Kāpēc jūsu GPS vai STRAVA augstums ir neprecīzs?

Atkārtoti rodas jautājums vai jautājums par augstuma precizitāti un GPS augstuma atšķirībām.

Lai gan tas var šķist triviāli, precīza augstuma iegūšana ir sarežģīta, taču horizontālā plaknē jūs varat viegli novietot mērlenti, virvi, ģeodēzisko ķēdi vai uzkrāt riteņa apkārtmēru, lai izmērītu attālumu. no otras puses, ir grūtāk novietot skaitītāju 📐 vertikālā plaknē.

GPS augstumu pamatā ir zemes formas matemātisks attēlojums, savukārt topogrāfiskās kartes augstumu pamatā ir vertikāla koordinātu sistēma, kas saistīta ar zemeslodi.

Tāpēc šīs ir divas dažādas sistēmas, kurām vienā punktā ir jāsakrīt.

Augstums un vertikālais kritums ir parametri, ar kuriem lielākā daļa velosipēdistu, kalnu riteņbraucēju, pārgājienu un alpīnistu vēlēsies konsultēties pēc brauciena.

Norādījumi vertikālā profila iegūšanai un pareizas augstuma starpības iegūšanai ir salīdzinoši labi dokumentēti āra GPS rokasgrāmatās (piemēram, Garmin GPSMap diapazona rokasgrāmatās), paradoksālā kārtā šīs informācijas gandrīz nav vai ir noslēpumaina paredzētajās GPS lietotāja rokasgrāmatās. velosipēdistiem (piemēram, ceļveži Garmin Edge GPS diapazonam).

Garmin pēcpārdošanas serviss sniedz visus noderīgos padomus, tāpat kā TwoNav. Citiem GPS ražotājiem vai lietotnēm (izņemot Strava) tā ir liela plaisa 🕳.

Kā izmērīt augstumu?

Vairākas tehnikas:

• Pielietojot praksē slaveno Tāla teorēmu,
• Dažādas triangulācijas metodes,
• Izmantojot altimetru,
• Radars, darījums,
• Satelīta mērījumi.

Barometriskais altimetrs

Bija nepieciešams noteikt standartu: altimetrs pārvērš vietas atmosfēras spiedienu augstumā. 0 m augstums atbilst 1013,25 mbar spiedienam jūras līmenī 15 °C temperatūrā.

Praksē šie divi nosacījumi jūras līmenī tiek izpildīti reti, piemēram, rakstot šo rakstu, spiediens Normandijas piekrastē bija 1035 mbar, un temperatūra ir tuvu 6 °, kas var izraisīt kļūdu augstumā. apmēram 500 m.

Barometriskais altimetrs sniedz precīzu augstumu pēc pārregulēšanas, ja spiediena/temperatūras apstākļi stabilizējas.

Regulēšana ir paredzēta, lai saglabātu precīzu atrašanās vietas augstumu, un pēc tam altimetrs pielāgo šo augstumu, reaģējot uz atmosfēras spiediena un temperatūras izmaiņām.

Temperatūras pazemināšanās 🌡 sašaurina spiediena līknes un palielinās augstums, un otrādi, ja temperatūra paaugstinās.

Parādītā augstuma vērtība būs jutīga pret apkārtējās vides temperatūras izmaiņām, altimetra lietotājam, kurš to tur vai nēsā uz plaukstas locītavas, ir jāapzinās vietējo temperatūras izmaiņu ietekme uz parādīto vērtību (piemēram: pulkstenis aizvērts / atvērts ar piedurkni, relatīvais vējš strauju vai lēnu kustību dēļ, ķermeņa temperatūras ietekme utt.).

Lai vienkāršotu stabilo gaisa masu, tas ir stabils laiks 🌥.

Pareizi lietojot, barometriskais altimetrs ir uzticams atskaites instruments dažādiem lietojumiem, piemēram, aeronautikai, pārgājieniem, alpīnismam...

Augstuma GPS

GPS nosaka vietas augstumu attiecībā pret ideālo sfēru, kas imitē Zemi: "Elipsoid". Tā kā Zeme ir nepilnīga, šis augstums ir jātransformē, lai iegūtu “ģeoīda” augstumu 🌍.

Novērotājs, kurš nolasa uzmērīšanas marķiera augstumu, izmantojot GPS, var redzēt vairāku desmitu metru novirzi, lai gan viņa GPS darbojas pareizi ideālos uztveršanas apstākļos. Varbūt GPS uztvērējs ir nepareizs?

Šī atšķirība ir izskaidrojama ar elipsoīda un jo īpaši ģeoīda modeļa modelēšanas precizitāti, kas ir sarežģīts tāpēc, ka Zemes virsma nav ideāla sfēra, satur anomālijas, ir pakļauta cilvēka modifikācijām un pastāvīgi mainās. (Telluric un Human).

Šīs neprecizitātes tiks apvienotas ar mērījumu kļūdām, kas raksturīgas GPS, un ir iemesls neprecizitātēm un pastāvīgām GPS ziņotajām augstuma izmaiņām.

Satelītu ģeometrija, kas veicina labu horizontālo precizitāti, tas ir, satelītu zemais novietojums pie horizonta, neļauj precīzi noteikt augstumu. Vertikālās precizitātes pakāpe ir 1,5 reizes lielāka par horizontālo precizitāti.

Lielākā daļa GPS mikroshēmojumu ražotāju integrē matemātisko modeli savā programmatūrā. kas tuvojas zemes ģeodēziskajam modelim un nodrošina šajā modelī norādīto augstumu.

Tas nozīmē, ka, ejot pa jūru, nav nekas neparasts redzēt negatīvu vai pozitīvu augstumu, jo zemes ģeodēziskais modelis ir nepilnīgs, un šim trūkumam jāpieskaita GPS raksturīgā kļūda. Šo kļūdu kombinācija noteiktās vietās var izraisīt augstuma novirzi par vairāk nekā 50 metriem 😐.

Ģeoīdu modeļi ir pilnveidoti, jo īpaši GNNS pozicionēšanas rezultātā iegūtā altimetrija vairākus gadus paliks neprecīza.

Digitālais reljefa modelis “DTM”

DTM ir digitāls fails, kas sastāv no režģiem, katrs režģis (kvadrātveida elementārā virsma) nodrošina šī režģa virsmas augstuma vērtību. Priekšstats par pašreizējo pasaules augstuma modeļa režģa izmēru ir 30 m x 90 m. Zinot punkta stāvokli uz zemes virsmas (garums, platums), ir viegli iegūt vietas augstumu, lasot DTM failu (vai DTM, Digital Terrain Model angļu valodā).

Galvenais DEM trūkums ir tā uzticamība (anomālijas, caurumi) un faila precizitāte; Piemēri:

• ASTER DEM ir pieejams ar pakāpienu (režģi vai pikseļiem) 30 m, horizontālo precizitāti 30 m un altimetru 20 m.
• MNT SRTM ir pieejams 90 m atstarpei (režģis vai pikseļi), aptuveni 16 m altimetram un 60 m planimetriskajai precizitātei.
• Sonny DEM modelis (Eiropa) ir pieejams ar soli 1 x 1 °, t.i., ar šūnas izmēru 25 x 30 m atkarībā no platuma. Pārdevējs ir apkopojis visprecīzākos datu avotus, šis DEM ir salīdzinoši precīzs un to var “viegli” izmantot TwoNav un Garmin GPS, izmantojot bezmaksas OpenmtbMap kartēšanu.
• IGN DEM 5 m x 5 m ir pieejams bez maksas (no 2021. gada janvāra) ar 1 m x 1 m vai 5 m x 5 m soli ar 1 m vertikālo izšķirtspēju. Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrota piekļuve šim DEM.

Nejauciet izšķirtspēju (vai failā esošo datu precizitāti) ar šo datu faktisko precizitāti. Rādījumus (mērījumus) var iegūt no instrumentiem, kas neļauj novērot zemeslodes virsmu ar precizitāti līdz metram.

IGN DEM, kas pieejams bez maksas 🙏 no 2021. gada janvāra, ir ar dažādiem instrumentiem iegūtu rādījumu (mērījumu) savārstījums. Jaunāko pētījumu veikšanai skenētie apgabali (piemēram, plūdu risks) tika skenēti ar 1 m izšķirtspēju, citviet precizitāte var būt ļoti tālu no šīs vērtības. Taču failā dati ir interpolēti, lai aizpildītu laukus ar 5x5m vai 1x1m soli.IGN ir uzsācis augstas izšķirtspējas aptauju kampaņu ar mērķi pilnībā aptvert Franciju līdz 2026.gadam, un šajā dienā IGN DEM būs precīzs. un bezmaksas ar 1x1x1m intervālu. ...

DEM parāda zemes augstumu: infrastruktūras augstums (ēkas, tilti, dzīvžogi utt.) netiek ņemts vērā. Mežā tas ir zemes augstums koku pakājē, ūdens virsma ir krasta virsma visiem ūdenskrātuvēm, kas lielākas par vienu hektāru.

Visiem šūnas punktiem ir vienāds augstums, tāpēc klints malā faila atrašanās vietas nenoteiktības dēļ, summējot ar atrašanās vietas nenoteiktību, iegūtais augstums var būt tāds pats kā blakus esošajai šūnai.

GPS pozicionēšanas precizitāte ideālos uztveršanas apstākļos ir aptuveni 4,5 m pie 90%. Šī veiktspēja ir redzama ar jaunākajiem GPS uztvērējiem (GPS + Glonass + Galileo). Tāpēc precizitāte ir 90 reizes no 100 no 0 līdz 5 m (skaidras debesis, izņemot maskas, neskaitot kanjonus utt.) no reālās atrašanās vietas. DEM izmantošana ar 1 x 1 m šūnu ir neproduktīva.jo izredzes atrasties pareizajā režģī būs retas. Šī izvēle pārņems procesoru bez reālas pievienotās vērtības!

Lai iegūtu DEM, ko var izmantot:

• TwoNav GPS: CDEM 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny datu bāze

  Uzziniet, kā izveidot savu DEM TwoNav GPS. Līmeņu līknes var iegūt, izmantojot Qgis programmatūru.

Nosakiet augstumu, izmantojot GPS

Viens no risinājumiem varētu būt ielādēt DEM failu savā GPS navigatorā, taču augstums būs uzticams tikai tad, ja režģi ir samazināti un fails ir pietiekami precīzs (horizontāli un vertikāli).

Lai gūtu labu priekšstatu par DEM kvalitāti, pietiek vizualizēt, piemēram, ezera reljefu vai izbūvēt taku, kas šķērso ezeru, un vērot pacēlumus 2D griezumā.

Attēls: LAND programmatūra, skats uz Džerardmeras ezeru 3D palielinājumā x XNUMX ar pareizu DEM. Acu projekcija uz reljefu parāda pašreizējo DEM ierobežojumu.

Attēls: programma LAND, skats uz Žerardmera ezeru “BOG” 2D formātā ar pareizo DTM.

Visām mūsdienu “labas kvalitātes” GPS ierīcēm ir kompass un digitālais barometriskais sensors, tātad barometriskais altimetrs; Izmantojot šo sensoru, varat iegūt precīzu augstumu virs jūras līmeņa, ja iestatāt augstumu zināmā punktā (Garmin ieteikums).

GPS nodrošinātā augstuma neprecizitāte kopš GPS parādīšanās ir pamudinājusi izstrādāt hibridizācijas algoritmus aeronautikai, kas izmanto barometra augstumu un GPS augstumu, lai nodrošinātu precīzu ģeogrāfisko atrašanās vietu. augstums. Tas ir uzticams augstuma risinājums un GPS ražotāju vēlamā izvēle, kas optimizēts āra TwoNav praksei. un Garmin.

Uzņēmumā Garmin GPS piedāvājums tiek ieviests atbilstoši lietotāja profilam (āra, riteņbraukšana, kalnu riteņbraukšana u.c.), tāpēc ir svarīgi atsaukties uz lietošanas pamācībām un pēcpārdošanas servisu.

Optimālais risinājums ir iestatīt GPS uz opciju:

• Augstums = barometrs + GPS, ja GPS atļauj,
• Augstums = barometrs + DTM (MNT), ja GPS atļauj.

Visos gadījumos GPS, kas aprīkots ar barometru, manuāli iestatiet barometru uz tā minimālo augstumu sākuma punktā. Kalnos ⛰ garos skrējienos iestatījums būs jāpārveido, īpaši temperatūras un laikapstākļu svārstību gadījumā.

Dažas Garmin GPS optimizētas riteņbraukšanas ierīces automātiski atiestata barometrisko augstumu zināmos augstuma maršruta punktos, kas ir īpaši gudrs risinājums kalnu riteņbraukšanai. Tomēr lietotājam ir jāinformē, piemēram, pirms izbraukšanas pāreju augstums un ielejas dibens; atceļā augstuma starpība būs precīza 👍.

Barometra + (GPS vai DTM) režīmā ražotājs iekļauj automātisku barometra regulēšanas algoritmu, kura pamatā ir princips, ka barometra, GPS vai DEM redzamajam pieaugumam jābūt konsekventam: šis princips nodrošina lietotājam lielu elastību un ir labi piemērots āra aktivitātes.

Tomēr lietotājam ir jāapzinās ierobežojumi:

• GPS pamatā ir ģeoīds, tāpēc, ja lietotājs pārvietojas pa mākslīgo reljefu (piemēram, uz izdedžu izgāztuvēm), labojumi tiks izkropļoti,
• DEM parāda ceļu uz zemes, ja lietotājs aizņemas ievērojamu daļu no cilvēka infrastruktūras (viadukts, tilts, gājēju tilti, tuneļi utt.), korekcijas tiks kompensētas.

Tāpēc optimālā procedūra precīza augstuma palielinājuma iegūšanai ir šāda:

1️⃣ Sākumā noregulējiet barometrisko sensoru. Bez šī iestatījuma augstumi tiks konvertēti (nobīdīti), līmeņu starpība būs pareiza, ja laikapstākļu radītais dreifs būs neliels (īss ceļš ārpus kalniem). Garmin ģimenes GPS lietotājiem “gpx” augstumus kopienai izmanto Garmin un Strava, tāpēc datu bāzē vēlams ievadīt pareizo augstuma profilu.

2️⃣ Lai samazinātu laikapstākļu radīto dreifēšanu (kļūda augstumā un augstumā) garos braucienos (> 1 stunda) un kalnos:

• Koncentrējieties uz izvēli Barometrs + GPS, āra teritorijas ar mākslīgu reljefu (izgāztuves, mākslīgie pauguri utt.),
• Koncentrējieties uz izvēli Barometrs + DTM (MNT)ja esat uzstādījis IGN DTM (5 x 5 m režģis) vai Sonny DTM (Francija vai Eiropa) ārpus maršruta, kas izmanto ievērojamu infrastruktūras daļu (gājēju tilti, pārvadi utt.).

Augstuma starpības attīstīšana

Iepriekšējās rindās aprakstītā augstuma problēma visbiežāk izpaužas pēc tam, kad tiek novērots, ka augstuma atšķirība starp abiem praktizētājiem ir atšķirīga vai mainās atkarībā no tā, vai to nolasa GPS vai, piemēram, lietojumprogrammā, piemēram, STRAVA (skat. STRAVA palīdzību).

Pirmkārt, jums ir jānoregulē GPS, lai nodrošinātu visuzticamāko augstumu.

Līmeņu atšķirību iegūt, izlasot karti, ir pavisam vienkārši, nereti praktizētājs aprobežojas ar ekstrēmo izmēru punktu starpības noteikšanu, lai gan, precīzāk sakot, lai iegūtu summu, ir jāsaskaita pozitīvās kontūrlīnijas. .

Digitālajā failā nav horizontālu līniju, GPS programmatūra, trases uzzīmēšanas lietojumprogramma vai analīzes programmatūra ir konfigurēta, lai “uzkrātu pakāpienus vai pacēluma soli”.

Bieži vien "nav uzkrāšanas" var konfigurēt:

• TwoNav iestatījumu opcijas ir kopīgas visiem GPS
• Gamin jums vajadzētu iepazīties ar lietotāja rokasgrāmatu un pēcpārdošanas servisu (katram modelim ir savas īpašības atbilstoši tipiskajam lietotāja profilam)
• OpenTraveller lietotnē ir opcija, kas iesaka pielāgot jutīguma slieksni, lai noteiktu augstuma starpību.

Katram savs risinājums 💡.

Tīmekļa vietnes vai programmatūra tiešsaistes analīzei censties nomainīt augstumu no "gpx" failiem ar saviem augstuma datiem.

Piemērs: STRAVA ir izveidojis “vietējo” altimetrija failu, kas izveidots, izmantojot pacēlumus, kas iegūti no sliežu ceļiem, kas iegūti no GPS zināms STRAVA un ir aprīkots ar barometrisko sensoru.Pieņemtajā risinājumā ir pieņemts, ka GPS ir zināms STRAVA, tāpēc šobrīd tas galvenokārt tiek iegūts no GARMIN diapazona, un faila uzticamība paredz, ka katrs lietotājs ir parūpējies par manuālu augstuma atiestatīšanu .

Runājot par praktiskajām sekām, problēma īpaši rodas grupu pastaigu laikā, jo katrs dalībnieks 🚵 var pamanīt, ka viņu augstuma atšķirība atšķiras no citu dalībnieku līmeņa atkarībā no GPS veida vai arī tas ir zinātkārs lietotājs, kurš nesaprot. kāpēc atšķiras GPS augstums, analīzes programmatūra vai STRAVA ir atšķirīga.

Ideāli sanitārajā STRAVA pasaulē visiem GPS GARMIN lietotāju grupas dalībniekiem savā GPS un STRAVA ir jāredz vienāds augstums virs jūras līmeņa. Loģiski, ka atšķirību var izskaidrot tikai ar augstuma regulēšanu nekas neapliecina, ka ziņotā augstuma starpība ir pareiza.

Loģiski, ka šīs lietotāju grupas dalībniekam, kuram ir STRAVA nepazīstams GPS, uz STRAVA ir jāredz tāda pati augstuma atšķirība kā saviem palīgiem, lai gan viņa GPS rādītā līmeņa atšķirība ir atšķirīga. Viņš var vainot savu aprīkojumu, kas tomēr darbojas pareizi.

Vistuvāk patiesajai augstuma starpības vērtībai joprojām tiek iegūta FRANCIJA vai BEĻĢIJA, lasot IGN karti., progresīvāka ģeoīda nodošana ekspluatācijā pakāpeniski virzīs orientieri uz GNSS

GNSS: ģeolokācija un navigācija, izmantojot satelītu sistēmu: Zemes virsmas vai tiešā tuvumā esoša punkta pozīcijas un ātruma noteikšana, apstrādājot radiosignālus no vairākiem šajā punktā saņemtajiem mākslīgajiem satelītiem.

Ja jums ir jāpaļaujas uz programmatūru vai lietojumprogrammu, lai iegūtu augstuma starpību, šī programmatūra ir jāpielāgo, lai pielāgotu uzkrāšanas soļa vērtību atbilstoši vietnes IGN kartes kontūrlīnijām, tas ir, 5 vai 10 m. Mazs solis pārvērtīs kritienā visus mazos lēcienus vai pārejas uz izciļņiem, un otrādi, pārāk augsts pakāpiens izdzēsīs mazu kalniņu kāpumu.

Pēc šo ieteikumu piemērošanas autora eksperiments parāda, ka augstuma vērtības, kas iegūtas, izmantojot GPS vai analīzes programmatūru, kas aprīkota ar uzticamu DEM, paliek "pareizajā" diapazonā, pieņemot, ka arī IGN kartei ir savas neskaidrībassalīdzinot ar tāmi, kas iegūta ar IGN karti 1 / 25 000.

Savukārt STRAVA publicētā vērtība parasti ir pārspīlēta. STRAVA izmantotā metode, kas balstīta uz lietotāju "atsauksmēm", teorētiski ļauj prognozēt ātru tuvināšanos patiesībai ļoti tuvām vērtībām, kam atkarībā no apmeklētāju skaita jau vajadzētu notikt BikePark. vai ļoti aizņemtas dziesmas!

Lai konkrēti ilustrētu šo punktu, šeit ir nejauši izvēlēta trases analīze uz 20 km gara kalnaina ceļa. "Barometriskais" GPS augstums tika iestatīts pirms izlidošanas, tas nodrošina "barometrisko + GPS" augstumu, DTM ir uzticams DTM, kas ir pārveidots, lai tas būtu precīzs. Esam ārpus zonas, kur STRAVA varētu būt uzticams pacēluma profils.

Šis ir trases ilustrācija, kur atšķirība starp IGN un GPS ir vislielākā un starpība starp IGN un STRAVA ir vismazākā. attālums starp GPS un STRAVA ir 80m, un patiesais "IGN" ir starp tiem.

Augstumi
aizbraukšana	Ierašanās	Max	min	augstums	Novirze / IGN
GPS (barjers + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Augstuma regulēšana uz DTM	122	122	150	98	198	-30
PĀRTIKAS	280	+51
IGN kartes	122	122	148	99	228,5	0