מדוע גובה ה-GPS או ה-STRAVA שלך לא מדויק?

מתעוררת שאלה או שאלה שחוזרות על עצמן בנוגע לדיוק גבהים והבדלי גבהים ב-GPS.

למרות שזה אולי נראה טריוויאלי, קבלת גובה מדויק היא מאתגרת, במישור האופקי אתה יכול בקלות למקם סרט מדידה, חבל, שרשרת גאודזית, או לצבור היקף של גלגל כדי למדוד מרחק. מצד שני, קשה יותר למקם את המונה 📐 במישור האנכי.

גבהים של GPS מבוססים על ייצוג מתמטי של צורת כדור הארץ, בעוד גבהים במפה טופוגרפית מבוססים על מערכת קואורדינטות אנכית הקשורה לכדור הארץ.

לכן, מדובר בשתי מערכות שונות שצריכות לחפף בשלב מסוים.

גובה וירידה אנכית הם פרמטרים שרוב רוכבי האופניים, רוכבי ההרים, המטיילים והמטפסים ירצו להתייעץ איתם לאחר רכיבה.

הוראות לקבלת פרופיל אנכי והפרשי גובה נכונים מתועדות טוב יחסית במדריכי GPS חיצוניים (כגון מדריכי טווח של Garmin GPSMap), באופן פרדוקסלי, מידע זה כמעט נעדר או מסתורי במדריכי המשתמש המיועדים ל-GPS. לרוכבי אופניים (לדוגמה, מדריכים לטווח ה-Garmin Edge GPS).

שירות לאחר המכירה של Garmin מחלק את כל העצות המועילות, בדיוק כמו TwoNav. עבור יצרניות אחרות של GPS או אפליקציות (מלבד Strava) מדובר בפער גדול 🕳.

איך מודדים את הגובה?

מספר טכניקות:

• יישום משפט תאלס המפורסם בפועל,
• טכניקות טריאנגולציה שונות,
• באמצעות מד גובה,
• מכ"ם, עסקה,
• מדידות לווין.

מד גובה ברומטרי

היה צורך לקבוע את התקן: מד הגובה מתרגם את הלחץ האטמוספרי של מקום לגובה. גובה של 0 מ' מתאים ללחץ של 1013,25 mbar בגובה פני הים בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס.

בפועל, שני התנאים הללו מתקיימים רק לעתים רחוקות בגובה פני הים, למשל, בעת כתיבת מאמר זה, הלחץ על חופי נורמנדי היה 1035 mbar, והטמפרטורה קרובה ל-6 מעלות, מה שעלול להוביל לטעות בגובה של כ-500 מ'.

מד גובה ברומטרי נותן גובה מדויק לאחר התאמה מחדש אם תנאי לחץ/טמפרטורה מתייצבים.

ההתאמה היא להבטיח את הגובה המדויק של האתר, ואז מד הגובה מתאים את הגובה הזה בתגובה לשינויים בלחץ האטמוספרי ובטמפרטורה.

ירידה בטמפרטורה 🌡 מצמצמת את עקומות הלחץ והגובה עולה, ולהיפך אם הטמפרטורה עולה.

ערך הגובה המוצג יהיה רגיש לשינויים בטמפרטורת הסביבה, המשתמש במד הגובה, האוחז או עונד אותו על פרק היד, צריך להיות מודע להשפעת השינויים בטמפרטורה המקומית על הערך המוצג (לדוגמה: שעון סגור/פתוח עם שרוול, רוח יחסית עקב תנועות מהירות או איטיות, השפעת טמפרטורת הגוף וכו').

כדי לפשט את מסת האוויר היציבה, זה תנאי מזג האוויר היציבים 🌥.

בשימוש נכון, מד הגובה הברומטרי הוא מכשיר ייחוס אמין למגוון יישומים כגון אווירונאוטיקה, טיולים רגליים, טיפוס הרים ...

L'altitude GPS

GPS קובע את גובהו של מקום ביחס לכדור האידיאלי המדמה את כדור הארץ: "אליפסואיד". מכיוון שכדור הארץ אינו מושלם, יש לשנות את הגובה הזה כדי לקבל את הגובה "גיאואיד" 🌍.

צופה שקורא את הגובה של סמן סקר באמצעות GPS יכול לראות סטייה של כמה עשרות מטרים, למרות שה-GPS שלו פועל כהלכה בתנאי קליטה אידיאליים. אולי מקלט ה-GPS שגוי?

הבדל זה מוסבר על ידי הדיוק של מודל האליפסואיד ובמיוחד המודל הגיאואיד, שהוא מורכב בשל העובדה שפני כדור הארץ אינם כדור אידיאלי, מכיל חריגות, נתון לשינויים אנושיים ומשתנה ללא הרף. (טלוריק ואנושי).

אי דיוקים אלו ישולבו עם שגיאות מדידה הגלומות ב-GPS, והם הגורם לאי דיוקים ושינויים מתמידים בגובה המדווח על ידי GPS.

גיאומטריות לווין המעדיפות דיוק אופקי טוב, כלומר המיקום הנמוך של הלוויינים באופק, מונעת רכישת גובה מדויקת. סדר הגודל של הדיוק האנכי הוא פי 1,5 מהדיוק האופקי.

רוב יצרני ערכות ה-GPS משלבים את המודל המתמטי בתוכנה שלהם. שמתקרב למודל הגיאודטי של כדור הארץ ומספק את הגובה המצוין בדגם זה.

זה אומר שאם אתה הולך על הים, זה לא יוצא דופן לראות גובה שלילי או חיובי, כי המודל הגיאודטי של כדור הארץ אינו מושלם, ולחסרון הזה יש להוסיף את השגיאה הספציפית ל-GPS. השילוב של שגיאות אלו עלול לגרום לסטיית גובה של יותר מ-50 מטר במקומות מסוימים 😐.

הדגמים הגיאואידים שוכללו, במיוחד, הגובה המתקבל כתוצאה ממיקום GNNS יישאר לא מדויק במשך מספר שנים.

דגם שטח דיגיטלי "DTM"

DTM הוא קובץ דיגיטלי המורכב מרשתות, כל רשת (משטח אלמנטרי מרובע) מספק ערך גובה עבור פני השטח של אותה רשת. רעיון של גודל הרשת הנוכחי של מודל הגובה העולמי הוא 30 מ' על 90 מ'. הכרת המיקום של נקודה על פני כדור הארץ (קו אורך, קו רוחב), קל לקבל את גובה המקום על ידי קריאה קובץ DTM (או DTM, Digital Terrain Model באנגלית).

החיסרון העיקרי של DEM הוא האמינות שלו (חריגות, חורים) ודיוק הקבצים; דוגמאות:

• ה-ASTER DEM זמין עם צעד (רשת או פיקסל) של 30 מ', דיוק אופקי של 30 מ' ומד גובה של 20 מ'.
• ה-MNT SRTM זמין למרווחים של 90 מ' (רשת או פיקסל), כ-16 מ' מטר גובה ודיוק פלנימטרי של 60 מ'.
• דגם Sonny DEM (אירופה) זמין במרווחים של 1°x1°, כלומר עם גודל תא בסדר גודל של 25x30 מ' בהתאם לקו הרוחב. הספק ליקט את מקורות הנתונים המדויקים ביותר, DEM זה מדויק יחסית וניתן להשתמש בו "בקלות" עבור TwoNav ו-Garmin GPS באמצעות מיפוי OpenmtbMap החינמי.
• IGN DEM 5m x 5m זמין ללא תשלום (מינואר 2021) בצעדים של 1m x 1m או 5m x 5m ברזולוציה אנכית של 1m. הגישה ל-DEM זה מוסברת במדריך זה.

אל תבלבל את הרזולוציה (או את הדיוק של הנתונים בקובץ) עם הדיוק בפועל של הנתונים האלה. ניתן לקבל קריאות (מדידות) ממכשירים שאינם מאפשרים תצפית על פני כדור הארץ בדיוק של מטר.

IGN DEM, זמין בחינם 🙏 מינואר 2021, הוא טלאי של קריאות (מידות) המתקבלות עם מכשירים שונים. אזורים שנסרקו למחקר עדכני (למשל סכנת הצפה) נסרקו ברזולוציה של 1 מטר, במקומות אחרים הדיוק עשוי להיות רחוק מאוד מערך זה. עם זאת, הנתונים בקובץ עברו אינטרפולציה כדי למלא את השדות במרווחים של 5x5m או 1x1m. IGN השיקה מסע סקרים ברזולוציה גבוהה במטרה לכסות את צרפת במלואה עד 2026, ובאותו יום IGN DEM יהיה מדויק וחינמי במרווחים של 1x1x1 מטר....

DEM מציג את גובה הקרקע: גובה התשתית (מבנים, גשרים, גדרות וכו') אינו נלקח בחשבון. ביער זהו גובה האדמה למרגלות העצים, פני המים הם פני החוף לכל המאגרים הגדולים מהקטר אחד.

כל הנקודות בתא בעלות אותו גובה, כך שבקצה המצוק, עקב אי הוודאות של מיקום הקובץ, בסיכום עם אי הוודאות של המיקום, הגובה שחולץ עשוי להיות זהה לתא השכן.

דיוק מיקום ה-GPS בתנאי קליטה אידיאליים הוא בסדר גודל של 4,5 מ' ב-90%. ביצועים אלה נראים עם מקלטי ה-GPS העדכניים ביותר (GPS + Glonass + Galileo). לכן, הדיוק הוא 90 פעמים מתוך 100 בין 0 ל-5 מ' (שמיים בהירים, לא כולל מסכות, לא כולל קניונים וכו') מהמיקום האמיתי. שימוש ב-DEM עם תא בגודל 1 x 1 מ' אינו יעיל.כי הסיכוי להיות על הרשת הנכונה יהיה נדיר. הבחירה הזו תכריע את המעבד ללא ערך מוסף אמיתי!

כדי לקבל DEM שניתן להשתמש בו ב:

• TwoNav GPS: CDEM на 5 מ' (RGEALTI).

• Garmin GPS: סוני מסד נתונים

  למד כיצד ליצור DEM משלך עבור TwoNav GPS. ניתן לחלץ עקומות מפלס באמצעות תוכנת Qgis.

קבע את הגובה באמצעות GPS

פתרון אחד יכול להיות טעינת קובץ DEM לנווט ה-GPS שלך, אבל הגובה יהיה אמין רק אם הרשתות מצטמצמות בגודלן ואם הקובץ מדויק מספיק (אופקי ואנכי).

כדי לקבל מושג טוב על איכות ה-DEM, מספיק לדמיין, למשל, תבליט של אגם או לבנות שביל שחוצה את האגם ולצפות בגבהים בקטע דו-ממדי.

תמונה: תוכנת LAND, נוף של אגם Gerardmer בהגדלה תלת-ממדית x 3 עם DEM נכון. הקרנת הרשתות על התבליט מראה את מגבלת ה- DEM הנוכחית.

תמונה: תוכנית LAND, נוף של אגם Gérardmer "BOG" בדו-ממד עם ה-DTM הנכון.

לכל מכשירי ה-GPS המודרניים "איכות טובה" יש מצפן וחיישן ברומטרי דיגיטלי, ומכאן מד גובה ברומטרי; שימוש בחיישן זה מאפשר לך לקבל גובה מדויק בתנאי שתגדיר את הגובה בנקודה ידועה (המלצת Garmin).

חוסר הדיוק בגובה שמספק GPS מאז הופעת ה-GPS גרם לפיתוח של אלגוריתמי הכלאה לאווירונאוטיקה המשתמשים בגובה ברומטר ובגובה GPS כדי לספק מיקום גיאוגרפי מדויק. גוֹבַה. זהו פתרון גובה אמין והבחירה המועדפת על יצרני GPS, מותאם לתרגול TwoNav חיצוני. ו-Garmin.

ב-Garmin, היצע ה-GPS מוצג על פי פרופיל המשתמש (בחוץ, רכיבה על אופניים, אופני הרים וכו'), לכן חשוב להתייחס למדריכי המשתמש ולשירות לאחר המכירה.

הפתרון האופטימלי הוא להגדיר את ה-GPS שלך לאפשרות:

• גובה = ברומטר + GPS, אם ה-GPS מאפשר,
• גובה = ברומטר + DTM (MNT) אם ה-GPS מאפשר.

בכל המקרים, עבור GPS המצויד בברומטר, הגדר ידנית את הברומטר לגובה המינימלי שלו בנקודת ההתחלה. בהרים ⛰ בריצות ארוכות, יהיה צורך לבצע מחדש את ההגדרה, במיוחד במקרה של תנודות בטמפרטורה ובמזג האוויר.

חלק ממכשירי הרכיבה המותאמים ל-GPS של Garmin מאפסים אוטומטית את הגובה הברומטרי בנקודות ציון שהגובה שלהן ידוע, וזה פתרון חכם במיוחד לרכיבה על אופני הרים. עם זאת, על המשתמש להודיע, למשל, לפני היציאה מגובה הפסים ותחתית העמק; בדרך חזרה, הפרש הגובה יהיה מדויק 👍.

במצב Barometer + (GPS או DTM), היצרן כולל אלגוריתם התאמת ברומטר אוטומטי המבוסס על העיקרון שהעלייה הנראית על ידי הברומטר, ה-GPS או DEM חייבת להיות עקבית: עיקרון זה מציע גמישות רבה למשתמשים ומתאים היטב לשטחים חיצוניים. פעילויות.

עם זאת, על המשתמש להיות מודע למגבלות:

• ה-GPS מבוסס על הגיאואיד, כך שאם המשתמש יעבור בשטח מלאכותי (לדוגמה, למזבלות סיגים), התיקונים יתעוותו,
• ה-DEM מציג את השביל על הקרקע, במידה והמשתמש ישאל חלק נכבד מהתשתית האנושית (ויאדוקט, גשר, גשרים להולכי רגל, מנהרות וכו'), ההתאמות יוסטו.

לכן, ההליך האופטימלי לקבלת עליית גובה מדויקת הוא כדלקמן:

1️⃣ התאם את החיישן הברומטרי בהתחלה. ללא הגדרה זו, הגבהים יומרו (הוסטו), הפרש המפלס יהיה נכון אם הסחף בגלל תנאי מזג האוויר קטן (מסלול קצר מחוץ להרים). עבור משתמשי GPS של משפחת Garmin, גבהים "gpx" משמשים את Garmin ו-Strava עבור הקהילה, ולכן עדיף להזין את פרופיל הגובה הנכון במסד הנתונים.

2️⃣ לצמצום הסחף (שגיאה בגובה ובגובה) עקב תנאי מזג האוויר בנסיעות ארוכות (> 1 שעה) ובהרים:

• התמקד בבחירה ברומטר + GPS, אזורים חיצוניים עם הקלה מלאכותית (אזורי אשפה, גבעות מלאכותיות וכו'),
• התמקד בבחירה ברומטר + DTM (MNT)אם התקנת IGN DTM (רשת של 5 x 5 מ') או Sonny DTM (צרפת או אירופה) מחוץ למסלול שמשתמש בחלק ניכר מהתשתית (גשרים להולכי רגל, גשרים עיליים וכו').

פיתוח הפרש גבהים

בעיית הגובה המתוארת בשורות הקודמות מתבטאת לרוב לאחר שמבחינים שההבדל בגובה בין שני המתרגלים שונה או משתנה בהתאם אם הוא נקרא ב-GPS או באפליקציה כמו STRAVA (ראה עזרה של STRAVA) למשל.

קודם כל, אתה צריך לכוון את ה-GPS שלך כדי לספק את הגובה האמין ביותר.

זה די פשוט לקבל את ההבדל ברמות על ידי קריאת המפה, לעתים קרובות המתרגל מוגבל לקביעת ההבדל בין נקודות הממדים הקיצוניים, אם כי, ליתר דיוק, יש צורך לספור את קווי המתאר החיוביים כדי לקבל את הסכום .

אין קווים אופקיים בקובץ הדיגיטלי, תוכנת ה-GPS, אפליקציית שרטוט המסלולים או תוכנת הניתוח מוגדרת "לצבור שלבים או מרווחי גובה".

לעתים קרובות ניתן להגדיר "ללא הצטברות":

• ב-TwoNav אפשרויות ההגדרה משותפות לכל ה-GPS
• ב-Gamin כדאי להיוועץ במדריך למשתמש ובשירות לאחר המכירה (לכל דגם יש מאפיינים משלו בהתאם לפרופיל המשתמש הטיפוסי)
• לאפליקציית OpenTraveller יש אפשרות המציעה להתאים את סף הרגישות לקביעת ההבדל בגובה.

לכל אחד יש את הפתרון שלו 💡.

אתרים או תוכנות לניתוח מקוון שואפים להחליף גובה מקבצי "gpx" עם נתוני גובה משלהם.

דוגמה: STRAVA יצרה קובץ גובה "מקורי" שנוצר באמצעות גבהים שנגזרו ממסלולים שנגזרו מ GPS ידוע ל-STRAVA ומצויד בחיישן ברומטרי הפתרון המאומץ מניח שה-GPS מוכר ל-STRAVA, כך שכרגע הוא מתקבל בעיקר מטווח GARMIN, ואמינות הקובץ מניחה שכל משתמש דאג לאיפוס גובה ידני. .

באשר להשלכות הפרקטיות, הבעיה מתעוררת במיוחד במהלך הליכות קבוצתיות, כי כל משתתף 🚵 יכול לשים לב שהפרש הגבהים שלו שונה מרמת המשתתפים האחרים, תלוי בסוג ה-GPS שלו, או שמדובר במשתמש סקרן שלא מבין מדוע ההבדל הוא בגובה GPS, תוכנת ניתוח או STRAVA שונה.

בעולם STRAVA המחטא בצורה מושלמת, כל חברי קבוצת המשתמשים של GPS GARMIN צריכים באופן עקרוני לראות את אותו הגובה ב-GPS שלהם וב-STRAVA שלהם. עם זאת, זה הגיוני שניתן להסביר את ההבדל רק על ידי התאמת הגובה שום דבר לא מאשר שהפרש הגובה שפורסם נכון.

זה הגיוני שחבר בקבוצת משתמשים זו שיש לו GPS שאינו מוכר ל-STRAVA יראה את אותו הפרש גבהים ב-STRAVA כמו העוזרים שלו, למרות שהפרש הרמות שמציג ה-GPS שלו שונה. הוא יכול להאשים את הציוד שלו, שבכל זאת עובד כמו שצריך.

הערך הקרוב ביותר לאמיתי של הפרש הגובה עדיין מתקבל בצרפת או בבלגיה בעת קריאת כרטיס IGN., הזמנת גיאואיד מתקדם יותר תזיז בהדרגה את נקודת הציון לכיוון GNSS

GNSS: מיקום גיאוגרפי וניווט באמצעות מערכת לוויין: קביעת המיקום והמהירות של נקודה על פני השטח או בסביבה הקרובה של כדור הארץ על ידי עיבוד אותות רדיו ממספר לוויינים מלאכותיים שנקלטו באותה נקודה.

אם אתה צריך להסתמך על תוכנה או אפליקציה כדי לקבל את הפרש הגבהים, עליך להתאים את התוכנה הזו כדי להתאים את ערך צעדי הצבירה בהתאם לקווי המתאר של מפת IGN של המיקום, כלומר 5 או 10 מ'. צעד קטן יהפוך לטיפה כל הקפיצות הקטנות או מעברים לבליטות, ולהיפך, מדרגה גבוהה מדי תמחק את עלייתן של גבעות קטנות.

לאחר יישום המלצות אלו, הניסוי של המחבר מראה כי ערכי הגובה שהושגו באמצעות GPS או תוכנת ניתוח המצוידת ב-DEM אמין נשארים בטווח ה"נכון", בהנחה שלמפת IGN יש גם אי ודאות משלהבהשוואה לאומדן שהתקבל עם כרטיס IGN 1 / 25.

מצד שני, הערך שמפרסם STRAVA מוגזם בדרך כלל. השיטה בה משתמשת STRAVA, המבוססת על משוב משתמשים, מאפשרת תיאורטית לחזות התכנסות מהירה לערכים הקרובים מאוד לאמת, אשר, בהתאם למספר המבקרים, אמורים להתקיים כבר ב-BikePark או עמוסים מאוד. מסלולים!

כדי להמחיש נקודה זו בצורה קונקרטית, הנה ניתוח של מסלול, שצולם באקראי, על דרך גבעה באורך 20 ק"מ. גובה ה-GPS ה"ברומטרי" נקבע לפני היציאה, הוא מספק את הגובה "ברומטרי + GPS", ה-DTM הוא DTM אמין שעוצב מחדש כדי להיות מדויק. אנחנו נמצאים מחוץ לאזור שבו ל-STRAVA יכול להיות פרופיל גובה אמין.

זוהי המחשה של מסלול שבו ההבדל בין IGN ל-GPS הוא הגדול ביותר וההבדל בין IGN ל-STRAVA הוא הקטן ביותר. המרחק בין GPS ל-STRAVA הוא 80 מטר, וה-"IGN" האמיתי הוא ביניהם.

גבהים
לעזוב	הַגָעָה	מקס	דקות	גובה	סטייה / IGN
GPS (מחסום + GPS)	122	124	150	98	198	-30
התאמת גובה ב-DTM	122	122	150	98	198	-30
מזון	280	+51
כרטיסי IGN	122	122	148	99	228,5	0