Чаму вышыня вашага GPS ці STRAVA недакладная?

Узнікае паўтаральнае пытанне ці пытанне адносна дакладнасці вышыні і розніцы ў вышыні па дадзеных GPS.

Хоць гэта можа здацца трывіяльным, атрыманне дакладнай вышыні з'яўляецца складанай задачай, у гарызантальнай плоскасці вы можаце лёгка пакласці рулетку, вяроўку, геадэзічны ланцуг або назапасіць даўжыню акружнасці кола, каб вымераць адлегласць. з іншага боку, у вертыкальнай плоскасці складаней паставіць вымяральнік 📐.

Вышыні GPS заснаваны на матэматычным уяўленні формы Зямлі, у той час як вышыні на тапаграфічнай карце заснаваны на вертыкальнай сістэме каардынат, звязанай з зямным шарам.

Такім чынам, гэта дзве розныя сістэмы, якія павінны супадаць у адной кропцы.

Вышыня і перапад вышынь - гэта параметры, з якімі большасць веласіпедыстаў, маўнцінбайкераў, турыстаў і альпіністаў захочуць пракансультавацца пасля прагулкі.

Інструкцыі па атрыманні вертыкальнага профіля і правільнага перападу вышынь адносна добра задакументаваныя ў кіраўніцтвах для GPS, прызначаных для актыўнага адпачынку (напрыклад, у кіраўніцтвах дыяпазону Garmin GPSMap), як ні парадаксальна, гэтая інфармацыя амаль адсутнічае ці загадкавая ў прызначаных кіраўніцтвах карыстача GPS. для веласіпедыстаў (напрыклад, кіраўніцтва для дыяпазону Garmin Edge GPS).

Пасляпродажнае абслугоўванне Garmin раздае ўсе карысныя рэкамендацыі, як і ў выпадку з TwoNav. Для іншых вытворцаў GPS або прыкладанняў (акрамя Strava) гэта вялікі прабел 🕳.

Як вымераць вышыню?

Некалькі тэхнік:

• Ужываючы знакамітую тэарэму Фалеса на практыцы,
• Розныя тэхнікі трыянгуляцыі,
• Выкарыстанне вышынямера,
• Радар, справа,
• Спадарожнікавыя вымярэнні.

Бараметрычны вышынямер

Неабходна было вызначыць эталон: вышынямер пераводзіць атмасферны ціск месца ў вышыню. Вышыня 0 м адпавядае ціску 1013,25 мбар на ўзроўні мора пры тэмпературы 15 ° Цэльсія.

На практыцы гэтыя дзве ўмовы рэдка выконваюцца на ўзроўні мора, напрыклад, пры напісанні гэтага артыкула ціск на ўзбярэжжа Нармандыі складала 1035 мбар, а тэмпература блізкая да 6°, што можа прывесці да памылкі на вышыні каля 500 м.

Бараметрычны альтыметр дае дакладную вышыню пасля пераналадкі, калі ўмовы ціску / тэмпературы стабілізуюцца.

Рэгулёўка заключаецца ў забеспячэнні дакладнай вышыні месца, а затым вышынямер рэгулюе гэтае значэнне вышыні ў адказ на змены атмасфернага ціску і тэмпературы.

Падзенне тэмпературы 🌡 звужае крывыя ціску, і вышыня павялічваецца, і наадварот, калі тэмпература павялічваецца.

Які адлюстроўваецца значэнне вышыні будзе адчувальна да змены тэмпературы навакольнага асяроддзя, карыстальнік альтыметра, які трымае ў руцэ або носіць на запясце, павінен ведаць аб уплыве змены мясцовай тэмпературы на якое адлюстроўваецца значэнне (напрыклад: гадзіны зачыненыя / адкрыты рукавом, адносны вецер з-за хуткага або павольнага рухі, уплыў тэмпературы цела і г. д.).

Каб спрасціць стабільную паветраную масу, гэта стабільныя ўмовы надвор'я 🌥.

Пры правільным выкарыстанні бараметрычны вышынямер з'яўляецца надзейным эталонным прыборам для мноства ужыванняў, такіх як аэранаўтыка, турызм, альпінізм …

Вышыня GPS

GPS вызначае вышыню месца ў адносінах да ідэальнай сферы, якая мадэлюе Зямлю: «Эліпсоід». Паколькі Зямля недасканалая, гэтую вышыню неабходна пераўтварыць, каб атрымаць вышыню "геоіда" 🌍.

Назіральнік, які счытвае вышыню геадэзічнага маркера з дапамогай GPS, можа ўбачыць адхіленне ў некалькі дзясяткаў метраў, хоць яго GPS працуе правільна пры ідэальных умовах прыёму. Можа быць, GPS-прымач няправільны?

Гэтае адрозненне тлумачыцца дакладнасцю мадэлявання эліпсоіда і, у асаблівасці, мадэлі геоіда, якая складаная з-за таго, што паверхня Зямлі не з'яўляецца ідэальнай сферай, утрымоўвае анамаліі, падвяргаецца мадыфікацыям чалавека і ўвесь час змяняецца. (тэлурычныя і чалавечыя).

Гэтыя недакладнасці будуць аб'яднаны з памылкамі вымярэння, уласцівымі GPS, яны з'яўляюцца прычынай недакладнасцяў і сталай змены вышыні, якая перадаецца GPS.

Геаметрыя становішча спадарожнікаў, якая спрыяе добрай гарызантальнай дакладнасці, гэта значыць нізкае становішча спадарожнікаў на гарызонце, перашкаджае атрыманню дакладнай вышыні. Парадак велічыні дакладнасці па вертыкалі ў 1,5 раза перавышае дакладнасць па гарызанталі.

Большасць вытворцаў набораў мікрасхем GPS інтэгруюць матэматычную мадэль у сваё праграмнае забеспячэнне. які набліжаецца да геадэзічнай мадэлі Зямлі і забяспечвае вышыню, указаную ў дадзенай мадэлі.

Гэта азначае, што калі вы ідзяце па моры, няма нічога незвычайнага ў тым, каб убачыць адмоўную ці станоўчую вышыню, таму што геадэзічная мадэль зямлі недасканалая, і да гэтага недахопу варта дадаць памылку, характэрную для GPS. Камбінацыя гэтых памылак можа выклікаць адхіленне вышыні больш за на 50 метраў у пэўных месцах 😐.

Удакладнены мадэлі геоіда, у прыватнасці, альтыметрыя, атрыманая ў выніку пазіцыянавання GNNS, будзе заставацца недакладнай на працягу некалькіх гадоў.

Лічбавая мадэль мясцовасці "DTM"

ЦМР - гэта лічбавы файл, які складаецца з сетак, кожная сетка (квадратная элементарная паверхня) забяспечвае значэнне вышыні для паверхні гэтай сеткі. Уяўленне аб бягучым памеры сеткі сусветнай мадэлі вышынь 30 м x 90 м. Ведаючы становішча кропкі на паверхні зямлі (даўгата, шырыня), лёгка атрымаць вышыню месца, прачытаўшы файл DTM (або DTM, Digital Terrain Model на англійскай мове).

Асноўным недахопам ЦМР з'яўляецца яе надзейнасць (анамаліі, дзюры) і дакладнасць файла; Прыклады:

• ЦМР ASTER даступная з крокам (сетка ці піксель) 30 м, дакладнасцю па гарызанталі 30 м і вышынямерам 20 м.
• MNT SRTM даступны для кроку (сетка або піксель) 90 м, вышынямера прыблізна 16 м і планіметрычнай дакладнасці 60 м.
• Мадэль Sonny DEM (Еўропа) даступная з крокам 1 ° x1 °, гэта значыць з памерам ячэйкі каля 25 x 30 м у залежнасці ад шыраты. Пастаўшчык сабраў самыя дакладныя крыніцы дадзеных, гэтая DEM з'яўляецца адносна дакладнай, яе можна "лёгка" выкарыстоўваць для TwoNav і Garmin GPS праз бясплатную картаграфію OpenmtbMap.
• IGN DEM 5 м x 5 м даступны бясплатна (са студзеня 2021 г.) з крокам 1 м x 1 м або 5 м x 5 м з дазволам па вертыкалі 1 м. Доступ да гэтай матрыцы вышынь тлумачыцца ў гэтым кіраўніцтве.

Не блытайце дазвол (ці дакладнасць дадзеных у файле) з фактычнай дакладнасцю гэтых дадзеных. Паказанні (вымярэнні) могуць быць атрыманы ад інструментаў, якія не дазваляюць назіраць паверхню зямнога шара з дакладнасцю да метра.

IGN DEM, даступная бясплатна 🙏 са студзеня 2021 года, уяўляе сабой коўдру з паказанняў (вымярэнняў), атрыманых з дапамогай розных інструментаў. Вобласці, прасканаваныя для нядаўніх даследаванняў (напрыклад, рызыка паводак), былі сканаваны з дазволам 1 м, у іншых месцах дакладнасць можа быць вельмі далёкая ад гэтага значэння. Аднак у файле дадзеныя былі інтэрпаліраваныя для запаўнення палёў з крокам 5×5 м або 1×1 м. IGN пачаў кампанію апытанняў з высокім дазволам з мэтай поўнага ахопу Францыі да 2026 года, і ў гэты дзень IGN DEM будзе дакладным і бясплатным з інтэрваламі .

ЦМР паказвае адзнаку зямлі: вышыня інфраструктуры (будынка, масты, жывыя загарадзі і т. Д.) Не ўлічваецца. У лесе - гэта вышыня зямлі ў падножжа дрэў, паверхня вады - гэта паверхня берага для ўсіх вадаёмаў памерам больш за адзін гектар.

Усе кропкі вочка маюць аднолькавую вышыню, таму на краі абрыву з-за нявызначанасці месцазнаходжання файла, сумаванай з нявызначанасцю месцазнаходжання, вынятая вышыня можа быць такой жа, як у суседняга вочка.

Дакладнасць вызначэння месцазнаходжання GPS пры ідэальных умовах прыёму складае каля 4,5 м пры 90%. Гэтая прадукцыйнасць назіраецца на самых апошніх прымачах GPS (GPS + Glonass + Galileo). Такім чынам, дакладнасць складае 90 разоў са 100 паміж 0 і 5 м (чыстае неба, выключаючы маскі, выключаючы каньёны і т. Д.) Рэальнага месцазнаходжання. выкарыстанне ЦМР з вочкам 1 х 1 м контрпрадуктыўна., таму што верагоднасць аказацца на правільнай сетцы будзе рэдкай. Такі выбар перагрузіць працу працэсара без якой-небудзь рэальнай дабаўленай вартасці!

Каб атрымаць матрыцу вышынь, якую можна выкарыстоўваць у:

• TwoNav GPS: CDEM на 5 м (ЧЫРВОНЫ).

• Garmin GPS: база дадзеных Sonny

  Даведайцеся, як стварыць уласную матрыцу вышынь для TwoNav GPS. Можна атрымаць крывыя ўзроўню з дапамогай праграмнага забеспячэння Qgis.

Вызначыце вышыню з дапамогай GPS

Адным з рашэнняў можа быць загрузка файла DEM у ваш GPS-навігатар, але вышыня будзе надзейнай толькі ў тым выпадку, калі памер сетак будзе паменшаны і калі файл будзе дастаткова дакладным (па гарызанталі і вертыкалі).

Каб атрымаць добрае ўяўленне аб якасці ЦМР, дастаткова візуалізаваць, напрыклад, рэльеф возера або пабудаваць трасу, якая перасякае возера, і назіраць вышыні ў 2D-разрэзе.

Малюнак: праграмнае забеспячэнне LAND, від на возера Жэрармер ў трохмерным павелічэнні x 3 з правільнай ЦМР. Праекцыя сетак на рэльеф паказвае бягучую мяжу матрыцы вышынь.

Малюнак: праграма LAND, від на возера Жэрармер "БОГ" у 2D з правільнай DTM.

Усе сучасныя прылады GPS "добрай якасці" маюць компас і лічбавы бараметрычны датчык, такім чынам, бараметрычны вышынямер; Выкарыстанне гэтага датчыка дазваляе атрымаць дакладную вышыню пры ўмове ўсталёўкі вышыні ў вядомай кропцы (рэкамендацыя Garmin).

Недакладнасць вышыні, якая прадстаўляецца GPS, з моманту з'яўлення GPS заахвоціла да распрацоўкі для патрэб аэранаўтыкі алгарытмаў гібрыдызацыі, якія выкарыстоўваюць вышыню барометра і вышыню GPS, каб забяспечыць дакладнае геаграфічнае становішча. вышыня. Гэтае рашэнне, якое забяспечвае надзейную вышыню, і пераважны выбар вытворцаў GPS, аптымізаваны для практыкі TwoNav на адчыненым паветры. і Garmin.

У Garmin прапанова GPS ўводзіцца ў адпаведнасці з профілем карыстальніка (на адкрытым паветры, на ровары, на горным ровары і т. Д.), Таму важна звяртацца да кіраўніцтваў карыстальніка і пасляпродажным абслугоўванні.

Аптымальнае рашэнне - наладзіць свой GPS на опцыю:

• Вышыня = Барометр + GPS, калі GPS дазваляе,
• Вышыня = Барометр + DTM (MNT), калі дазваляе GPS.

Ва ўсіх выпадках для GPS, абсталяванага барометрам, уручную ўсталюеце барометр на мінімальную вышыню ў месцы старту. У гарах ⛰ на доўгіх трасах спатрэбіцца перарабіць настройку, асабліва ў выпадку ваганняў тэмпературы і надвор'я.

Некаторыя GPS-навігатары Garmin, аптымізаваныя для язды на ровары, аўтаматычна скідаюць бараметрычную вышыню ў кропках маршруту, вышыня якіх вядомая, і гэта асабліва разумнае рашэнне для язды на ровары па горных дарогах. Аднак карыстач павінен паведаміць, напрыклад, перад тым, як пакінуць вышыню перавалаў і дна даліны; на зваротным шляху розніца ў росце будзе дакладнай 👍.

У рэжыме Барометр + (GPS або DTM) вытворца ўключае алгарытм аўтаматычнай наладкі барометра, заснаваны на прынцыпе, што ўздым, бачны барометрам, GPS або DEM, павінен быць паслядоўным: гэты прынцып прапануе вялікую гнуткасць для карыстальнікаў і добра падыходзіць для заняткаў на адкрытым паветры.

Аднак карыстач павінен ведаць абмежаванні:

• Апорай GPS з'яўляецца геоід, таму, калі карыстач перамяшчаецца па штучнай мясцовасці (напрыклад, на паліцы дзындры), карэкціроўкі будуць скажоныя,
• ЦМР паказвае шлях на зямлі, калі карыстач запазычае значную частку чалавечай інфраструктуры (віядук, мост, пешаходныя масты, тунэлі і т. Д.), Карэкціроўкі будуць зрушаныя.

Такім чынам, аптымальная працэдура атрымання дакладнага павелічэння вышыні такая:

1️⃣ Адрэгулюйце бараметрычны датчык у пачатку. Без гэтай налады вышыні будуць пераўтвораны (зрушаны), розніца ва ўзроўнях будзе правільнай, калі дрэйф з-за ўмоў надвор'я невялікі (кароткі маршрут за межамі гор). Для карыстальнікаў GPS сямейства Garmin вышыні з файлаў "gpx" выкарыстоўваюцца кампаніяй Garmin і Strava для супольнасці, таму пераважна ўводзіць у базу дадзеных правільны профіль вышыні.

2️⃣ Каб паменшыць дрэйф (хібнасць у вышыні і вышыні) з-за ўмоў надвор'я ў выпадку працяглых паездак (> 1 гадзіны) і ў гарах:

• Засяродзьцеся на выбары Барометр + GPS, па-за ўчасткамі са штучным рэльефам (участкі паліц, штучныя ўзгоркі і т. д.),
• Засяродзьцеся на выбары Барометр + DTM (MNT), калі вы ўсталявалі IGN DTM (сетка 5 x 5 м) або Sonny DTM (Францыя ці Еўропа) за межамі маршруту, які выкарыстоўвае значную частку інфраструктуры (пешаходныя масты, пуцеправоды і г. д.).

Развіццё розніцы ў росце

Праблема вышыні, апісаная ў папярэдніх радках, часцей за ўсё выяўляецца пасля назірання, што розніца ў вышыні ў двух практыкуючых розная або вар'іруецца ў залежнасці ад таго, ці счытваецца яна на GPS або ў дадатку, такім як STRAVA (гл. STRAVA help) напрыклад.

Першым чынам, неабходна наладзіць GPS, каб забяспечыць найболей надзейную вышыню.

Атрымаць розніцу ва ўзроўнях, прачытаўшы карту, даволі проста, часта практык абмяжоўваецца вызначэннем розніцы паміж кропкамі крайніх памераў, хаця, каб быць дакладным, неабходна палічыць станоўчыя контурныя лініі, каб атрымаць суму.

У лічбавым файле гарызантальныя лініі не існуюць, праграмнае забеспячэнне GPS, прыкладанне для пабудовы шляху або праграмнае забеспячэнне для аналізу сканфігураваны так, каб "назапашваць крокі або прырашчэння вышыні".

Часта "без назапашвання" можна наладзіць:

• у TwoNav магчымасці налады агульныя для ўсіх GPS
• у Gamin вы павінны пракансультавацца з кіраўніцтвам карыстальніка і пасляпродажным абслугоўваннем (кожная мадэль мае свае асаблівасці ў адпаведнасці з тыповым профілем карыстальніка)
• у дадатку OpenTraveller ёсць опцыя, якая прапануе наладзіць парог адчувальнасці для вызначэння розніцы ў вышыні.

Кожны мае сваё рашэнне 💡.

Сайты або праграмнае забеспячэнне для анлайн-аналізу імкнуцца замяніць вышыню з файлаў "gpx" з іх уласнымі дадзенымі аб вышыні.

Прыклад: STRAVA стварыла "уласны" альтыметрычны файл, створаны з выкарыстаннем вышынь, атрыманых з трэкаў, атрыманых з GPS, вядомы STRAVA і абсталяваны бараметрычным датчыкам.Прынятае рашэнне мяркуе, што GPS вядомы STRAVA, таму на дадзены момант у асноўным атрыманы з дыяпазону GARMIN, а надзейнасць файла мяркуе, што кожны карыстач паклапаціўся аб ручным скідзе вышыні.

Што тычыцца практычных наступстваў, праблема ўзнікае асабліва падчас групавых прагулак, таму што кожны ўдзельнік 🚵 можа заўважыць, што іх перапад вышынь адрозніваецца ад узроўню іншых удзельнікаў, у залежнасці ад іх тыпу GPS, ці гэта цікаўны карыстальнік, які не разумее, чаму розніца ў вышыні GPS, праграмнага забеспячэння для аналізу або STRAVA розная.

У ідэальна прадэзінфікаваным свеце STRAVA усе чальцы групы карыстачоў GPS GARMIN павінны ў прынцыпе бачыць аднолькавыя значэнні вышыні на сваіх GPS і на STRAVA. Лагічна, што розніца можа быць растлумачана толькі рэгуляваннем вышыні, аднак нішто не пацвярджае правільнасць апублікаванай розніцы ў росце.

Лагічна, што чалец гэтай групы карыстачоў, у якога ёсць GPS, не вядомы STRAVA, павінен бачыць тую ж розніцу ў вышыні на STRAVA, што і яго памагатыя, хоць розніца ва ўзроўні, якая адлюстроўваецца яго GPS, іншая. Ён можа вінаваціць сваё абсталяванне, якое, тым не менш, працуе правільна.

Найбольш блізкае да праўды значэнне розніцы ў вышыні па-ранейшаму атрымліваецца ў ФРАНЦЫІ ці БЕЛЬГІІ пры чытанні карты IGN., увод у эксплуатацыю больш дасканалага геоіда паступова перамесціць арыенцір у бок GNSS

GNSS: Геалакацыя і рух з дапамогай спадарожнікавай сістэмы: вызначэнне становішча і хуткасці кропкі на паверхні або ў непасрэднай блізкасці ад Зямлі шляхам апрацоўкі радыёсігналаў ад некалькіх штучных спадарожнікаў, атрыманых у гэтай кропцы.

Калі вам трэба спадзявацца на праграмнае забеспячэнне або прыкладанне для атрымання розніцы вышынь, вы павінны наладзіць гэта праграмнае забеспячэнне, каб адрэгуляваць значэнне кроку назапашвання ў адпаведнасці з контурнымі лініямі карты IGN месцы, гэта значыць 5 ці 10 м. . Невялікая прыступка ператворыць у кроплю ўсе дробныя скачкі або пераходы купінах, і наадварот, занадта высокая прыступка сатрэ ўздым па невялікіх грудах.

Пасля прымянення гэтых рэкамендацый эксперымент, праведзены аўтарам, паказвае, што значэння вышыні, атрыманыя з дапамогай GPS або праграмнага забеспячэння для аналізу, забяспечанага надзейнай ЦМР, застаюцца ў межах "правільнага" дыяпазону, калі дапусціць, што карта IGN таксама мае свае нявызначанасціу параўнанні з ацэнкай, атрыманай з картай IGN 1/25 000.

З іншага боку, значэнне, якое публікуецца STRAVA, звычайна з'яўляецца завышаным. Ужывальны STRAVA метад, заснаваны на «зваротнай сувязі» ад карыстачоў, тэарэтычна дазваляе прадбачыць хуткае збліжэнне да каштоўнасцяў, вельмі блізкім да праўды, што ў залежнасці ад колькасці наведвальнікаў ужо павінна мець месца ў Байкпарку ці вельмі ажыўленыя трасы!

Каб праілюстраваць гэты момант менавіта, вось аналіз трасы, узятай наўздагад, на ўзгорыстай дарозе працягласцю 20 км. "Бараметрычная" вышыня GPS была ўстаноўлена перад ад'ездам, яна забяспечвае вышыню "Бараметрычная + GPS", DTM - гэта надзейны DTM, які быў перапрацаваны, каб быць дакладным. Мы знаходзімся за межамі вобласці, дзе STRAVA магла б мець надзейны профіль вышынь.

Гэта ілюстрацыя трэка, дзе розніца паміж IGN і GPS самая вялікая, а розніца паміж IGN і STRAVA самая маленькая, адлегласць паміж GPS і STRAVA складае 80 м, і праўда "IGN" знаходзіцца паміж імі.

Вышыні
Départ	Прыезд	Макс	мін	вышыня	Адхіленне / IGN
GPS (Baro + GPS)	122	124	150	98	198	30-
Рэгулёўка вышыні на DTM	122	122	150	98	198	30-
FOOD	280	+51
Карты IGN	122	122	148	99	228,5	0