Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?
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Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Eine wiederkehrende Frage oder Frage stellt sich bezüglich Höhengenauigkeit und GPS-Höhenunterschieden.

Obwohl es trivial erscheinen mag, ist es eine Herausforderung, eine genaue Höhe zu erhalten, aber in der horizontalen Ebene können Sie leicht ein Maßband, ein Seil, eine geodätische Kette platzieren oder den Umfang eines Rades sammeln, um die Entfernung zu messen. Andererseits ist es schwieriger, das Messgerät 📐 in der vertikalen Ebene zu positionieren.

GPS-Höhen basieren auf einer mathematischen Darstellung der Form der Erde, während Höhen auf einer topografischen Karte auf einem vertikalen Koordinatensystem basieren, das dem Globus zugeordnet ist.

Es handelt sich also um zwei verschiedene Systeme, die an einem Punkt zusammenfallen müssen.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Höhe und Höhenunterschied sind Parameter, die die meisten Radfahrer, Mountainbiker, Wanderer und Kletterer nach einer Fahrt konsultieren möchten.

Die Anweisungen zum Erhalten des Höhenprofils und der korrekten Höhendifferenz sind in Outdoor-GPS-Handbüchern (wie den Garmin GPSMap-Range-Handbüchern) relativ gut dokumentiert, paradoxerweise fehlen diese Informationen in den vorgesehenen GPS-Handbüchern paradoxerweise fast oder sind kryptisch. für Radfahrer (zum Beispiel Guides für die Garmin Edge GPS-Reichweite).

Der After Sales Service von Garmin gibt alle hilfreichen Ratschläge, genau wie das TwoNav. Für andere GPS-Hersteller oder Apps (außer Strava) ist das eine große Lücke 🕳.

Wie misst man die Höhe?

Mehrere Techniken:

  • Anwenden des berühmten Thales-Theorems in der Praxis,
  • Verschiedene Triangulationstechniken,
  • Mit einem Höhenmesser,
  • Radar, Deal,
  • Satellitenmessungen.

Barometrischer Höhenmesser

Es galt, den Standard zu bestimmen: Der Höhenmesser übersetzt den Luftdruck eines Ortes in eine Höhe. Eine Höhe von 0 m entspricht einem Druck von 1013,25 mbar auf Meereshöhe bei einer Temperatur von 15° Celsius.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

In der Praxis sind diese beiden Bedingungen auf Meereshöhe selten erfüllt, zum Beispiel beim Schreiben dieses Artikels betrug der Druck an der Küste der Normandie 1035 mbar und die Temperatur liegt nahe 6 °, was in einer Höhe zu einem Fehler führen kann von etwa 500m.

Der barometrische Höhenmesser gibt nach der Neueinstellung die genaue Höhe an, wenn sich die Druck- / Temperaturbedingungen stabilisieren.

Die Einstellung dient dazu, eine genaue Höhe für einen Standort aufrechtzuerhalten, und dann passt der Höhenmesser diese Höhe als Reaktion auf Änderungen des atmosphärischen Drucks und der Temperatur an.

Ein Temperaturabfall 🌡 verengt die Druckkurven und die Höhe nimmt zu und umgekehrt, wenn die Temperatur ansteigt.

Der angezeigte Höhenwert reagiert empfindlich auf Änderungen der Umgebungstemperatur. Der Benutzer des Höhenmessers, der ihn am Handgelenk hält oder trägt, sollte sich der Auswirkungen lokaler Temperaturänderungen auf den angezeigten Wert bewusst sein (zum Beispiel: Uhr geschlossen / offen mit Ärmel, relativer Wind durch schnelle oder langsame Bewegungen, Einfluss der Körpertemperatur usw.).

Um die stabile Luftmasse zu vereinfachen, ist es das stabile Wetter 🌥.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Bei richtiger Anwendung ist der barometrische Höhenmesser ein zuverlässiges Referenzinstrument für eine Vielzahl von Anwendungen wie Luftfahrt, Wandern, Bergsteigen ...

Höhen-GPS

GPS bestimmt die Höhe eines Ortes im Verhältnis zur idealen Kugel, die die Erde simuliert: "Ellipsoid". Da die Erde unvollkommen ist, muss diese Höhe transformiert werden, um die „Geoid“-Höhe 🌍 zu erhalten.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Ein Beobachter, der die Höhe eines Vermessungsmarkers mit GPS abliest, kann eine Abweichung von mehreren zehn Metern feststellen, obwohl sein GPS unter idealen Empfangsbedingungen korrekt funktioniert. Vielleicht ist der GPS-Empfänger falsch?

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Dieser Unterschied erklärt sich aus der Genauigkeit der Modellierung des Ellipsoids und insbesondere des Geoidmodells, das aufgrund der Tatsache, dass die Erdoberfläche keine ideale Kugel ist, komplex ist, Anomalien enthält, menschlichen Modifikationen unterliegt und sich ständig verändert. (Tellurisch und Mensch).

Diese Ungenauigkeiten werden mit den GPS-eigenen Messfehlern kombiniert und sind die Ursache für Ungenauigkeiten und ständige Änderungen der vom GPS gemeldeten Höhe.

Satellitengeometrien, die eine gute horizontale Genauigkeit begünstigen, dh die niedrige Position der Satelliten am Horizont, verhindern eine genaue Höhenerfassung. Die Größenordnung der vertikalen Genauigkeit beträgt das 1,5-fache der horizontalen Genauigkeit.

Die meisten Hersteller von GPS-Chipsätzen integrieren das mathematische Modell in ihre Software. die sich dem geodätischen Modell der Erde annähert und liefert die in diesem Modell angegebene Höhe.

Dies bedeutet, dass es bei einem Spaziergang auf dem Meer nicht ungewöhnlich ist, negative oder positive Höhen zu sehen, da das geodätische Modell der Erde unvollkommen ist und zu diesem Mangel der dem GPS inhärente Fehler hinzugefügt werden muss. Die Kombination dieser Fehler kann an bestimmten Stellen eine Höhenabweichung von mehr als 50 Metern verursachen 😐.

Die Geoidmodelle wurden verfeinert, insbesondere die durch die GNNS-Positionierung erhaltene Höhenmessung wird noch mehrere Jahre ungenau bleiben.

Digitales Geländemodell „DTM“

Ein DGM ist eine digitale Datei, die aus Gittern besteht, wobei jedes Gitter (quadratische Elementarfläche) einen Höhenwert für die Oberfläche dieses Gitters bereitstellt. Eine Vorstellung von der aktuellen Rastergröße des Welthöhenmodells ist 30 m x 90 m. Kennt man die Position eines Punktes auf der Erdoberfläche (Längengrad, Breitengrad), lässt sich die Höhe des Ortes leicht durch Ablesen ermitteln die DTM-Datei (oder DTM, Digital Terrain Model in Englisch).

Der Hauptnachteil eines DEM ist seine Zuverlässigkeit (Anomalien, Löcher) und Dateigenauigkeit; Beispiele:

  • Der ASTER DEM ist mit einer Schrittweite (Raster oder Pixel) von 30 m, einer horizontalen Genauigkeit von 30 m und einem Höhenmesser von 20 m erhältlich.
  • Das MNT SRTM ist für 90 m Abstand (Raster oder Pixel), ca. 16 m Höhenmesser und 60 m planimetrische Genauigkeit erhältlich.
  • Das Sonny DEM-Modell (Europa) ist in 1°x1°-Schritten erhältlich, d. h. mit einer Zellengröße in der Größenordnung von 25 x 30 m, je nach Breitengrad. Der Anbieter hat die genauesten Datenquellen zusammengestellt, dieses DEM ist relativ genau und kann über das kostenlose OpenmtbMap-Mapping „einfach“ für TwoNav und Garmin GPS verwendet werden.
  • IGN DEM 5m x 5m ist kostenlos (ab Januar 2021) in 1m x 1m oder 5m x 5m Schritten mit 1m vertikaler Auflösung erhältlich.Der Zugang zu diesem DEM wird in diesem Handbuch erklärt.

Verwechseln Sie die Auflösung (oder die Genauigkeit der Daten in der Datei) nicht mit der tatsächlichen Genauigkeit dieser Daten. Messwerte (Messungen) können von Instrumenten erhalten werden, die es nicht ermöglichen, die Erdoberfläche auf den Meter genau zu beobachten.

IGN DEM, kostenlos erhältlich 🙏 ab Januar 2021, ist ein Flickenteppich von Messwerten (Messungen), die mit verschiedenen Instrumenten gewonnen werden. Bereiche, die für neuere Forschungen (zB Hochwasserrisiko) gescannt wurden, wurden mit einer Auflösung von 1 m gescannt, andernorts kann die Genauigkeit sehr weit von diesem Wert entfernt sein. In der Datei wurden die Daten jedoch interpoliert, um die Felder in Schritten von 5 x 5 m oder 1 x 1 m auszufüllen. IGN hat eine hochauflösende Umfragekampagne mit dem Ziel gestartet, Frankreich bis 2026 vollständig abzudecken, und an diesem Tag wird IGN DEM genau sein und frei im 1x1x1m Abstand. ...

Das DEM zeigt die Höhe des Geländes: Die Höhe der Infrastruktur (Gebäude, Brücken, Hecken usw.) wird nicht berücksichtigt. Im Wald ist dies die Erdhöhe am Fuße der Bäume, die Wasseroberfläche ist die Küstenoberfläche für alle Stauseen, die größer als ein Hektar sind.

Alle Punkte in einer Zelle haben die gleiche Höhe, so dass am Rand der Klippe aufgrund der Unsicherheit des Dateiortes, summiert mit der Unsicherheit des Ortes, die extrahierte Höhe die gleiche sein kann wie die der benachbarten Zelle.

Die GPS-Ortungsgenauigkeit liegt unter idealen Empfangsbedingungen in der Größenordnung von 4,5 m bei 90%. Diese Leistung wird mit den neuesten GPS-Empfängern (GPS + Glonass + Galileo) gesehen. Daher beträgt die Genauigkeit zwischen 90 und 100 m (klarer Himmel, ohne Masken, ohne Canyons usw.) des tatsächlichen Standorts 0 von 5 Mal. die Verwendung eines DEM mit einer 1 x 1 m Zelle ist kontraproduktiv.weil die Chancen, im richtigen Raster zu stehen, selten sind. Diese Wahl wird den Prozessor ohne wirklichen Mehrwert überfordern!

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

So erhalten Sie ein DEM, das verwendet werden kann in:

  • TwoNav-GPS: CDEM auf 5 m (RGEALTI).
  • Garmin GPS: Sonny-Datenbank

    Erfahren Sie, wie Sie Ihr eigenes DEM für TwoNav GPS erstellen. Pegelkurven können mit der Qgis-Software extrahiert werden.

Bestimmen Sie die Höhe mit GPS

Eine Lösung könnte darin bestehen, die DEM-Datei in Ihr GPS-Navigationsgerät zu laden, aber die Höhe ist nur dann zuverlässig, wenn die Raster verkleinert werden und die Datei genau genug ist (horizontal und vertikal).

Um sich ein gutes Bild von der Qualität des DEM zu machen, reicht es, beispielsweise das Relief eines Sees zu visualisieren oder einen Weg zu bauen, der den See durchquert und die Erhebungen in einem 2D-Schnitt betrachtet.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Bild: LAND-Software, Ansicht des Gerardmersees in 3D-Vergrößerung x XNUMX mit korrektem DEM. Die Projektion der Meshes auf das Terrain zeigt die aktuelle DEM-Grenze.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

Bild: LAND-Programm, Ansicht des Gérardmer-Sees „BOG“ in 2D mit dem richtigen DTM.

Alle modernen GPS-Geräte „guter Qualität“ verfügen über einen Kompass und einen digitalen barometrischen Sensor, also einen barometrischen Höhenmesser; Mit diesem Sensor können Sie eine genaue Höhe ermitteln, sofern Sie die Höhe an einem bekannten Punkt einstellen (Empfehlung von Garmin).

Die Höhenungenauigkeit, die GPS seit dem Aufkommen von GPS liefert, hat die Entwicklung von Hybridisierungsalgorithmen für die Luftfahrt veranlasst, die Barometerhöhe und GPS-Höhe verwenden, um eine genaue geografische Position bereitzustellen. Höhe. Es ist eine zuverlässige Höhenlösung und die bevorzugte Wahl von GPS-Herstellern, optimiert für das TwoNav-Training im Freien. und Garmin.

Bei Garmin wird das GPS-Angebot je nach Benutzerprofil (Outdoor, Radfahren, Mountainbiken etc.) eingeführt, daher ist es wichtig, auf die Bedienungsanleitungen und den Kundendienst zu verweisen.

Die optimale Lösung ist, Ihr GPS auf die Option einzustellen:

  • Höhe = Barometer + GPS, wenn GPS es zulässt,
  • Höhe = Barometer + DTM (MNT), wenn GPS dies zulässt.

In allen Fällen stellen Sie bei einem mit einem Barometer ausgestatteten GPS das Barometer am Startpunkt manuell auf die minimale Höhe ein. In den Bergen ⛰ bei langen Abfahrten muss die Einstellung vor allem bei Temperatur- und Wetterschwankungen neu eingestellt werden.

Einige Garmin GPS-optimierte Fahrradgeräte stellen die barometrische Höhe an bekannten Höhenwegpunkten automatisch zurück, was eine besonders intelligente Lösung für Mountainbikes ist. Allerdings muss sich der Nutzer zB vor dem Verlassen der Pässe und der Talsohle informieren; auf dem Rückweg wird der Höhenunterschied genau .

Im Modus Barometer + (GPS oder DTM) enthält der Hersteller einen automatischen Barometeranpassungsalgorithmus, der auf dem Prinzip basiert, dass der vom Barometer, GPS oder DEM gesehene Aufstieg konsistent sein muss: Dieses Prinzip bietet große Flexibilität für den Benutzer und ist gut für den Außenbereich geeignet Aktivitäten.

Der Benutzer sollte sich jedoch der Einschränkungen bewusst sein:

  • Das GPS basiert auf dem Geoid, wenn sich der Benutzer also durch künstliches Gelände bewegt (z. B. auf Abraumhalden), werden die Korrekturen verzerrt,
  • Das DEM zeigt den Weg am Boden, wenn der Benutzer einen wesentlichen Teil der menschlichen Infrastruktur (Viadukt, Brücke, Fußgängerbrücken, Tunnel usw.) ausleiht, werden die Anpassungen ausgeglichen.

Daher ist das optimale Verfahren, um eine genaue Höhenerhöhung zu erhalten, wie folgt:

1️⃣ Passen Sie den barometrischen Sensor zu Beginn an. Ohne diese Einstellung werden die Höhen umgerechnet (verschoben), der Höhenunterschied wird korrigiert, wenn die witterungsbedingte Drift gering ist (kurze Strecke außerhalb der Berge). Für GPS-Benutzer der Garmin-Familie werden „gpx“-Höhen von Garmin und Strava für die Community verwendet, daher ist es vorzuziehen, das richtige Höhenprofil in die Datenbank einzugeben.

2️⃣ Um die witterungsbedingte Drift (Höhen- und Höhenfehler) auf langen Fahrten (> 1 Stunde) und im Gebirge zu reduzieren:

  • Konzentrieren Sie sich auf die Auswahl Barometer + GPS, Außenbereiche mit künstlichem Relief (Deponien, künstliche Hügel usw.),
  • Konzentrieren Sie sich auf die Auswahl Barometer + DTM (MNT)wenn Sie einen IGN DTM (5 x 5 m Raster) oder Sonny DTM (Frankreich oder Europa) außerhalb einer Strecke installiert haben, die einen erheblichen Teil der Infrastruktur nutzt (Fußgängerbrücken, Überführungen etc.).

Einen Höhenunterschied entwickeln

Das in den vorherigen Zeilen beschriebene Höhenproblem tritt am häufigsten auf, wenn man beobachtet, dass der Höhenunterschied zwischen den beiden Praktikern unterschiedlich ist oder variiert, je nachdem, ob er beispielsweise auf GPS oder in einer Anwendung wie STRAVA (siehe STRAVA-Hilfe) gelesen wird.

Zunächst müssen Sie Ihr GPS so einstellen, dass es die zuverlässigste Höhe liefert.

Es ist ziemlich einfach, den Höhenunterschied durch das Lesen der Karte zu ermitteln, oft beschränkt sich der Praktiker darauf, den Unterschied zwischen den Punkten mit extremen Abmessungen zu bestimmen, obwohl es, um genau zu sein, die positiven Höhenlinien zu zählen erforderlich ist, um die Summe zu erhalten .

Es gibt keine horizontalen Linien in der digitalen Datei, die GPS-Software, die Trackplot-Anwendung oder die Analysesoftware sind so konfiguriert, dass sie „Schritte oder Höheninkremente akkumulieren“.

Oft kann "keine Akkumulation" konfiguriert werden:

  • in TwoNav sind die Einstellungsoptionen für alle GPS gleich
  • bei Gamin sollten Sie die Bedienungsanleitung und den Kundendienst konsultieren (jedes Modell hat seine eigenen Eigenschaften gemäß dem typischen Benutzerprofil)
  • die OpenTraveller-App bietet eine Option, die eine Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle für die Bestimmung des Höhenunterschieds vorschlägt.

Jeder hat seine eigene Lösung 💡.

Websites oder Software zur Online-Analyse bemühen Sie sich, die Höhe zu ersetzen aus "gpx"-Dateien mit eigenen Höhendaten.

Beispiel: STRAVA hat eine "native" Höhenmessdatei erstellt, die mit Höhen erstellt wurde, die von Tracks abgeleitet wurden von STRAVA . bekanntes GPS und ist mit einem barometrischen Sensor ausgestattet.Die gewählte Lösung geht davon aus, dass das GPS STRAVA bekannt ist, also derzeit hauptsächlich aus dem GARMIN-Bereich bezogen wird, und die Zuverlässigkeit der Datei setzt voraus, dass jeder Benutzer sich um die manuelle Höheneinstellung gekümmert hat .

Was die praktischen Implikationen betrifft, so stellt sich das Problem vor allem bei Gruppenwanderungen, da jeder Teilnehmer 🚵 je nach GPS-Typ feststellen kann, dass sich sein Höhenunterschied von dem anderer Teilnehmer unterscheidet, oder es ein neugieriger Benutzer ist, der nicht versteht warum der Unterschied GPS-Höhe ist, ist Analysesoftware oder STRAVA anders.

Warum ist Ihre GPS- oder STRAVA-Höhe ungenau?

In der perfekt desinfizierten STRAVA-Welt sollten alle Mitglieder der GPS GARMIN Nutzergruppe grundsätzlich die gleiche Höhe auf ihrem GPS und auf ihrem STRAVA sehen. Logisch, dass sich der Unterschied aber nur durch die Höhenverstellung erklären lässt nichts bestätigt, dass der gemeldete Höhenunterschied korrekt ist.

Es ist logisch, dass ein Mitglied dieser Benutzergruppe, das ein STRAVA nicht bekanntes GPS besitzt, auf STRAVA den gleichen Höhenunterschied wie seine Assistenten sehen sollte, obwohl der von seinem GPS angezeigte Höhenunterschied unterschiedlich ist. Er kann seiner Ausrüstung die Schuld geben, die trotzdem korrekt funktioniert.

Der dem wahren Wert am nächsten kommende Höhenunterschied wird in FRANKREICH oder BELGIEN immer noch beim Lesen der IGN-Karte ermittelt., wird die Inbetriebnahme eines fortgeschritteneren Geoids den Orientierungspunkt schrittweise in Richtung GNSS verschieben

GNSS: Geolocation and Navigation Using a Satellite System: Bestimmung der Position und Geschwindigkeit eines Punktes auf der Erdoberfläche oder in unmittelbarer Nähe der Erde durch Verarbeitung von Funksignalen von mehreren an diesem Punkt empfangenen künstlichen Satelliten.

Wenn Sie sich auf eine Software oder eine Anwendung verlassen müssen, um den Höhenunterschied zu ermitteln, müssen Sie diese Software anpassen, um den Akkumulationsschrittwert entsprechend den Höhenlinien der IGN-Karte des Standorts anzupassen, d. h. 5 oder 10 m. Ein kleiner Schritt verwandelt alle kleinen Sprünge oder Übergänge zu Unebenheiten in einen Tropfen, und umgekehrt wird ein zu hoher Schritt den Anstieg kleiner Hügel auslöschen.

Nach Anwendung dieser Empfehlungen zeigt das Experiment des Autors, dass die Höhenwerte, die mit GPS oder einer mit einem zuverlässigen DEM ausgestatteten Analysesoftware erhalten wurden, im "richtigen" Bereich bleiben. unter der Annahme, dass die IGN-Karte auch ihre eigenen Unsicherheiten hatverglichen mit der Schätzung, die mit der IGN-Karte 1 / 25 erhalten wurde.

Andererseits wird der von STRAVA veröffentlichte Wert meist überbewertet. Die von STRAVA verwendete Methode, basierend auf dem „Feedback“ der Nutzer, lässt theoretisch eine schnelle Konvergenz zu sehr nahe an der Wahrheit liegenden Werten vorhersagen, die je nach Besucherzahl bereits im BikePark stattfinden sollte oder sehr beschäftigte Spuren!

Um diesen Punkt konkret zu veranschaulichen, folgt hier eine Analyse einer zufällig aufgenommenen Strecke auf einer 20 km langen hügeligen Straße. Die "barometrische" GPS-Höhe wurde vor dem Abflug eingestellt, sie liefert die "barometrische + GPS"-Höhe, der DTM ist ein zuverlässiger DTM, der neu gestaltet wurde, um genau zu sein. Wir befinden uns außerhalb des Bereichs, in dem STRAVA ein zuverlässiges Höhenprofil haben könnte.

Dies ist eine Illustration eines Tracks, bei dem der Unterschied zwischen IGN und GPS am größten und der Unterschied zwischen IGN und STRAVA am kleinsten ist. Die Entfernung zwischen GPS und STRAVA beträgt 80 m, und das wahre "IGN" liegt zwischen ihnen.

Höhen
DépartAnkunftMaxminHöheAbweichung / IGN
GPS (Barriere + GPS)12212415098198-30
Höhenverstellung am DTM12212215098198-30
LEBENSMITTEL280+51
IGN-Karten12212214899228,50

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