Hvorfor er GPS- eller STRAVA-høyden din unøyaktig?

Et tilbakevendende spørsmål eller spørsmål dukker opp angående høydenøyaktighet og GPS-høydeforskjeller.

Selv om det kan virke trivielt, er det utfordrende å få en nøyaktig høyde, men i horisontalplanet kan du enkelt plassere et målebånd, tau, geodesisk kjede eller samle omkretsen til et hjul for å måle avstanden. på den annen side er det vanskeligere å plassere måleren 📐 i vertikalplanet.

GPS-høyder er basert på en matematisk representasjon av jordens form, mens høyder på et topografisk kart er basert på et vertikalt koordinatsystem knyttet til kloden.

Derfor er dette to forskjellige systemer som må falle sammen på et tidspunkt.

Høyde og vertikalt fall er parametere som de fleste syklister, terrengsyklister, turgåere og klatrere vil rådføre seg med etter en tur.

Instruksjonene for å få den vertikale profilen og korrekt høydeforskjell er relativt godt dokumentert i utendørs GPS-manualer (som Garmin GPSMap-håndbøker), paradoksalt nok er denne informasjonen nesten fraværende eller kryptisk i de tiltenkte GPS-brukermanualene. for syklister (for eksempel guider for Garmin Edge GPS-rekkevidde).

Garmins ettersalgsservice deler ut alle nyttige råd, akkurat som TwoNav. For andre GPS-produsenter eller apper (foruten Strava) er dette et stort gap 🕳.

Hvordan måle høyden?

Flere teknikker:

• Ved å bruke det berømte Thales-teoremet i praksis,
• Ulike trianguleringsteknikker,
• Ved hjelp av en høydemåler,
• Radar, avtale,
• Satellittmålinger.

Barometrisk høydemåler

Det var nødvendig å bestemme standarden: høydemåleren oversetter det atmosfæriske trykket til et sted til en høyde. En høyde på 0 m tilsvarer et trykk på 1013,25 mbar ved havnivå ved en temperatur på 15 ° Celsius.

I praksis er disse to betingelsene sjelden oppfylt ved havnivå, for eksempel når du skriver denne artikkelen, var trykket på kysten av Normandie 1035 mbar, og temperaturen er nær 6 °, noe som kan føre til feil i en høyde på ca 500 m.

Den barometriske høydemåleren gir nøyaktig høyde etter omjustering dersom trykk-/temperaturforholdene stabiliserer seg.

Justering er å opprettholde en nøyaktig høyde for et sted, og deretter justerer høydemåleren den høyden som svar på endringer i atmosfærisk trykk og temperatur.

Et temperaturfall 🌡 smalner inn trykkkurvene og høyden øker, og omvendt hvis temperaturen øker.

Den viste høydeverdien vil være følsom for endringer i omgivelsestemperaturen, brukeren av høydemåleren, som holder eller bærer den på håndleddet, bør være oppmerksom på effekten av endringer i lokal temperatur på den viste verdien (for eksempel: klokke lukket / åpen med erme, relativ vind på grunn av raske eller langsomme bevegelser, påvirkning av kroppstemperatur, etc.).

For å forenkle den stabile luftmassen er det stabilt vær 🌥.

Når den brukes riktig, er den barometriske høydemåleren et pålitelig referanseinstrument for en rekke bruksområder som luftfart, fotturer, fjellklatring ...

GPS-høyde

GPS bestemmer høyden på et sted i forhold til den ideelle sfæren som simulerer jorden: "Ellipsoid". Siden jorden er ufullkommen, må denne høyden transformeres for å få "geoid"-høyden 🌍.

En observatør som leser høyden på en undersøkelsesmarkør ved hjelp av GPS kan se et avvik på flere titalls meter, selv om GPS-en hans fungerer som den skal under ideelle mottaksforhold. Kanskje GPS-mottakeren er feil?

Denne forskjellen forklares av nøyaktigheten av å modellere ellipsoiden, og spesielt geoidemodellen, som er kompleks på grunn av det faktum at jordoverflaten ikke er en ideell sfære, inneholder anomalier, er gjenstand for menneskelige modifikasjoner og er i konstant endring. (Telluric og Human).

Disse unøyaktighetene vil bli kombinert med målefeilene som ligger i GPS, og er årsaken til unøyaktigheter og konstante endringer i høyden rapportert av GPS.

Satellittgeometrier som favoriserer god horisontal nøyaktighet, det vil si den lave posisjonen til satellittene i horisonten, forhindrer nøyaktig høydeinnsamling. Størrelsesordenen til den vertikale presisjonen er 1,5 ganger den horisontale presisjonen.

De fleste produsenter av GPS-brikkesett integrerer den matematiske modellen i programvaren. som nærmer seg den geodetiske modellen av jorden og gir høyden spesifisert i denne modellen.

Dette betyr at hvis du går på havet er det ikke uvanlig å se negativ eller positiv høyde, fordi den geodetiske modellen av jorden er ufullkommen, og til denne mangelen må legges feilen som ligger i GPS. Kombinasjonen av disse feilene kan forårsake et høydeavvik på mer enn 50 meter på enkelte steder 😐.

Geoidmodellene har blitt raffinert, spesielt vil høydemetrien oppnådd som et resultat av GNNS-posisjonering forbli unøyaktig i flere år.

Digital terrengmodell "DTM"

En DTM er en digital fil sammensatt av rutenett, hvert rutenett (kvadratisk elementær overflate) gir en høydeverdi for overflaten til det rutenettet. En ide om den nåværende rutenettstørrelsen til verdenshøydemodellen er 30 m x 90 m. Når du kjenner posisjonen til et punkt på jordens overflate (lengdegrad, breddegrad), er det lett å få høyden på stedet ved å lese DTM-filen (eller DTM, Digital Terrain Model på engelsk).

Den største ulempen med en DEM er dens pålitelighet (avvik, hull) og filnøyaktighet; Eksempler:

• ASTER DEM er tilgjengelig med et trinn (rutenett eller piksel) på 30 m, horisontal nøyaktighet på 30 m og en høydemåler på 20 m.
• MNT SRTM er tilgjengelig i 90m avstand (rutenett eller piksel), ca. 16m høydemeter og 60m planimetrisk nøyaktighet.
• Sonny DEM-modellen (Europa) er tilgjengelig i trinn på 1°x1°, dvs. med en cellestørrelse i størrelsesorden 25 x 30 m avhengig av breddegrad. Leverandøren har samlet de mest nøyaktige datakildene, denne DEM-en er relativt nøyaktig og kan "enkelt" brukes for TwoNav og Garmin GPS via den gratis OpenmtbMap-kartleggingen.
• IGN DEM 5m x 5m er tilgjengelig gratis (fra januar 2021) i trinn på 1m x 1m eller 5m x 5m med 1m vertikal oppløsning. Tilgang til denne DEM er forklart i denne veiledningen.

Ikke forveksle oppløsningen (eller nøyaktigheten til dataene i filen) med den faktiske nøyaktigheten til disse dataene. Avlesninger (målinger) kan fås fra instrumenter som ikke tillater observasjon av jordklodens overflate til nærmeste meter.

IGN DEM, tilgjengelig gratis 🙏 fra januar 2021, er et lappeteppe av avlesninger (målinger) innhentet med ulike instrumenter. Områder skannet for nyere forskning (f.eks. flomrisiko) ble skannet med 1 m oppløsning, andre steder kan nøyaktigheten være svært langt fra denne verdien. Imidlertid er dataene i filen interpolert for å fylle ut feltene i trinn på 5x5 m eller 1x1 m. IGN har lansert en høyoppløselig meningsmålingskampanje med mål om å dekke Frankrike fullt ut innen 2026, og den dagen vil IGN DEM være nøyaktig og gratis med 1x1x1m intervaller. ...

DEM viser høyden av bakken: høyden på infrastrukturen (bygninger, broer, hekker, etc.) er ikke tatt i betraktning. I skogen er dette jordens høyde ved foten av trærne, vannoverflaten er kystens overflate for alle reservoarer større enn én hektar.

Alle punkter i en celle har samme høyde, så ved kanten av stupet, på grunn av usikkerheten til filplasseringen, oppsummert med usikkerheten til plasseringen, kan den utpakkede høyden være den samme som nabocellen.

GPS-posisjoneringsnøyaktigheten under ideelle mottaksforhold er i størrelsesorden 4,5 m ved 90 %. Denne ytelsen sees med de nyeste GPS-mottakerne (GPS + Glonass + Galileo). Derfor er nøyaktigheten 90 ganger av 100 mellom 0 og 5 m (klar himmel, unntatt masker, unntatt kløfter osv.) av den virkelige plasseringen. bruk av en DEM med en 1 x 1 m celle er kontraproduktivt.fordi sjansene for å være på riktig rutenett vil være sjeldne. Dette valget vil overvelde prosessoren uten noen reell merverdi!

For å få en DEM som kan brukes i:

• TwoNav GPS: 5 m CDEM (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Lær hvordan du lager din egen DEM for TwoNav GPS. Nivåkurver kan trekkes ut ved hjelp av Qgis programvare.

Bestem høyden ved hjelp av GPS

En løsning kan være å laste DEM-filen inn i GPS-navigatoren din, men høyden vil kun være pålitelig hvis rutenettene er redusert i størrelse og hvis filen er nøyaktig nok (horisontalt og vertikalt).

For å få et godt inntrykk av kvaliteten på DEM, er det nok å visualisere for eksempel relieffet til en innsjø eller bygge en sti som krysser innsjøen og observere høydene i en 2D-seksjon.

Bilde: LAND-programvare, utsikt over Lake Gerardmer i 3D-forstørrelse x XNUMX med korrekt DEM. Projeksjonen av masker på terrenget viser gjeldende DEM-grense.

Bilde: LAND-program, utsikt over Gérardmer-sjøen «BOG» i 2D med riktig DTM.

Alle moderne GPS-enheter av "god kvalitet" har et kompass og en digital barometrisk sensor, derav en barometrisk høydemåler; Ved å bruke denne sensoren kan du få en nøyaktig høyde forutsatt at du setter høyden på et kjent punkt (Garmin-anbefaling).

Høydeunøyaktigheten gitt av GPS siden bruken av GPS har ført til utviklingen av hybridiseringsalgoritmer for luftfart som bruker barometerhøyde og GPS-høyde for å gi nøyaktig geografisk posisjon. høyde. Det er en pålitelig høydeløsning og det foretrukne valget av GPS-produsenter, optimalisert for utendørs TwoNav-øvelser. og Garmin.

Hos Garmin introduseres GPS-tilbudet i henhold til brukerprofilen (utendørs, sykling, terrengsykling osv.), så det er viktig å henvise til brukermanualene og ettersalgsservicen.

Den optimale løsningen er å stille inn GPS-en til alternativet:

• Høyde = Barometer + GPS, hvis GPS tillater det,
• Høyde = Barometer + DTM (MNT) hvis GPS tillater det.

I alle tilfeller, for en GPS utstyrt med et barometer, still inn barometeret manuelt til minimumshøyden ved startpunktet. I fjellet ⛰ på lange løyper vil innstillingen måtte gjøres om, spesielt ved svingninger i temperatur og vær.

Noen Garmin GPS-optimaliserte sykkelenheter tilbakestiller automatisk den barometriske høyden ved kjente høydepunkter, noe som er en spesielt smart løsning for terrengsykling. Imidlertid må brukeren informere for eksempel før han forlater høyden på passene og bunnen av dalen; på vei tilbake vil høydeforskjellen være nøyaktig 👍.

I Barometer + (GPS eller DTM)-modus inkluderer produsenten en automatisk barometerjusteringsalgoritme basert på prinsippet om at stigningen sett av barometeret, GPS eller DEM må være konsistent: dette prinsippet gir stor fleksibilitet for brukeren og er godt egnet for Friluftsliv.

Imidlertid bør brukeren være klar over begrensningene:

• GPS-en er basert på geoiden, så hvis brukeren beveger seg gjennom kunstig terreng (for eksempel til slaggdeponier), vil korreksjonene bli forvrengt,
• DEM viser banen på bakken, dersom brukeren låner en betydelig del av den menneskelige infrastrukturen (viadukt, bro, gangbroer, tunneler osv.), vil justeringene bli utlignet.

Derfor er den optimale prosedyren for å oppnå en nøyaktig høydeøkning som følger:

1️⃣ Juster den barometriske sensoren i begynnelsen. Uten denne innstillingen vil høydene konverteres (forskyves), nivåforskjellen blir riktig dersom avdriften på grunn av vær er liten (kort vei utenfor fjellet). For Garmin-familiens GPS-brukere brukes "gpx"-høyder av Garmin og Strava for fellesskapet, så det er å foretrekke å legge inn riktig høydeprofil i databasen.

2️⃣ For å redusere avdriften (feil i høyde og høyde) på grunn av værforhold på lange reiser (> 1 time) og i fjellet:

• Fokuser på valg Barometer + GPS, utenfor områder med kunstig avlastning (dumpeområder, kunstige åser, etc.),
• Fokuser på valg Barometer + DTM (MNT)hvis du har installert en IGN DTM (5 x 5 m rutenett) eller Sonny DTM (Frankrike eller Europa) utenfor en rute som bruker en betydelig del av infrastrukturen (fotgjengerbroer, overganger osv.).

Utvikle en høydeforskjell

Høydeproblemet beskrevet i de foregående linjene manifesterer seg oftest etter å ha observert at høydeforskjellen mellom de to utøverne er forskjellig eller varierer avhengig av om den leses på GPS eller i en applikasjon som STRAVA (se STRAVA-hjelp) for eksempel.

Først av alt må du stille inn GPS-en for å gi den mest pålitelige høyden.

Det er ganske enkelt å få forskjellen i nivåer ved å lese kartet, ofte er utøveren begrenset til å bestemme forskjellen mellom punktene med ekstreme dimensjoner, selv om det for å være nøyaktig er nødvendig å telle de positive konturlinjene for å få summen .

Det er ingen horisontale linjer i den digitale filen, GPS-programvaren, sporplottingapplikasjonen eller analyseprogramvaren er konfigurert til å "akkumulere trinn eller høydestigninger".

Ofte kan "ingen akkumulering" konfigureres:

• i TwoNav er innstillingsmulighetene felles for alle GPS
• hos Gamin bør du konsultere brukermanualen og ettersalgsservicen (hver modell har sine egne egenskaper i henhold til den typiske brukerprofilen)
• OpenTraveller-appen har et alternativ som foreslår å justere følsomhetsterskelen for å bestemme høydeforskjellen.

Alle har sin egen løsning 💡.

Nettsteder eller programvare for online analyse streber etter å erstatte høyden fra "gpx"-filer med egne høydedata.

Eksempel: STRAVA har laget en "native" høydemetrifil opprettet ved bruk av høyder avledet fra spor avledet fra GPS kjent for STRAVA og er utstyrt med en barometrisk sensor Den vedtatte løsningen forutsetter at GPS-en er kjent for STRAVA, så for øyeblikket hentes den hovedsakelig fra GARMIN-serien, og påliteligheten til filen forutsetter at hver bruker har tatt hånd om manuell høydetilbakestilling. .

Når det gjelder de praktiske implikasjonene, oppstår problemet spesielt under gruppeturer, fordi hver deltaker 🚵 kan merke at høydeforskjellen deres er forskjellig fra nivået til andre deltakere, avhengig av deres type GPS, eller det er en nysgjerrig bruker som ikke forstår hvorfor forskjellen er GPS-høyde, analyseprogramvare eller STRAVA er forskjellig.

I den perfekt desinfiserte STRAVA-verdenen bør alle medlemmer av GPS GARMIN-brukergruppen i prinsippet se samme høyde på sin GPS og på sin STRAVA. Det er logisk at forskjellen kun kan forklares med høydejusteringen ingenting bekrefter at den rapporterte høydeforskjellen er korrekt.

Det er logisk at et medlem av denne brukergruppen som har en GPS som ikke er kjent for STRAVA, skal se den samme høydeforskjellen på STRAVA som assistentene hans, selv om nivåforskjellen som vises av hans GPS er forskjellig. Han kan skylde på utstyret sitt, som likevel fungerer som det skal.

Den nærmeste verdien av høydeforskjellen oppnås fortsatt i FRANKRIKE eller BELGIA når man leser IGN-kortet., vil idriftsettelse av en mer avansert geoide gradvis flytte landemerket mot GNSS

GNSS: Geolokalisering og navigasjon ved bruk av et satellittsystem: Bestemme posisjonen og hastigheten til et punkt på overflaten eller i umiddelbar nærhet av jorden ved å behandle radiosignaler fra flere kunstige satellitter mottatt på det punktet.

Hvis du trenger å stole på programvare eller en applikasjon for å få høydeforskjellen, må du justere denne programvaren for å justere akkumuleringstrinnverdien i henhold til konturlinjene på IGN-kartet til stedet, det vil si 5 eller 10 m. Et lite skritt vil bli til en dråpe alle små hopp eller overganger til humper, og omvendt, et skritt for høyt vil slette stigningen av små bakker.

Etter å ha brukt disse anbefalingene, viser forfatterens eksperiment at høydeverdiene oppnådd ved bruk av GPS eller analyseprogramvare utstyrt med en pålitelig DEM forblir innenfor det "riktige" området, forutsatt at IGN-kartet også har sine egne usikkerhetersammenlignet med anslaget oppnådd med IGN-kortet 1 / 25.

På den annen side er verdien publisert av STRAVA vanligvis overvurdert. Metoden som brukes av STRAVA, basert på "tilbakemeldinger" fra brukere, lar deg teoretisk forutsi en rask konvergens til verdier som er svært nær sannheten, som, avhengig av antall besøkende, allerede bør finne sted i BikePark eller veldig travle spor!

For å illustrere dette konkret, er her en analyse av et spor, tatt tilfeldig, på en 20 km lang kupert vei. Den "barometriske" GPS-høyden ble satt før avgang, den gir "Barometric + GPS"-høyden, DTM er en pålitelig DTM som har blitt redesignet for å være nøyaktig. Vi er utenfor området der STRAVA kunne ha en pålitelig høydeprofil.

Dette er en illustrasjon av et spor der forskjellen mellom IGN og GPS er størst og forskjellen mellom IGN og STRAVA er minst. avstanden mellom GPS og STRAVA er 80m og den sanne "IGN" er i mellom.

Høyder
Reise	Ankomst	Max	min	høyde	Avvik / IGN
GPS (Barriere + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Høydejustering på DTM	122	122	150	98	198	-30
MAT	280	+ 51
IGN-kort	122	122	148	99	228,5	0