Miért pontatlan a GPS vagy a STRAVA magasság?

Egy visszatérő kérdés vagy kérdés merül fel a magassági pontossággal és a GPS magasságkülönbségekkel kapcsolatban.

Bár triviálisnak tűnhet, a pontos magasság meghatározása kihívást jelent, a vízszintes síkban könnyedén elhelyezhet mérőszalagot, kötelet, geodéziai láncot, vagy felhalmozhatja a kerék kerületét a távolság mérésére. viszont a mérőt 📐 nehezebb a függőleges síkban elhelyezni.

A GPS magasságok a föld alakjának matematikai ábrázolásán alapulnak, míg a topográfiai térképen a magasságok a földgömbhöz kapcsolódó függőleges koordináta-rendszeren alapulnak.

Ezért ez két különböző rendszer, amelyeknek egy ponton egybe kell esniük.

A magasság és a függőleges csökkenés olyan paraméterek, amelyekkel a legtöbb kerékpáros, hegyi kerékpáros, túrázó és hegymászó konzultálni szeretne egy utazás után.

A függőleges profil megszerzésére és a helyes magasságkülönbségre vonatkozó utasítások viszonylag jól dokumentáltak a kültéri GPS-kézikönyvekben (például a Garmin GPSMap tartományútmutatókban), paradox módon azonban ezek az információk szinte hiányoznak vagy rejtélyesek a tervezett GPS-felhasználói útmutatókban. kerékpárosok számára (például útmutatók a Garmin Edge GPS-tartományhoz).

A Garmin vevőszolgálat minden hasznos tanácsot megad, akárcsak a TwoNav. Más GPS- vagy alkalmazásgyártók számára (a Strava kivételével) ez nagy hiányt jelent 🕳.

Hogyan mérjük a magasságot?

Számos technika:

• A híres Thalész-tételt a gyakorlatban alkalmazva,
• Különféle háromszögelési technikák,
• Magasságmérő segítségével,
• Radar, üzlet,
• Műholdas mérések.

Barometrikus magasságmérő

Meg kellett határozni a szabványt: a magasságmérő egy hely légköri nyomását magasságba fordítja. A 0 m tengerszint feletti magasság 1013,25 mbar nyomásnak felel meg a tengerszinten 15 °C hőmérsékleten.

A gyakorlatban ez a két feltétel ritkán teljesül tengerszinten, például a cikk írásakor Normandia partján a nyomás 1035 mbar volt, a hőmérséklet pedig közel 6 °, ami hibához vezethet a magasságban. körülbelül 500 m.

A barometrikus magasságmérő pontos magasságot ad az utánállítás után, ha a nyomás/hőmérséklet viszonyok stabilizálódnak.

A beállítás célja a hely pontos magasságának biztosítása, majd a magasságmérő beállítja ezt a magasságot a légköri nyomás és hőmérséklet változásaira reagálva.

A hőmérséklet csökkenés 🌡 szűkíti a nyomásgörbéket és nő a tengerszint feletti magasság, és fordítva, ha a hőmérséklet emelkedik.

A kijelzett magassági érték érzékeny lesz a környezeti hőmérséklet változásaira, a magasságmérőt a csuklóján tartó vagy viselő felhasználónak tisztában kell lennie a helyi hőmérséklet változásának a kijelzett értékre gyakorolt ​​hatásával (pl.: óra zárt / ujjú nyitott, gyors vagy lassú mozgások miatti relatív szél, testhőmérséklet hatása stb.).

A stabil légtömeg egyszerűsítésére a stabil időjárási viszonyok 🌥.

Megfelelő használat esetén a barometrikus magasságmérő megbízható referenciaműszer számos alkalmazáshoz, például repüléshez, túrázáshoz, hegymászáshoz...

A magassági GPS

A GPS meghatározza egy hely magasságát a Földet szimuláló ideális gömbhöz viszonyítva: "Ellipszoid". Mivel a Föld tökéletlen, ezt a magasságot át kell alakítani, hogy megkapjuk a „geoid” magasságot 🌍.

Az a megfigyelő, aki GPS segítségével olvassa le a felmérési marker magasságát, több tíz méteres eltérést is láthat, bár GPS-je ideális vételi körülmények között megfelelően működik. Lehet, hogy a GPS vevő rossz?

Ezt a különbséget az ellipszoid és különösen a geoid modell modellezésének pontossága magyarázza, amely abból adódóan bonyolult, hogy a Föld felszíne nem ideális gömb, anomáliákat tartalmaz, emberi módosításokon megy keresztül és folyamatosan változik. (Telluric and Human).

Ezeket a pontatlanságokat a GPS-ben rejlő mérési hibákkal kombinálják, és pontatlanságokat és állandó változást okoznak a GPS által jelentett magasságban.

A jó vízszintes pontosságot előnyben részesítő műholdgeometria, vagyis a műholdak horizonton való alacsony helyzete megakadályozza a pontos magasságfelvételt. A függőleges pontosság nagyságrendje a vízszintes pontosság másfélszerese.

A legtöbb GPS-lapkakészlet-gyártó integrálja a matematikai modellt a szoftverébe. amely megközelíti a föld geodéziai modelljét és az ebben a modellben meghatározott magasságot biztosítja.

Ez azt jelenti, hogy ha a tengeren járunk, nem szokatlan negatív vagy pozitív magasságot látni, mert a Föld geodéziai modellje tökéletlen, és ehhez a hiányossághoz hozzá kell adni a GPS-ben rejlő hibát. Ezeknek a hibáknak a kombinációja egyes helyeken 50 méternél is nagyobb magassági eltérést okozhat 😐.

A geoid modelleket finomították, különösen a GNNS helymeghatározás eredményeként kapott magasságmérés több évig pontatlan marad.

Digitális terepmodell „DTM”

A DTM egy digitális fájl, amely rácsokból áll, minden rács (négyzetes elemi felület) egy magasságértéket ad meg az adott rács felületéhez. A világmagasságmodell jelenlegi rácsméretének elképzelése 30 m x 90 m. Egy pont helyzetének ismeretében a föld felszínén (hosszúság, szélesség), könnyen leolvasható a hely magassága. a DTM-fájlt (vagy DTM-et, angolul Digital Terrain Model).

A DEM fő hátránya a megbízhatósága (rendellenességek, lyukak) és a fájl pontossága; Példák:

• Az ASTER DEM 30 m-es lépcsővel (rács vagy pixel), 30 m-es vízszintes pontossággal és 20 m-es magasságmérővel kapható.
• Az MNT SRTM 90 m-es térközzel (rács vagy pixel), körülbelül 16 m-es magasságmérővel és 60 m-es planimetrikus pontossággal érhető el.
• A Sonny DEM modell (Európa) 1°x1°-os lépésekben kapható, azaz a szélességtől függően 25x30 m-es cellamérettel. A gyártó a legpontosabb adatforrásokat állította össze, ez a DEM viszonylag pontos, és az ingyenes OpenmtbMap leképezésen keresztül „könnyen” használható TwoNav és Garmin GPS-hez.
• Az IGN DEM 5m x 5m ingyenesen elérhető (2021 januárjától) 1mx1m vagy 5mx5m-es lépésekben, 1m függőleges felbontással.A DEM-hez való hozzáférést ez az útmutató ismerteti.

Ne keverje össze a felbontást (vagy a fájlban lévő adatok pontosságát) az adatok tényleges pontosságával. A leolvasást (mérést) olyan műszerekkel lehet elérni, amelyek nem teszik lehetővé a földgömb felszínének méteres pontosságú megfigyelését.

A 2021 januárjától ingyenesen elérhető IGN DEM 🙏 különböző műszerekkel nyert leolvasások (mérések) patchworkje. A közelmúltban végzett kutatásokhoz (pl. árvízveszély) szkennelt területeket 1 m-es felbontásban pásztáztuk, máshol a pontosság nagyon messze lehet ettől az értéktől. A fájlban található adatok azonban interpolálva lettek, hogy a mezőket 5x5m vagy 1x1m-es lépésekben töltse ki.Az IGN nagy felbontású közvélemény-kutatási kampányt indított azzal a céllal, hogy 2026-ra teljes mértékben lefedje Franciaországot, és ezen a napon az IGN DEM pontos és ingyenes 1x1x1m-es időközönként. ...

A DEM a talaj magasságát mutatja: az infrastruktúra (épületek, hidak, sövények stb.) magasságát nem veszik figyelembe. Az erdőben ez a föld magassága a fák tövében, a víz felszíne minden egy hektárnál nagyobb tározó esetében a part felszíne.

Egy cellában minden pont azonos magasságú, így a szikla szélén a fájl helyének bizonytalansága miatt, a hely bizonytalanságával összegezve, a kinyert magasság megegyezhet a szomszédos cellával.

A GPS helymeghatározási pontosság ideális vételi körülmények között 4,5 m nagyságrendű, 90%-os. Ez a teljesítmény a legújabb GPS-vevőknél (GPS + Glonass + Galileo) látható. Ezért a pontosság 90-ból 100-szer a valós hely 0 és 5 m között (tiszta égbolt, maszkok nélkül, kanyonok, stb.) között. DEM használata 1 x 1 m-es cellával kontraproduktív.mert ritka lesz annak az esélye, hogy a megfelelő rácsra kerüljön. Ez a választás túlterheli a processzort valódi hozzáadott érték nélkül!

A következő területeken használható DEM beszerzése:

• TwoNav GPS: CDEM 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Ismerje meg, hogyan hozhat létre saját DEM-et a TwoNav GPS-hez. A szintgörbék a Qgis szoftverrel kinyerhetők.

Határozza meg a magasságot GPS segítségével

Az egyik megoldás lehet a DEM fájl betöltése a GPS-navigátorba, de a magasság csak akkor lesz megbízható, ha a rácsok mérete lecsökken, és ha a fájl elég pontos (vízszintesen és függőlegesen).

Ahhoz, hogy jó képet kapjunk a DEM minőségéről, elegendő például egy tó domborzatát megjeleníteni, vagy a tavat keresztező ösvényt építeni, és 2D-s metszetben megfigyelni a magasságokat.

Kép: LAND szoftver, a Gerardmer-tó nézete 3-szoros XNUMXD-s nagyításban, megfelelő DEM-mel. A hálók vetülete a domborzaton az aktuális DEM határértéket mutatja.

Kép: LAND program, a Gérardmer-tó „BOG” képe 2D-ben a megfelelő DTM-mel.

Minden modern „jó minőségű” GPS-készülék rendelkezik iránytűvel és digitális barometrikus szenzorral, tehát barometrikus magasságmérővel; Ezzel az érzékelővel pontos magasságot kaphat, feltéve, hogy beállította a magasságot egy ismert ponton (Garmin ajánlása).

A GPS megjelenése óta a GPS által biztosított magassági pontatlanság olyan hibridizációs algoritmusok kifejlesztését indította el a repüléstechnika számára, amelyek barométer magasságot és GPS magasságot használnak a pontos földrajzi helyzet meghatározásához. magasság. Megbízható magassági megoldás és a GPS-gyártók által előnyben részesített választás, a TwoNav szabadtéri gyakorlatokhoz optimalizálva. és a Garmin.

A Garminnál a GPS kínálat a felhasználói profilnak megfelelően kerül bemutatásra (szabadtéri, kerékpáros, hegyi kerékpározás stb.), ezért fontos a használati útmutatókra és az vevőszolgálatra hivatkozni.

Az optimális megoldás, ha a GPS-t a következő opcióra állítja:

• Magasság = Barométer + GPS, ha a GPS lehetővé teszi,
• Magasság = Barométer + DTM (MNT), ha a GPS lehetővé teszi.

A barométerrel felszerelt GPS-nél minden esetben kézzel állítsa be a barométert a minimális magasságra a kiindulási pontnál. Hegyekben ⛰ hosszú távon a beállítást újra kell végezni, különösen a hőmérséklet és az időjárás ingadozása esetén.

Egyes Garmin GPS-re optimalizált kerékpáros eszközök automatikusan visszaállítják a barometrikus magasságot azokon az útpontokon, amelyek magassága ismert, ami különösen okos megoldás hegyi kerékpározáshoz. A felhasználónak azonban tájékoztatnia kell például a hágók magasságát és a völgy alját, mielőtt elhagyja; visszaúton pontos lesz a magasságkülönbség 👍.

Barometer + (GPS vagy DTM) módban a gyártó egy automatikus barométer-beállító algoritmust tartalmaz, amely azon az elven alapul, hogy a barométer, a GPS vagy a DEM által látott emelkedésnek konzisztensnek kell lennie: ez az elv nagy rugalmasságot biztosít a felhasználók számára, és kiválóan alkalmas kültéri használatra. tevékenységek.

A felhasználónak azonban tisztában kell lennie a korlátozásokkal:

• A GPS a geoidon alapul, így ha a felhasználó mesterséges terepen halad át (például salaklerakóhoz), a korrekciók torzulnak,
• A DEM mutatja a földi utat, ha a felhasználó a humán infrastruktúra jelentős részét kölcsönveszi (viadukt, híd, gyalogos hidak, alagutak stb.), akkor a beállítások eltolódnak.

Ezért a pontos magasságnövekedés eléréséhez az optimális eljárás a következő:

1️⃣ Az elején állítsa be a barometrikus érzékelőt. E beállítás nélkül a magasságok átszámításra kerülnek (eltolódnak), a szintkülönbség akkor lesz megfelelő, ha az időjárási viszonyok miatti sodródás kicsi (rövid út a hegyeken kívül). A Garmin család GPS-felhasználói számára a Garmin és a Strava a „gpx” magasságokat használja a közösség számára, ezért célszerű a megfelelő magassági profilt megadni az adatbázisban.

2️⃣ Az időjárási viszonyok miatti sodródás (magassági és magassági hiba) csökkentése érdekében hosszú utakon (> 1 óra) és hegyekben:

• Koncentrálj a választásra Barométer + GPS, mesterséges domborművel rendelkező külső területek (lerakók, mesterséges dombok stb.),
• Koncentrálj a választásra Barométer + DTM (MNT)ha az IGN DTM-et (5 x 5 m-es rács) vagy a Sonny DTM-et (Franciaország vagy Európa) olyan útvonalon kívül telepítette, amely az infrastruktúra jelentős részét használja (gyaloghidak, felüljárók stb.).

Magasságkülönbség kialakítása

Az előző sorokban leírt magassági probléma leggyakrabban akkor nyilvánul meg, ha megfigyeljük, hogy a két gyakorló között a magasságkülönbség eltérő, vagy attól függően változik, hogy GPS-en vagy például STRAVA-ban (lásd a STRAVA súgóját) olvassuk le.

Először is be kell hangolnia a GPS-t, hogy a legmegbízhatóbb magasságot biztosítsa.

A szintkülönbség megállapítása a térkép olvasásával meglehetősen egyszerű, gyakran a gyakorló csak az extrém méretű pontok közötti különbség meghatározására szorítkozik, bár pontosabban meg kell számolni a pozitív szintvonalakat, hogy megkapjuk az összeget. .

A digitális fájlban nincsenek vízszintes vonalak, a GPS-szoftver, a nyomvonalrajzoló alkalmazás vagy az elemzőszoftver úgy van konfigurálva, hogy „lépéseket vagy magassági növekményt gyűjtsön”.

Gyakran a "nincs felhalmozás" konfigurálható:

• a TwoNav-ban a beállítási lehetőségek minden GPS-nél közösek
• a Gaminnál olvassa el a használati útmutatót és a vevőszolgálatot (minden modellnek megvannak a saját jellemzői a tipikus felhasználói profilnak megfelelően)
• az OpenTraveller alkalmazásban van egy lehetőség, amely az érzékenységi küszöb beállítását javasolja a magasságkülönbség meghatározásához.

Mindenkinek megvan a maga megoldása 💡.

Weboldalak vagy szoftverek online elemzéshez törekedjünk a magasság pótlására "gpx" fájlokból saját magasságadatokkal.

Példa: A STRAVA létrehozott egy „natív” magasságmérő fájlt, amelyet a A STRAVA által ismert GPS és barometrikus szenzorral van felszerelve.Az elfogadott megoldás feltételezi, hogy a GPS-t a STRAVA ismeri, így jelenleg elsősorban a GARMIN tartományból származik, a fájl megbízhatósága pedig feltételezi, hogy minden felhasználó gondoskodott a kézi magasság-visszaállításról .

Ami a gyakorlati következményeket illeti, a probléma különösen a csoportos séták során merül fel, mert minden résztvevő 🚵 észreveheti, hogy a szintkülönbsége eltér a többi résztvevő szintjétől, a GPS típusától függően, vagy egy kíváncsi felhasználó, aki nem érti miért a különbség a GPS magasság, más az elemző szoftver vagy a STRAVA.

A tökéletesen fertőtlenített STRAVA világban a GPS GARMIN felhasználói csoport minden tagjának elvileg ugyanazt a magasságot kell látnia a GPS-en és a STRAVA-n. Logikus, hogy a különbség csak a magasságállítással magyarázható semmi sem erősíti meg, hogy a közzétett magasságkülönbség helyes.

Logikus, hogy ennek a felhasználói csoportnak a tagja, akinek a STRAVA által nem ismert GPS-je van, ugyanazt a magasságkülönbséget látja a STRAVA-n, mint az asszisztensei, bár a GPS-je által megjelenített szintkülönbség eltérő. Okozhatja a berendezését, amely ennek ellenére megfelelően működik.

A magasságkülönbség valódihoz legközelebbi értékét továbbra is FRANCIAORSZÁG vagy BELGIUM kapja meg az IGN kártya olvasásakor., egy fejlettebb geoid üzembe helyezése fokozatosan a GNSS felé mozdítja el a mérföldkőt

GNSS: Geolocation and Navigation using a Satellite System: Egy pont helyzetének és sebességének meghatározása a felszínen vagy a Föld közvetlen közelében az adott ponton vett több mesterséges műhold rádiójeleinek feldolgozásával.

Ha szoftverre vagy alkalmazásra kell hagyatkoznia a magasságkülönbség megállapításához, akkor ezt a szoftvert be kell állítania a felhalmozási lépés értékének beállításához a hely IGN térképének szintvonalaihoz, azaz 5 vagy 10 m-hez. Egy kis lépésből csepp lesz minden kis ugrás vagy egyenetlenség, és fordítva, egy túl magas lépés eltörli a kis dombok emelkedését.

Ezen ajánlások alkalmazása után a szerző kísérlete azt mutatja, hogy a GPS-szel vagy megbízható DEM-mel felszerelt elemző szoftverrel kapott magassági értékek a „helyes” tartományon belül maradnak, feltételezve, hogy az IGN térképnek is megvannak a maga bizonytalanságaiaz IGN kártyával kapott becsléshez képest 1 / 25 000.

Másrészt a STRAVA által közzétett érték általában túlzásba esik. A STRAVA által alkalmazott módszer a felhasználói visszajelzések alapján elméletileg lehetővé teszi az igazsághoz nagyon közel álló értékek gyors konvergenciájának előrejelzését, aminek a látogatók számától függően már a BikeParkban vagy nagyon forgalmas helyen kell megtörténnie. számokat!

Ennek konkrét szemléltetésére álljon itt egy pálya elemzése, véletlenszerűen, egy 20 km hosszú dombos úton. A "barometrikus" GPS-magasság indulás előtt lett beállítva, ez adja a "Barometrikus + GPS" magasságot, a DTM egy megbízható DTM, amelyet pontosra alakítottak át. Azon a területen kívül vagyunk, ahol a STRAVA megbízható magassági profillal rendelkezhet.

Ez egy olyan pálya illusztrációja, ahol az IGN és a GPS közötti különbség a legnagyobb, az IGN és a STRAVA között pedig a legkisebb a különbség. a GPS és a STRAVA közötti távolság 80 m, és az igazi "IGN" közöttük van.

Magasság
Indul	Érkezés	Max	min	magasság	Eltérés / IGN
GPS (sáv + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Magasságállítás a DTM-en	122	122	150	98	198	-30
FOOD	280	+51
IGN kártyák	122	122	148	99	228,5	0