om.

Svi moderni GPS uređaji “dobre kvalitete” imaju kompas i digitalni barometrijski senzor, dakle barometarski visinomjer; Korištenje ovog senzora omogućuje vam da dobijete točnu nadmorsku visinu pod uvjetom da postavite visinu na poznatoj točki (preporuka Garmina).

Nepreciznost nadmorske visine koju pruža GPS od pojave GPS-a potaknula je razvoj hibridizacijskih algoritama za aeronautiku koji koriste barometarsku visinu i GPS visinu za pružanje točne geografske pozicije. visina. To je pouzdano rješenje za nadmorsku visinu i preferirani izbor proizvođača GPS-a, optimizirano za vježbe TwoNav na otvorenom. i Garmin.

U Garminu je GPS ponuda uvedena prema korisničkom profilu (na otvorenom, biciklizam, brdski biciklizam itd.), stoga je važno obratiti se na korisničke priručnike i postprodajnu uslugu.

Optimalno rješenje je postaviti svoj GPS na opciju:

• Visina = barometar + GPS, ako GPS dopušta,
• Visina = barometar + DTM (MNT) ako GPS dopušta.

U svim slučajevima, za GPS opremljen barometrom, ručno postavite barometar na njegovu minimalnu visinu na početnoj točki. U planinama ⛰ na dugim stazama, postavku će trebati izmijeniti, osobito u slučaju fluktuacija temperature i vremena.

Neki biciklistički uređaji optimizirani Garmin GPS-om automatski resetiraju barometarsku visinu na poznatim visinskim točkama, što je posebno pametno rješenje za brdski biciklizam. Međutim, korisnik mora obavijestiti npr. prije napuštanja visine prijevoja i dna doline; na povratku visinska razlika će biti točna 👍.

U načinu rada Barometar + (GPS ili DTM), proizvođač uključuje algoritam za automatsko podešavanje barometra koji se temelji na principu da porast koji vidi barometar, GPS ili DEM mora biti dosljedan: ovaj princip nudi veliku fleksibilnost korisniku i vrlo je prikladan za Aktivnosti na otvorenom.

Međutim, korisnik bi trebao biti svjestan ograničenja:

• GPS se temelji na geoidu, pa ako se korisnik kreće umjetnim terenom (na primjer, do odlagališta troske), ispravci će biti iskrivljeni,
• DEM pokazuje put na terenu, ako korisnik posudi značajan dio ljudske infrastrukture (vijadukt, most, pješački mostovi, tuneli itd.), prilagodbe će se poništiti.

Stoga je optimalan postupak za dobivanje točnog povećanja visine sljedeći:

1️⃣ Podesite barometarski senzor na početku. Bez ove postavke, visine će se pretvoriti (pomaknuti), razlika u razini će biti ispravna ako je zanos zbog vremenskih prilika mali (kratka ruta izvan planina). Za korisnike GPS-a iz obitelji Garmin, Garmin i Strava koriste visine “gpx” za zajednicu, pa je poželjno unijeti točan profil nadmorske visine u bazu podataka.

2️⃣ Za smanjenje zanošenja (pogreška u visini i nadmorskoj visini) zbog vremenskih uvjeta na dugim putovanjima (> 1 sat) i u planinama:

• Usredotočite se na izbor Barometar + GPS, vanjske površine s umjetnim reljefom (odlagališta, umjetna brda, itd.),
• Usredotočite se na izbor barometar + DTM (MNT)ako ste instalirali IGN DTM (mreža 5 x 5 m) ili Sonny DTM (Francuska ili Europa) izvan rute koja koristi značajan dio infrastrukture (pješački mostovi, nadvožnjaci itd.).

Razvijanje visinske razlike

Problem nadmorske visine opisan u prethodnim recima najčešće se manifestira nakon što se primijeti da je razlika u nadmorskoj visini između dva praktičara različita ili varira ovisno o tome čita li se na GPS-u ili u aplikaciji kao što je STRAVA (vidi pomoć STRAVA), na primjer.

Prije svega, morate podesiti svoj GPS kako biste osigurali najpouzdaniju nadmorsku visinu.

Razliku u razinama vrlo je jednostavno dobiti čitanjem karte, često je praktičar ograničen na određivanje razlike između točaka ekstremnih dimenzija, iako je, točnije, potrebno izbrojati pozitivne konturne linije da bi se dobio zbroj .

U digitalnoj datoteci nema vodoravnih crta, GPS softver, aplikacija za iscrtavanje staza ili softver za analizu konfigurirani su da "akumuliraju korake ili korake u visini".

Često se "bez akumulacije" može konfigurirati:

• u TwoNav opcije su zajedničke za sve GPS-ove
• u Gaminu trebate pogledati korisnički priručnik i postprodajnu uslugu (svaki model ima svoje karakteristike prema tipičnom korisničkom profilu)
• aplikacija OpenTraveller ima opciju koja predlaže podešavanje praga osjetljivosti za određivanje razlike u visini.

Svatko ima svoje rješenje 💡.

Web stranice ili softver za online analizu nastojati zamijeniti visinu iz "gpx" datoteka s vlastitim podacima o visini.

Primjer: STRAVA je stvorila "nativnu" datoteku altimetrije stvorenu korištenjem elevacija izvedenih iz staza izvedenih iz GPS poznat STRAVA i opremljena je barometrijskim senzorom.Usvojeno rješenje pretpostavlja da je GPS poznat STRAVA-i pa se trenutno uglavnom dobiva iz GARMIN raspona, a pouzdanost datoteke pretpostavlja da je svaki korisnik pobrinuo za ručno resetiranje visine .

Što se tiče praktičnih posljedica, problem nastaje posebno tijekom grupnih šetnji, jer svaki sudionik 🚵 može primijetiti da se njegova visinska razlika razlikuje od razine ostalih sudionika, ovisno o njihovoj vrsti GPS-a, ili se radi o znatiželjnom korisniku koji ne razumije zašto je razlika GPS visina, softver za analizu ili STRAVA je drugačiji.

U savršeno dezinficiranom STRAVA svijetu, svi članovi grupe korisnika GPS GARMIN načelno bi trebali vidjeti istu nadmorsku visinu na svom GPS-u i na svojoj STRAVA. Međutim, logično je da se razlika može objasniti samo podešavanjem visine ništa ne potvrđuje da je prijavljena visinska razlika točna.

Logično je da član ove korisničke grupe koji ima GPS nepoznat STRAVA-i vidi istu visinsku razliku na STRAVA kao i njegovi pomoćnici, iako je razlika u razini koju prikazuje njegov GPS različita. Može kriviti svoju opremu, koja ipak radi ispravno.

Najbliža pravoj vrijednosti visinske razlike još uvijek se dobiva u FRANCUSKOJ ili BELGIJI pri očitavanju IGN kartice., puštanje u rad naprednijeg geoida postupno će pomaknuti orijentir prema GNSS-u

GNSS: Geolokacija i navigacija pomoću satelitskog sustava: Određivanje položaja i brzine točke na površini ili u neposrednoj blizini Zemlje obradom radio signala s nekoliko umjetnih satelita primljenih u toj točki.

Ako se trebate osloniti na softver ili aplikaciju da biste dobili visinsku razliku, morate podesiti ovaj softver da prilagodi vrijednost koraka akumulacije prema linijama konture IGN karte mjesta, odnosno 5 ili 10 m. Mali korak pretvorit će u pad sve male skokove ili prijelaze u neravnine, i obrnuto, previsoki korak će izbrisati uspon malih brežuljaka.

Nakon primjene ovih preporuka, autorov eksperiment pokazuje da vrijednosti nadmorske visine dobivene pomoću GPS-a ili softvera za analizu opremljenog pouzdanim DEM-om ostaju unutar "ispravnog" raspona, pod pretpostavkom da IGN karta također ima svoje nesigurnostiu usporedbi s procjenom dobivenom s IGN karticom 1 / 25.

S druge strane, vrijednost koju objavljuje STRAVA obično je precijenjena. Metoda koju koristi STRAVA, na temelju "povratnih informacija" korisnika, teoretski omogućuje predviđanje brze konvergencije vrijednostima koje su vrlo bliske istini, a koje bi se, ovisno o broju posjetitelja, već trebale dogoditi u BikeParku ili vrlo prometne staze!

Za konkretnu ilustraciju ove točke, ovdje je analiza staze, snimljene nasumično, na 20 km dugoj brdovitoj cesti. "Barometarska" GPS visina postavljena je prije polaska, pruža "Barometarsku + GPS" visinu, DTM je pouzdan DTM koji je redizajniran da bude točan. Nalazimo se izvan područja gdje bi STRAVA mogla imati pouzdan profil visine.

Ovo je ilustracija staze na kojoj je razlika između IGN-a i GPS-a najveća, a razlika između IGN-a i STRAVE najmanja. udaljenost između GPS-a i STRAVE je 80m, a pravi "IGN" je između njih.

Visine
odstupiti	Dolazak	Maks	min	visina	Odstupanje / IGN
GPS (barijera + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Podešavanje visine na DTM	122	122	150	98	198	-30
HRANA	280	+ 51
IGN kartice	122	122	148	99	228,5	0