Kodėl jūsų GPS arba STRAVA aukštis yra netikslus?

Pasikartojantis klausimas ar klausimas kyla dėl aukščio tikslumo ir GPS aukščio skirtumų.

Nors tai atrodo nereikšminga, tikslaus aukščio nustatymas yra sudėtingas, horizontalioje plokštumoje galite lengvai įdėti matavimo juostą, virvę, geodezinę grandinę arba kaupti rato perimetrą atstumui matuoti. kita vertus, sunkiau išdėstyti matuoklį 📐 vertikalioje plokštumoje.

GPS aukščiai pagrįsti matematiniu žemės formos pavaizdavimu, o topografinio žemėlapio aukščiai yra pagrįsti vertikalia koordinačių sistema, susieta su Žemės rutuliu.

Todėl tai yra dvi skirtingos sistemos, kurios turi sutapti vienu metu.

Aukštis ir vertikalus kritimas yra parametrai, su kuriais dauguma dviratininkų, kalnų dviratininkų, žygeivių ir alpinistų norės pasitarti po važiavimo.

Vertikalaus profilio gavimo ir teisingo aukščio skirtumo instrukcijos yra gana gerai dokumentuotos lauko GPS vadovuose (pvz., Garmin GPSMap diapazono vadovuose), paradoksalu, bet šios informacijos numatytuose GPS vartotojo vadovuose beveik nėra arba ji yra paslaptinga. dviratininkams (pavyzdžiui, Garmin Edge GPS diapazono vadovai).

„Garmin“ aptarnavimo po pardavimo tarnyba teikia visus naudingus patarimus, kaip ir „TwoNav“. Kitiems GPS gamintojams ar programėlėms (be „Strava“) tai didelė spraga 🕳.

Kaip išmatuoti aukštį?

Keletas technikų:

• Taikydami garsiąją Talio teoremą praktiškai,
• Įvairios trianguliacijos technikos,
• Naudojant aukščiamatį,
• Radaras, sandoris,
• Palydoviniai matavimai.

Barometrinis aukščiamatis

Reikėjo nustatyti etaloną: aukščiamatis vietos atmosferos slėgį verčia į aukštį. 0 m aukštis atitinka 1013,25 mbar slėgį jūros lygyje esant 15 °C temperatūrai.

Praktiškai šios dvi sąlygos retai įvykdomos jūros lygyje, pavyzdžiui, rašant šį straipsnį, slėgis Normandijos pakrantėje buvo 1035 mbar, o temperatūra artima 6 °, o tai gali sukelti paklaidą aukštyje. apie 500 m.

Barometrinis aukščiamatis rodo tikslų aukštį po pakartotinio reguliavimo, jei slėgio / temperatūros sąlygos stabilizuojasi.

Reguliuojama siekiant išlaikyti tikslų vietos aukštį, o tada aukščiamatis koreguoja tą aukštį, reaguodamas į atmosferos slėgio ir temperatūros pokyčius.

Temperatūros kritimas 🌡 siaurina slėgio kreives ir didėja aukštis virš jūros lygio ir atvirkščiai, jei temperatūra pakyla.

Rodoma aukščio reikšmė bus jautri aplinkos temperatūros pokyčiams, aukščiamačio naudotojas, laikantis arba nešiojantis jį ant riešo, turi žinoti apie vietinių temperatūros pokyčių įtaką rodomai reikšmei (pvz.: laikrodis uždarytas / atviras su rankove, santykinis vėjas dėl greitų ar lėtų judesių, kūno temperatūros įtakos ir pan.).

Norint supaprastinti stabilią oro masę, tai stabilus oras 🌥.

Tinkamai naudojamas barometrinis aukščiamatis yra patikimas etaloninis prietaisas įvairioms reikmėms, pavyzdžiui, aeronautikai, žygiams pėsčiomis, alpinizmui...

Aukščio GPS

GPS nustato vietos aukštį, palyginti su idealia sfera, kuri imituoja Žemę: „elipsoidas“. Kadangi Žemė yra netobula, šį aukštį reikia transformuoti, kad būtų gautas „geoido“ aukštis 🌍.

Stebėtojas, kuris skaito matavimo žymeklio aukštį naudodamas GPS, gali matyti kelių dešimčių metrų nuokrypį, nors jo GPS veikia tinkamai idealiomis priėmimo sąlygomis. Gal GPS imtuvas negerai?

Šis skirtumas paaiškinamas elipsoido ir ypač geoido modelio modeliavimo tikslumu, kuris yra sudėtingas dėl to, kad Žemės paviršius nėra ideali sfera, turi anomalijų, yra žmogaus modifikacijų ir nuolat kinta. (Tiūrinis ir žmogus).

Šie netikslumai bus derinami su matavimo paklaidomis, būdingomis GPS, ir sukels netikslumus bei nuolatinius GPS pranešto aukščio pokyčius.

Geram horizontaliam tikslumui palankios palydovų geometrijos, ty žema palydovų padėtis horizonte, neleidžiama tiksliai nustatyti aukščio. Vertikalaus tikslumo dydis yra 1,5 karto didesnis už horizontalųjį.

Daugelis GPS mikroschemų rinkinių gamintojų integruoja matematinį modelį į savo programinę įrangą. kuri priartėja prie geodezinio žemės modelio ir suteikia šiame modelyje nurodytą aukštį.

Tai reiškia, kad vaikštant jūra nėra neįprasta matyti neigiamą ar teigiamą aukštį, nes geodezinis žemės modelis yra netobulas, o prie šio trūkumo reikia pridėti GPS klaidą. Šių klaidų derinys tam tikrose vietose gali sukelti daugiau nei 50 metrų aukščio nuokrypį 😐.

Geoido modeliai buvo patobulinti, visų pirma, aukščio matavimas, gautas dėl GNNS padėties nustatymo, keletą metų išliks netikslus.

Skaitmeninis reljefo modelis „DTM“

DTM yra skaitmeninis failas, sudarytas iš tinklelių, kiekvienas tinklelis (kvadratinis elementarus paviršius) pateikia to tinklelio paviršiaus aukščio vertę. Dabartinis pasaulio aukščio modelio tinklelio dydis yra 30 m x 90 m. Žinant taško padėtį žemės paviršiuje (ilgumą, platumą), nesunku sužinoti vietos aukštį skaitant DTM failą (arba DTM, Digital Terrain Model anglų k.).

Pagrindinis DEM trūkumas yra jo patikimumas (anomalija, skylės) ir failo tikslumas; Pavyzdžiai:

• ASTER DEM galima įsigyti su 30 m žingsniu (tinkleliu arba pikseliu), 30 m horizontaliu tikslumu ir 20 m aukščio matuokliu.
• MNT SRTM galima įsigyti 90 m atstumu (tinkleliu arba pikseliu), maždaug 16 m aukščio matuokliu ir 60 m planimetriniu tikslumu.
• Sonny DEM modelis (Europa) yra 1°x1° žingsniais, t. y. su 25 x 30 m dydžio langeliu, priklausomai nuo platumos. Pardavėjas surinko tiksliausius duomenų šaltinius, šis DEM yra gana tikslus ir gali būti „lengvai“ naudojamas „TwoNav“ ir „Garmin GPS“ naudojant nemokamą „OpenmtbMap“ atvaizdavimą.
• IGN DEM 5 m x 5 m galima nemokamai (nuo 2021 m. sausio mėn.) 1 m x 1 m arba 5 m x 5 m žingsniais su 1 m vertikalia raiška. Prieiga prie šio DEM paaiškinta šiame vadove.

Nepainiokite raiškos (arba failo duomenų tikslumo) su tikruoju tų duomenų tikslumu. Rodmenis (matavimus) galima gauti iš prietaisų, kurie neleidžia stebėti Žemės rutulio paviršiaus metro tikslumu.

Nuo 2021 m. sausio mėnesio nemokamai pasiekiamas IGN DEM 🙏 – tai rodmenų (matavimų) kratinys, gautas įvairiais instrumentais. Sritys, nuskaitytos naujausiems tyrimams (pvz., potvynių rizika), buvo nuskaitytos 1 m raiška, kitur tikslumas gali būti labai toli nuo šios vertės. Tačiau faile duomenys buvo interpoliuoti, kad laukeliai būtų užpildyti 5x5m arba 1x1m žingsniais. IGN pradėjo didelės raiškos apklausos kampaniją, kurios tikslas iki 2026 m. visiškai aprėpti Prancūziją, ir tą dieną IGN DEM bus tiksli ir nemokamai 1x1x1m intervalais. ...

DEM rodo grunto aukštį: neatsižvelgiama į infrastruktūros (pastatų, tiltų, gyvatvorių ir kt.) aukštį. Miške tai yra žemės aukštis medžių papėdėje, vandens paviršius yra pakrantės paviršius visiems rezervuarams, didesniems nei vienas hektaras.

Visi langelio taškai yra vienodo aukščio, todėl skardžio pakraštyje dėl failo vietos neapibrėžtumo, sumuojant su vietos neapibrėžtumu, išgautas aukštis gali būti toks pat kaip ir gretimo langelio.

GPS padėties nustatymo tikslumas idealiomis priėmimo sąlygomis yra 4,5 m, esant 90%. Šis našumas matomas naudojant naujausius GPS imtuvus (GPS + Glonass + Galileo). Todėl tikslumas yra 90 kartų iš 100 nuo 0 iki 5 m (giedras dangus, neįskaitant kaukių, neįskaitant kanjonų ir pan.) tikrosios vietos. DEM naudojimas su 1 x 1 m ląstele yra neproduktyvus.nes tikimybė patekti į tinkamą tinklelį bus reta. Šis pasirinkimas priblokš procesorių be jokios papildomos vertės!

Norėdami gauti DEM, kurį galima naudoti:

• TwoNav GPS: CDEM 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny duomenų bazė

  Sužinokite, kaip sukurti savo DEM, skirtą TwoNav GPS. Lygio kreives galima išgauti naudojant Qgis programinę įrangą.

Nustatykite aukštį naudodami GPS

Vienas iš sprendimų galėtų būti DEM failo įkėlimas į GPS navigatorių, tačiau aukštis bus patikimas tik tada, jei tinkleliai bus sumažinti ir failas bus pakankamai tikslus (horizontaliai ir vertikaliai).

Norint susidaryti gerą supratimą apie DEM kokybę, pakanka vizualizuoti, pavyzdžiui, ežero reljefą arba nutiesti taką, kertantį ežerą, ir stebėti pakilimus 2D atkarpoje.

Vaizdas: LAND programinė įranga, Gerardmer ežero vaizdas 3D padidinimu x XNUMX su teisingu DEM. Tinklelių projekcija į reljefą rodo dabartinę DEM ribą.

Vaizdas: LAND programa, Žerardmerio ežero „BOG“ vaizdas 2D su teisingu DTM.

Visi šiuolaikiniai „geros kokybės“ GPS įrenginiai turi kompasą ir skaitmeninį barometrinį jutiklį, taigi ir barometrinį aukščiamatį; Naudodami šį jutiklį galite gauti tikslų aukštį virš jūros lygio, jei nustatote aukštį žinomame taške (Garmin rekomendacija).

GPS teikiamas aukščio netikslumas nuo GPS atsiradimo paskatino sukurti aeronautikos hibridizacijos algoritmus, kurie naudoja barometro aukštį ir GPS aukštį, kad būtų nustatyta tiksli geografinė padėtis. aukščio. Tai patikimas aukščio sprendimas ir pageidaujamas GPS gamintojų pasirinkimas, optimizuotas „TwoNav“ praktikai lauke. ir Garmin.

„Garmin“ GPS pasiūlymas pristatomas atsižvelgiant į vartotojo profilį (lauke, dviračiu, kalnų dviračiais ir kt.), todėl svarbu remtis vartotojo vadovais ir aptarnavimu po pardavimo.

Optimalus sprendimas yra nustatyti savo GPS parinktį:

• Aukštis = barometras + GPS, jei GPS leidžia,
• Aukštis = Barometras + DTM (MNT), jei GPS leidžia.

Visais atvejais, kai GPS turi barometrą, rankiniu būdu nustatykite barometrą į minimalų aukštį pradiniame taške. Kalnuose ⛰ ilgų bėgimų metu nustatymą reikės pakeisti, ypač esant temperatūros ir oro svyravimams.

Kai kurie Garmin GPS optimizuoti dviračių įrenginiai automatiškai iš naujo nustato barometrinį aukštį žinomuose aukščio taškuose, o tai yra ypač protingas sprendimas važiuojant kalnų dviračiais. Tačiau naudotojas turi informuoti, pavyzdžiui, prieš išeidamas apie perėjų aukštį ir slėnio dugną; grįžtant aukščio skirtumas bus tikslus 👍.

Barometro + (GPS arba DTM) režimu gamintojas įtraukė automatinio barometro reguliavimo algoritmą, pagrįstą principu, kad barometro, GPS ar DEM matomas kilimas turi būti nuoseklus: šis principas suteikia vartotojui didelį lankstumą ir puikiai tinka lauko veikla.

Tačiau vartotojas turėtų žinoti apribojimus:

• GPS yra pagrįstas geoidu, todėl vartotojui judant dirbtine vietove (pavyzdžiui, į šlako sąvartynus), taisymai bus iškraipyti,
• DEM rodo kelią ant žemės, jei vartotojas pasiskolina didelę dalį žmogiškosios infrastruktūros (viaduko, tilto, pėsčiųjų tiltų, tunelių ir kt.), koregavimai bus kompensuojami.

Todėl optimali procedūra norint gauti tikslų aukščio padidėjimą yra tokia:

1️⃣ Iš pradžių sureguliuokite barometrinį jutiklį. Be šio nustatymo aukščiai bus konvertuojami (paslinkę), lygių skirtumas bus teisingas, jei dreifas dėl oro bus nedidelis (trumpas maršrutas už kalnų). „Garmin“ šeimos GPS naudotojams „gpx“ aukščius naudoja „Garmin“ ir „Strava“ bendruomenei, todėl į duomenų bazę pageidautina įvesti teisingą aukščio profilį.

2️⃣ Norint sumažinti dreifą (aukščio ir aukščio paklaidą) dėl oro sąlygų ilgose kelionėse (> 1 val.) ir kalnuose:

• Sutelkti dėmesį į pasirinkimą Barometras + GPS, lauke su dirbtiniu reljefu (sąvartynai, dirbtinės kalvos ir kt.),
• Sutelkti dėmesį į pasirinkimą Barometras + DTM (MNT)jei IGN DTM (5 x 5 m tinklelis) arba Sonny DTM (Prancūzija arba Europa) įdiegėte ne maršrute, kuriame naudojama daug infrastruktūros (pėsčiųjų tiltai, viadukai ir kt.).

Aukščio skirtumo ugdymas

Ankstesnėse eilutėse aprašyta aukščio problema dažniausiai pasireiškia pastebėjus, kad dviejų praktikų aukščio skirtumas yra skirtingas arba kinta priklausomai nuo to, ar jis skaitomas GPS, ar programoje, pavyzdžiui, STRAVA (žr. STRAVA žinyną).

Pirmiausia turite sureguliuoti GPS, kad būtų užtikrintas patikimiausias aukštis virš jūros lygio.

Gauti lygių skirtumą perskaičius žemėlapį gana paprasta, dažnai praktikas apsiriboja tik skirtumo tarp ekstremalių matmenų taškų nustatymu, nors, tiksliau, norint gauti sumą, reikia suskaičiuoti teigiamas kontūro linijas. .

Skaitmeniniame faile nėra horizontalių linijų, GPS programinė įranga, maršruto braižymo programa arba analizės programinė įranga sukonfigūruota taip, kad „kauptų žingsnius arba aukščio žingsnius“.

Dažnai galima sukonfigūruoti „be kaupimo“:

• „TwoNav“ nustatymo parinktys yra bendros visiems GPS
• Gamin turėtumėte susipažinti su vartotojo vadovu ir aptarnavimu po pardavimo (kiekvienas modelis turi savo ypatybes pagal tipinį vartotojo profilį)
• „OpenTraveller“ programėlėje yra parinktis, kuri siūlo pakoreguoti jautrumo slenkstį, kad būtų galima nustatyti aukščio skirtumą.

Kiekvienas turi savo sprendimą 💡.

Internetinės analizės svetainės arba programinė įranga stengtis pakeisti aukštį iš „gpx“ failų su savo aukščio duomenimis.

Pavyzdys: STRAVA sukūrė „vietinį“ altimetrijos failą, sukurtą naudojant aukščius, gautus iš takelių, gautų iš GPS žinoma STRAVA ir yra su barometriniu jutikliu.. Priimtas sprendimas daro prielaidą, kad GPS yra žinomas STRAVA, todėl šiuo metu jis daugiausia gaunamas iš GARMIN diapazono, o failo patikimumas daro prielaidą, kad kiekvienas vartotojas pasirūpino rankiniu aukščio atstatymu .

Kalbant apie praktines pasekmes, problema ypač iškyla grupinių pasivaikščiojimų metu, nes kiekvienas dalyvis 🚵 gali pastebėti, kad jų aukščio skirtumas skiriasi nuo kitų dalyvių lygio, priklausomai nuo GPS tipo, arba tai yra smalsus vartotojas, kuris nesupranta. kodėl skiriasi GPS aukštis, analizės programinė įranga ar STRAVA skiriasi.

Puikiai dezinfekuotame STRAVA pasaulyje visi GPS GARMIN vartotojų grupės nariai iš esmės turėtų matyti tą patį aukštį savo GPS ir STRAVA. Vis dėlto logiška, kad skirtumą galima paaiškinti tik aukščio reguliavimu niekas nepatvirtina, kad nurodytas aukščio skirtumas yra teisingas.

Logiška, kad šios vartotojų grupės narys, turintis STRAVA nežinomą GPS, turėtų matyti tokį patį aukščio skirtumą STRAVA, kaip ir jo padėjėjai, nors jo GPS rodomas lygių skirtumas skiriasi. Jis gali kaltinti savo įrangą, kuri vis dėlto veikia tinkamai.

Arčiausiai tikrosios ūgio skirtumo vertė vis dar gaunama PRANCŪZIJA arba BELGIJA, kai nuskaito IGN kortelę., pažangesnio geoido paleidimas palaipsniui perkels orientyrą į GNSS

GNSS: geografinė padėtis ir navigacija naudojant palydovinę sistemą: taško padėties ir greičio nustatymas paviršiuje arba šalia Žemės, apdorojant radijo signalus iš kelių tame taške gautų dirbtinių palydovų.

Jei jums reikia pasikliauti programine įranga arba programa, kad gautumėte aukščio skirtumą, turite sureguliuoti šią programinę įrangą, kad sureguliuotumėte kaupimo žingsnio vertę pagal svetainės IGN žemėlapio kontūro linijas, ty 5 arba 10 m. Mažas žingsnelis pavers lašu visus mažus šuolius ar perėjimus į iškilimus, ir atvirkščiai, per aukštas laiptelis ištrins mažų kalvų iškilimą.

Pritaikius šias rekomendacijas, autoriaus eksperimentas rodo, kad aukščio vertės, gautos naudojant GPS arba analizės programinę įrangą, aprūpintą patikimu DEM, išlieka „teisingame“ diapazone, darant prielaidą, kad IGN žemėlapis taip pat turi savo neaiškumųlyginant su IGN kortele gauta sąmata 1 / 25 000.

Kita vertus, STRAVA skelbiama vertė dažniausiai yra pervertinta. STRAVA naudojamas metodas, pagrįstas vartotojų „atsiliepimais“, teoriškai leidžia prognozuoti greitą priartėjimą prie labai artimų tiesai vertybių, kuri, priklausomai nuo lankytojų skaičiaus, jau turėtų įvykti „BikePark“. arba labai užimtos trasos!

Norėdami konkrečiai iliustruoti šį dalyką, pateikiame atsitiktinai paimto takelio 20 km ilgio kalvotame kelyje analizė. „Barometrinis“ GPS aukštis buvo nustatytas prieš išvykstant, jis suteikia „barometrinį + GPS“ aukštį, DTM yra patikimas DTM, kuris buvo perkurtas, kad būtų tikslus. Esame už teritorijos, kurioje STRAVA galėtų turėti patikimą aukščio profilį, ribų.

Tai trasos, kurioje skirtumas tarp IGN ir GPS yra didžiausias, o tarp IGN ir STRAVA – mažiausias, iliustracija. atstumas tarp GPS ir STRAVA yra 80m, o tikrasis "IGN" yra tarp jų.

Aukštumos
Départas	Atvykimas	daugiausia	kasyklos	aukštis	Nukrypimas / IGN
GPS („Baro“ + GPS)	122	124	150	98	198	-30
DTM aukščio reguliavimas	122	122	150	98	198	-30
MAISTO	280	+51
IGN kortelės	122	122	148	99	228,5	0