De ce GPS-ul sau altitudinea STRAVA este inexactă?

Apare o întrebare sau o întrebare recurentă cu privire la precizia altitudinii și diferențele de altitudine GPS.

Deși poate părea banal, obținerea unei înălțimi precise este o provocare, în plan orizontal puteți plasa cu ușurință o bandă de măsurare, o frânghie, un lanț geodezic sau să acumulați circumferința unei roți pentru a măsura distanța. pe de altă parte, este mai dificil să poziționați contorul 📐 în plan vertical.

Înălțimile GPS se bazează pe o reprezentare matematică a formei pământului, în timp ce înălțimile de pe o hartă topografică se bazează pe un sistem de coordonate vertical asociat globului.

Prin urmare, acestea sunt două sisteme diferite care trebuie să coincidă la un moment dat.

Altitudinea și căderea verticală sunt parametrii cu care majoritatea bicicliștilor, cicliștilor montani, drumeților și alpiniștilor vor dori să-i consulte după o plimbare.

Instrucțiunile pentru obținerea profilului vertical și a diferenței corecte de cotă sunt relativ bine documentate în manualele GPS pentru exterior (cum ar fi manualele de gamă Garmin GPSMap), în mod paradoxal, aceste informații sunt aproape absente sau criptice în manualele de utilizare GPS destinate. pentru bicicliști (de exemplu, ghiduri pentru gama GPS Garmin Edge).

Serviciul post-vânzare al Garmin oferă toate sfaturile utile, la fel ca TwoNav. Pentru alți producători de GPS sau aplicații (în afară de Strava) acesta este un mare decalaj 🕳.

Cum se măsoară înălțimea?

Mai multe tehnici:

• Aplicând celebra teoremă Thales în practică,
• Diferite tehnici de triangulare,
• Folosind un altimetru,
• Radar, afacere,
• Măsurători prin satelit.

Altimetru barometric

A fost necesar să se determine standardul: altimetrul traduce presiunea atmosferică a unui loc într-o altitudine. O altitudine de 0 m corespunde unei presiuni de 1013,25 mbar la nivelul mării la o temperatură de 15 ° Celsius.

În practică, aceste două condiții sunt rareori îndeplinite la nivelul mării, de exemplu, la scrierea acestui articol, presiunea pe coasta Normandiei a fost de 1035 mbar, iar temperatura este aproape de 6 °, ceea ce poate duce la o eroare la o altitudine. de aproximativ 500 m.

Altimetrul barometric oferă altitudinea precisă după reajustare dacă condițiile de presiune/temperatură se stabilizează.

Ajustarea constă în menținerea unei altitudini precise pentru o locație, iar apoi altimetrul ajustează acea altitudine ca răspuns la modificările presiunii atmosferice și ale temperaturii.

O scădere a temperaturii 🌡 îngustează curbele de presiune, iar altitudinea crește și invers dacă temperatura crește.

Valoarea de altitudine afișată va fi sensibilă la modificările temperaturii ambientale, utilizatorul altimetrului, care îl ține sau îl poartă la încheietură, trebuie să fie conștient de efectul modificărilor temperaturii locale asupra valorii afișate (de exemplu: ceas). închis/deschis cu mânecă, vânt relativ din cauza mișcărilor rapide sau lente, influenței temperaturii corpului etc.).

Pentru a simplifica masa de aer stabilă, este vremea stabilă 🌥.

Când este utilizat corect, altimetrul barometric este un instrument de referință fiabil pentru o varietate de aplicații, cum ar fi aeronautică, drumeții, alpinism...

Altitudinea GPS

GPS-ul determină înălțimea unui loc în raport cu sfera ideală care simulează Pământul: „Elipsoid”. Deoarece Pământul este imperfect, această înălțime trebuie transformată pentru a obține înălțimea „geoidului” 🌍.

Un observator care citește înălțimea unui marker de sondaj folosind GPS poate vedea o abatere de câteva zeci de metri, deși GPS-ul său funcționează corect în condiții ideale de recepție. Poate receptorul GPS este greșit?

Această diferență se explică prin acuratețea modelării elipsoidului și, în special, a modelului geoidului, care este complex datorită faptului că suprafața Pământului nu este o sferă ideală, conține anomalii, suferă modificări umane și este în continuă schimbare. (teluric și uman).

Aceste inexactități vor fi combinate cu erorile de măsurare inerente GPS-ului și sunt cauza inexactităților și a modificărilor constante ale altitudinii raportate de GPS.

Geometriile sateliților care favorizează o bună acuratețe orizontală, adică poziția joasă a sateliților la orizont, împiedică achiziția precisă a altitudinii. Ordinul de mărime al preciziei verticale este de 1,5 ori precizia orizontală.

Majoritatea producătorilor de chipset-uri GPS integrează modelul matematic în software-ul lor. care se apropie de modelul geodezic al pământului și oferă înălțimea specificată în acest model.

Asta înseamnă că dacă mergi pe mare nu este neobișnuit să vezi altitudine negativă sau pozitivă, deoarece modelul geodezic al pământului este imperfect, iar la acest neajuns trebuie adăugată eroarea inerentă GPS-ului. Combinația acestor erori poate provoca o abatere a cotei de peste 50 de metri în anumite locații 😐.

Modelele geoidelor au fost rafinate, în special, altimetria obținută ca urmare a poziționării GNNS va rămâne inexacte timp de câțiva ani.

Model digital de teren „DTM”

Un DTM este un fișier digital compus din grile, fiecare grilă (suprafață elementară pătrată) oferă o valoare a înălțimii pentru suprafața acelei grile. O idee despre dimensiunea actuală a grilei modelului de altitudine mondială este de 30 m x 90 m. Cunoscând poziția unui punct pe suprafața pământului (longitudine, latitudine), este ușor să obțineți înălțimea locului citind fișierul DTM (sau DTM, Digital Terrain Model în engleză).

Principalul dezavantaj al unui DEM este fiabilitatea acestuia (anomalii, găuri) și acuratețea fișierului; Exemple:

• ASTER DEM este disponibil cu un pas (grilă sau pixel) de 30 m, precizie orizontală de 30 m și un altimetru de 20 m.
• MNT SRTM este disponibil cu o distanță de 90 m (grilă sau pixel), aproximativ 16 m altimetru și 60 m precizie planimetrică.
• Modelul Sonny DEM (Europa) este disponibil în trepte de 1°x1°, adică cu o dimensiune a celulei de ordinul 25 x 30 m, în funcție de latitudine. Vânzătorul a compilat cele mai precise surse de date, acest DEM este relativ precis și poate fi folosit „cu ușurință” pentru TwoNav și Garmin GPS prin maparea gratuită OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m este disponibil gratuit (din ianuarie 2021) în trepte de 1m x 1m sau 5m x 5m cu rezoluție verticală de 1m. Accesul la acest DEM este explicat în acest ghid.

Nu confundați rezoluția (sau acuratețea datelor din fișier) cu acuratețea reală a datelor respective. Citirile (măsurătorile) pot fi obținute de la instrumente care nu permit observarea suprafeței globului până la cel mai apropiat metru.

IGN DEM, disponibil gratuit 🙏 din ianuarie 2021, este un mozaic de citiri (măsurători) obținute cu diverse instrumente. Zonele scanate pentru cercetări recente (de exemplu, riscul de inundații) au fost scanate la o rezoluție de 1 m, în altă parte precizia poate fi foarte departe de această valoare. Cu toate acestea, în fișier, datele au fost interpolate pentru a umple câmpurile în trepte de 5x5m sau 1x1m. IGN a lansat o campanie de sondaje de înaltă rezoluție cu scopul de a acoperi complet Franța până în 2026, iar în acea zi, IGN DEM va fi precis și gratuit la intervale de 1x1x1m...

DEM arată cota terenului: înălțimea infrastructurii (cladiri, poduri, gard viu etc.) nu este luată în considerare. În pădure, aceasta este înălțimea pământului la poalele copacilor, suprafața apei este suprafața coastei pentru toate rezervoarele mai mari de un hectar.

Toate punctele dintr-o celulă au aceeași înălțime, așa că la marginea stâncii, din cauza incertitudinii locației fișierului, însumată cu incertitudinea locației, înălțimea extrasă poate fi aceeași cu celula vecină.

Precizia de poziționare GPS în condiții ideale de recepție este de ordinul a 4,5 m la 90%. Această performanță se vede cu cele mai recente receptoare GPS (GPS + Glonass + Galileo). Prin urmare, precizia este de 90 de ori din 100 între 0 și 5 m (cer senin, excluzând măștile, excluzând canioanele etc.) a locației reale. folosirea unui DEM cu o celulă de 1 x 1 m este contraproductivă.deoarece șansele de a fi pe grila corectă vor fi rare. Această alegere va copleși procesorul fără valoare adăugată reală!

Pentru a obține un DEM care poate fi utilizat în:

• TwoNav GPS: CDEM на 5 m (RGEALTI).

• GPS Garmin: baza de date Sonny

  Aflați cum să vă creați propriul DEM pentru TwoNav GPS. Curbele de nivel pot fi extrase folosind software-ul Qgis.

Determinați altitudinea folosind GPS-ul

O soluție ar putea fi să încărcați fișierul DEM în navigatorul dvs. GPS, dar altitudinea va fi de încredere numai dacă grilele sunt reduse în dimensiune și dacă fișierul este suficient de precis (orizontal și vertical).

Pentru a vă face o idee bună despre calitatea DEM, este suficient să vizualizați, de exemplu, relieful unui lac sau să construiți o potecă care traversează lacul și să observați cotele într-o secțiune 2D.

Imagine: software LAND, vedere la Lacul Gerardmer la mărire 3D x XNUMX cu DEM corect. Proiecția ochiurilor pe teren arată limita actuală DEM.

Imagine: program LAND, vedere a lacului Gérardmer „BOG” în 2D cu DTM-ul corect.

Toate dispozitivele GPS moderne „de bună calitate” au busolă și senzor barometric digital, deci și altimetru barometric; Utilizarea acestui senzor vă permite să obțineți o altitudine precisă cu condiția să setați altitudinea la un punct cunoscut (recomandare Garmin).

Imprecizia de altitudine furnizată de GPS de la apariția GPS a determinat dezvoltarea algoritmilor de hibridizare pentru aeronautică care utilizează altitudinea barometrului și altitudinea GPS pentru a oferi o poziție geografică precisă. înălţime. Este o soluție fiabilă de altitudine și alegerea preferată a producătorilor de GPS, optimizată pentru practica TwoNav în aer liber. și Garmin.

La Garmin, oferta GPS este introdusă în funcție de profilul utilizatorului (outdoor, ciclism, mountain bike etc.), așa că este important să consultați manualele de utilizare și serviciul post-vânzare.

Soluția optimă este să setați GPS-ul la opțiunea:

• Altitudine = Barometru + GPS, dacă GPS-ul permite,
• Altitudine = Barometru + DTM (MNT) dacă GPS-ul permite.

În toate cazurile, pentru un GPS echipat cu barometru, setați manual barometrul la altitudinea minimă la punctul de plecare. La munte ⛰ la curse lungi, setarea va trebui refăcută, mai ales în cazul fluctuațiilor de temperatură și vreme.

Unele dispozitive de ciclism optimizate pentru GPS Garmin resetează automat altitudinea barometrică la punctele de referință de altitudine cunoscute, ceea ce este o soluție deosebit de inteligentă pentru ciclism montan. Cu toate acestea, utilizatorul trebuie să informeze, de exemplu, înainte de a părăsi înălțimea trecătorilor și fundul văii; la întoarcere, diferența de înălțime va fi exactă 👍.

În modul Barometru + (GPS sau DTM), producătorul include un algoritm de reglare automată a barometrului bazat pe principiul că creșterea văzută de barometru, GPS sau DEM trebuie să fie consecventă: acest principiu oferă o mare flexibilitate utilizatorului și este foarte potrivit pentru activitati in aer liber.

Cu toate acestea, utilizatorul ar trebui să fie conștient de limitările:

• GPS-ul se bazează pe geoid, așa că dacă utilizatorul se deplasează prin teren artificial (de exemplu, pentru a zgura haldele), corecțiile vor fi distorsionate,
• DEM arată traseul la sol, dacă utilizatorul împrumută o parte semnificativă a infrastructurii umane (viaduct, pod, poduri pietonale, tuneluri etc.), ajustările vor fi compensate.

Prin urmare, procedura optimă pentru obținerea unei creșteri precise a cotei este următoarea:

1️⃣ Reglați senzorul barometric la început. Fără această setare, înălțimile vor fi convertite (deplasate), diferența de nivel va fi corectă dacă deriva din cauza vremii este mică (traseu scurt în afara munților). Pentru utilizatorii de GPS din familia Garmin, înălțimile „gpx” sunt folosite de Garmin și Strava pentru comunitate, așa că este de preferat să introduceți profilul corect de altitudine în baza de date.

2️⃣ Pentru a reduce deriva (eroarea în altitudine și altitudine) din cauza condițiilor meteorologice la călătorii lungi (> 1 oră) și la munte:

• Concentrați-vă pe alegere Barometru + GPS, zone exterioare cu relief artificial (zone de gunoi, dealuri artificiale etc.),
• Concentrați-vă pe alegere Barometru + DTM (MNT)dacă ați instalat un DTM IGN (grilă de 5 x 5 m) sau Sonny DTM (Franța sau Europa) în afara unui traseu care utilizează o parte semnificativă a infrastructurii (poduri pietonale, pasaje supraeterne etc.).

Dezvoltarea unei diferențe de înălțime

Problema de altitudine descrisă în rândurile anterioare se manifestă cel mai adesea după ce s-a observat că diferența de altitudine dintre cei doi practicanți este diferită sau variază în funcție de faptul că este citită pe GPS sau într-o aplicație precum STRAVA (vezi ajutor STRAVA) de exemplu.

În primul rând, trebuie să vă reglați GPS-ul pentru a oferi cea mai sigură altitudine.

Este destul de simplu să obții diferența de niveluri citind hărții, de multe ori practicianul se limitează la determinarea diferenței dintre punctele de dimensiuni extreme, deși, mai exact, este necesar să se numere curbele pozitive pentru a obține suma. .

Nu există linii orizontale în fișierul digital, software-ul GPS, aplicația de trasare a traseului sau software-ul de analiză sunt configurate pentru „acumulare pași sau incremente de cotă”.

Adesea, „nicio acumulare” poate fi configurată:

• în TwoNav opțiunile de setare sunt comune tuturor GPS-urilor
• la Gamin ar trebui să consultați manualul de utilizare și serviciul post-vânzare (fiecare model are propriile caracteristici în funcție de profilul tipic de utilizator)
• aplicația OpenTraveller are o opțiune care sugerează ajustarea pragului de sensibilitate pentru determinarea diferenței de înălțime.

Fiecare are soluția lui 💡.

Site-uri web sau software pentru analiză online străduiți-vă să înlocuiți înălțimea din fișiere „gpx” cu propriile lor date de înălțime.

Exemplu: STRAVA a creat un fișier de altimetrie „nativ” creat folosind cote derivate din trasee derivate din GPS cunoscut de STRAVA si este dotat cu senzor barometric.Solutia adoptata presupune ca GPS-ul este cunoscut de STRAVA, deci in momentul de fata este obtinut in principal din gama GARMIN, iar fiabilitatea fisierului presupune ca fiecare utilizator s-a ocupat de resetarea manuala a altitudinii. .

În ceea ce privește consecințele practice, problema apare mai ales în timpul plimbărilor în grup, deoarece fiecare participant 🚵 poate observa că diferența de cotă este diferită de nivelul celorlalți participanți, în funcție de tipul de GPS, sau este un utilizator curios care nu înțelege. de ce diferența este altitudinea GPS, software-ul de analiză sau STRAVA este diferit.

În lumea STRAVA perfect igienizată, toți membrii grupului de utilizatori GPS GARMIN ar trebui, în principiu, să vadă aceeași altitudine pe GPS și pe STRAVA. Este logic însă că diferența poate fi explicată doar prin reglarea înălțimii nimic nu confirmă că diferența de înălțime raportată este corectă.

Este logic ca un membru al acestui grup de utilizatori care are un GPS necunoscut de STRAVA să vadă pe STRAVA aceeași diferență de altitudine ca și asistenții săi, deși diferența de nivel afișată de GPS-ul său este diferită. El poate da vina pe echipamentul său, care totuși funcționează corect.

Valoarea cea mai apropiată de adevărată a diferenței de înălțime este încă obținută în FRANȚA sau BELGIA la citirea cardului IGN., punerea în funcțiune a unui geoid mai avansat va muta treptat reperul către GNSS

GNSS: Geolocalizare și navigație folosind un sistem prin satelit: Determinarea poziției și vitezei unui punct de pe suprafață sau în imediata apropiere a Pământului prin procesarea semnalelor radio de la mai mulți sateliți artificiali recepționați în acel punct.

Dacă trebuie să vă bazați pe software sau pe o aplicație pentru a obține diferența de altitudine, trebuie să ajustați acest software pentru a ajusta valoarea pasului de acumulare în funcție de curbele de nivel ale hărții IGN a sitului, adică 5 sau 10 m. Un pas mic va transforma într-o picătură toate săriturile mici sau trecerile la denivelări și invers, un pas prea sus va șterge ridicarea dealurilor mici.

După aplicarea acestor recomandări, experimentul autorului arată că valorile altitudinii obținute folosind GPS sau software de analiză echipat cu un DEM de încredere rămân în intervalul „corec”, presupunând că harta IGN are și propriile sale incertitudinifata de estimarea obtinuta cu cardul IGN 1 / 25.

Pe de altă parte, valoarea publicată de STRAVA este de obicei supraevaluată. Metoda folosită de STRAVA, bazată pe „feedback-ul” de la utilizatori, vă permite teoretic să preziceți o convergență rapidă către valori foarte apropiate de adevăr, care, în funcție de numărul de vizitatori, ar trebui să aibă deja loc în BikePark. sau piese foarte aglomerate!

Pentru a ilustra concret acest punct, iată o analiză a unei piste, luată la întâmplare, pe un drum de deal de 20 km lungime. Altitudinea GPS „barometrică” a fost setată înainte de plecare, oferă altitudinea „barometrică + GPS”, DTM-ul este un DTM de încredere care a fost reproiectat pentru a fi precis. Ne aflăm în afara zonei în care STRAVA ar putea avea un profil de cotă de încredere.

Aceasta este o ilustrare a unei piste în care diferența dintre IGN și GPS este cea mai mare, iar diferența dintre IGN și STRAVA este cea mai mică. distanta dintre GPS si STRAVA este de 80m, iar adevaratul "IGN" este intre ele.

Înălțimi
départ	Sosire	Max	min	înălțime	Abatere / IGN
GPS (Bariera + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Reglarea înălțimii pe DTM	122	122	150	98	198	-30
ALIMENTARĂ	280	+51
carduri IGN	122	122	148	99	228,5	0