Mengapakah ketinggian GPS atau STRAVA anda tidak tepat?

Soalan atau soalan berulang timbul mengenai ketepatan ketinggian dan perbezaan ketinggian GPS.

Walaupun ia mungkin kelihatan remeh, mendapatkan ketinggian yang tepat adalah mencabar, dalam satah mendatar anda boleh dengan mudah meletakkan pita pengukur, tali, rantai geodesik, atau mengumpul lilitan roda untuk mengukur jarak. sebaliknya, lebih sukar untuk meletakkan meter 📐 dalam satah menegak.

Ketinggian GPS adalah berdasarkan perwakilan matematik bentuk bumi, manakala ketinggian pada peta topografi adalah berdasarkan sistem koordinat menegak yang dikaitkan dengan dunia.

Oleh itu, ini adalah dua sistem berbeza yang mesti bertepatan pada satu ketika.

Ketinggian dan penurunan menegak ialah parameter yang kebanyakan penunggang basikal, penunggang gunung, pejalan kaki dan pendaki ingin berunding dengannya selepas menunggang.

Arahan untuk mendapatkan profil menegak dan perbezaan ketinggian yang betul didokumenkan dengan baik dalam manual GPS luar (seperti manual julat GPSMap Garmin), secara paradoks, maklumat ini hampir tiada atau samar dalam manual pengguna GPS yang dimaksudkan. untuk penunggang basikal (contohnya, panduan untuk julat GPS Garmin Edge).

Perkhidmatan Selepas Jualan Garmin memberikan semua nasihat yang berguna, sama seperti TwoNav. Untuk pengeluar atau aplikasi GPS lain (selain Strava) ini adalah jurang yang besar 🕳.

Bagaimana untuk mengukur ketinggian?

Beberapa teknik:

• Mengaplikasikan teorem Thales yang terkenal dalam amalan,
• Pelbagai teknik triangulasi,
• Menggunakan altimeter,
• Radar, Tawaran,
• Pengukuran satelit.

Altimeter barometrik

Ia adalah perlu untuk menentukan piawai: altimeter menterjemahkan tekanan atmosfera sesuatu tempat kepada ketinggian. Ketinggian 0 m sepadan dengan tekanan 1013,25 mbar pada paras laut pada suhu 15 ° Celsius.

Dalam praktiknya, kedua-dua keadaan ini jarang dipenuhi di paras laut, contohnya, semasa menulis artikel ini, tekanan di pantai Normandy adalah 1035 mbar, dan suhu hampir 6 °, yang boleh menyebabkan ralat pada ketinggian. kira-kira 500 m.

Altimeter barometrik memberikan ketinggian yang tepat selepas pelarasan semula jika keadaan tekanan / suhu stabil.

Pelarasan adalah untuk mengekalkan ketinggian yang tepat untuk lokasi, dan kemudian altimeter melaraskan ketinggian tersebut sebagai tindak balas kepada perubahan dalam tekanan dan suhu atmosfera.

Penurunan suhu 🌡 menyempitkan lengkung tekanan dan ketinggian meningkat, begitu juga sebaliknya jika suhu meningkat.

Nilai ketinggian yang dipaparkan akan menjadi sensitif kepada perubahan dalam suhu ambien, pengguna altimeter, yang memegang atau memakainya pada pergelangan tangan, harus sedar tentang kesan perubahan suhu setempat pada nilai yang dipaparkan (contohnya: jam tangan ditutup / terbuka dengan lengan, angin relatif kerana pergerakan cepat atau perlahan, pengaruh suhu badan, dsb.).

Untuk memudahkan jisim udara yang stabil, ia adalah cuaca yang stabil 🌥.

Apabila digunakan dengan betul, altimeter barometrik ialah instrumen rujukan yang boleh dipercayai untuk pelbagai aplikasi seperti aeronautik, mendaki, mendaki gunung ...

GPS ketinggian

GPS menentukan ketinggian tempat berhubung dengan sfera ideal yang menyerupai Bumi: "Ellipsoid". Memandangkan Bumi tidak sempurna, ketinggian ini perlu diubah untuk mendapatkan ketinggian "geoid" 🌍.

Pemerhati yang membaca ketinggian penanda tinjauan menggunakan GPS boleh melihat sisihan beberapa puluh meter, walaupun GPSnya berfungsi dengan betul dalam keadaan penerimaan yang ideal. Mungkin penerima GPS salah?

Perbezaan ini dijelaskan oleh ketepatan pemodelan ellipsoid dan, khususnya, model geoid, yang kompleks kerana fakta bahawa permukaan Bumi bukanlah sfera yang ideal, mengandungi anomali, mengalami pengubahsuaian manusia dan sentiasa berubah. (Telurik dan Manusia).

Ketidaktepatan ini akan digabungkan dengan ralat pengukuran yang wujud dalam GPS, dan merupakan punca ketidaktepatan dan perubahan berterusan dalam ketinggian yang dilaporkan oleh GPS.

Geometri satelit yang mengutamakan ketepatan mendatar yang baik, iaitu, kedudukan rendah satelit di ufuk, menghalang pemerolehan ketinggian yang tepat. Susunan magnitud ketepatan menegak ialah 1,5 kali ganda ketepatan mendatar.

Kebanyakan pengeluar cipset GPS menyepadukan model matematik ke dalam perisian mereka. yang mendekati model geodetik bumi dan menyediakan ketinggian yang dinyatakan dalam model ini.

Ini bermakna bahawa jika anda berjalan di atas laut adalah tidak biasa untuk melihat ketinggian negatif atau positif, kerana model geodetik bumi tidak sempurna, dan kepada kekurangan ini mesti ditambah ralat yang wujud dalam GPS. Gabungan ralat ini boleh menyebabkan sisihan ketinggian lebih daripada 50 meter di lokasi tertentu 😐.

Model geoid telah diperhalusi, khususnya, altimetri yang diperoleh hasil daripada kedudukan GNNS akan kekal tidak tepat selama beberapa tahun.

Model Rupa Bumi Digital “DTM”

DTM ialah fail digital yang terdiri daripada grid, setiap grid (permukaan asas persegi) memberikan nilai ketinggian untuk permukaan grid tersebut. Idea saiz grid semasa model ketinggian dunia ialah 30 m x 90 m. Mengetahui kedudukan titik di permukaan bumi (longitud, latitud), adalah mudah untuk mendapatkan ketinggian tempat dengan membaca fail DTM (atau DTM, Digital Terrain Model dalam bahasa Inggeris).

Kelemahan utama DEM ialah kebolehpercayaannya (anomali, lubang) dan ketepatan fail; Contoh:

• ASTER DEM tersedia dengan langkah (grid atau piksel) 30 m, ketepatan mendatar 30 m dan altimeter 20 m.
• MNT SRTM tersedia dalam jarak 90m (grid atau piksel), kira-kira 16m altimeter dan 60m ketepatan planimetrik.
• Model Sonny DEM (Eropah) tersedia dalam kenaikan 1°x1°, iaitu dengan saiz sel pada susunan 25 x 30 m bergantung pada latitud. Vendor telah menyusun sumber data yang paling tepat, DEM ini agak tepat dan boleh digunakan "dengan mudah" untuk TwoNav dan GPS Garmin melalui pemetaan OpenmtbMap percuma.
• IGN DEM 5m x 5m tersedia secara percuma (mulai Januari 2021) dalam langkah 1m x 1m atau 5m x 5m dengan peleraian menegak 1m. Akses kepada DEM ini diterangkan dalam panduan ini.

Jangan mengelirukan resolusi (atau ketepatan data dalam fail) dengan ketepatan sebenar data tersebut. Bacaan (ukuran) boleh didapati daripada instrumen yang tidak membenarkan pemerhatian permukaan glob ke meter terdekat.

IGN DEM, tersedia secara percuma 🙏 mulai Januari 2021, adalah tampalan bacaan (ukuran) yang diperoleh dengan pelbagai instrumen. Kawasan yang diimbas untuk penyelidikan terkini (cth risiko banjir) telah diimbas pada resolusi 1 m, di tempat lain ketepatannya mungkin sangat jauh daripada nilai ini. Walau bagaimanapun, dalam fail, data telah diinterpolasi untuk mengisi medan dalam kenaikan 5x5m atau 1x1m. IGN telah melancarkan kempen pengundian resolusi tinggi dengan matlamat untuk meliputi Perancis sepenuhnya menjelang 2026, dan pada hari itu, IGN DEM akan tepat dan percuma pada selang 1x1x1m. ...

DEM menunjukkan ketinggian tanah: ketinggian infrastruktur (bangunan, jambatan, lindung nilai, dll.) tidak diambil kira. Di dalam hutan, ini adalah ketinggian bumi di kaki pokok, permukaan air adalah permukaan pantai untuk semua takungan yang lebih besar daripada satu hektar.

Semua titik dalam sel mempunyai ketinggian yang sama, jadi di pinggir tebing, disebabkan ketidakpastian lokasi fail, dijumlahkan dengan ketidakpastian lokasi, ketinggian yang diekstrak mungkin sama dengan sel jiran.

Ketepatan kedudukan GPS di bawah keadaan penerimaan yang ideal adalah dalam urutan 4,5 m pada 90%. Prestasi ini dilihat dengan penerima GPS terkini (GPS + Glonass + Galileo). Oleh itu, ketepatan adalah 90 kali daripada 100 antara 0 dan 5 m (langit cerah, tidak termasuk topeng, tidak termasuk ngarai, dsb.) dari lokasi sebenar. menggunakan DEM dengan sel 1 x 1 m adalah tidak produktif.kerana peluang untuk berada di grid yang betul akan jarang berlaku. Pilihan ini akan mengatasi pemproses tanpa nilai tambah sebenar!

Untuk mendapatkan DEM yang boleh digunakan dalam:

• GPS TwoNav: 5 m CDEM (RGEALTI).

• GPS Garmin: Pangkalan Data Sonny

  Ketahui cara mencipta DEM anda sendiri untuk TwoNav GPS. Lengkung tahap boleh diekstrak menggunakan perisian Qgis.

Tentukan ketinggian menggunakan GPS

Satu penyelesaian mungkin adalah dengan memuatkan fail DEM ke dalam navigasi GPS anda, tetapi ketinggian hanya boleh dipercayai jika saiz grid dikecilkan dan jika fail itu cukup tepat (mendatar dan menegak).

Untuk mendapatkan idea yang baik tentang kualiti DEM, cukup untuk memvisualisasikan, sebagai contoh, pelepasan tasik atau membina laluan yang melintasi tasik dan memerhatikan ketinggian dalam bahagian 2D.

Imej: Perisian LAND, pemandangan Tasik Gerardmer dalam pembesaran 3D x XNUMX dengan DEM yang betul. Unjuran jerat pada rupa bumi menunjukkan had DEM semasa.

Imej: Program LAND, pemandangan tasik Gérardmer “BOG” dalam 2D ​​dengan DTM yang betul.

Semua peranti GPS "berkualiti baik" moden mempunyai kompas dan penderia barometrik digital, oleh itu altimeter barometrik; Menggunakan sensor ini membolehkan anda mendapatkan ketinggian yang tepat dengan syarat anda menetapkan ketinggian pada titik yang diketahui (cadangan Garmin).

Ketaktepatan ketinggian yang disediakan oleh GPS sejak kemunculan GPS telah mendorong pembangunan algoritma hibridisasi untuk aeronautik yang menggunakan ketinggian barometer dan ketinggian GPS untuk memberikan kedudukan geografi yang tepat. ketinggian. Ia adalah penyelesaian ketinggian yang boleh dipercayai dan pilihan utama pengeluar GPS, dioptimumkan untuk amalan TwoNav luar. dan Garmin.

Di Garmin, tawaran GPS diperkenalkan mengikut profil pengguna (luar, berbasikal, berbasikal gunung, dll.), jadi adalah penting untuk merujuk kepada manual pengguna dan perkhidmatan selepas jualan.

Penyelesaian optimum ialah menetapkan GPS anda kepada pilihan:

• Ketinggian = Barometer + GPS, jika GPS membenarkan,
• Ketinggian = Barometer + DTM (MNT) jika GPS membenarkan.

Dalam semua kes, untuk GPS yang dilengkapi dengan barometer, tetapkan barometer secara manual ke ketinggian minimumnya pada titik permulaan. Di pergunungan ⛰ dalam jangka masa panjang, tetapan perlu dibuat semula, terutamanya sekiranya berlaku turun naik suhu dan cuaca.

Sesetengah peranti berbasikal yang dioptimumkan GPS Garmin secara automatik menetapkan semula ketinggian barometrik pada titik laluan ketinggian yang diketahui, yang merupakan penyelesaian yang sangat pintar untuk berbasikal gunung. Walau bagaimanapun, pengguna mesti memaklumkan, sebagai contoh, sebelum meninggalkan ketinggian pas dan bahagian bawah lembah; dalam perjalanan balik, perbezaan ketinggian akan tepat 👍.

Dalam mod Barometer + (GPS atau DTM), pengilang menyertakan algoritma pelarasan barometer automatik berdasarkan prinsip bahawa kenaikan yang dilihat oleh barometer, GPS atau DEM mestilah konsisten: prinsip ini menawarkan fleksibiliti yang hebat kepada pengguna dan sangat sesuai untuk aktiviti luar.

Walau bagaimanapun, pengguna harus sedar tentang batasan:

• GPS adalah berdasarkan geoid, jadi jika pengguna bergerak melalui rupa bumi buatan (contohnya, untuk membuang sanga), pembetulan akan diherotkan,
• DEM menunjukkan laluan di atas tanah, jika pengguna meminjam sebahagian besar infrastruktur manusia (jejambat, jambatan, jambatan pejalan kaki, terowong, dll.), pelarasan akan diimbangi.

Oleh itu, prosedur optimum untuk mendapatkan peningkatan ketinggian yang tepat adalah seperti berikut:

1️⃣ Laraskan sensor barometrik pada permulaan. Tanpa tetapan ini, ketinggian akan ditukar (dianjak), perbezaan aras akan betul jika hanyut disebabkan cuaca kecil (laluan pendek di luar pergunungan). Untuk pengguna GPS keluarga Garmin, ketinggian "gpx" digunakan oleh Garmin dan Strava untuk komuniti, jadi adalah lebih baik untuk memasukkan profil ketinggian yang betul ke dalam pangkalan data.

2️⃣ Untuk mengurangkan drift (ralat dalam altitud dan ketinggian) akibat keadaan cuaca dalam perjalanan jauh (> 1 jam) dan di pergunungan:

• Fokus pada pilihan Barometer + GPS, kawasan luar dengan pelepasan buatan (kawasan pembuangan, bukit buatan, dsb.),
• Fokus pada pilihan Barometer + DTM (MNT)jika anda telah memasang IGN DTM (grid 5 x 5 m) atau Sonny DTM (Perancis atau Eropah) di luar laluan yang menggunakan sejumlah besar infrastruktur (jambatan pejalan kaki, jejantas, dsb.).

Membangunkan perbezaan ketinggian

Masalah ketinggian yang diterangkan dalam baris sebelumnya paling kerap menjelma dengan sendirinya selepas memerhatikan bahawa perbezaan ketinggian antara kedua-dua pengamal adalah berbeza atau berbeza-beza bergantung pada sama ada ia dibaca pada GPS atau dalam aplikasi seperti STRAVA (lihat bantuan STRAVA) sebagai contoh.

Pertama sekali, anda perlu menala GPS anda untuk memberikan ketinggian yang paling boleh dipercayai.

Agak mudah untuk mendapatkan perbezaan tahap dengan membaca peta, selalunya pengamal terhad untuk menentukan perbezaan antara titik dimensi melampau, walaupun, untuk tepat, adalah perlu untuk mengira garis kontur positif untuk mendapatkan jumlah .

Tiada garisan mendatar dalam fail digital, perisian GPS, aplikasi plot trek atau perisian analisis dikonfigurasikan untuk "mengumpul langkah atau kenaikan ketinggian".

Selalunya "tiada pengumpulan" boleh dikonfigurasikan:

• dalam TwoNav pilihan tetapan adalah biasa kepada semua GPS
• di Gamin anda harus merujuk manual pengguna dan perkhidmatan selepas jualan (setiap model mempunyai ciri tersendiri mengikut profil pengguna biasa)
• apl OpenTraveller mempunyai pilihan yang mencadangkan melaraskan ambang sensitiviti untuk menentukan perbezaan ketinggian.

Setiap orang ada penyelesaiannya sendiri 💡.

Laman web atau perisian untuk analisis dalam talian berusaha untuk menggantikan ketinggian daripada fail "gpx" dengan data ketinggian mereka sendiri.

Contoh: STRAVA telah mencipta fail altimetri "asli" yang dibuat menggunakan ketinggian yang diperoleh daripada trek yang diperoleh daripada GPS dikenali STRAVA dan dilengkapi dengan penderia barometrik. Penyelesaian yang diterima pakai mengandaikan bahawa GPS dikenali STRAVA, jadi pada masa ini ia diperoleh terutamanya daripada julat GARMIN, dan kebolehpercayaan fail mengandaikan bahawa setiap pengguna telah menjaga tetapan semula ketinggian manual. .

Bagi akibat praktikal, masalah timbul terutamanya semasa berjalan dalam kumpulan, kerana setiap peserta 🚵 mungkin menyedari bahawa perbezaan ketinggian mereka berbeza daripada tahap peserta lain, bergantung pada jenis GPS mereka, atau pengguna yang ingin tahu yang tidak faham. mengapa perbezaannya adalah ketinggian GPS, perisian analisis atau STRAVA adalah berbeza.

Dalam dunia STRAVA yang telah dibersihkan dengan sempurna, semua ahli kumpulan pengguna GPS GARMIN pada dasarnya harus melihat ketinggian yang sama pada GPS mereka dan pada STRAVA mereka. Adalah logik bahawa perbezaan itu hanya boleh dijelaskan oleh pelarasan ketinggian, walau bagaimanapun tiada apa yang mengesahkan perbezaan ketinggian yang dilaporkan adalah betul.

Adalah logik bahawa ahli kumpulan pengguna ini yang mempunyai GPS yang tidak diketahui oleh STRAVA harus melihat perbezaan ketinggian yang sama pada STRAVA dengan pembantunya, walaupun perbezaan tahap yang dipaparkan oleh GPSnya adalah berbeza. Dia boleh menyalahkan peralatannya, yang bagaimanapun berfungsi dengan betul.

Nilai paling hampir dengan sebenar perbezaan ketinggian masih diperolehi di FRANCE atau BELGIUM apabila membaca kad IGN., pentauliahan geoid yang lebih maju secara beransur-ansur akan mengalihkan mercu tanda ke arah GNSS

GNSS: Geolokasi dan Navigasi Menggunakan Sistem Satelit: Menentukan kedudukan dan kelajuan sesuatu titik di permukaan atau di sekitar Bumi dengan memproses isyarat radio daripada beberapa satelit buatan yang diterima pada ketika itu.

Jika anda perlu bergantung pada perisian atau aplikasi untuk mendapatkan perbezaan ketinggian, anda mesti melaraskan perisian ini untuk melaraskan nilai langkah pengumpulan mengikut garisan kontur peta IGN tapak, iaitu 5 atau 10 m. Langkah kecil akan bertukar menjadi kejatuhan semua lompatan kecil atau peralihan kepada bonggol, dan sebaliknya, langkah yang terlalu tinggi akan memadamkan kenaikan bukit-bukit kecil.

Selepas menggunakan cadangan ini, percubaan pengarang menunjukkan bahawa nilai ketinggian yang diperoleh menggunakan GPS atau perisian analisis yang dilengkapi dengan DEM yang boleh dipercayai kekal dalam julat "betul", dengan mengandaikan bahawa peta IGN juga mempunyai ketidakpastian sendiriberbanding anggaran yang diperolehi dengan kad IGN 1 / 25.

Sebaliknya, nilai yang diterbitkan oleh STRAVA biasanya dilebih-lebihkan. Kaedah yang digunakan oleh STRAVA, berdasarkan "maklum balas" daripada pengguna, secara teorinya memungkinkan untuk meramalkan penumpuan pesat kepada nilai-nilai yang sangat hampir dengan kebenaran, yang, bergantung pada bilangan pelawat, sepatutnya berlaku dalam BikePark atau trek yang sangat sibuk!

Untuk menggambarkan perkara ini secara konkrit, berikut adalah analisis trek, diambil secara rawak, di jalan berbukit sepanjang 20 km. Ketinggian GPS "barometrik" telah ditetapkan sebelum berlepas, ia menyediakan ketinggian "Barometrik + GPS", DTM ialah DTM yang boleh dipercayai yang telah direka bentuk semula supaya tepat. Kami berada di luar kawasan di mana STRAVA boleh mempunyai profil ketinggian yang boleh dipercayai.

Ini adalah ilustrasi trek di mana perbezaan antara IGN dan GPS adalah yang terbesar dan perbezaan antara IGN dan STRAVA adalah yang paling kecil. jarak antara GPS dan STRAVA ialah 80m, dan "IGN" sebenar berada di antara mereka.

Ketinggian
Bahagian	Ketibaan	Max	min	ketinggian	Sisihan / IGN
GPS (Penghalang + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Pelarasan ketinggian pada DTM	122	122	150	98	198	-30
MAKANAN	280	+51
Kad IGN	122	122	148	99	228,5	0