Waarom is uw GPS- of STRAVA-hoogte onnauwkeurig?

Een terugkerende vraag of vraag rijst over hoogtenauwkeurigheid en GPS-hoogteverschillen.

Hoewel het misschien triviaal lijkt, is het een uitdaging om een ​​nauwkeurige hoogte te krijgen, in het horizontale vlak kun je gemakkelijk een meetlint, touw, geodetische ketting plaatsen of de omtrek van een wiel verzamelen om de afstand te meten. aan de andere kant is het moeilijker om de meter 📐 in het verticale vlak te plaatsen.

GPS-hoogten zijn gebaseerd op een wiskundige weergave van de vorm van de aarde, terwijl hoogten op een topografische kaart zijn gebaseerd op een verticaal coördinatensysteem dat bij de aardbol hoort.

Daarom zijn dit twee verschillende systemen die op één punt moeten samenvallen.

Hoogte en hoogteverschil zijn parameters die de meeste fietsers, mountainbikers, wandelaars en klimmers na een rit willen raadplegen.

De instructies voor het verkrijgen van het verticale profiel en het juiste hoogteverschil zijn relatief goed gedocumenteerd in outdoor GPS-handleidingen (zoals de Garmin GPSMap-reekshandleidingen), paradoxaal genoeg is deze informatie bijna afwezig of cryptisch in de beoogde GPS-gebruikershandleidingen. voor fietsers (bijvoorbeeld gidsen voor het Garmin Edge GPS-bereik).

Garmin's After Sales Service deelt alle nuttige adviezen uit, net als de TwoNav. Voor andere gps-fabrikanten of apps (naast Strava) is dit een groot gat .

Hoe de hoogte meten?

Verschillende technieken:

• Door de beroemde stelling van Thales in de praktijk toe te passen,
• Verschillende triangulatietechnieken,
• Met behulp van een hoogtemeter,
• radar, deal,
• Satelliet metingen.

Barometrische hoogtemeter

Het was nodig om de norm te bepalen: de hoogtemeter vertaalt de atmosferische druk van een plaats in een hoogte. Een hoogte van 0 m komt overeen met een druk van 1013,25 mbar op zeeniveau bij een temperatuur van 15 ° Celsius.

In de praktijk wordt op zeeniveau zelden aan deze twee voorwaarden voldaan, bijvoorbeeld bij het schrijven van dit artikel was de druk aan de kust van Normandië 1035 mbar en is de temperatuur bijna 6 °, wat kan leiden tot een fout op een hoogte van ongeveer 500 mtr.

De barometrische hoogtemeter geeft nauwkeurige hoogte na aanpassing als de druk- / temperatuuromstandigheden stabiliseren.

Aanpassing is om een ​​nauwkeurige hoogte voor een locatie te behouden, en dan past de hoogtemeter die hoogte aan als reactie op veranderingen in atmosferische druk en temperatuur.

Een temperatuurdaling 🌡 vernauwt de drukcurves en de hoogte neemt toe, en vice versa als de temperatuur stijgt.

De weergegeven hoogtewaarde is gevoelig voor veranderingen in de omgevingstemperatuur, de gebruiker van de hoogtemeter, die hem vasthoudt of om de pols draagt, moet zich bewust zijn van het effect van lokale temperatuurveranderingen op de weergegeven waarde (bijvoorbeeld: horloge gesloten / open met mouw, relatieve wind door snelle of langzame bewegingen, invloed van lichaamstemperatuur, etc.).

Om de stabiele luchtmassa te vereenvoudigen, is het het stabiele weer 🌥.

Bij correct gebruik is de barometrische hoogtemeter een betrouwbaar referentie-instrument voor een verscheidenheid aan toepassingen zoals luchtvaart, wandelen, bergbeklimmen ...

L'altitude GPS

GPS bepaalt de hoogte van een plaats ten opzichte van de ideale bol die de aarde nabootst: "Ellipsoïde". Aangezien de aarde onvolmaakt is, moet deze hoogte worden getransformeerd om de "geoïde" hoogte 🌍 te krijgen.

Een waarnemer die met behulp van GPS de hoogte van een meetmarkering afleest, kan een afwijking van enkele tientallen meters zien, hoewel zijn GPS onder ideale ontvangstomstandigheden correct werkt. Misschien is de GPS-ontvanger verkeerd?

Dit verschil wordt verklaard door de nauwkeurigheid van het modelleren van de ellipsoïde en in het bijzonder het geoïdemodel, dat complex is vanwege het feit dat het aardoppervlak geen ideale bol is, afwijkingen bevat, onderhevig is aan menselijke aanpassingen en voortdurend verandert. (Tellurisch en menselijk).

Deze onnauwkeurigheden worden gecombineerd met de meetfouten die inherent zijn aan GPS en zijn de oorzaak van onnauwkeurigheden en constante veranderingen in de hoogte die door de GPS worden gerapporteerd.

Satellietgeometrie die een goede horizontale nauwkeurigheid bevordert, dat wil zeggen de lage positie van de satellieten aan de horizon, verhindert nauwkeurige hoogtebepaling. De orde van grootte van de verticale precisie is 1,5 keer de horizontale precisie.

De meeste fabrikanten van GPS-chipsets integreren het wiskundige model in hun software. die het geodetische model van de aarde benadert en biedt de in dit model gespecificeerde hoogte.

Dit betekent dat als je op zee loopt, het niet ongebruikelijk is om negatieve of positieve hoogte te zien, omdat het geodetische model van de aarde onvolmaakt is, en aan deze tekortkoming moet de fout worden toegevoegd die inherent is aan GPS. De combinatie van deze fouten kan op bepaalde locaties een hoogteafwijking van meer dan 50 meter veroorzaken 😐.

De geoïdemodellen zijn verfijnd, met name de hoogtemeting die is verkregen als gevolg van GNNS-positionering zal gedurende meerdere jaren onnauwkeurig blijven.

Digitaal Terreinmodel “DTM”

Een DTM is een digitaal bestand dat is samengesteld uit rasters, elk raster (vierkant elementair oppervlak) geeft een hoogtewaarde voor het oppervlak van dat raster. Een idee van de huidige rastergrootte van het wereldhoogtemodel is 30 m x 90 m. Als u de positie van een punt op het aardoppervlak kent (lengtegraad, breedtegraad), is het gemakkelijk om de hoogte van de plaats te krijgen door te lezen het DTM-bestand (of DTM, Digital Terrain Model in het Engels).

Het belangrijkste nadeel van een DEM is de betrouwbaarheid (afwijkingen, gaten) en de bestandsnauwkeurigheid; Voorbeelden:

• De ASTER DEM is verkrijgbaar met een stap (raster of pixel) van 30 m, horizontale nauwkeurigheid van 30 m en een hoogtemeter van 20 m.
• De MNT SRTM is beschikbaar in 90 m afstand (raster of pixel), ongeveer 16 m hoogtemeter en 60 m planimetrische nauwkeurigheid.
• Het Sonny DEM-model (Europa) is beschikbaar in stappen van 1°x1°, d.w.z. met een celgrootte in de orde van grootte van 25 x 30 m, afhankelijk van de breedtegraad. De leverancier heeft de meest nauwkeurige gegevensbronnen samengesteld, deze DEM is relatief nauwkeurig en kan "gemakkelijk" worden gebruikt voor TwoNav en Garmin GPS via de gratis OpenmtbMap-kaarten.
• IGN DEM 5 m x 5 m is gratis beschikbaar (vanaf januari 2021) in stappen van 1 m x 1 m of 5 m x 5 m met een verticale resolutie van 1 m. Toegang tot deze DEM wordt uitgelegd in deze gids.

Verwar de resolutie (of de nauwkeurigheid van de gegevens in het bestand) niet met de werkelijke nauwkeurigheid van die gegevens. Aflezingen (metingen) kunnen worden verkregen met instrumenten waarmee het aardoppervlak niet tot op de dichtstbijzijnde meter kan worden waargenomen.

IGN DEM, gratis verkrijgbaar 🙏 vanaf januari 2021, is een lappendeken van metingen (metingen) verkregen met verschillende instrumenten. Gebieden die zijn gescand voor recent onderzoek (bijv. overstromingsrisico) zijn gescand met een resolutie van 1 m, elders kan de nauwkeurigheid erg ver van deze waarde liggen. In het bestand zijn de gegevens echter geïnterpoleerd om de velden in te vullen in stappen van 5x5 m of 1x1 m. IGN heeft een pollingcampagne met hoge resolutie gelanceerd met als doel Frankrijk volledig te dekken tegen 2026, en op die dag zal IGN DEM accuraat zijn en gratis met tussenpozen van 1x1x1m. ...

De DEM geeft de hoogte van de grond weer: er wordt geen rekening gehouden met de hoogte van de infrastructuur (gebouwen, bruggen, heggen, enz.). In het bos is dit de hoogte van de aarde aan de voet van de bomen, het wateroppervlak is het oppervlak van de kust voor alle stuwmeren groter dan een hectare.

Alle punten in een cel hebben dezelfde hoogte, dus aan de rand van de klif, vanwege de onzekerheid van de bestandslocatie, opgeteld met de onzekerheid van de locatie, kan de geëxtraheerde hoogte dezelfde zijn als die van de aangrenzende cel.

De GPS-positioneringsnauwkeurigheid onder ideale ontvangstomstandigheden ligt in de orde van 4,5 m bij 90%. Deze prestatie wordt gezien met de meest recente GPS-ontvangers (GPS + Glonass + Galileo). Daarom is de nauwkeurigheid 90 van de 100 keer tussen 0 en 5 m (heldere lucht, exclusief maskers, exclusief canyons, enz.) van de werkelijke locatie. het gebruik van een DEM met een cel van 1 x 1 m is contraproductief.omdat de kans dat je op het juiste rooster staat zeldzaam is. Deze keuze zal de processor overweldigen zonder echte toegevoegde waarde!

Om een ​​DEM te krijgen die kan worden gebruikt in:

• TwoNav GPS: CDEM op 5 m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny-database

  Leer hoe u uw eigen DEM voor TwoNav GPS kunt maken. Niveaucurven kunnen worden geëxtraheerd met behulp van Qgis-software.

Bepaal de hoogte met behulp van GPS

Een oplossing zou kunnen zijn om het DEM-bestand in uw GPS-navigator te laden, maar de hoogte is alleen betrouwbaar als de rasters kleiner worden en als het bestand nauwkeurig genoeg is (horizontaal en verticaal).

Om een ​​goed beeld te krijgen van de kwaliteit van de DEM volstaat het om bijvoorbeeld het reliëf van een meer te visualiseren of een pad aan te leggen dat het meer oversteekt en de verhogingen in een 2D-doorsnede te observeren.

Afbeelding: LAND-software, uitzicht op het meer van Gerardmer in 3D-vergroting x XNUMX met correcte DEM. De projectie van mazen op het terrein toont de huidige DEM-limiet.

Afbeelding: LAND-programma, zicht op het Gérardmermeer “BOG” in 2D met de juiste DTM.

Alle moderne GPS-apparaten van "goede kwaliteit" hebben een kompas en een digitale barometrische sensor, dus een barometrische hoogtemeter; Door deze sensor te gebruiken, kunt u een nauwkeurige hoogte krijgen, op voorwaarde dat u de hoogte op een bekend punt instelt (aanbeveling van Garmin).

De onnauwkeurigheid van de hoogte die GPS sinds de komst van GPS biedt, heeft geleid tot de ontwikkeling van hybridisatie-algoritmen voor de luchtvaart die barometerhoogte en GPS-hoogte gebruiken om een ​​nauwkeurige geografische positie te verschaffen. hoogte. Het is een betrouwbare hoogte-oplossing en de voorkeur van GPS-fabrikanten, geoptimaliseerd voor TwoNav outdoor-oefeningen. en Garmin.

Bij Garmin wordt het GPS-aanbod geïntroduceerd volgens het gebruikersprofiel (outdoor, fietsen, mountainbiken, enz.), dus het is belangrijk om de gebruikershandleidingen en after-sales service te raadplegen.

De optimale oplossing is om uw GPS in te stellen op de optie:

• Hoogte = Barometer + GPS, als GPS dit toelaat,
• Hoogte = Barometer + DTM (MNT) als GPS dit toelaat.

In alle gevallen, voor een GPS die is uitgerust met een barometer, stelt u de barometer handmatig in op de minimale hoogte bij het startpunt. In de bergen ⛰ bij lange afdalingen moet de instelling opnieuw worden gedaan, vooral bij schommelingen in temperatuur en weer.

Sommige Garmin GPS-geoptimaliseerde fietstoestellen stellen automatisch de barometrische hoogte opnieuw in op bekende hoogte-waypoints, wat een bijzonder slimme oplossing is voor mountainbiken. De gebruiker moet echter vóór het verlaten van de hoogte van de passen en de bodem van de vallei informeren; op de terugweg zal het hoogteverschil kloppen 👍.

In de Barometer + (GPS of DTM)-modus voegt de fabrikant een automatisch algoritme voor het aanpassen van de barometer toe, gebaseerd op het principe dat de stijging die wordt waargenomen door de barometer, GPS of DEM consistent moet zijn: dit principe biedt een grote flexibiliteit aan de gebruiker en is zeer geschikt voor buitenactiviteiten.

De gebruiker moet zich echter bewust zijn van de beperkingen:

• De GPS is gebaseerd op de geoïde, dus als de gebruiker zich door kunstmatig terrein beweegt (bijvoorbeeld naar slakkenstortplaatsen), worden de correcties vervormd,
• De DEM toont het pad op de grond, als de gebruiker een aanzienlijk deel van de menselijke infrastructuur leent (viaduct, brug, voetgangersbruggen, tunnels, enz.), worden de aanpassingen gecompenseerd.

Daarom is de optimale procedure voor het verkrijgen van een nauwkeurige verhoging van de hoogte als volgt:

1️⃣ Pas de barometrische sensor aan het begin aan. Zonder deze instelling worden de hoogtes omgerekend (verschoven), het niveauverschil is correct als de afwijking door het weer klein is (korte route buiten de bergen). Voor Garmin-familie GPS-gebruikers worden "gpx"-hoogten gebruikt door Garmin en Strava voor de gemeenschap, dus het verdient de voorkeur om het juiste hoogteprofiel in de database in te voeren.

2️⃣ Om de drift (fout in hoogte en hoogte) door weersomstandigheden op lange reizen (> 1 uur) en in de bergen te verminderen:

• Focus op keuze Barometer + GPS, buitenterreinen met kunstmatig reliëf (stortplaatsen, kunstmatige heuvels, enz.),
• Focus op keuze Barometer + DTM (MNT)als u IGN DTM (5 x 5 m raster) of Sonny DTM (Frankrijk of Europa) hebt geïnstalleerd buiten een route die veel infrastructuur gebruikt (voetgangersbruggen, viaducten, enz.).

Een hoogteverschil ontwikkelen

Het hoogteprobleem dat in de vorige regels is beschreven, manifesteert zich meestal nadat is vastgesteld dat het hoogteverschil tussen de twee beoefenaars anders is of varieert afhankelijk van of het wordt uitgelezen op GPS of in een toepassing zoals STRAVA (zie STRAVA-help) bijvoorbeeld.

Allereerst moet u uw GPS afstemmen om de meest betrouwbare hoogte te bieden.

Het is vrij eenvoudig om het verschil in niveaus te krijgen door de kaart te lezen, vaak is de beoefenaar beperkt tot het bepalen van het verschil tussen de punten van extreme afmetingen, hoewel het, om precies te zijn, nodig is om de positieve contourlijnen te tellen om de som te krijgen .

Er zijn geen horizontale lijnen in het digitale bestand, de GPS-software, de toepassing voor het plotten van sporen of de analysesoftware is geconfigureerd om "stappen of verhogingen te accumuleren".

Vaak kan "geen accumulatie" worden geconfigureerd:

• in TwoNav zijn de instellingsopties gemeenschappelijk voor alle GPS
• bij Gamin dient u de gebruikershandleiding en de klantenservice te raadplegen (elk model heeft zijn eigen kenmerken volgens het typische gebruikersprofiel)
• de OpenTraveller-app heeft een optie die suggereert om de gevoeligheidsdrempel aan te passen voor het bepalen van het hoogteverschil.

Iedereen heeft zijn eigen oplossing .

Websites of software voor online analyse streven om hoogte te vervangen van "gpx"-bestanden met hun eigen hoogtegegevens.

Voorbeeld: STRAVA heeft een "native" altimetriebestand gemaakt dat is gemaakt met behulp van hoogtes die zijn afgeleid van sporen die zijn afgeleid van GPS bekend bij STRAVA en is uitgerust met een barometrische sensor.De aangenomen oplossing gaat ervan uit dat de GPS bekend is bij STRAVA, dus op dit moment wordt deze voornamelijk verkregen uit het GARMIN-bereik, en de betrouwbaarheid van het bestand gaat ervan uit dat elke gebruiker heeft gezorgd voor handmatige hoogte-reset .

Wat betreft de praktische implicaties, het probleem doet zich vooral voor tijdens groepswandelingen, omdat elke deelnemer 🚵 kan merken dat hun hoogteverschil verschilt van het niveau van andere deelnemers, afhankelijk van hun type GPS, of het een nieuwsgierige gebruiker is die het niet begrijpt waarom het verschil GPS-hoogte is, analysesoftware of STRAVA is anders.

In de perfect gesaneerde STRAVA-wereld zouden alle leden van de GPS GARMIN-gebruikersgroep in principe dezelfde hoogte op hun GPS en op hun STRAVA moeten zien. Logisch dat het verschil echter alleen verklaard kan worden door de hoogteverstelling niets bevestigt dat het gerapporteerde hoogteverschil correct is.

Het is logisch dat een lid van deze gebruikersgroep die een GPS heeft die niet bekend is bij STRAVA, hetzelfde hoogteverschil op STRAVA ziet als zijn assistenten, hoewel het niveauverschil dat door zijn GPS wordt weergegeven anders is. Hij kan zijn apparatuur de schuld geven, die toch correct werkt.

De dichtstbijzijnde werkelijke waarde van het hoogteverschil wordt nog steeds verkregen in FRANKRIJK of BELGI bij het lezen van de IGN-kaart., zal de ingebruikname van een meer geavanceerde geoïde het oriëntatiepunt geleidelijk naar GNSS . verplaatsen

GNSS: Geolocatie en navigatie met behulp van een satellietsysteem: bepaling van de positie en snelheid van een punt op het oppervlak of in de onmiddellijke nabijheid van de aarde door radiosignalen te verwerken van verschillende kunstmatige satellieten die op dat punt zijn ontvangen.

Als u op software of een applicatie moet vertrouwen om het hoogteverschil te krijgen, moet u deze software aanpassen om de waarde van de accumulatiestap aan te passen volgens de contourlijnen van de IGN-kaart van de locatie, dat wil zeggen 5 of 10 m. Een kleine stap verandert in een druppel, alle kleine sprongen of overgangen naar hobbels, en omgekeerd, een te hoge stap zal de opkomst van kleine heuvels wissen.

Na toepassing van deze aanbevelingen toont het experiment van de auteur aan dat de hoogtewaarden verkregen met behulp van GPS of analysesoftware uitgerust met een betrouwbare DEM binnen het "juiste" bereik blijven, ervan uitgaande dat de IGN-kaart ook zijn eigen onzekerheden heeftvergeleken met de schatting verkregen met de IGN-kaart 1 / 25.

Aan de andere kant wordt de door STRAVA gepubliceerde waarde meestal overdreven. De door STRAVA gebruikte methode, gebaseerd op de "feedback" van gebruikers, stelt je theoretisch in staat om een ​​snelle convergentie te voorspellen naar waarden die heel dicht bij de waarheid liggen, die, afhankelijk van het aantal bezoekers, al in BikePark zou moeten plaatsvinden of zeer drukke tracks!

Om dit punt concreet te illustreren, is hier een analyse van een willekeurig genomen spoor op een 20 km lange heuvelachtige weg. De "barometrische" GPS-hoogte is ingesteld voor vertrek, het biedt de "Barometrische + GPS"-hoogte, de DTM is een betrouwbare DTM die opnieuw is ontworpen om nauwkeurig te zijn. We bevinden ons buiten het gebied waar STRAVA een betrouwbaar hoogteprofiel zou kunnen hebben.

Dit is een illustratie van een baan waar het verschil tussen IGN en GPS het grootst is en het verschil tussen IGN en STRAVA het kleinst. de afstand tussen GPS en STRAVA is 80 meter, en de echte "IGN" zit tussen hen in.

Hoogtes
Depart	Aankomst	Max	min	hoogte	Afwijking / IGN
GPS (Barrière + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Hoogteverstelling op DTM	122	122	150	98	198	-30
VOEDING	280	+ 51
IGN-kaarten	122	122	148	99	228,5	0