Proč je vaše GPS nebo STRAVA nadmořská výška nepřesná?

Vyvstává opakující se otázka nebo otázka týkající se přesnosti nadmořské výšky a výškových rozdílů GPS.

I když se to může zdát triviální, získat přesnou výšku je náročné, v horizontální rovině můžete snadno umístit svinovací metr, lano, geodetický řetěz nebo shromáždit obvod kola pro měření vzdálenosti. na druhou stranu je obtížnější umístit měřič 📐 ve svislé rovině.

GPS výšky jsou založeny na matematickém vyjádření tvaru země, zatímco výšky na topografické mapě jsou založeny na vertikálním souřadnicovém systému spojeném se zeměkoulí.

Jedná se tedy o dva různé systémy, které se musí v jednom bodě shodovat.

Nadmořská výška a převýšení jsou parametry, které většina cyklistů, horských cyklistů, pěších turistů a horolezců bude chtít po jízdě konzultovat.

Pokyny pro získání vertikálního profilu a správného výškového rozdílu jsou poměrně dobře zdokumentovány v příručkách k outdoorovým GPS (např. návody k řadě Garmin GPSMap), paradoxně v zamýšlených návodech k použití GPS tyto informace téměř chybí nebo jsou záhadné. pro cyklisty (například průvodce pro řadu GPS Garmin Edge).

Poprodejní servis Garmin rozdává všechny užitečné rady, stejně jako TwoNav. Pro ostatní výrobce GPS nebo aplikace (kromě Stravy) je to velká mezera 🕳.

Jak změřit výšku?

Několik technik:

• Uplatnění slavné Thalesovy věty v praxi,
• Různé triangulační techniky,
• Pomocí výškoměru,
• Radar, dohoda,
• Satelitní měření.

Barometrický výškoměr

Bylo nutné určit normu: výškoměr převádí atmosférický tlak místa na výšku. Nadmořská výška 0 m odpovídá tlaku 1013,25 mbar na hladině moře při teplotě 15 °C.

V praxi jsou tyto dvě podmínky na hladině moře splněny jen zřídka, například při psaní tohoto článku byl tlak na pobřeží Normandie 1035 mbar a teplota se blíží 6 °, což může vést k chybě ve výšce asi 500 m.

Barometrický výškoměr udává přesnou nadmořskou výšku po opětovném seřízení, pokud se tlakové / teplotní podmínky stabilizují.

Úprava spočívá v udržování přesné nadmořské výšky pro dané místo a výškoměr pak tuto výšku upraví v reakci na změny atmosférického tlaku a teploty.

Pokles teploty 🌡 zužuje tlakové křivky a zvyšuje se nadmořská výška a naopak, pokud teplota stoupá.

Zobrazovaná hodnota nadmořské výšky bude citlivá na změny okolní teploty, uživatel výškoměru, který jej drží nebo nosí na zápěstí, by si měl být vědom vlivu lokálních teplotních změn na zobrazovanou hodnotu (například: hodinky zavřené / otevřené s rukávem, relativní vítr v důsledku rychlých nebo pomalých pohybů, vliv tělesné teploty atd.).

Pro zjednodušení stabilní vzduchové hmoty je to stabilní počasí 🌥.

Při správném použití je barometrický výškoměr spolehlivým referenčním přístrojem pro různé aplikace, jako je letectví, turistika, horolezectví...

Výška GPS

GPS určuje výšku místa ve vztahu k ideální kouli, která simuluje Zemi: "Elipsoid". Vzhledem k tomu, že Země je nedokonalá, je třeba tuto výšku transformovat, abychom získali výšku „geoidu“ 🌍.

Pozorovatel, který čte výšku měřiče pomocí GPS, může vidět odchylku několika desítek metrů, ačkoli jeho GPS funguje správně za ideálních podmínek příjmu. Možná je GPS přijímač špatný?

Tento rozdíl se vysvětluje přesností modelování elipsoidu a zejména modelu geoidu, který je složitý z toho důvodu, že povrch Země není ideální koule, obsahuje anomálie, podléhá lidským úpravám a neustále se mění. (telurský a lidský).

Tyto nepřesnosti budou kombinovány s chybami měření vlastními GPS a způsobí nepřesnosti a neustálé změny nadmořské výšky hlášené GPS.

Geometrie satelitů upřednostňující dobrou horizontální přesnost, tj. nízkou polohu satelitů na horizontu, brání přesnému získání nadmořské výšky. Řádová velikost vertikální přesnosti je 1,5násobek horizontální přesnosti.

Většina výrobců čipových sad GPS integruje matematický model do svého softwaru. která se blíží geodetickému modelu země a poskytuje výšku specifikovanou v tomto modelu.

To znamená, že pokud se procházíte po moři, není neobvyklé vidět zápornou nebo kladnou výšku, protože geodetický model země je nedokonalý a k tomuto nedostatku je třeba přičíst chybu vlastní GPS. Kombinace těchto chyb může na určitých místech způsobit výškovou odchylku i více než 50 metrů 😐.

Modely geoidů byly vylepšeny, zejména výškoměr získaná jako výsledek určování polohy GNNS zůstane po několik let nepřesná.

Digitální model terénu "DTM"

DTM je digitální soubor složený z mřížek, přičemž každá mřížka (čtvercový elementární povrch) poskytuje hodnotu výšky pro povrch této mřížky. Představa o aktuální velikosti sítě modelu světové nadmořské výšky je 30 m x 90 m. Znáte-li polohu bodu na povrchu Země (zeměpisná délka, zeměpisná šířka), je snadné získat výšku místa čtením soubor DTM (nebo DTM, Digital Terrain Model v angličtině).

Hlavní nevýhodou DEM je jeho spolehlivost (anomálie, díry) a přesnost pilování; Příklady:

• ASTER DEM je k dispozici s krokem (mřížka nebo pixel) 30 m, horizontální přesností 30 m a výškoměrem 20 m.
• MNT SRTM je k dispozici pro vzdálenost 90 m (mřížka nebo pixel), přibližně 16 m výškoměr a 60 m planimetrická přesnost.
• Model Sonny DEM (Evropa) je k dispozici v krocích 1°x1°, tj. s velikostí buňky řádově 25 x 30 m v závislosti na zeměpisné šířce. Prodejce sestavil nejpřesnější zdroje dat, tento DEM je relativně přesný a lze jej „snadno“ použít pro TwoNav a Garmin GPS prostřednictvím bezplatného mapování OpenmtbMap.
• IGN DEM 5 m x 5 m je k dispozici zdarma (od ledna 2021) v krocích 1 m x 1 m nebo 5 m x 5 m s vertikálním rozlišením 1 m. Přístup k tomuto DEM je vysvětlen v této příručce.

Nezaměňujte rozlišení (nebo přesnost dat v souboru) se skutečnou přesností těchto dat. Údaje (měření) lze získat z přístrojů, které neumožňují pozorování povrchu zeměkoule s přesností na metr.

IGN DEM, dostupný zdarma 🙏 od ledna 2021, je slátanina odečtů (měření) získaných různými přístroji. Oblasti skenované pro nedávný výzkum (např. povodňové riziko) byly skenovány s rozlišením 1 m, jinde může být přesnost velmi vzdálená této hodnotě. V souboru však byla data interpolována tak, aby vyplnila pole v krocích po 5 x 5 m nebo 1 x 1 m. IGN zahájila volební kampaň ve vysokém rozlišení s cílem plně pokrýt Francii do roku 2026 a v ten den bude IGN DEM přesné a zdarma v intervalech 1x1x1m. ...

DEM ukazuje nadmořskou výšku terénu: výška 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.

Všechny body v buňce mají stejnou výšku, takže na okraji útesu, kvůli nejistotě umístění souboru, sečtená s nejistotou umístění, může být extrahovaná výška stejná jako sousední buňka.

Přesnost určování polohy GPS za ideálních podmínek příjmu je řádově 4,5 m při 90 %. Tento výkon je vidět u nejnovějších přijímačů GPS (GPS + Glonass + Galileo). Proto je přesnost 90krát ze 100 mezi 0 a 5 m (jasná obloha, bez masek, bez kaňonů atd.) skutečné polohy. použití DEM s komůrkou 1 x 1 m je kontraproduktivní.protože šance být na správném roštu bude vzácná. Tato volba zahltí procesor bez skutečné přidané hodnoty!

Chcete-li získat DEM, který lze použít v:

• TwoNav GPS: CDEM na 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: databáze Sonny

  Naučte se, jak vytvořit svůj vlastní DEM pro TwoNav GPS. Křivky úrovně lze extrahovat pomocí softwaru Qgis.

Určete nadmořskou výšku pomocí GPS

Jedním z řešení může být načtení souboru DEM do vašeho GPS navigátoru, ale nadmořská výška bude spolehlivá pouze v případě, že je velikost mřížky zmenšena a pokud je soubor dostatečně přesný (horizontálně i vertikálně).

Pro dobrou představu o kvalitě DEM si stačí vizualizovat například reliéf jezera nebo postavit cestu, která jezero křižuje a pozorovat převýšení ve 2D řezu.

Obrázek: LAND software, pohled na jezero Gerardmer ve 3D zvětšení x XNUMX se správným DEM. Projekce sítí do terénu ukazuje aktuální limit DEM.

Obrázek: Program LAND, pohled na jezero Gérardmer „BOG“ ve 2D se správným DTM.

Všechny moderní „kvalitní“ GPS přístroje mají kompas a digitální barometrický senzor, potažmo barometrický výškoměr; Použití tohoto senzoru vám umožní získat přesnou nadmořskou výšku za předpokladu, že nastavíte výšku ve známém bodě (doporučení Garmin).

Nepřesnost nadmořské výšky poskytovaná GPS od příchodu GPS podnítila vývoj hybridizačních algoritmů pro letectví, které používají barometrovou výšku a GPS výšku k poskytování přesné geografické polohy. výška. Je to spolehlivé řešení nadmořské výšky a preferovaná volba výrobců GPS, optimalizovaná pro venkovní cvičení TwoNav. a Garmin.

U Garminu je nabídka GPS představena podle uživatelského profilu (outdoor, cyklistika, horská cyklistika atd.), takže je důležité nahlédnout do uživatelských příruček a poprodejního servisu.

Optimálním řešením je nastavit GPS na možnost:

• Nadmořská výška = barometr + GPS, pokud to GPS umožňuje,
• Nadmořská výška = barometr + DTM (MNT), pokud to GPS umožňuje.

Ve všech případech u GPS vybaveného barometrem ručně nastavte barometr na jeho minimální nadmořskou výšku ve výchozím bodě. V horách ⛰ na dlouhých tratích bude nutné nastavení předělat, zejména v případě kolísání teploty a počasí.

Některá cyklistická zařízení Garmin optimalizovaná pro GPS automaticky resetují barometrickou nadmořskou výšku na známých výškových trasových bodech, což je obzvláště chytré řešení pro horská kola. Uživatel však musí informovat například před opuštěním výšky průsmyků a dna údolí; na zpáteční cestě bude výškový rozdíl přesný 👍.

V režimu Barometer + (GPS nebo DTM) výrobce zahrnuje algoritmus automatického nastavení barometru založený na principu, že vzestup zaznamenaný barometrem, GPS nebo DEM musí být konzistentní: tento princip nabízí uživateli velkou flexibilitu a je vhodný pro venkovní aktivity.

Uživatel by si však měl být vědom omezení:

• GPS je založeno na geoidu, takže pokud se uživatel pohybuje umělým terénem (například na skládky strusky), dojde ke zkreslení korekcí,
• DEM ukazuje cestu na zemi, pokud si uživatel vypůjčí významnou část lidské infrastruktury (viadukt, most, lávky pro pěší, tunely atd.), dojde k vyrovnání úprav.

Optimální postup pro získání přesného zvýšení nadmořské výšky je tedy následující:

1️⃣ Na začátku nastavte barometrický senzor. Bez tohoto nastavení se výšky přepočítají (posunou), rozdíl v úrovni bude správný, pokud bude drift vlivem počasí malý (krátká trasa mimo hory). Pro uživatele GPS rodiny Garmin jsou výšky „gpx“ používány společnostmi Garmin a Strava pro komunitu, takže je vhodnější zadat do databáze správný výškový profil.

2️⃣ Pro snížení driftu (chyba v nadmořské výšce a nadmořské výšce) kvůli povětrnostním podmínkám na dlouhých cestách (> 1 hodina) a v horách:

• Zaměřte se na výběr Barometr + GPS, venkovní plochy s umělým reliéfem (skládky, umělé kopce atd.),
• Zaměřte se na výběr Barometr + DTM (MNT)pokud jste nainstalovali IGN DTM (mřížka 5 x 5 m) nebo Sonny DTM (Francie nebo Evropa) mimo trasu, která využívá značné množství infrastruktury (mosty pro pěší, nadjezdy atd.).

Rozvíjení výškového rozdílu

Problém s nadmořskou výškou popsaný v předchozích řádcích se nejčastěji projevuje po pozorování, že rozdíl ve výšce mezi oběma praktikujícími je rozdílný nebo se liší v závislosti na tom, zda je načten na GPS nebo v aplikaci, jako je například STRAVA (viz nápověda STRAVA).

Nejprve musíte vyladit GPS tak, aby poskytovala nejspolehlivější nadmořskou výšku.

Je docela jednoduché získat rozdíl v úrovních čtením mapy, často se praktik omezuje na určení rozdílu mezi body extrémních dimenzí, ačkoli, abychom byli přesní, je nutné spočítat kladné vrstevnice, aby získal součet. .

V digitálním souboru nejsou žádné vodorovné čáry, software GPS, aplikace pro vykreslování trasy nebo software pro analýzu jsou nakonfigurovány tak, aby „akumulovaly kroky nebo přírůstky převýšení“.

Často lze konfigurovat „žádnou akumulaci“:

• v TwoNav jsou možnosti nastavení společné pro všechny GPS
• u Gamin byste si měli prostudovat uživatelskou příručku a poprodejní servis (každý model má své vlastní vlastnosti podle typického uživatelského profilu)
• aplikace OpenTraveller má možnost, která navrhuje upravit práh citlivosti pro určení rozdílu ve výšce.

Každý má své řešení 💡.

Webové stránky nebo software pro online analýzu snažit se nahradit výšku ze souborů „gpx“ s vlastními údaji o výšce.

Příklad: STRAVA vytvořila „nativní“ soubor výškopisu vytvořený pomocí nadmořských výšek odvozených z tras odvozených z GPS známé STRAVA a je vybaven barometrickým senzorem.Přijaté řešení předpokládá, že GPS zná STRAVA, takže v tuto chvíli je získávána především z řady GARMIN a spolehlivost souboru předpokládá, že každý uživatel se postaral o ruční resetování výšky .

Co se praktických důsledků týče, problém nastává zejména při skupinových procházkách, protože každý účastník 🚵 si může všimnout, že jeho výškový rozdíl je odlišný od úrovně ostatních účastníků v závislosti na typu jejich GPS, nebo jde o zvědavého uživatele, který nerozumí proč je rozdíl v GPS nadmořské výšce, analytickém softwaru nebo STRAVA je jiný.

V dokonale vyčištěném světě STRAVA by všichni členové uživatelské skupiny GPS GARMIN měli v zásadě vidět stejnou nadmořskou výšku na svém GPS a na svém STRAVA. Je logické, že rozdíl lze vysvětlit pouze výškovým nastavením nic nepotvrzuje, že uvedený výškový rozdíl je správný.

Je logické, že člen této uživatelské skupiny, který má GPS, které STRAVA nezná, by měl na STRAVA vidět stejný výškový rozdíl jako jeho asistenti, ačkoli rozdíl hladin zobrazený jeho GPS je jiný. Může za to jeho zařízení, které přesto funguje správně.

Nejblíže skutečné hodnotě rozdílu ve výšce se stále získá ve FRANCIE nebo BELGII při čtení karty IGN., zprovoznění pokročilejšího geoidu postupně posune mezník směrem ke GNSS

GNSS: Geolokace a navigace pomocí družicového systému: Určení polohy a rychlosti bodu na povrchu nebo v bezprostřední blízkosti Země zpracováním rádiových signálů z několika umělých družic přijatých v tomto bodě.

Pokud se potřebujete spolehnout na software nebo aplikaci, abyste získali výškový rozdíl, musíte tento software upravit tak, aby upravil hodnotu akumulačního kroku podle vrstevnic IGN mapy lokality, to znamená 5 nebo 10 m. Malý krok promění v drop všechny malé skoky nebo přechody do nerovností a naopak příliš vysoký krok smaže stoupání malých kopců.

Po aplikaci těchto doporučení autorův experiment ukazuje, že hodnoty nadmořské výšky získané pomocí GPS nebo analytického softwaru vybaveného spolehlivým DEM zůstávají ve „správném“ rozsahu, za předpokladu, že mapa IGN má také své vlastní nejistotyve srovnání s odhadem získaným s IGN kartou 1 / 25 000.

Na druhou stranu, hodnota publikovaná STRAVA bývá nadhodnocená. Metoda, kterou STRAVA používá, na základě „zpětné vazby“ od uživatelů teoreticky umožňuje předpovídat rychlou konvergenci k hodnotám velmi blízkým skutečnosti, která by v závislosti na počtu návštěvníků měla probíhat již v BikePark nebo velmi frekventované tratě!

Abychom tento bod ilustrovali konkrétně, zde je náhodně provedená analýza trati na 20 km dlouhé kopcovité silnici. "Barometrická" výška GPS byla nastavena před odjezdem, poskytuje nadmořskou výšku "Barometric + GPS", DTM je spolehlivý DTM, který byl přepracován tak, aby byl přesný. Jsme mimo oblast, kde by STRAVA mohla mít spolehlivý výškový profil.

Toto je ilustrace trasy, kde je rozdíl mezi IGN a GPS největší a rozdíl mezi IGN a STRAVA nejmenší. vzdálenost mezi GPS a STRAVA je 80m a skutečné "IGN" je mezi nimi.

Výšky
Départ	Příchod	Max	min	výška	Odchylka / IGN
GPS (bariéra + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Výškové nastavení na DTM	122	122	150	98	198	-30
POTRAVINY	280	+51
IGN karty	122	122	148	99	228,5	0