Hvorfor er din GPS- eller STRAVA-højde unøjagtig?

Et tilbagevendende spørgsmål eller spørgsmål opstår vedrørende højdenøjagtighed og GPS-højdeforskelle.

Selvom det kan virke trivielt, er det en udfordring at få en nøjagtig højde, i det vandrette plan kan du nemt placere et målebånd, et reb, en geodætisk kæde eller akkumulere et hjuls omkreds for at måle afstand. på den anden side er det sværere at placere måleren 📐 i det lodrette plan.

GPS-højder er baseret på en matematisk repræsentation af jordens form, mens højder på et topografisk kort er baseret på et lodret koordinatsystem forbundet med kloden.

Derfor er der tale om to forskellige systemer, der skal falde sammen på et tidspunkt.

Højde og lodret fald er parametre, som de fleste cyklister, mountainbikere, vandrere og klatrere vil rådføre sig med efter en tur.

Instruktionerne til at opnå den lodrette profil og korrekte højdeforskel er relativt veldokumenteret i udendørs GPS-manualer (såsom Garmin GPSMap rækkehåndbøger), paradoksalt nok er denne information næsten fraværende eller kryptisk i de tilsigtede GPS-brugervejledninger. for cyklister (f.eks. guider til Garmin Edge GPS-rækkevidde).

Garmins eftersalgsservice uddeler alle de nyttige råd, ligesom TwoNav. For andre GPS-producenter eller apps (udover Strava) er dette et stort hul 🕳.

Hvordan måler man højden?

Flere teknikker:

• Anvendelse af den berømte Thales-sætning i praksis,
• Forskellige trianguleringsteknikker,
• Ved hjælp af en højdemåler,
• Radar, aftale,
• Satellitmålinger.

Barometrisk højdemåler

Det var nødvendigt at bestemme standarden: Højdemåleren oversætter det atmosfæriske tryk på et sted til en højde. En højde på 0 m svarer til et tryk på 1013,25 mbar ved havoverfladen ved en temperatur på 15 ° Celsius.

I praksis er disse to betingelser sjældent opfyldt ved havoverfladen, for eksempel ved skrivning af denne artikel var trykket på Normandiets kyst 1035 mbar, og temperaturen er tæt på 6°, hvilket kan føre til en fejl i en højde på omkring 500 m.

Den barometriske højdemåler giver nøjagtig højde efter efterjustering, hvis tryk/temperaturforhold stabiliseres.

Justering er at opretholde en nøjagtig højde for et sted, og derefter justerer højdemåleren denne højde som reaktion på ændringer i atmosfærisk tryk og temperatur.

Et fald i temperaturen 🌡 indsnævrer trykkurverne og højden øges, og omvendt hvis temperaturen stiger.

Den viste højdeværdi vil være følsom over for ændringer i den omgivende temperatur, brugeren af ​​højdemåleren, som holder eller bærer den på håndleddet, bør være opmærksom på effekten af ​​ændringer i lokal temperatur på den viste værdi (f.eks.: ur lukket / åben med ærme, relativ vind på grund af hurtige eller langsomme bevægelser, påvirkning af kropstemperatur osv.).

For at forenkle den stabile luftmasse er det stabilt vejr 🌥.

Når den bruges korrekt, er den barometriske højdemåler et pålideligt referenceinstrument til en række forskellige anvendelser såsom luftfart, vandreture, bjergbestigning ...

Højde GPS

GPS bestemmer højden af ​​et sted i forhold til den ideelle sfære, der simulerer Jorden: "Ellipsoid". Da Jorden er ufuldkommen, skal denne højde transformeres for at få den "geoide" højde 🌍.

En observatør, der aflæser højden af ​​en opmålingsmarkør ved hjælp af GPS, kan se en afvigelse på adskillige ti meter, selvom hans GPS fungerer korrekt under ideelle modtageforhold. Måske er GPS-modtageren forkert?

Denne forskel forklares af nøjagtigheden af ​​at modellere ellipsoiden og især geoidemodellen, som er kompleks på grund af det faktum, at jordens overflade ikke er en ideel kugle, indeholder anomalier, gennemgår menneskelige modifikationer og ændrer sig konstant. (Telluric og Human).

Disse unøjagtigheder vil blive kombineret med de målefejl, der er iboende i GPS, og er årsagen til unøjagtigheder og konstante ændringer i den højde, der rapporteres af GPS'en.

Satellitgeometrier, der favoriserer god horisontal nøjagtighed, det vil sige satellitternes lave position i horisonten, forhindrer nøjagtig højdeopsamling. Størrelsesordenen af ​​den lodrette præcision er 1,5 gange den vandrette præcision.

De fleste producenter af GPS-chipsæt integrerer den matematiske model i deres software. som nærmer sig den geodætiske model af jorden og giver den højde, der er specificeret i denne model.

Det betyder, at hvis du går på havet, er det ikke usædvanligt at se negativ eller positiv højde, fordi den geodætiske model af jorden er ufuldkommen, og til denne mangel skal lægges fejlen i GPS. Kombinationen af ​​disse fejl kan forårsage en højdeafvigelse på mere end 50 meter på visse steder 😐.

Geoidmodellerne er blevet forfinet, især vil højdemålingen opnået som følge af GNNS-positionering forblive unøjagtig i flere år.

Digital terrænmodel "DTM"

En DTM er en digital fil sammensat af gitter, hvert gitter (firkantet elementær overflade) giver en højdeværdi for overfladen af ​​det gitter. En idé om den aktuelle gitterstørrelse af verdenshøjdemodellen er 30 m x 90 m. Ved at kende positionen af ​​et punkt på jordens overflade (længdegrad, breddegrad), er det let at få højden af ​​stedet ved at læse DTM-filen (eller DTM, Digital Terrain Model på engelsk).

Den største ulempe ved en DEM er dens pålidelighed (anomalier, huller) og filnøjagtighed; Eksempler:

• ASTER DEM fås med et trin (gitter eller pixel) på 30 m, vandret nøjagtighed på 30 m og en højdemåler på 20 m.
• MNT SRTM er tilgængelig for 90 m afstand (gitter eller pixel), ca. 16 m højdemåler og 60 m planimetrisk nøjagtighed.
• Sonny DEM-modellen (Europa) fås i intervaller på 1°x1°, dvs. med en cellestørrelse i størrelsesordenen 25 x 30 m afhængig af breddegrad. Sælgeren har samlet de mest nøjagtige datakilder, denne DEM er relativt nøjagtig og kan "nemt" bruges til TwoNav og Garmin GPS via den gratis OpenmtbMap-kortlægning.
• IGN DEM 5m x 5m er tilgængelig gratis (fra januar 2021) i trin på 1m x 1m eller 5m x 5m med 1m lodret opløsning. Adgang til denne DEM er forklaret i denne vejledning.

Forveksle ikke opløsningen (eller nøjagtigheden af ​​dataene i filen) med den faktiske nøjagtighed af disse data. Aflæsninger (målinger) kan opnås fra instrumenter, der ikke tillader observation af jordklodens overflade til nærmeste meter.

IGN DEM, tilgængelig gratis 🙏 fra januar 2021, er et kludetæppe af aflæsninger (målinger) opnået med forskellige instrumenter. Områder scannet til nyere forskning (f.eks. oversvømmelsesrisiko) blev scannet med 1 m opløsning, andre steder kan nøjagtigheden være meget langt fra denne værdi. Men i filen er dataene blevet interpoleret for at udfylde felterne i intervaller på 5x5 m eller 1x1 m. IGN har lanceret en højopløselig meningsmålingskampagne med det mål at dække Frankrig fuldt ud i 2026, og den dag vil IGN DEM være nøjagtige og gratis med 1x1x1m intervaller. ...

DEM viser jordens højde: Højden af ​​infrastrukturen (bygninger, broer, hække osv.) tages ikke i betragtning. I skoven er dette jordens højde ved foden af ​​træerne, vandoverfladen er kystens overflade for alle reservoirer større end en hektar.

Alle punkter i en celle har samme højde, så ved kanten af ​​klippen kan den udtrukne højde på grund af usikkerheden på filplaceringen, summeret med placeringens usikkerhed, være den samme som nabocellens.

GPS-positioneringsnøjagtigheden under ideelle modtageforhold er i størrelsesordenen 4,5 m ved 90 %. Denne præstation ses med de seneste GPS-modtagere (GPS + Glonass + Galileo). Derfor er nøjagtigheden 90 gange ud af 100 mellem 0 og 5 m (klar himmel, eksklusive masker, eksklusive kløfter osv.) af den virkelige placering. at bruge en DEM med en 1 x 1 m celle er kontraproduktivt.fordi chancerne for at være på det rigtige gitter vil være sjældne. Dette valg vil overvælde processoren uden nogen reel merværdi!

For at få en DEM, der kan bruges i:

• TwoNav GPS: CDEM på 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Lær, hvordan du opretter din egen DEM til TwoNav GPS. Niveaukurver kan udtrækkes ved hjælp af Qgis software.

Bestem højden ved hjælp af GPS

En løsning kan være at indlæse DEM-filen i din GPS-navigator, men højden vil kun være pålidelig, hvis gitterne er reduceret i størrelse, og hvis filen er nøjagtig nok (vandret og lodret).

For at få en god idé om kvaliteten af ​​DEM'en er det nok at visualisere for eksempel relieffet af en sø eller bygge en sti, der krydser søen og observere højderne i et 2D-snit.

Billede: LAND-software, udsigt over Lake Gerardmer i 3D-forstørrelse x XNUMX med korrekt DEM. Projektionen af ​​masker på terrænet viser den aktuelle DEM-grænse.

Billede: LAND-program, udsigt over Gérardmer-søen "BOG" i 2D med den korrekte DTM.

Alle moderne GPS-enheder af "god kvalitet" har et kompas og en digital barometrisk sensor, deraf en barometrisk højdemåler; Brug af denne sensor giver dig mulighed for at få en nøjagtig højde, forudsat at du indstiller højden til et kendt punkt (Garmin-anbefaling).

Højdeunøjagtigheden leveret af GPS siden fremkomsten af ​​GPS har foranlediget udviklingen af ​​hybridiseringsalgoritmer til luftfart, der bruger barometerhøjde og GPS-højde til at give nøjagtig geografisk position. højde. Det er en pålidelig højdeløsning og GPS-producenternes foretrukne valg, optimeret til udendørs TwoNav-øvelser. og Garmin.

Hos Garmin introduceres GPS-tilbuddet efter brugerprofilen (udendørs, cykling, mountainbike osv.), så det er vigtigt at henvise til brugermanualer og eftersalgsservice.

Den optimale løsning er at indstille din GPS til indstillingen:

• Højde = Barometer + GPS, hvis GPS tillader det,
• Højde = Barometer + DTM (MNT) hvis GPS tillader det.

I alle tilfælde, for en GPS udstyret med et barometer, skal du manuelt indstille barometeret til dets minimumshøjde ved startpunktet. I bjergene ⛰ på lange ture skal indstillingen laves om, især ved udsving i temperatur og vejr.

Nogle Garmin GPS-optimerede cykelenheder nulstiller automatisk den barometriske højde ved kendte højdewaypoints, hvilket er en særlig smart løsning til mountainbiking. Brugeren skal dog informere f.eks. inden man forlader højden af ​​passene og bunden af ​​dalen; på vej tilbage vil højdeforskellen være præcis 👍.

I tilstanden Barometer + (GPS eller DTM) inkluderer producenten en automatisk barometerjusteringsalgoritme baseret på princippet om, at stigningen set af barometeret, GPS eller DEM skal være konsistent: dette princip giver stor fleksibilitet til brugeren og er velegnet til udendørs aktiviteter.

Brugeren skal dog være opmærksom på begrænsningerne:

• GPS'en er baseret på geoiden, så hvis brugeren bevæger sig gennem kunstigt terræn (f.eks. til slaggedumper), vil rettelserne blive forvrænget,
• DEM viser stien på jorden, hvis brugeren låner en væsentlig del af den menneskelige infrastruktur (viadukt, bro, fodgængerbroer, tunneller osv.), vil justeringerne blive udlignet.

Derfor er den optimale procedure for at opnå en nøjagtig højdestigning som følger:

1️⃣ Juster den barometriske sensor i begyndelsen. Uden denne indstilling vil højderne blive konverteret (forskudt), niveauforskellen vil være korrekt, hvis afdriften på grund af vejret er lille (kort vej uden for bjergene). For Garmin-familiens GPS-brugere bruges "gpx"-højder af Garmin og Strava til fællesskabet, så det er at foretrække at indtaste den korrekte højdeprofil i databasen.

2️⃣ For at reducere afdriften (fejl i højde og højde) på grund af vejrforhold på lange rejser (> 1 time) og i bjergene:

• Fokus på valg Barometer + GPS, udendørs arealer med kunstigt relief (dumpområder, kunstige bakker osv.),
• Fokus på valg Barometer + DTM (MNT)hvis du har installeret IGN DTM (5 x 5 m grid) eller Sonny DTM (Frankrig eller Europa) uden for en rute, der bruger en betydelig mængde infrastruktur (fodgængerbroer, overkørsler osv.).

Udvikling af en højdeforskel

Højdeproblemet beskrevet i de foregående linjer viser sig oftest efter at have observeret, at højdeforskellen mellem de to udøvere er forskellig eller varierer afhængigt af, om den aflæses på GPS eller i en applikation som STRAVA (se STRAVA-hjælpen) for eksempel.

Først og fremmest skal du tune din GPS for at give den mest pålidelige højde.

Det er ganske enkelt at få forskellen i niveauer ved at læse kortet, ofte er praktiserende læge begrænset til at bestemme forskellen mellem punkterne med ekstreme dimensioner, selvom det for at være præcis er nødvendigt at tælle de positive konturlinjer for at få summen .

Der er ingen vandrette linjer i den digitale fil, GPS-softwaren, sporplotting-applikationen eller analysesoftwaren er konfigureret til at "akkumulere trin eller højdestigninger".

Ofte kan "ingen akkumulering" konfigureres:

• i TwoNav er indstillingsmulighederne fælles for alle GPS
• hos Gamin bør du konsultere brugermanualen og eftersalgsservicen (hver model har sine egne karakteristika i henhold til den typiske brugerprofil)
• OpenTraveller-appen har en mulighed, der foreslår justering af følsomhedstærsklen for at bestemme højdeforskellen.

Alle har deres egen løsning 💡.

Websites eller software til onlineanalyse stræbe efter at erstatte højden fra "gpx"-filer med deres egne højdedata.

Eksempel: STRAVA har oprettet en "native" højdemetrifil, der er oprettet ved hjælp af højder afledt af spor afledt af GPS kendt af STRAVA og er udstyret med en barometrisk sensor Den vedtagne løsning forudsætter, at GPS'en er kendt af STRAVA, så i øjeblikket er den hovedsageligt hentet fra GARMIN-serien, og filens pålidelighed forudsætter, at hver bruger har sørget for manuel højdenulstilling .

Hvad angår de praktiske konsekvenser, opstår problemet især under gruppevandringer, fordi hver deltager 🚵 kan bemærke, at deres højdeforskel er forskellig fra niveauet for andre deltagere, afhængig af deres type GPS, eller det er en nysgerrig bruger, der ikke forstår hvorfor forskellen er GPS-højde, analysesoftware eller STRAVA er forskellig.

I den perfekt desinficerede STRAVA-verden bør alle medlemmer af GPS GARMIN-brugergruppen i princippet se den samme højde på deres GPS og på deres STRAVA. Det er dog logisk, at forskellen kun kan forklares med højdejusteringen intet bekræfter, at den rapporterede højdeforskel er korrekt.

Det er logisk, at et medlem af denne brugergruppe, som har en GPS, der ikke er kendt af STRAVA, skal se den samme højdeforskel på STRAVA som sine assistenter, selvom niveauforskellen, der vises af hans GPS, er anderledes. Han kan bebrejde sit udstyr, som alligevel fungerer korrekt.

Den nærmest sande værdi af højdeforskellen opnås stadig i FRANKRIG eller BELGIEN, når man læser IGN-kortet., vil idriftsættelsen af ​​en mere avanceret geoide gradvist flytte vartegn mod GNSS

GNSS: Geolokalisering og navigation ved hjælp af et satellitsystem: Bestemmelse af positionen og hastigheden af ​​et punkt på overfladen eller i umiddelbar nærhed af Jorden ved at behandle radiosignaler fra flere kunstige satellitter modtaget på det sted.

Hvis du er nødt til at stole på software eller en applikation for at få højdeforskellen, skal du justere denne software for at justere akkumuleringstrinværdien i henhold til konturlinjerne på IGN-kortet for stedet, det vil sige 5 eller 10 m. Et lille skridt vil blive til et fald alle små spring eller overgange til bump, og omvendt vil et skridt for højt slette stigningen af ​​små bakker.

Efter at have anvendt disse anbefalinger viser forfatterens eksperiment, at højdeværdierne opnået ved hjælp af GPS eller analysesoftware udstyret med en pålidelig DEM forbliver inden for det "korrekte" område, forudsat at IGN-kortet også har sine egne usikkerhedersammenlignet med estimatet opnået med IGN-kortet 1 / 25.

På den anden side er værdien offentliggjort af STRAVA normalt overvurderet. Metoden brugt af STRAVA, baseret på "feedback" fra brugere, giver dig teoretisk mulighed for at forudsige en hurtig konvergens til værdier, der er meget tæt på sandheden, som afhængigt af antallet af besøgende allerede burde finde sted i BikePark eller meget travle spor!

For at illustrere dette konkret, er her en analyse af et spor, taget tilfældigt, på en 20 km lang kuperet vej. Den "barometriske" GPS-højde blev indstillet før afgang, den giver "Barometric + GPS"-højden, DTM er en pålidelig DTM, der er blevet redesignet til at være nøjagtig. Vi er uden for det område, hvor STRAVA kunne have en pålidelig højdeprofil.

Dette er en illustration af et spor, hvor forskellen mellem IGN og GPS er størst, og forskellen mellem IGN og STRAVA er den mindste. afstanden mellem GPS og STRAVA er 80m, og den sande "IGN" er mellem dem.

Højder
Départ	Ankomst	Max	min	højde	Afvigelse / IGN
GPS (barriere + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Højdejustering på DTM	122	122	150	98	198	-30
FOOD	280	+ 51
IGN kort	122	122	148	99	228,5	0