Per què la vostra altitud GPS o STRAVA no és precisa?

Sorgeix una pregunta o pregunta recurrent sobre la precisió de l'altitud i les diferències d'altitud del GPS.

Tot i que pot semblar trivial, aconseguir una alçada precisa és un repte, en el pla horitzontal podeu col·locar fàcilment una cinta mètrica, una corda, una cadena geodèsica o acumular la circumferència d'una roda per mesurar la distància. en canvi, és més difícil col·locar el comptador 📐 en el pla vertical.

Les altures GPS es basen en una representació matemàtica de la forma de la terra, mentre que les altures en un mapa topogràfic es basen en un sistema de coordenades verticals associat al globus.

Per tant, es tracta de dos sistemes diferents que han de coincidir en un moment.

L'altitud i el desnivell són paràmetres que la majoria de ciclistes, ciclistes de muntanya, excursionistes i escaladors voldran consultar després d'un passeig.

Les instruccions per obtenir el perfil vertical i la diferència d'elevació correcta estan relativament ben documentades als manuals de GPS a l'aire lliure (com els manuals de la gamma GPSMap de Garmin), paradoxalment, aquesta informació és gairebé absent o críptica en els manuals d'usuari de GPS previstos. per a ciclistes (per exemple, guies per a la gamma GPS Garmin Edge).

El servei postvenda de Garmin està repartint tots els consells útils, igual que el TwoNav. Per a altres fabricants o aplicacions de GPS (a més de Strava) això és un gran buit 🕳.

Com mesurar l'alçada?

Diverses tècniques:

• Aplicant el famós teorema de Thales a la pràctica,
• Diverses tècniques de triangulació,
• Utilitzant un altímetre,
• Radar, acord,
• Mesures per satèl·lit.

Altímetre baromètric

Calia determinar l'estàndard: l'altímetre tradueix la pressió atmosfèrica d'un lloc en una altitud. Una altitud de 0 m correspon a una pressió de 1013,25 mbar al nivell del mar a una temperatura de 15 ° Celsius.

A la pràctica, aquestes dues condicions rarament es compleixen al nivell del mar, per exemple, en escriure aquest article, la pressió a la costa de Normandia era de 1035 mbar i la temperatura és propera als 6 °, cosa que pot provocar un error a una altitud. d'uns 500 m.

L'altímetre baromètric proporciona una altitud precisa després del reajustament si les condicions de pressió/temperatura s'estabilitzen.

L'ajust és mantenir una altitud precisa per a una ubicació, i després l'altímetre ajusta aquesta altitud en resposta als canvis en la pressió atmosfèrica i la temperatura.

Una baixada de temperatura 🌡 redueix les corbes de pressió i augmenta l'altitud, i viceversa si augmenta la temperatura.

El valor d'altitud mostrat serà sensible als canvis en la temperatura ambient, l'usuari de l'altímetre, que l'agafa o el porta al canell, ha de ser conscient de l'efecte dels canvis de temperatura locals en el valor mostrat (per exemple: rellotge tancat / obert amb màniga, vent relatiu per moviments ràpids o lents, influència de la temperatura corporal, etc.).

Per simplificar la massa d'aire estable, és el temps estable 🌥.

Quan s'utilitza correctament, l'altímetre baromètric és un instrument de referència fiable per a una varietat d'aplicacions com ara l'aeronàutica, el senderisme, l'alpinisme...

L'altitud GPS

El GPS determina l'alçada d'un lloc en relació a l'esfera ideal que simula la Terra: "Elipsoide". Com que la Terra és imperfecta, aquesta alçada s'ha de transformar per obtenir l'alçada "geoide" 🌍.

Un observador que llegeix l'alçada d'un marcador d'enquesta mitjançant GPS pot veure una desviació de diverses desenes de metres, tot i que el seu GPS funciona correctament en condicions de recepció ideals. Potser el receptor GPS està malament?

Aquesta diferència s'explica per la precisió de modelització de l'el·lipsoide i, en particular, del model del geoide, que és complex pel fet que la superfície terrestre no és una esfera ideal, conté anomalies, pateix modificacions humanes i està en constant canvi. (Tel·lúric i humà).

Aquestes imprecisions es combinaran amb els errors de mesura inherents al GPS, i són la causa de les imprecisions i els canvis constants en l'altitud que informa el GPS.

Les geometries de satèl·lits que afavoreixen una bona precisió horitzontal, és a dir, la posició baixa dels satèl·lits a l'horitzó, impedeixen l'adquisició precisa de l'altitud. L'ordre de magnitud de la precisió vertical és 1,5 vegades la precisió horitzontal.

La majoria dels fabricants de chipsets GPS integren el model matemàtic al seu programari. que s'aproxima al model geodèsic de la terra i proporciona l'alçada especificada en aquest model.

Això vol dir que si estàs caminant pel mar no és estrany veure altitud negativa o positiva, perquè el model geodèsic de la terra és imperfecte, i a aquesta mancança cal afegir l'error inherent al GPS. La combinació d'aquests errors pot provocar una desviació d'elevació de més de 50 metres en determinades ubicacions 😐.

Els models de geoide s'han perfeccionat, en particular, l'altimetria obtinguda com a resultat del posicionament GNNS romandrà inexacte durant diversos anys.

Model digital del terreny "DTM"

Un DTM és un fitxer digital format per quadrícules, cada quadrícula (superfície elemental quadrada) proporciona un valor d'alçada per a la superfície d'aquesta quadrícula. Una idea de la mida actual de la quadrícula del model d'elevació mundial és de 30 m x 90 m. Coneixent la posició d'un punt a la superfície de la terra (longitud, latitud), és fàcil obtenir l'alçada del lloc llegint el fitxer DTM (o DTM, Digital Terrain Model en anglès).

El principal desavantatge d'un DEM és la seva fiabilitat (anomalies, forats) i la precisió del fitxer; Exemples:

• L'ASTER DEM està disponible amb un pas (quadrícula o píxel) de 30 m, una precisió horitzontal de 30 m i un altímetre de 20 m.
• El MNT SRTM està disponible per a un espai de 90 m (quadrícula o píxel), un altímetre d'aproximadament 16 m i una precisió planimètrica de 60 m.
• El model Sonny DEM (Europa) està disponible en increments d'1°x1°, és a dir, amb una mida de cel·la de l'ordre de 25 x 30 m en funció de la latitud. El venedor ha recopilat les fonts de dades més precises, aquest DEM és relativament precís i es pot utilitzar "fàcilment" per a TwoNav i Garmin GPS mitjançant el mapeig gratuït OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m està disponible de manera gratuïta (a partir de gener de 2021) en passos d'1m x 1m o 5m x 5m amb una resolució vertical d'1m. L'accés a aquest DEM s'explica en aquesta guia.

No confongueu la resolució (o l'exactitud de les dades del fitxer) amb la precisió real d'aquestes dades. Les lectures (mesures) es poden obtenir a partir d'instruments que no permeten observar la superfície del globus terraqüi al metre més proper.

IGN DEM, disponible gratuïtament 🙏 a partir de gener de 2021, és un mosaic de lectures (mesures) obtingudes amb diversos instruments. Les àrees escanejades per a investigacions recents (per exemple, risc d'inundació) es van escanejar a una resolució d'1 m, en altres llocs la precisió pot estar molt lluny d'aquest valor. Tanmateix, a l'arxiu, les dades s'han interpolat per omplir els camps en increments de 5x5m o 1x1m. IGN ha llançat una campanya d'enquestes d'alta resolució amb l'objectiu de cobrir completament França l'any 2026, i aquell dia, IGN DEM serà precís. i gratuït a intervals d'1x1x1m...

El DEM mostra la cota del terreny: no es té en compte l'alçada de la infraestructura (edificis, ponts, bardisses, etc.). Al bosc, aquesta és l'alçada de la terra al peu dels arbres, la superfície de l'aigua és la superfície de la costa per a tots els embassaments de més d'una hectàrea.

Tots els punts d'una cel·la tenen la mateixa alçada, de manera que a la vora del penya-segat, a causa de la incertesa de la ubicació del fitxer, resumida amb la incertesa de la ubicació, l'alçada extreta pot ser la mateixa que la cel·la veïna.

La precisió de posicionament GPS en condicions de recepció ideals és de l'ordre de 4,5 m al 90%. Aquest rendiment es veu amb els receptors GPS més recents (GPS + Glonass + Galileo). Per tant, la precisió és de 90 vegades sobre 100 entre 0 i 5 m (cel clar, sense màscares, sense canyons, etc.) de la localització real. utilitzar un DEM amb una cel·la d'1 x 1 m és contraproduent.perquè les possibilitats d'estar a la graella correcta seran rares. Aquesta elecció aclapararà el processador sense cap valor afegit real!

Per obtenir un DEM que es pot utilitzar a:

• TwoNav GPS: CDEM a 5 m (RGEALTI).

• GPS Garmin: Base de dades Sonny

  Apreneu a crear el vostre propi DEM per a TwoNav GPS. Les corbes de nivell es poden extreure mitjançant el programari Qgis.

Determineu l'altitud mitjançant el GPS

Una solució podria ser carregar el fitxer DEM al navegador GPS, però l'altitud només serà fiable si les quadrícules es redueixen de mida i si el fitxer és prou precís (horitzontalment i verticalment).

Per tenir una bona idea de la qualitat del DEM, n'hi ha prou de visualitzar, per exemple, el relleu d'un llac o construir un camí que travessa el llac i observar les elevacions en un tram 2D.

Imatge: programari LAND, vista del llac Gerardmer en augment 3D x XNUMX amb DEM correcte. La projecció de les malles sobre el terreny mostra el límit DEM actual.

Imatge: Programa LAND, vista del llac de Gérardmer “BOG” en 2D amb el DTM correcte.

Tots els dispositius GPS moderns de "bona qualitat" tenen una brúixola i un sensor baromètric digital, per tant un altímetre baromètric; L'ús d'aquest sensor us permet obtenir una altitud precisa sempre que l'ajusteu a un punt conegut (recomanació de Garmin).

La imprecisió de l'altitud proporcionada pel GPS des de l'arribada del GPS ha impulsat el desenvolupament d'algoritmes d'hibridació per a l'aeronàutica que utilitzen l'altitud del baròmetre i l'altitud del GPS per proporcionar una posició geogràfica precisa. alçada. És una solució d'altitud fiable i l'opció preferida dels fabricants de GPS, optimitzada per a la pràctica de TwoNav a l'aire lliure. i Garmin.

A Garmin l'oferta de GPS s'introdueix segons el perfil d'usuari (outdoor, ciclisme, BTT, etc.), per això és important consultar els manuals d'usuari i el servei postvenda.

La solució òptima és configurar el GPS a l'opció:

• Altitud = Baròmetre + GPS, si el GPS ho permet,
• Altitud = Baròmetre + DTM (MNT) si el GPS ho permet.

En tots els casos, per a un GPS equipat amb un baròmetre, ajustar manualment el baròmetre a la seva altitud mínima al punt de partida. A la muntanya ⛰ en tirades llargues, caldrà tornar a fer la configuració, sobretot en cas de fluctuacions de temperatura i temps.

Alguns dispositius de ciclisme optimitzats per GPS de Garmin restableixen automàticament l'altitud baromètrica en punts d'altitud coneguts, que és una solució especialment intel·ligent per a la bicicleta de muntanya. Tanmateix, l'usuari ha d'informar, per exemple, abans de sortir de l'alçada dels colls i del fons de la vall; a la tornada, la diferència d'alçada serà precisa 👍.

En el mode Baròmetre + (GPS o DTM), el fabricant inclou un algorisme d'ajust automàtic del baròmetre basat en el principi que la pujada observada pel baròmetre, GPS o DEM ha de ser coherent: aquest principi ofereix una gran flexibilitat a l'usuari i és molt adequat per a activitats a l'aire lliure.

Tanmateix, l'usuari ha de ser conscient de les limitacions:

• El GPS es basa en el geoide, de manera que si l'usuari es mou per terreny artificial (per exemple, per abocadors d'escòries), les correccions es distorsionaran,
• El DEM mostra el camí a terra, si l'usuari pren en préstec una part important de la infraestructura humana (viaducte, pont, ponts per a vianants, túnels, etc.), els ajustos es compensaran.

Per tant, el procediment òptim per obtenir un augment d'elevació precís és el següent:

1️⃣ Ajusteu el sensor baromètric al principi. Sense aquesta configuració, les altures es convertiran (desplaçades), el desnivell serà correcte si la deriva per motius meteorològics és petita (itinerari curt fora de la muntanya). Per als usuaris de GPS de la família Garmin, Garmin i Strava utilitzen les altures "gpx" per a la comunitat, per la qual cosa és preferible introduir el perfil d'elevació correcte a la base de dades.

2️⃣ Per reduir la deriva (error en altitud i altitud) per les condicions meteorològiques en viatges llargs (> 1 hora) i a la muntanya:

• Centra't en l'elecció Baròmetre + GPS, zones exteriors amb relleu artificial (abocadors, turons artificials, etc.),
• Centra't en l'elecció Baròmetre + DTM (MNT)si heu instal·lat IGN DTM (quadrícula de 5 x 5 m) o Sonny DTM (França o Europa) fora d'un recorregut que utilitza una quantitat important d'infraestructures (ponts per a vianants, passos elevats, etc.).

Desenvolupament d'una diferència d'alçada

El problema d'altitud descrit a les línies anteriors es manifesta amb més freqüència després d'observar que la diferència d'altitud entre els dos practicants és diferent o varia en funció de si es llegeix al GPS o en una aplicació com STRAVA (vegeu l'ajuda de STRAVA) per exemple.

En primer lloc, heu d'ajustar el vostre GPS per proporcionar l'altitud més fiable.

És bastant senzill obtenir la diferència de nivells llegint el mapa, sovint el practicant es limita a determinar la diferència entre els punts de dimensions extremes, encara que, per ser precisos, cal comptar les corbes de nivell positives per obtenir la suma. .

No hi ha línies horitzontals al fitxer digital, el programari GPS, l'aplicació de traçat de pistes o el programari d'anàlisi està configurat per "acumular passos o increments d'elevació".

Sovint es pot configurar "sense acumulació":

• a TwoNav les opcions de configuració són comunes a tots els GPS
• a Gamin cal consultar el manual d'usuari i el servei postvenda (cada model té les seves característiques segons el perfil d'usuari típic)
• l'aplicació OpenTraveller té una opció que suggereix ajustar el llindar de sensibilitat per determinar la diferència d'alçada.

Cadascú té la seva solució 💡.

Llocs web o programari per a l'anàlisi en línia esforçar-se per substituir l'alçada dels fitxers "gpx" amb les seves pròpies dades d'alçada.

Exemple: STRAVA ha creat un fitxer d'altimetria "natiu" creat amb elevacions derivades de pistes derivades de GPS conegut per STRAVA i està equipat amb un sensor baromètric La solució adoptada suposa que el GPS és conegut per STRAVA, per la qual cosa de moment s'obté principalment de la gamma GARMIN, i la fiabilitat del fitxer suposa que cada usuari s'ha encarregat del restabliment manual de l'altitud. .

Pel que fa a les implicacions pràctiques, el problema sorgeix sobretot durant les caminades en grup, perquè cada participant 🚵 pot notar que el seu desnivell és diferent al de la resta de participants, en funció del seu tipus de GPS, o bé és un usuari curiós que no entén. per què la diferència és l'altitud GPS, el programari d'anàlisi o STRAVA és diferent.

En el món STRAVA perfectament desinfectat, tots els membres del grup d'usuaris de GPS GARMIN haurien de veure, en principi, la mateixa altitud al seu GPS i al seu STRAVA. Tanmateix, és lògic que la diferència només es pugui explicar amb l'ajust d'alçada res no confirma que la diferència d'alçada informada sigui correcta.

És lògic que un membre d'aquest grup d'usuaris que tingui un GPS desconegut per STRAVA vegi la mateixa diferència d'altitud a STRAVA que els seus assistents, tot i que la diferència de nivell que mostra el seu GPS és diferent. Pot culpar el seu equip, que tanmateix funciona correctament.

El valor més proper al real de la diferència d'alçada encara s'obté a FRANÇA o BÈLGICA en llegir la targeta IGN., la posada en marxa d'un geoide més avançat traslladarà gradualment la fita cap al GNSS

GNSS: geolocalització i navegació mitjançant un sistema de satèl·lit: determinació de la posició i la velocitat d'un punt a la superfície o a les proximitats immediates de la Terra mitjançant el processament de senyals de ràdio de diversos satèl·lits artificials rebuts en aquest punt.

Si necessiteu confiar en un programari o una aplicació per obtenir la diferència d'elevació, heu d'ajustar aquest programari per ajustar el valor del pas d'acumulació segons les corbes de nivell del mapa IGN del lloc, és a dir, 5 o 10 m. Un petit pas convertirà en una caiguda tots els petits salts o transicions a bonys, i viceversa, un pas massa alt esborrarà la pujada de petits turons.

Després d'aplicar aquestes recomanacions, l'experiment de l'autor mostra que els valors d'altitud obtinguts mitjançant GPS o programari d'anàlisi equipat amb un DEM fiable es mantenen dins del rang "correcte", suposant que el mapa IGN també té les seves pròpies incertesesen comparació amb l'estimació obtinguda amb la targeta IGN 1/25.

D'altra banda, el valor publicat per STRAVA acostuma a ser exagerat. El mètode utilitzat per STRAVA, basat en el "feedback" dels usuaris, permet teòricament predir una ràpida convergència a valors molt propers a la realitat, que, en funció del nombre de visitants, ja s'haurien de produir al BikePark. o pistes molt concorregudes!

Per il·lustrar aquest punt de manera concreta, aquí teniu l'anàlisi d'una pista, feta a l'atzar, en un camí muntanyós de 20 km. L'altitud GPS "baromètrica" ​​es va establir abans de la sortida, proporciona l'altitud "Baromètrica + GPS", el DTM és un DTM fiable que s'ha redissenyat per ser precís. Estem fora de la zona on STRAVA podria tenir un perfil d'elevació fiable.

Aquesta és una il·lustració d'una pista on la diferència entre IGN i GPS és la més gran i la diferència entre IGN i STRAVA és la més petita. la distància entre GPS i STRAVA és de 80 m, i el veritable "IGN" està entre ells.

Altures
Départ	Arribada	Max	min	alçada	Desviació / IGN
GPS (barrera + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Ajust d'alçada en DTM	122	122	150	98	198	-30
ALIMENTS	280	+ 51
Targetes IGN	122	122	148	99	228,5	0