Hur kan jag förbättra höjdnoggrannheten i TwoNav GPS?

ingressen

Sedan början av 2021 har IGN tillhandahållit fri tillgång till vissa av sina data:

• IGN:s TOP 25 kartor är inte gratis ännu, men kartversionen som finns tillgänglig på Géoporttail är gratis.
• Databaser för IGN höjdmätare 5 x 5 m är fritt tillgängliga. Dessa databaser möjliggör skapandet av en digital terrängmodell, d.v.s. en höjdkarta med en horisontell upplösning på 5 mx 5 m eller 1 mx 1 m med en vertikal upplösning på 1 m. Eller en bra definition för de användare som vi är.

Den här artikeln i handledningsform är mer specifikt avsedd för användare av GPS TwoNav och Land programvara.

Det är inte möjligt att påverka Garmin GPS-höjddata för närvarande.

Vad är en digital höjdmodell (DTM)

En digital höjdmodell (DEM) är en tredimensionell representation av jordens yta skapad från höjddata. Höjdfilens (DEM) noggrannhet beror på:

• Kvaliteten på höjddata (noggrannhet och metoder som används för mätning),
• Enhetscellstorlek (pixel),
• Om den horisontella noggrannheten för lokaliseringen av dessa rutnät,
• Noggrannheten i din geolokalisering och därmed kvaliteten på din GPS, anslutna klocka eller din smartphone.

En platta eller platta från IGN Altimetric-databasen. 5 km x 5 km kakel, bestående av 1000 × 1000 celler eller 5 mx 5 m celler (Saint Gobain Aisne Forest). Denna skärm projiceras på OSM-baskartan.

DEM är en fil som definierar höjdvärdet för en punkt som ligger i mitten av rutnätet, med hela ytan av rutnätet på samma höjd.

Till exempel är en 5 x 5 m Aisne BD Alti IGN avdelningsfil (avdelning vald på grund av dess stora storlek) strax under 400 brickor.

Varje rutnät identifieras av en uppsättning latitud- och longitudkoordinater.

Ju mindre rutnätsstorlek, desto mer exakta höjddata. Höjddetaljer som är mindre än maskstorleken (upplösning) ignoreras.

Ju mindre maskstorlek, desto högre precision, men desto större blir filen, så den tar upp mer minnesutrymme och svårare att bearbeta, vilket kan sakta ner andra bearbetningsoperationer.

DEM-filstorleken för en avdelning är cirka 1Mo för 25m x 25m, 120Mo för 5m x 5m.

De DEM som används av de flesta appar, webbplatser, GPS och konsumentsmartphones kommer från gratis global data från NASA.

Noggrannhetsordningen för en NASA DEM är en cellstorlek på 60 m x 90 m och en steghöjd på 30 m. Dessa är råfiler, de har inte korrigerats och ofta interpoleras data, noggrannheten är genomsnittlig, det kan finnas stora fel.

Detta är en av anledningarna till den vertikala felaktigheten hos GPS, vilket förklarar skillnaden i höjd som observeras för banan, beroende på vilken webbplats den finns på, GPS:en eller smartphonen som registrerade höjdskillnaden.

• Sonny MNT (se längre fram i den här guiden) är tillgänglig gratis för Europa med en cellstorlek på cirka 25 m x 30 m. Den använder mer exakta datakällor än NASA MNT och har arbetat för att åtgärda stora buggar. Det är en relativt exakt DEM som är lämplig för mountainbikecykling, med bra prestanda i ett europeiskt land.

I bilden ovan har den altimetriska brickan (MNT BD Alti IGN 5 x 5) som täcker slagghögarna (nära Valenciennes) omvandlats till konturlinjer med 2,5 m mellanrum och överlagrade på IGN-kartan. Bilden låter dig "övertyga" om kvaliteten på denna DEM.

• 5 x 5 m IGN DEM har en horisontell upplösning (cellstorlek) på 5 x 5 m och en vertikal upplösning på 1 m. Denna DEM ger terränghöjden; höjden på infrastrukturobjekt (byggnader, broar, häckar etc.) beaktas inte. I skogen är detta jordens höjd vid foten av träden, vattenytan är kustytan för alla reservoarer större än en hektar.

Montering och installation av DEM

För att röra sig snabbare: En TwoNav GPS-användare har sammanställt en digital terrängmodell som täcker Frankrike med hjälp av 5 x 5 m IGN-data. Dessa kan laddas ner per region från den kostnadsfria webbplatsen: CDEM 5 m (RGEALTI).

För användaren är det korrekta testet för att bedöma tillförlitligheten av "DEM" visualiseringen av sjöytan i 3D.

Under sjön av gamla smedjor (Ardennerna), visad i 3D av BD Alti IGN ovan och BD Alti Sonny nedan. Vi ser att det finns kvalitet.

CDEM-höjdmätarkartorna som tillhandahålls av TwoNav som standard för deras GPS- eller LAND-programvara är inte särskilt tillförlitliga.

Den här "handledningen" tillhandahåller alltså en användarguide för att ladda ner "brickor" med tillförlitlig höjdmätningsdata för TwoNav GPS- och LAND-programvaran.

Data är tillgänglig gratis för:

• Hela Europa: Sonny Altimetry Database,
• Frankrike: IGN höjdmätningsdatabas.

Du kan skapa en fil som endast täcker ett land, en avdelning eller ett geografiskt område (Slab / tile / Pellet) för att spara användbart minne eller använda mindre filer.

Sonny Altimeters Database

1 ''-modellerna är uppdelade i 1 ° x1 ° filbitar och finns i SRTM (.hgt)-format med en cellstorlek på 22 × 31 m beroende på latitud, ett format som används över hela världen och används i många program. De betecknas med sina koordinater, till exempel N43E004 (43° nordlig latitud, 4° östlig longitud).

procedur

1. Anslut till webbplatsen https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Ladda ner brickorna som motsvarar det valda landet eller den geografiska sektorn.

3. Extrahera .HGT-filerna från de nedladdade .ZIP-filerna.

4. I LAND, ladda varje .HGT-fil

5. I LAND är alla önskade .hgts öppna, stäng resten.

6. Vänligen gör "Kombinera dessa DEMS", kompileringstiden kan vara lång beroende på antalet brickor som ska samlas in (välj cdem-tillägget) för .CDEM-filen som kan användas på Twonav GPS.

OSM "tile" och MNT "tile" kartläggning i LAND, allt är portabelt till GPS och 100% gratis!

IGN Altimetry Database

Denna databas består av en katalog per avdelning.

procedur

1. Anslut till Geoservices webbplats. Om den här länken inte fungerar: din webbläsare "har inte FTP-åtkomst": få inte panik! Användarguide:
   • I din filhanterare:
   • högerklicka på "den här datorn"
   • högerklicka på "lägg till nätverksplats"
   • Ange adressen "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "utan" ";
   • Namnge denna åtkomst för att identifiera den ex IGN geoservice
   • Avsluta processen
   • Vänta några minuter tills fillistan uppdateras (det tar några minuter)
2. Du har nu tillgång till IGN-data:
   • Högerklicka på datafilen du vill kopiera.
   • INFOGA sedan i målkatalogen
   • Laddningstiderna kan vara långa!

Den här bilden illustrerar importen av Vaucluse 5m x 5m höjdmätare-databasen. Högerklicka på filen, kopiera sedan till mappen och vänta på nedladdningen.

Efter uppackning av den "zippade" filen erhålls en trädstruktur. Uppgifterna motsvarar ca 400 datafiler (brickor) 5 km x 5 km eller 1000 × 1000 celler 5 m x 5 m i .asc-format (textformat) för institutionen.

Multi-tile-skivan täcker huvudsakligen MTB-spåret.

Varje 5x5 km-cell identifieras av en uppsättning Lambert-koordinater 93.

UTM-koordinaterna för det övre vänstra hörnet av denna eller dessa brickor är x = 52 6940 och y = 5494 775:

• 775: kolumnrankning (770, 775, 780, ...) på kartan
• 6940: Linjerankning på kartan

3. Dansa LAND

4. I nästa steg, hitta data i "data"-katalogen, välj bara den första filen:

5. Öppna och bekräfta, fönstret nedan öppnas, var försiktig, detta är det känsligaste steget :

Välj projektionen Lambert-93 och Datum RGF 93 och markera rutan i det nedre vänstra hörnet.

Land extraherar och formaterar data från * .asc-rutor, vilket kan ta ett tag.

Efter att ha skapat plattor från DEM i SRTM (HGT / DEM)-format, finns det lika många av dem som det finns filer i * .asc-format.

6. Med Land kan du "kombinera" dem till en enda DEM-fil eller med brickor eller granulat för att passa dina behov (tänk på att filstorleken kan sakta ner GPS-bearbetningen)

För att underlätta användningen är det att föredra (valfritt) att täcka alla öppna kort först.

I kartmenyn (se nedan) öppnar du alla filer i * .hdr-format (det minst voluminösa) i den importerade databasdatakatalogen (som för de tidigare operationerna)

Land öppnar HDR-filer, avdelning DEM laddas och kan användas

7. Här kan du använda Ardennes DEM (bump map), för att göra det lättare att använda kommer vi att kombinera dem till en fil.

Listmeny:

Kombinera dessa DEM

Välj formatet *.cdem och namnge filen DEM.

Sammanslagningen kommer att ta lite tid, mer än 21 000 filer måste slås samman. Därav rekommendationen att arbeta utifrån MNT-granulat som täcker dina lekplatser.

Den digitala modellen av Ardennerterrängen vi skapade, öppna bara den där IGN Geoportal kartfilen som visas nedan, till exempel.

Testet utförs genom att direkt öppna UtagawaVTT-banan "Château de Linchamp" som visas vid starten med en höjdskillnad på 997m, 981m med Sonny DTM (föregående process) och 1034m när Land ersätter höjden vid varje punkt med en DTM-höjd på 5mx5m .

Beräkning av nivåskillnaden genom att summera konturlinjerna på IGN-kartan visar en nivåskillnad på 1070 m, det vill säga en skillnad på 3 %, vilket är helt korrekt.

Värdet på 1070 förblir ungefärligt eftersom det inte är trivialt att beräkna kurvor på en karta i relief.

Använder en höjdmätningsfil

MNT.cdem-filer kan användas av LAND för att extrahera höjd, beräkna höjd, lutning, waypointspår och mer; och för alla TwoNav GPS-enheter räcker det att lägga filen i / map katalogen och välja den som map.cdem.

En bloggartikel om felaktig höjd avslöjar problemet med höjdmätningar och höjdskillnader med GPS, principen kan överföras till GPS-klockor såväl som smartphoneappar.

Tillverkare använder flera metoder för att "radera" de felaktigheter som presenteras i den här artikeln, filtrera (rörligt medelvärde) höjddata, med hjälp av en barometrisk sensor eller digital terrängmodell.

GPS-höjden är "bullrig", d.v.s. fluktuerar runt ett medelvärde, barometrisk höjd beror på variationerna i barometertrycket och temperaturen, så väder- och DEM-filer kan vara felaktiga.

Hybridisering av en barometer med GPS eller DEM bygger på följande princip:

• Under en lång tidsperiod beror förändringen i barometrisk höjd på väderförhållandena (tryck och temperatur),
• Under en lång tidsperiod filtreras GPS-höjdfel bort,
• Under lång tid liknar DEM-fel brus, så de filtreras bort.

Hybridisering handlar om att beräkna den genomsnittliga GPS- eller DEM-höjden och extrahera höjdförändringen från den.

Till exempel, under de senaste 30 minuterna har höjden på det filtrerade bruset (GPS eller MNT) ökat med 100 m; under samma period ökade dock höjden som anges av barometern med 150 meter.

Logiskt sett bör höjdförändringen vara densamma. Kunskap om egenskaperna hos dessa sensorer gör det möjligt att "justera" -50 m barometern.

Vanligtvis i Baro + GPS eller 3D-läge korrigeras barometerhöjden, som en vandrare eller klättrare skulle göra manuellt, genom att referera till IGN-kartan.

Närmare bestämt upptäcker en ny GPS eller en ny smartphone (bra kvalitet) dig (FIX) med en noggrannhet på 3,5 m i horisontalplanet 90 gånger av 100 när mottagningsförhållandena är idealiska.

Denna horisontella "prestanda" motsvarar en maskstorlek på 5 mx 5 m eller 25 mx 25 m och användningen av dessa DTM ger god vertikal noggrannhet.

DEM visar höjden på marken, om du till exempel korsar Tarndalen på Millau-viadukten, bör spåret som registrerats på DEM ta dig till botten av dalen, även om stigen ligger kvar på viaduktplattformen. ...

Ett annat exempel, när du cyklar mountainbike eller reser på en brant bergssida, försämras den horisontella GPS-noggrannheten på grund av maskering eller flervägseffekter; då kommer höjden som tilldelas FIX att motsvara höjden på en intilliggande eller mer avlägsen platta, alltså antingen till toppen eller till dalens bas.

I fallet med en fil som bildas av rutnät med en stor yta, kommer höjden att tendera till genomsnittet mellan botten av dalen och toppen!

För dessa två extrema men typiska exempel kommer den kumulativa höjdskillnaden gradvis att avvika från det verkliga värdet.

Rekommendationer för användning

För att undvika biverkningar:

• Kalibrera GPS-barometern på höjden av din startpunkt strax före avgång (rekommenderas av alla GPS-tillverkare),
• låt din GPS göra några FIXAR innan du börjar spåra så att positioneringsnoggrannheten matchar,
• välj hybridisering: höjdberäkning = Barometer + GPS eller Barometer + 3D.

Om din spårhöjd har synkroniserats till DEM kommer du att få mycket exakta höjd- och lutningsberäkningar som i bilden nedan, där skillnaden bara är 1 meter.

• GPS Trail 2 (72 dpi försämrad bildtagning, 200 dpi GPS-skärm)
• Överlagringsraster och OSM vektorkarta
• Skala 1: 10 000
• CDEM 5mx5m BD Alti IGN-skuggning framhäver höjden i steg om 1m.

Bilden nedan jämför profilen för två identiska 30 km spår (av samma berömmelse), höjden på den ena synkroniserades med IGN DEM och den andra med Sonny DEM, en rutt som körs i baro + hybridläge 3d.

• Höjd på IGN-karta: 275 m.
• Höjd beräknad med GPS i Hybrid Baro + 3D-läge: 295 m (+ 7%)
• Höjd beräknad med GPS i Hybrid Baro + GPS-läge: 297 m (+ 8%).
• Synkroniserad stigning på IGN MNT: 271 m (-1,4 %)
• Synkroniserad stigning på Sonny MNT: 255 m (-7%)

"Truth" ligger förmodligen utanför 275m IGN på grund av kurvinställningen.

Exempel på automatisk kalibrering (kompensation) av GPS-barometrisk höjdmätare under rutten som visas ovan (Original loggfil från GPS):

• Ingen vertikal ackumulering för att beräkna höjdskillnaden: 5 m, (parametriseringen är identisk med kurvorna på IGN-kartan),
• Höjd under kalibrering/återställning:
  • GPS 113.7 m,
  • Barometrisk höjdmätare 115.0 m,
  • Höjd MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Iteration (avräkningsperiod): 30 minuter
• Barometrisk korrigering för de kommande 30 minuterna: – 0.001297