Varför är din GPS- eller STRAVA-höjd felaktig?

En återkommande fråga eller fråga uppstår angående höjdnoggrannhet och GPS-höjdskillnader.

Även om det kan verka trivialt är det svårt att få en exakt höjd, men i horisontalplanet kan du enkelt placera ett måttband, ett rep, en geodetisk kedja eller samla omkretsen på ett hjul för att mäta avståndet. å andra sidan är det svårare att placera mätaren 📐 i vertikalplanet.

GPS-höjder baseras på en matematisk representation av jordens form, medan höjder på en topografisk karta baseras på ett vertikalt koordinatsystem som är associerat med jordklotet.

Därför är det två olika system som måste sammanfalla vid ett tillfälle.

Höjd och fallhöjd är parametrar som de flesta cyklister, mountainbikecyklister, vandrare och klättrare kommer att vilja rådfråga efter en tur.

Instruktionerna för att erhålla den vertikala profilen och korrekt höjdskillnad är relativt väl dokumenterade i GPS-manualer för utomhusbruk (som Garmins GPSMap-seriehandböcker), paradoxalt nog är denna information nästan frånvarande eller kryptisk i de avsedda GPS-användarmanualerna. för cyklister (till exempel guider för Garmin Edge GPS-räckvidd).

Garmins eftermarknadsservice delar ut alla användbara råd, precis som TwoNav. För andra GPS-tillverkare eller appar (förutom Strava) är detta en stor lucka 🕳.

Hur mäter man höjden?

Flera tekniker:

• Att tillämpa den berömda Thales-satsen i praktiken,
• Olika trianguleringstekniker,
• Med hjälp av en höjdmätare,
• Radar, affär,
• Satellitmätningar.

Barometrisk höjdmätare

Det var nödvändigt att bestämma standarden: höjdmätaren översätter atmosfärstrycket på en plats till en höjd. En höjd av 0 m motsvarar ett tryck på 1013,25 mbar vid havsnivån vid en temperatur på 15 ° Celsius.

I praktiken är dessa två villkor sällan uppfyllda vid havsnivån, till exempel när du skriver den här artikeln var trycket på Normandies kust 1035 mbar, och temperaturen är nära 6 °, vilket kan leda till ett fel på en höjd på cirka 500 m.

Den barometriska höjdmätaren ger exakt höjd efter omjustering om tryck-/temperaturförhållandena stabiliseras.

Justering är att bibehålla en exakt höjd för en plats, och sedan justerar höjdmätaren den höjden som svar på förändringar i atmosfärstryck och temperatur.

En temperatursänkning 🌡 smalnar av tryckkurvorna och höjden ökar, och vice versa om temperaturen ökar.

Det visade höjdvärdet kommer att vara känsligt för förändringar i omgivningstemperaturen, användaren av höjdmätaren, som håller eller bär den på handleden, bör vara medveten om effekten av lokala temperaturförändringar på det visade värdet (till exempel: klockan stängd / öppen med ärm, relativ vind på grund av snabba eller långsamma rörelser, påverkan av kroppstemperatur, etc.).

För att förenkla den stabila luftmassan så är det det stabila vädret 🌥.

När den används på rätt sätt är den barometriska höjdmätaren ett pålitligt referensinstrument för en mängd olika applikationer som flygteknik, vandring, bergsklättring ...

L'höjd GPS

GPS bestämmer höjden på en plats i förhållande till den ideala sfären som simulerar jorden: "Ellipsoid". Eftersom jorden är ofullkomlig måste denna höjd omvandlas för att få den "geoida" höjden 🌍.

En observatör som avläser höjden på en mätmarkör med hjälp av GPS kan se en avvikelse på flera tiotals meter, även om hans GPS fungerar korrekt under idealiska mottagningsförhållanden. Kanske är det fel på GPS-mottagaren?

Denna skillnad förklaras av noggrannheten i att modellera ellipsoiden och i synnerhet geoidmodellen, som är komplex på grund av det faktum att jordens yta inte är en ideal sfär, innehåller anomalier, är föremål för mänskliga modifieringar och förändras ständigt. (Telluric och Human).

Dessa felaktigheter kommer att kombineras med mätfel som är inneboende i GPS, och är orsaken till felaktigheter och ständiga förändringar i höjden som rapporteras av GPS.

Satellitgeometrier som gynnar god horisontell noggrannhet, det vill säga satelliternas låga position vid horisonten, förhindrar exakt höjdinhämtning. Storleksordningen för den vertikala precisionen är 1,5 gånger den horisontella precisionen.

De flesta tillverkare av GPS-chipset integrerar den matematiska modellen i sin programvara. som närmar sig den geodetiska modellen av jorden och ger den höjd som anges i denna modell.

Det betyder att om du går på havet är det inte ovanligt att se negativ eller positiv höjd, eftersom den geodetiska modellen av jorden är ofullkomlig, och till denna brist måste läggas det inneboende felet i GPS. Kombinationen av dessa fel kan orsaka en höjdavvikelse på mer än 50 meter på vissa platser 😐.

Geoidmodellerna har förfinats, i synnerhet kommer höjdmätningen som erhålls som ett resultat av GNNS-positionering att förbli inexakt i flera år.

Digital terrängmodell "DTM"

En DTM är en digital fil som består av rutnät, varje rutnät (fyrkantig elementär yta) ger ett höjdvärde för ytan på det rutnätet. En idé om den nuvarande rutnätsstorleken för världshöjdsmodellen är 30 m x 90 m. Genom att känna till positionen för en punkt på jordens yta (longitud, latitud), är det lätt att få platsens höjd genom att läsa DTM-filen (eller DTM, Digital Terrain Model på engelska).

Den största nackdelen med en DEM är dess tillförlitlighet (avvikelser, hål) och filnoggrannhet; Exempel:

• ASTER DEM finns med ett steg (rutnät eller pixel) på 30 m, horisontell noggrannhet på 30 m och en höjdmätare på 20 m.
• MNT SRTM finns med 90 m avstånd (rutnät eller pixel), cirka 16 m höjdmeter och 60 m planimetrisk noggrannhet.
• Sonny DEM-modellen (Europa) finns i steg om 1°x1°, det vill säga med en cellstorlek i storleksordningen 25 x 30 m beroende på latitud. Säljaren har sammanställt de mest exakta datakällorna, denna DEM är relativt exakt och kan "enkelt" användas för TwoNav och Garmin GPS via den kostnadsfria OpenmtbMap-mappningen.
• IGN DEM 5m x 5m är tillgängligt gratis (från januari 2021) i steg om 1m x 1m eller 5m x 5m med 1m vertikal upplösning. Tillgång till denna DEM förklaras i den här guiden.

Blanda inte ihop upplösningen (eller noggrannheten hos data i filen) med den faktiska noggrannheten hos dessa data. Avläsningar (mätningar) kan erhållas från instrument som inte tillåter observation av jordklotet till närmaste meter.

IGN DEM, tillgänglig gratis 🙏 från januari 2021, är ett lapptäcke av avläsningar (mått) som erhålls med olika instrument. Områden som skannats för nyare forskning (t.ex. översvämningsrisk) skannades med 1 m upplösning, på andra ställen kan noggrannheten vara mycket långt ifrån detta värde. Men i filen har data interpolerats för att fylla fälten i steg om 5x5 m eller 1x1 m. IGN har lanserat en högupplöst valkampanj med målet att helt täcka Frankrike till 2026, och den dagen kommer IGN DEM att vara korrekt. och gratis med 1x1x1m intervaller. ...

DEM visar markens höjd: höjden på infrastrukturen (byggnader, broar, häckar, etc.) tas inte med i beräkningen. I skogen är detta höjden på jorden vid foten av träden, vattenytan är kustytan för alla reservoarer större än en hektar.

Alla punkter i en cell har samma höjd, så vid kanten av klippan, på grund av osäkerheten i filplatsen, summerad med osäkerheten för platsen, kan den extraherade höjden vara densamma som den för granncellen.

GPS-positioneringsnoggrannheten under ideala mottagningsförhållanden är i storleksordningen 4,5 m vid 90 %. Denna prestanda ses med de senaste GPS-mottagarna (GPS + Glonass + Galileo). Därför är noggrannheten 90 gånger av 100 mellan 0 och 5 m (klar himmel, exklusive masker, exklusive kanjoner etc.) av den verkliga platsen. att använda en DEM med en 1 x 1 m cell är kontraproduktivt.eftersom chanserna att hamna på rätt rutnät är sällsynta. Detta val kommer att överväldiga processorn utan något verkligt mervärde!

För att få en DEM som kan användas i:

• TwoNav GPS: CDEM på 5m (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  Lär dig hur du skapar din egen DEM för TwoNav GPS. Nivåkurvor kan extraheras med Qgis programvara.

Bestäm höjden med hjälp av GPS

En lösning kan vara att ladda DEM-filen i din GPS-navigator, men höjden kommer bara att vara tillförlitlig om rutnäten minskas i storlek och om filen är tillräckligt exakt (horisontellt och vertikalt).

För att få en god uppfattning om kvaliteten på DEM räcker det att visualisera till exempel reliefen av en sjö eller bygga en stig som korsar sjön och observera höjderna i en 2D-sektion.

Bild: LAND-programvara, utsikt över sjön Gerardmer i 3D-förstoring x XNUMX med korrekt DEM. Projektionen av maskor på terrängen visar den aktuella DEM-gränsen.

Bild: LAND-program, vy av Gérardmer-sjön "BOG" i 2D med rätt DTM.

Alla moderna GPS-enheter av "god kvalitet" har en kompass och en digital barometrisk sensor, därav en barometrisk höjdmätare; Genom att använda denna sensor kan du få en exakt höjd förutsatt att du ställer in höjden på en känd punkt (Garmins rekommendation).

Den höjdoprecision som GPS tillhandahåller sedan GPS:s tillkomst har föranlett utvecklingen av hybridiseringsalgoritmer för flygteknik som använder barometerhöjd och GPS-höjd för att ge exakt geografisk position. höjd. Det är en pålitlig höjdlösning och det föredragna valet av GPS-tillverkare, optimerad för utomhusträning av TwoNav. och Garmin.

Hos Garmin introduceras GPS-erbjudandet enligt användarprofilen (utomhus, cykling, mountainbike etc.), så det är viktigt att hänvisa till användarmanualerna och kundservice.

Den optimala lösningen är att ställa in din GPS på alternativet:

• Höjd = Barometer + GPS, om GPS tillåter,
• Höjd = Barometer + DTM (MNT) om GPS tillåter.

I alla fall, för en GPS utrustad med en barometer, ställ in barometern manuellt på sin lägsta höjd vid startpunkten. I fjällen ⛰ på långa löpturer kommer inställningen att behöva göras om, speciellt vid fluktuationer i temperatur och väder.

Vissa Garmin GPS-optimerade cykelenheter återställer automatiskt den barometriska höjden vid kända höjdpunkter, vilket är en särskilt smart lösning för mountainbike. Användaren måste dock informera till exempel innan han lämnar höjden på passen och dalens botten; på vägen tillbaka blir höjdskillnaden korrekt 👍.

I Barometer + (GPS eller DTM)-läge inkluderar tillverkaren en automatisk barometerjusteringsalgoritm baserad på principen att höjningen som ses av barometern, GPS eller DEM måste vara konsekvent: denna princip erbjuder stor flexibilitet för användaren och är väl lämpad för utomhus aktiviteter.

Användaren bör dock vara medveten om begränsningarna:

• GPS:en är baserad på geoiden, så om användaren rör sig genom konstgjord terräng (till exempel till slaggdeponier) kommer korrigeringarna att förvrängas,
• DEM visar vägen på marken, om användaren lånar en betydande del av den mänskliga infrastrukturen (viadukt, bro, gångbroar, tunnlar etc.) kommer justeringarna att kompenseras.

Därför är det optimala förfarandet för att erhålla en exakt höjdökning som följer:

1️⃣ Justera den barometriska sensorn i början. Utan denna inställning kommer höjderna att konverteras (förskjutas), nivåskillnaden blir korrekt om avdriften på grund av väder är liten (kort väg utanför bergen). För Garmin-familjens GPS-användare används "gpx"-höjder av Garmin och Strava för samhället, så det är att föredra att ange rätt höjdprofil i databasen.

2️⃣ För att minska avdriften (fel i höjd och höjd) på grund av väderförhållanden på långa resor (> 1 timme) och i bergen:

• Fokusera på valet Barometer + GPS, utanför områden med konstgjord relief (dumpningsområden, konstgjorda kullar, etc.),
• Fokusera på valet Barometer + DTM (MNT)om du har installerat IGN DTM (5 x 5 m rutnät) eller Sonny DTM (Frankrike eller Europa) utanför en rutt som använder en betydande mängd infrastruktur (gångbroar, överfarter, etc.).

Att utveckla en höjdskillnad

Höjdproblemet som beskrivs i de föregående raderna visar sig oftast efter att man observerat att höjdskillnaden mellan de två utövarna är olika eller varierar beroende på om den läses på GPS eller i en applikation som STRAVA (se STRAVA hjälp) till exempel.

Först och främst måste du ställa in din GPS för att ge den mest tillförlitliga höjden.

Det är ganska enkelt att få fram skillnaden i nivåer genom att läsa kartan, ofta är utövaren begränsad till att bestämma skillnaden mellan punkterna med extrema dimensioner, även om det för att vara exakt är nödvändigt att räkna de positiva konturlinjerna för att få summan .

Det finns inga horisontella linjer i den digitala filen, GPS-mjukvaran, spårplotningsapplikationen eller analysmjukvaran är konfigurerad för att "ackumulera steg eller höjdsteg".

Ofta kan "ingen ackumulering" konfigureras:

• i TwoNav är inställningsalternativen gemensamma för alla GPS
• på Gamin bör du konsultera användarmanualen och kundservice (varje modell har sina egna egenskaper enligt den typiska användarprofilen)
• OpenTraveller-appen har ett alternativ som föreslår justering av känslighetströskeln för att bestämma höjdskillnaden.

Alla har sin egen lösning 💡.

Webbplatser eller programvara för onlineanalys sträva efter att ersätta höjden från "gpx"-filer med sina egna höjddata.

Exempel: STRAVA har skapat en "inbyggd" höjdmätningsfil skapad med höjder härledda från spår härledda från GPS känd för STRAVA och är utrustad med en barometrisk sensor. Den antagna lösningen förutsätter att GPS:en är känd för STRAVA, så för tillfället hämtas den huvudsakligen från GARMIN-sortimentet, och filens tillförlitlighet förutsätter att varje användare har tagit hand om manuell höjdåterställning .

När det gäller de praktiska implikationerna uppstår problemet speciellt under grupppromenader, eftersom varje deltagare 🚵 kan märka att deras höjdskillnad skiljer sig från nivån för andra deltagare, beroende på deras typ av GPS, eller så är det en nyfiken användare som inte förstår varför skillnaden är GPS-höjd, analysmjukvara eller STRAVA är olika.

I den perfekt sanerade STRAVA-världen bör alla medlemmar i GPS GARMIN-användargruppen i princip se samma höjd på sin GPS och på sin STRAVA. Det är dock logiskt att skillnaden bara kan förklaras av höjdjusteringen ingenting bekräftar att den rapporterade höjdskillnaden är korrekt.

Det är logiskt att en medlem i denna användargrupp som har en GPS som inte är känd för STRAVA ska se samma höjdskillnad på STRAVA som sina assistenter, även om nivåskillnaden som visas av hans GPS är annorlunda. Han kan skylla på sin utrustning, som ändå fungerar korrekt.

Det närmaste sanna värdet av höjdskillnaden erhålls fortfarande i FRANKRIKE eller BELGIEN när man läser IGN-kortet., kommer driftsättningen av en mer avancerad geoid gradvis att flytta landmärket mot GNSS

GNSS: Geolokalisering och navigering med hjälp av ett satellitsystem: Fastställande av position och hastighet för en punkt på ytan eller i omedelbar närhet av jorden genom att bearbeta radiosignaler från flera artificiella satelliter som tas emot vid den punkten.

Om du behöver förlita dig på programvara eller en applikation för att få höjdskillnaden, måste du justera denna programvara för att justera ackumuleringsstegvärdet enligt konturlinjerna på IGN-kartan för platsen, det vill säga 5 eller 10 m. Ett litet steg kommer att förvandlas till en droppe alla små hopp eller övergångar till gupp, och vice versa, ett för högt steg kommer att radera uppgången av små kullar.

Efter att ha tillämpat dessa rekommendationer visar författarens experiment att höjdvärdena som erhålls med GPS eller analysmjukvara utrustad med en tillförlitlig DEM förblir inom det "rätta" området, förutsatt att IGN-kartan också har sina egna osäkerheterjämfört med uppskattningen som erhölls med IGN-kortet 1 / 25 000.

Å andra sidan är det värde som publiceras av STRAVA vanligtvis överskattat. Metoden som används av STRAVA, baserad på "feedback" från användare, låter dig teoretiskt förutsäga en snabb konvergens till värden som ligger mycket nära sanningen, vilket, beroende på antalet besökare, redan borde äga rum i BikePark eller mycket upptagna spår!

För att konkret illustrera denna punkt följer här en analys av en slumpmässig bana på en 20 km lång kuperad väg. Den "barometriska" GPS-höjden ställdes in före avgång, den ger "Barometric + GPS"-höjden, DTM är en pålitlig DTM som har designats om för att vara exakt. Vi befinner oss utanför området där STRAVA skulle kunna ha en pålitlig höjdprofil.

Detta är en illustration av ett spår där skillnaden mellan IGN och GPS är störst och skillnaden mellan IGN och STRAVA är minst. avståndet mellan GPS och STRAVA är 80m, och den sanna "IGN" är mellan dem.

höjder
Départ	Ankomst	Max	min	höjd	Avvikelse / IGN
GPS (barriär + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Höjdjustering på DTM	122	122	150	98	198	-30
MAT	280	+51
IGN-kort	122	122	148	99	228,5	0