Защо вашият GPS или STRAVA е неточен?

Възниква повтарящ се въпрос или въпрос относно точността на надморската височина и разликите в надморската височина на GPS.

Въпреки че може да изглежда тривиално, получаването на точна височина е предизвикателство, в хоризонталната равнина можете лесно да поставите рулетка, въже, геодезическа верига или да натрупате обиколката на колело, за да измерите разстоянието. от друга страна е по-трудно позиционирането на измервателния уред 📐 във вертикална равнина.

GPS височините се основават на математическо представяне на формата на земята, докато височините на топографската карта се базират на вертикална координатна система, свързана със земното кълбо.

Следователно това са две различни системи, които трябва да съвпадат в една точка.

Надморската височина и вертикалното падане са параметри, с които повечето колоездачи, планински колоездачи, туристи и катерачи ще искат да се консултират след каране.

Инструкциите за получаване на вертикалния профил и правилната разлика във височината са сравнително добре документирани в ръководствата за GPS на открито (като наръчниците за обхвата на Garmin GPSMap), парадоксално, тази информация почти липсва или е загадъчна в предвидените ръководства за потребителя на GPS. за велосипедисти (например ръководства за GPS гамата Garmin Edge).

Сервизът за следпродажбено обслужване на Garmin раздава всички полезни съвети, точно като TwoNav. За други производители или приложения на GPS (освен Strava) това е голяма разлика 🕳.

Как да измерим височината?

Няколко техники:

• Прилагайки известната теорема на Талес на практика,
• Различни техники за триангулация,
• С помощта на алтиметър,
• Радар, сделка,
• Сателитни измервания.

Барометричен висотомер

Беше необходимо да се определи стандартът: висотомерът превежда атмосферното налягане на дадено място във височина. Надморска височина от 0 m съответства на налягане от 1013,25 mbar на морското равнище при температура от 15 ° по Целзий.

На практика тези две условия рядко се спазват на морското равнище, например, когато се пише тази статия, налягането на брега на Нормандия е 1035 mbar, а температурата е близо до 6 °, което може да доведе до грешка на височина от около 500 м.

Барометричният висотомер дава точна надморска височина след пренастройка, ако условията на налягане/температура се стабилизират.

Регулирането е да се поддържа точна надморска височина за дадено местоположение и след това висотомерът коригира тази височина в отговор на промените в атмосферното налягане и температурата.

Понижаването на температурата 🌡 стеснява кривите на налягането и надморската височина се увеличава и обратно, ако температурата се повишава.

Показаната стойност на надморската височина ще бъде чувствителна към промените в температурата на околната среда, потребителят на висотомера, който го държи или носи на китката, трябва да е наясно с ефекта от промените на местната температура върху показаната стойност (например: часовник затворен / отворен с ръкав, относителен вятър поради бързи или бавни движения, влияние на телесната температура и др.).

За да се опрости стабилната въздушна маса, това е стабилното време 🌥.

Когато се използва правилно, барометричният висотомер е надежден референтен инструмент за различни приложения като аеронавтика, туризъм, алпинизъм ...

Надморска височина GPS

GPS определя височината на място спрямо идеалната сфера, която симулира Земята: "Елипсоид". Тъй като Земята е несъвършена, тази височина трябва да бъде трансформирана, за да се получи височината на „геоида“ 🌍.

Наблюдател, който отчита височината на маркер за проучване с помощта на GPS, може да види отклонение от няколко десетки метра, въпреки че неговият GPS работи правилно при идеални условия на приемане. Може би GPS приемникът не е наред?

Тази разлика се обяснява с точността на моделиране на елипсоида и по-специално геоидния модел, който е сложен поради факта, че земната повърхност не е идеална сфера, съдържа аномалии, подлежи на човешки модификации и непрекъснато се променя. (Телуричен и човешки).

Тези неточности ще бъдат комбинирани с грешките при измерване, присъщи на GPS, и са причина за неточности и постоянни промени в надморската височина, отчитани от GPS.

Сателитните геометрии, благоприятстващи добрата хоризонтална точност, т.е. ниската позиция на сателитите на хоризонта, предотвратяват точното придобиване на височина. Редът на величината на вертикалната прецизност е 1,5 пъти хоризонталната прецизност.

Повечето производители на GPS чипсети интегрират математическия модел в своя софтуер. който се доближава до геодезическия модел на земята и осигурява височината, посочена в този модел.

Това означава, че ако се разхождате по морето не е необичайно да видите отрицателна или положителна надморска височина, тъй като геодезическият модел на земята е несъвършен, а към този недостатък трябва да се добави и грешката, присъща на GPS. Комбинацията от тези грешки може да причини отклонение на надморската височина над 50 метра на определени места 😐.

Моделите на геоида са усъвършенствани, по-специално алтиметрията, получена в резултат на позициониране на GNNS, ще остане неточна в продължение на няколко години.

Цифров модел на терена „DTM“

DTM е цифров файл, съставен от решетки, като всяка решетка (квадратна елементарна повърхност) предоставя стойност на височина за повърхността на тази решетка. Една представа за текущия размер на мрежата на световния модел на кота е 30 м х 90 м. Познавайки позицията на точка на повърхността на земята (географска дължина, ширина), лесно е да получите височината на мястото, като прочетете файла DTM (или DTM, цифров модел на терена на английски).

Основният недостатък на DEM е неговата надеждност (аномалии, дупки) и точност на файла; Примери:

• ASTER DEM се предлага със стъпка (мрежа или пиксел) от 30 m, хоризонтална точност от 30 m и висотомер от 20 m.
• MNT SRTM се предлага за 90 m разстояние (решетка или пиксел), приблизително 16 m висотомер и 60 m точност на планиметрия.
• Моделът Sonny DEM (Европа) се предлага на стъпки от 1°x1°, т.е. с размер на клетката от порядъка на 25 x 30 m в зависимост от географската ширина. Доставчикът е събрал най-точните източници на данни, тази DEM е относително точна и може да се използва „лесно“ за TwoNav и Garmin GPS чрез безплатното картографиране OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m се предлага безплатно (от януари 2021 г.) на стъпки 1m x 1m или 5m x 5m с вертикална разделителна способност 1 m. Достъпът до този DEM е обяснен в това ръководство.

Не бъркайте разделителната способност (или точността на данните във файла) с действителната точност на тези данни. Показанията (измерванията) могат да бъдат получени от инструменти, които не позволяват наблюдение на повърхността на земното кълбо с точност до метър.

IGN DEM, достъпен безплатно 🙏 от януари 2021 г., е съвкупност от показания (измервания), получени с различни инструменти. Зоните, сканирани за скорошни изследвания (напр. риск от наводнения), са сканирани с резолюция 1 m, другаде точността може да е много далеч от тази стойност. Въпреки това, във файла данните са интерполирани, за да попълнят полетата на стъпки от 5x5 м или 1x1 м. IGN стартира кампания за гласуване с висока разделителна способност с цел да покрие напълно Франция до 2026 г. и на този ден IGN DEM ще бъде точен и безплатно на интервали от 1x1x1m...

DEM показва надморската височина на терена: височината на инфраструктурата (сгради, мостове, жив плет и др.) не се взема предвид. В гората това е височината на земята в подножието на дърветата, повърхността на водата е повърхността на брега за всички резервоари, по-големи от един хектар.

Всички точки в една клетка имат една и съща височина, така че на ръба на скалата, поради несигурността на местоположението на файла, сумирана с несигурността на местоположението, извлечената височина може да бъде същата като съседната клетка.

Точността на GPS позициониране при идеални условия на приемане е от порядъка на 4,5 m при 90%. Тази производителност се наблюдава с най-новите GPS приемници (GPS + Glonass + Galileo). Следователно точността е 90 пъти от 100 между 0 и 5 m (ясно небе, с изключение на маските, с изключение на каньони и т.н.) от реалното местоположение. използването на DEM с клетка 1 x 1 m е контрапродуктивно.защото шансовете да сте на правилната мрежа ще бъдат редки. Този избор ще претовари процесора без реална добавена стойност!

За да получите DEM, който може да се използва в:

• TwoNav GPS: 5 m CDEM (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Научете как да създадете свой собствен DEM за TwoNav GPS. Кривите на нивото могат да бъдат извлечени с помощта на софтуер Qgis.

Определете надморската височина с помощта на GPS

Едно решение може да бъде да заредите DEM файла във вашия GPS навигатор, но надморската височина ще бъде надеждна само ако решетките са намалени по размер и ако файлът е достатъчно точен (хоризонтално и вертикално).

За да получите добра представа за качеството на DEM, достатъчно е да визуализирате, например, релефа на езеро или да построите пътека, която пресича езерото, и да наблюдавате височините в 2D участък.

Изображение: софтуер LAND, изглед на езерото Gerardmer в 3D увеличение x XNUMX с правилни DEM. Проекцията на мрежите върху терена показва текущото ограничение на DEM.

Изображение: програма LAND, изглед на езерото Gérardmer „BOG“ в 2D с правилния DTM.

Всички съвременни GPS устройства с „добро качество“ имат компас и цифров барометричен сензор, оттук и барометричен висотомер; Използването на този сензор ви позволява да получите точна надморска височина, при условие че зададете височината в известна точка (препоръка на Garmin).

Непрецизността на надморската височина, осигурена от GPS след появата на GPS, предизвика разработването на алгоритми за хибридизация за аеронавтика, които използват барометър надморска височина и GPS височина, за да осигурят точна географска позиция. височина. Това е надеждно решение за надморска височина и предпочитан избор от производителите на GPS, оптимизиран за тренировки TwoNav на открито. и Garmin.

В Garmin предлагането на GPS се въвежда според потребителския профил (на открито, колоездене, планинско колоездене и т.н.), така че е важно да се обърнете към ръководствата за потребителя и следпродажбеното обслужване.

Оптималното решение е да настроите вашия GPS на опцията:

• Надморска височина = Барометър + GPS, ако GPS позволява,
• Надморска височина = Барометър + DTM (MNT), ако GPS позволява.

Във всички случаи, за GPS, оборудван с барометър, ръчно настройте барометъра на минималната му височина в началната точка. В планините ⛰ при дълги бягания настройката ще трябва да се промени, особено в случай на колебания в температурата и времето.

Някои GPS-оптимизирани устройства за колоездене на Garmin автоматично нулират барометричната надморска височина в известни точки на надморска височина, което е особено интелигентно решение за планинско колоездене. Въпреки това, потребителят трябва да информира, например, преди да напусне височината на проходите и дъното на долината; на връщане разликата във височината ще бъде точна 👍.

В режим Барометър + (GPS или DTM) производителят включва алгоритъм за автоматична настройка на барометъра, базиран на принципа, че повишаването, наблюдавано от барометъра, GPS или DEM, трябва да е последователно: този принцип предлага голяма гъвкавост на потребителя и е много подходящ за дейности на открито.

Въпреки това, потребителят трябва да е наясно с ограниченията:

• GPS е базиран на геоида, така че ако потребителят се движи през изкуствен терен (например до сметища за шлака), корекциите ще бъдат изкривени,
• DEM показва пътя на земята, ако потребителят заеме значителна част от човешката инфраструктура (виадукт, мост, пешеходни мостове, тунели и др.), корекциите ще бъдат компенсирани.

Следователно оптималната процедура за получаване на точно увеличение на височината е както следва:

1️⃣ Настройте барометричния сензор в началото. Без тази настройка височините ще бъдат преобразувани (изместени), разликата в нивото ще бъде правилна, ако отклонението поради времето е малко (кратък маршрут извън планините). За потребителите на GPS от семейството на Garmin, височините „gpx“ се използват от Garmin и Strava за общността, така че е за предпочитане да въведете правилния профил на надморска височина в базата данни.

2️⃣ За намаляване на дрейфа (грешка във височината и надморската височина) поради метеорологичните условия при дълги пътувания (> 1 час) и в планините:

• Фокусирайте се върху избора Барометър + GPS, външни зони с изкуствен релеф (сметища, изкуствени хълмове и др.),
• Фокусирайте се върху избора Барометър + DTM (MNT)ако сте инсталирали IGN DTM (5 x 5 m мрежа) или Sonny DTM (Франция или Европа) извън маршрут, който използва значителна част от инфраструктурата (пешеходни мостове, надлези и др.).

Разработване на разлика във височината

Проблемът с надморската височина, описан в предишните редове, най-често се проявява, след като се наблюдава, че разликата във височината между двамата практикуващи е различна или варира в зависимост от това дали се чете на GPS или в приложение като STRAVA (вижте помощта на STRAVA) например.

На първо място, трябва да настроите вашия GPS, за да осигурите най-надеждната надморска височина.

Доста лесно е да получите разликата в нивата чрез четене на картата, често практикуващият се ограничава до определяне на разликата между точките с екстремни измерения, въпреки че, за да бъдем точни, е необходимо да се преброят положителните контурни линии, за да се получи сумата .

В цифровия файл няма хоризонтални линии, софтуерът за GPS, приложението за изчертаване на следи или софтуерът за анализ е конфигуриран да „натрупва стъпки или нараствания на надморска височина“.

Често "без натрупване" може да се конфигурира:

• в TwoNav опциите за настройка са общи за всички GPS
• в Gamin трябва да се консултирате с ръководството за потребителя и следпродажбеното обслужване (всеки модел има свои собствени характеристики според типичния потребителски профил)
• приложението OpenTraveller има опция, която предлага коригиране на прага на чувствителност за определяне на разликата във височината.

Всеки има свое собствено решение 💡.

Уебсайтове или софтуер за онлайн анализ стремете се да замените височината от "gpx" файлове със собствени данни за височината.

Пример: STRAVA създаде "роден" файл с алтиметрия, създаден с помощта на коти, получени от трасета, получени от GPS известен на STRAVA и е снабден с барометричен сензор.Приетото решение предполага, че GPS е известен на STRAVA, така че в момента се получава основно от обхвата на GARMIN, а надеждността на файла предполага, че всеки потребител се е погрижил за ръчно нулиране на височината .

Що се отнася до практическите последици, проблемът възниква особено по време на групови разходки, тъй като всеки участник 🚵 може да забележи, че разликата му в надморската височина е различна от нивото на другите участници, в зависимост от техния тип GPS, или е любопитен потребител, който не разбира защо разликата е GPS надморска височина, софтуерът за анализ или STRAVA е различен.

В идеално дезинфекцирания свят на STRAVA всички членове на групата потребители на GPS GARMIN по принцип трябва да виждат една и съща надморска височина на своя GPS и на своя STRAVA. Логично е обаче разликата да се обясни само с регулирането на височината нищо не потвърждава, че отчетената разлика във височината е правилна.

Логично е член на тази потребителска група, който има GPS, непознат на STRAVA, да вижда същата разлика в надморската височина на STRAVA като неговите асистенти, въпреки че разликата в нивото, показвана от неговия GPS, е различна. Той може да обвини оборудването си, което въпреки това работи правилно.

Най-близката до истинската стойност на разликата във височината все още се получава във ФРАНЦИЯ или БЕЛГИЯ при разчитане на IGN картата., въвеждането в експлоатация на по-усъвършенстван геоид постепенно ще премести ориентира към GNSS

GNSS: Геолокация и навигация с помощта на сателитна система: Определяне на позицията и скоростта на точка на повърхността или в непосредствена близост до Земята чрез обработка на радиосигнали от няколко изкуствени спътника, получени в тази точка.

Ако трябва да разчитате на софтуер или приложение, за да получите разликата в надморската височина, трябва да настроите този софтуер, за да регулирате стойността на стъпката на натрупване според контурните линии на IGN картата на обекта, тоест 5 или 10 m. Една малка стъпка ще превърне в падане всички малки скокове или преходи в неравности, и обратно, твърде висока стъпка ще изтрие издигането на малки хълмове.

След прилагането на тези препоръки експериментът на автора показва, че стойностите на надморската височина, получени с помощта на GPS или софтуер за анализ, оборудван с надеждна DEM, остават в "правилния" диапазон, като приемем, че картата на IGN също има свои собствени несигурностив сравнение с оценката, получена с IGN карта 1 / 25 000.

От друга страна, стойността, публикувана от STRAVA, обикновено е надценена. Методът, използван от STRAVA, базиран на „обратната връзка“ от потребителите, теоретично ви позволява да предвидите бързо сближаване до стойности, които са много близки до истината, които, в зависимост от броя на посетителите, вече трябва да се осъществят в BikePark или много натоварени песни!

За да илюстрирам тази точка конкретно, ето анализ на писта, взета на случаен принцип, на 20 км дълъг хълмист път. „Барометричната“ GPS височина е зададена преди заминаването, тя осигурява „Барометрична + GPS“ височина, DTM е надежден DTM, който е преработен, за да бъде точен. Ние сме извън зоната, където STRAVA може да има надежден профил на височината.

Това е илюстрация на писта, където разликата между IGN и GPS е най-голямата, а разликата между IGN и STRAVA е най-малката. разстоянието между GPS и STRAVA е 80 м, а истинският "IGN" е между тях.

Височини
Тръгва от	Пристигане	Max	мин	высота	Отклонение/IGN
GPS (бариера + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Регулиране на височината на DTM	122	122	150	98	198	-30
ХРАНИ	280	+51
IGN карти	122	122	148	99	228,5	0