Jak mohu zlepšit přesnost nadmořské výšky v systému TwoNav GPS?

Preambule

Od začátku roku 2021 poskytuje IGN bezplatný přístup k některým svým datům:

• TOP 25 map IGN ještě není zdarma, nicméně verze mapy dostupná na Géoporttail je zdarma.
• Databáze výškoměru IGN 5 x 5 m jsou volně dostupné. Tyto databáze umožňují vytvoření digitálního modelu terénu, tzn. výškovou mapu s horizontálním rozlišením 5 mx 5 m nebo 1 mx 1 m s vertikálním rozlišením 1 m. Nebo skvělá definice pro uživatele, kterými jsme my.

Tento článek ve formě tutoriálu je určen konkrétně pro uživatele softwaru GPS TwoNav a Land.

Údaje o nadmořské výšce Garmin GPS v tuto chvíli nelze ovlivnit.

Co je digitální výškový model (DTM)

Digitální výškový model (DEM) je trojrozměrné zobrazení zemského povrchu vytvořené z údajů o nadmořské výšce. Přesnost výškového souboru (DEM) závisí na:

• kvalita údajů o nadmořské výšce (přesnost a prostředky použité pro průzkum),
• Velikost buňky (pixel),
• O horizontální přesnosti lokalizace těchto mřížek,
• Přesnost vaší geolokace a tím i kvalita vašeho GPS, připojených hodinek nebo vašeho smartphonu.

Deska nebo dlaždice z databáze IGN Altimetric. Dlaždice 5 km x 5 km, skládající se z 1000 × 1000 buněk nebo 5 mx 5 m buněk (Saint Gobain Aisne Forest). Tato obrazovka se promítá na základní mapu OSM.

DEM je soubor, který definuje hodnotu výšky bodu umístěného ve středu mřížky, přičemž celý povrch mřížky je ve stejné výšce.

Například soubor oddělení Aisne BD Alti IGN o rozměrech 5 x 5 m (oddělení vybrané kvůli jeho velké velikosti) má necelých 400 dlaždic.

Každá mřížka je identifikována sadou souřadnic zeměpisné šířky a délky.

Čím menší je velikost mřížky, tím přesnější jsou údaje o nadmořské výšce. Výškové detaily menší než velikost sítě (rozlišení) jsou ignorovány.

Čím menší je velikost sítě, tím vyšší je přesnost, ale tím větší bude soubor, takže zabere více místa v paměti a bude těžší jej zpracovat, což může zpomalit další operace zpracování.

Velikost souboru DEM pro oddělení je asi 1 Mo pro 25 m x 25 m, 120 Mo pro 5 m x 5 m.

DEM používané většinou aplikací, webů, GPS a spotřebitelských smartphonů pocházejí z bezplatných globálních dat poskytovaných NASA.

Řád přesnosti DEM NASA je velikost buňky 60 m x 90 m a výška kroku 30 m. Jedná se o surové soubory, nebyly opraveny a často jsou data interpolována, přesnost je průměrná, mohou být velké chyby.

To je jeden z důvodů vertikální nepřesnosti GPS, která vysvětluje rozdíl ve výšce pozorovaný u trasy v závislosti na webové stránce, na které je hostována, na GPS nebo chytrém telefonu, který zaznamenal rozdíl ve výšce.

• Sonny MNT (viz dále v této příručce) je k dispozici zdarma pro Evropu s velikostí buňky přibližně 25 m x 30 m. Využívá přesnější zdroje dat než NASA MNT a pracuje na odstranění velkých chyb. Je to poměrně přesný DEM vhodný pro horská kola, s dobrým výkonem napříč evropskou zemí.

Na obrázku výše byla výšková dlaždice (MNT BD Alti IGN 5 x 5) pokrývající haldy strusky (poblíž Valenciennes) převedena na vrstevnice vzdálené 2,5 m od sebe a překryté na mapě IGN. Obrázek umožňuje "přesvědčit" o kvalitě tohoto DEM.

• IGN DEM 5 x 5 m má horizontální rozlišení (velikost buňky) 5 x 5 m a vertikální rozlišení 1 m. Tento DEM poskytuje nadmořskou výšku terénu; výška objektů infrastruktury (budovy, mosty, živé ploty atd.) se nebere v úvahu. V lese je to výška země na úpatí stromů, povrch vody je povrch pobřeží pro všechny nádrže větší než jeden hektar.

Montáž a instalace DEM

Chcete-li se pohybovat rychleji: Uživatel TwoNav GPS sestavil digitální model terénu pokrývající Francii pomocí IGN dat o rozměrech 5 x 5 m. Lze je stáhnout podle regionů z bezplatné stránky: CDEM 5 m (RGEALTI).

Pro uživatele je správným testem pro posouzení spolehlivosti „DEM“ vizualizace hladiny jezera ve 3D.

Pod jezerem starých kováren (Ardeny), zobrazeno ve 3D BD Alti IGN nahoře a BD Alti Sonny dole. Vidíme, že existuje kvalita.

Výškoměrné mapy CDEM dodávané společností TwoNav standardně pro jejich software GPS nebo LAND nejsou příliš spolehlivé.

Tento „návod“ tedy poskytuje uživatelskou příručku pro stahování „dlaždiček“ spolehlivých údajů o výškopisu pro software TwoNav GPS a LAND.

Data jsou k dispozici zdarma pro:

• Celá Evropa: databáze Sonny Altimetry,
• Francie: databáze výškoměru IGN.

Můžete vytvořit soubor pokrývající pouze zemi, oddělení nebo geografickou oblast (deska / dlaždice / peleta), abyste ušetřili použitelnou paměť nebo použili menší soubory.

Databáze výškoměrů Sonny

1'' modely jsou rozděleny na části souborů 1°x1° a jsou dostupné ve formátu SRTM (.hgt) s velikostí buňky 22 × 31 m v závislosti na zeměpisné šířce, což je formát používaný po celém světě a používaný v mnoha programech. Jsou označeny svými souřadnicemi, například N43E004 (43° severní šířky, 4° východní délky).

postup

1. Připojte se k webu https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Stáhněte si dlaždice odpovídající vybrané zemi nebo geografickému sektoru.

3. Extrahujte soubory .HGT ze stažených souborů .ZIP.

4. V LAND načtěte každý soubor .HGT

5. V LAND jsou všechny požadované .hgts otevřené, zbytek zavřete.

6. Proveďte „Sloučit tyto DEMS“, doba kompilace může být dlouhá v závislosti na počtu dlaždic, které se mají shromáždit (vyberte příponu cdem) pro soubor .CDEM, který lze použít na Twonav GPS.

OSM "dlaždice" a MNT "dlaždicové" mapování v LAND, vše je přenosné na GPS a 100% zdarma!

Databáze IGN výškoměru

Tato databáze se skládá z adresáře podle oddělení.

postup

1. Připojte se k webu Geoservices. Pokud tento odkaz nefunguje: váš prohlížeč „nemá FTP přístup“: nepropadejte panice! Uživatelská příručka:
   • Ve správci souborů:
   • klikněte pravým tlačítkem na "tento počítač"
   • klikněte pravým tlačítkem na "přidat umístění v síti"
   • Zadejte adresu "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "bez" ";
   • Pojmenujte tento přístup, abyste jej identifikovali ze služby IGN geoservice
   • Ukončete proces
   • Počkejte několik minut, než se seznam souborů aktualizuje (bude to trvat několik minut)
2. Nyní máte přístup k datům IGN:
   • Klikněte pravým tlačítkem na datový soubor, který chcete zkopírovat.
   • Poté INSERT do cílového adresáře
   • Doba nabíjení může být dlouhá!

Tento obrázek ilustruje import databáze výškoměrů Vaucluse 5 m x 5 m. Klikněte pravým tlačítkem na soubor, zkopírujte jej do složky a počkejte na stažení.

Po rozbalení „zazipovaného“ souboru se získá stromová struktura. Data odpovídají cca 400 datovým souborům (dlaždičkám) 5 km x 5 km nebo 1000 × 1000 buňkám 5 m x 5 m ve formátu .asc (textový formát) pro oddělení.

Multi-tile disk pokrývá hlavně MTB trať.

Každá buňka 5x5 km je identifikována sadou Lambertových souřadnic 93.

Souřadnice UTM levého horního rohu této dlaždice nebo dlaždic jsou x = 52 6940 a y = 5494 775:

• 775: pořadí sloupců (770, 775, 780, ...) na mapě
• 6940: Pořadí čáry na mapě

3. Taneční ZEMĚ

4. V dalším kroku najděte data v adresáři "data", vyberte pouze první soubor:

5. Otevřete a potvrďte, otevře se níže uvedené okno, buďte opatrní, toto je nejcitlivější krok :

Vyberte projekci Lambert-93 a Datum RGF 93 a zaškrtněte políčko v levém dolním rohu.

Pozemek extrahuje a formátuje data z dlaždic *.asc, což může chvíli trvat.

Po vytvoření slabů z DEM ve formátu SRTM (HGT / DEM) jich je tolik, kolik je souborů ve formátu * .asc.

6. Land vám umožňuje „kombinovat“ je do jednoho souboru DEM nebo podle dlaždic nebo granulí, aby vyhovovaly vašim potřebám (mějte na paměti, že velikost souboru může zpomalit zpracování GPS)

Pro snadné použití je vhodnější (volitelné) nejprve zakrýt všechny otevřené karty.

V menu mapy (viz níže) otevřete všechny soubory ve formátu * .hdr (nejméně objemné) importovaného databázového datového adresáře (stejně jako u předchozích operací)

Land otevře soubory HDR, načte se DEM oddělení a lze jej použít

7. Zde můžete použít Ardennes DEM (bump map), pro usnadnění použití je spojíme do jednoho souboru.

Nabídka seznamu:

Kombinujte tyto DEM

Vyberte formát * .cdem a pojmenujte soubor DEM.

Sloučení bude chvíli trvat, je potřeba sloučit více než 21 000 souborů. Z toho plyne doporučení pracovat na bázi MNT granulí pokrývajících vaše hřiště.

Digitální model terénu Arden, který jsme vytvořili, stačí otevřít soubor mapy IGN Geoportal, jak je například uvedeno níže.

Test se provádí přímým otevřením dráhy UtagawaVTT „Château de Linchamp“ zobrazené na startu ve výškovém rozdílu 997 m, 981 m se Sonny DTM (předchozí proces) a 1034 m, když Land nahradí výšku v každém bodě výškou DTM 5 m x 5 m .

Výpočet rozdílu hladin sečtením vrstevnic na mapě IGN ukazuje rozdíl hladiny 1070 m, tedy rozdíl 3 %, což je zcela správně.

Hodnota 1070 zůstává přibližná, protože výpočet křivek na mapě v reliéfu není triviální.

Použití souboru výškopisu

Soubory MNT.cdem může LAND použít k extrakci nadmořské výšky, výpočtu nadmořské výšky, sklonu, tras traťových bodů a dalších; a pro všechna zařízení TwoNav GPS stačí umístit soubor do adresáře /map a vybrat jej jako map.cdem.

Blogový článek o nepřesné nadmořské výšce odhaluje problém výškoměru a výškového rozdílu pomocí GPS, princip lze přenést do hodinek GPS i aplikací pro chytré telefony.

Výrobci používají několik metod k „vymazání“ nepřesností uvedených v tomto článku, filtrování (klouzavý průměr) údajů o nadmořské výšce pomocí barometrického senzoru nebo digitálního modelu terénu.

GPS nadmořská výška je „hlučná“, tj. kolísá kolem průměrné hodnoty, barometrická nadmořská výška závisí na rozmarech barometrického tlaku a teploty, takže soubory počasí a DEM mohou být nepřesné.

Hybridizace barometru s GPS nebo DEM je založena na následujícím principu:

• Během dlouhého časového období závisí změna barometrické nadmořské výšky na povětrnostních podmínkách (tlak a teplota),
• Po dlouhou dobu se odfiltrují výškové chyby GPS,
• Chyby DEM jsou po dlouhou dobu podobné šumu, takže jsou odfiltrovány.

Hybridizace je o výpočtu průměrné výšky GPS nebo DEM a extrahování změny nadmořské výšky z ní.

Například za posledních 30 minut se výška filtrovaného šumu (GPS nebo MNT) zvýšila o 100 m; za stejnou dobu se však nadmořská výška indikovaná barometrem zvýšila o 150 metrů.

Logicky by změna výšky měla být stejná. Znalost vlastností těchto snímačů umožňuje "přenastavit" barometr -50 m.

Typicky v režimu Baro + GPS nebo 3D je nadmořská výška barometru korigována, jako by to udělal turista nebo horolezec ručně, odkazem na mapu IGN.

Konkrétně nedávná GPS nebo nedávný smartphone (dobrá kvalita) vás detekují (FIX) s přesností 3,5 m v horizontální rovině 90krát ze 100, když jsou podmínky příjmu ideální.

Tento horizontální „výkon“ odpovídá velikosti ok 5 m x 5 m nebo 25 m x 25 m a použití těchto DTM umožňuje dobrou vertikální přesnost.

DEM ukazuje výšku země, například pokud překročíte údolí Tarn na viaduktu Millau, stopa zaznamenaná na DEM by vás měla dovést na dno údolí, i když cesta zůstane na plošině viaduktu. ...

Jiný příklad, když jedete na horském kole nebo cestujete po strmém svahu, horizontální přesnost GPS se zhoršuje kvůli maskování nebo efektům více cest; potom bude výška přiřazená FIX odpovídat výšce sousední nebo vzdálenější desky, tedy buď k vrcholu nebo k základně údolí.

V případě souboru tvořeného mřížkami velké plochy bude mít výška sklon k průměru mezi dnem údolí a vrcholem!

U těchto dvou extrémních, ale typických příkladů se bude kumulativní rozdíl ve výšce postupně odchylovat od skutečné hodnoty.

Doporučení k použití

Abyste se vyhnuli vedlejším účinkům:

• Zkalibrujte GPS barometr ve výšce vašeho výchozího bodu krátce před odjezdem (doporučeno všemi výrobci GPS),
• před zahájením sledování nechte GPS provést několik OPRAV, aby přesnost určování polohy odpovídala,
• vyberte hybridizaci: výpočet nadmořské výšky = Barometr + GPS nebo Barometr + 3D.

Pokud byla výška vaší trasy synchronizována s DEM, budete mít velmi přesné výpočty nadmořské výšky a sklonu jako na obrázku níže, kde je rozdíl pouze 1 metr.

• GPS Trail 2 (72 dpi se sníženým rozlišením, obrazovka GPS 200 dpi)
• Překryvná rastrová a OSM vektorová mapa
• Měřítko 1: 10 000
• CDEM 5mx5m Stínění BD Alti IGN zvýrazňuje výšku v krocích po 1m.

Obrázek níže porovnává profil dvou identických 30km tratí (stejné slávy), výška jedné byla synchronizována s IGN DEM a druhá se Sonny DEM, trasa vedená v baro + hybridním režimu 3d.

• Nadmořská výška na mapě IGN: 275 m.
• Nadmořská výška vypočtená pomocí GPS v režimu Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7 %)
• Nadmořská výška vypočtená pomocí GPS v režimu Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8 %).
• Synchronizované stoupání na IGN MNT: 271 m (-1,4 %)
• Synchronizované stoupání na Sonny MNT: 255 m (-7 %)

"Pravda" je pravděpodobně mimo 275m IGN kvůli nastavení křivky.

Příklad automatické kalibrace (kompenzace) barometrického výškoměru GPS během výše uvedené trasy (Původní log soubor z GPS):

• Žádná vertikální akumulace pro výpočet výškového rozdílu: 5 m, (Parametrizace je shodná s křivkami IGN mapy),
• Nadmořská výška během kalibrace / resetování:
  • GPS 113.7 m,
  • Barometrický výškoměr 115.0 m,
  • Výška MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Iterace (období vypořádání): 30 minut
• Barometrická korekce na dalších 30 minut: – 0.001297