Πώς να βελτιώσετε την ακρίβεια υψομέτρου στο TwoNav GPS;

Προοίμιο

Από τις αρχές του 2021, το IGN παρέχει δωρεάν πρόσβαση σε ορισμένα από τα δεδομένα του:

• Οι χάρτες "TOP 25" του IGN δεν είναι ακόμη δωρεάν, ωστόσο η έκδοση "Χάρτης" που είναι διαθέσιμη στο Géoportail είναι δωρεάν.
• Οι βάσεις δεδομένων υψομέτρου IGN 5 x 5m είναι ελεύθερα διαθέσιμες. Αυτές οι βάσεις δεδομένων σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους, π.χ. Χάρτης ύψους με οριζόντια ανάλυση 5m x 5m ή 1m x 1m με κατακόρυφη ανάλυση 1m. Ή ένας εξαιρετικός ορισμός για τους χρήστες που είμαστε.

Αυτό το άρθρο, με τη μορφή ενός σεμιναρίου, είναι πιο συγκεκριμένα για χρήστες του λογισμικού GPS TwoNav και Land.

Από σήμερα, δεν είναι δυνατό να επηρεαστούν τα δεδομένα υψομέτρου Garmin GPS.

Τι είναι ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM)

Ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) είναι μια τρισδιάστατη αναπαράσταση της επιφάνειας της γης που δημιουργείται από υψομετρικά δεδομένα. Η ακρίβεια του αρχείου ανύψωσης (DEM) εξαρτάται από:

• Ποιότητα δεδομένων υψομέτρου (ακρίβεια και εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούνται για έρευνες),
• Μέγεθος κελιού μονάδας (pixel),
• Σχετικά με την ακρίβεια οριζόντιας εντοπισμού αυτών των πλεγμάτων,
• Η ακρίβεια της γεωγραφικής θέσης σας και επομένως η ποιότητα του GPS, του συνδεδεμένου ρολογιού ή του smartphone σας.

Πλάκα ή πλακίδιο από τη βάση δεδομένων IGN Altimetric. Πλακίδιο 5 km x 5 km που αποτελείται από κελιά 1000 × 1000 ή κελιά 5 m x 5 m (δάσος Saint Gobain Aisne). Αυτή η οθόνη προβάλλεται στον βασικό χάρτη OSM.

Το DEM είναι ένα αρχείο που ορίζει την τιμή ύψους ενός σημείου που βρίσκεται στο κέντρο του πλέγματος, με ολόκληρη την επιφάνεια του πλέγματος στο ίδιο ύψος.

Για παράδειγμα, ένα αρχείο τμήματος Aisne BD Alti IGN 5 x 5 m (ένα τμήμα που επιλέγεται για το μεγάλο του μέγεθος) είναι λίγο λιγότερο από 400 πλακίδια.

Κάθε πλέγμα προσδιορίζεται από ένα σύνολο συντεταγμένων γεωγραφικού πλάτους και μήκους.

Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του πλέγματος, τόσο πιο ακριβή είναι τα δεδομένα ύψους. Οι λεπτομέρειες υψομέτρου μικρότερες από το μέγεθος του πλέγματος (ανάλυση) αγνοούνται.

Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του πλέγματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια, αλλά τόσο μεγαλύτερο θα είναι το αρχείο, επομένως θα καταλαμβάνει περισσότερο χώρο στη μνήμη και θα είναι πιο δύσκολη η επεξεργασία του, επιβραδύνοντας ενδεχομένως άλλες λειτουργίες επεξεργασίας.

Το μέγεθος αρχείου DEM για ένα τμήμα είναι περίπου 1Mo για 25m x 25m, 120Mo για 5m x 5m.

Τα DEM που χρησιμοποιούνται από τις περισσότερες εφαρμογές, ιστότοπους, GPS και smartphones καταναλωτών προέρχονται από δωρεάν παγκόσμια δεδομένα που παρέχονται από τη NASA.

Η σειρά ακρίβειας ενός DEM NASA είναι μέγεθος κελιού 60m x 90m και ύψος βήματος 30m. Αυτά είναι ακατέργαστα αρχεία, δεν έχουν διορθωθεί και συχνά τα δεδομένα παρεμβάλλονται, η ακρίβεια είναι μέση, μπορεί να υπάρχουν μεγάλα Σφάλματα.

Αυτός είναι ένας λόγος για την κατακόρυφη ανακρίβεια του GPS, η οποία εξηγεί τη διαφορά ύψους που παρατηρείται για ένα κομμάτι ανάλογα με τον ιστότοπο στον οποίο φιλοξενείται, το GPS ή το smartphone που κατέγραψε τη διαφορά ύψους.

• Το Sonny MNT (δείτε παρακάτω σε αυτόν τον οδηγό) διατίθεται δωρεάν για την Ευρώπη με μέγεθος κυψέλης περίπου 25 m x 30 m. Χρησιμοποιεί πιο ακριβείς πηγές δεδομένων από το MNT της NASA και έχουν γίνει σημαντικές διορθώσεις σφαλμάτων. Αυτό είναι ένα σχετικά ακριβές DEM κατάλληλο για ποδηλασία βουνού, με καλές επιδόσεις σε ευρωπαϊκή κλίμακα χωρών.

Στην παραπάνω εικόνα, ένα πλακίδιο υψομέτρου (MNT BD Alti IGN 5 x 5) που καλύπτει σωρούς σκωρίας (κοντά στη Valenciennes) έχει μετατραπεί σε γραμμές περιγράμματος που απέχουν 2,5 m μεταξύ τους και τοποθετούνται στον χάρτη IGN. Η εικόνα σας επιτρέπει να "πείσετε" την ποιότητα αυτού του DEM.

• Το IGN DEM 5 x 5 m έχει οριζόντια ανάλυση (μέγεθος κελιού) 5 x 5 m και κάθετη ανάλυση 1 m. Αυτό το DEM παρέχει το υψόμετρο του εδάφους. δεν λαμβάνεται υπόψη το ύψος των αντικειμένων υποδομής (κτίρια, γέφυρες, φράκτες κ.λπ.). Στο δάσος, αυτό είναι το ύψος της γης στους πρόποδες των δέντρων, η επιφάνεια του νερού είναι η επιφάνεια της ακτής για όλες τις δεξαμενές μεγαλύτερες από ένα εκτάριο.

Συναρμολόγηση και εγκατάσταση του DEM

Για να κινηθείτε πιο γρήγορα: Ένας χρήστης του TwoNav GPS έχει συντάξει ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους που καλύπτει τη Γαλλία με βάση δεδομένα IGN 5 x 5 m. Μπορείτε να τα λάβετε ανά περιοχή από τον ιστότοπο δωρεάν πρόσβασης: CDEM στα 5 μέτρα (RGEALTI).

Για τον χρήστη, η σωστή δοκιμή για την αξιολόγηση της αξιοπιστίας του «DEM» είναι η απεικόνιση της επιφάνειας της λίμνης σε 3D.

Κάτω από τη λίμνη των παλιών σφυρήλατων (Αρδέννες), που εμφανίζεται στο 3D BD Alti IGN πάνω και στο BD Alti Sonny κάτω. Βλέπουμε ότι η ποιότητα είναι εκεί.

Οι χάρτες υψομέτρου CDEM που παρέχονται από την TwoNav ως στάνταρ για το λογισμικό GPS ή LAND δεν είναι πολύ αξιόπιστοι.

Έτσι, αυτό το "tutorial" παρέχει έναν οδηγό χρήστη για τη λήψη "πλακιδίων" αξιόπιστων δεδομένων υψομετρίας για το λογισμικό TwoNav GPS και LAND.

Τα δεδομένα διατίθενται δωρεάν για:

• Όλη η Ευρώπη: βάση δεδομένων υψομετρίας Sonny,
• Γαλλία: Βάση δεδομένων IGN Altimeter.

Μπορείτε να δημιουργήσετε ένα αρχείο που καλύπτει μια χώρα, ένα τμήμα ή απλώς μια γεωγραφική περιοχή (Slab/tile/Pellet) για να αποθηκεύσετε τη χρησιμοποιήσιμη μνήμη ή να χρησιμοποιήσετε μικρότερα αρχεία.

Βάση δεδομένων Sonny Altimeter

Τα μοντέλα 1 ίντσας χωρίζονται σε θραύσματα αρχείων 1°x1° και είναι διαθέσιμα σε μορφή SRTM (.hgt) με μέγεθος κελιού 22x31m ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, μια μορφή που χρησιμοποιείται παγκοσμίως και χρησιμοποιείται από πολλά προγράμματα. Σημειώνονται με τις συντεταγμένες τους, όπως N43E004 (43°N, 4°E).

διαδικασία

1. Συνδεθείτε στη διεύθυνση https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Λήψη πλακιδίων που αντιστοιχούν στην επιλεγμένη χώρα ή γεωγραφικό τομέα.

3. Εξαγάγετε τα αρχεία .HGT από τα ληφθέντα αρχεία .ZIP.

4. Στο LAND, μεταφορτώστε κάθε αρχείο .HGT

5. Στο LAND, όλα τα επιθυμητά .hgts είναι ανοιχτά, κλείστε τα υπόλοιπα.

6. Κάντε "Combine these DEMS", ο χρόνος μεταγλώττισης μπορεί να είναι μεγάλος ανάλογα με τον αριθμό των πλακιδίων που θα συλλεχθούν (επιλέξτε επέκταση cdem) για ένα αρχείο .CDEM που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο Twonav GPS.

Οθόνη OSM "tile" και MNT "tile" display in LAND, όλα φορητά σε GPS και 100% δωρεάν!

Βάση δεδομένων IGN Altimetry

Αυτή η βάση δεδομένων αποτελείται από έναν κατάλογο ανά τμήμα.

διαδικασία

1. Συνδεθείτε στον ιστότοπο Geoservices. Εάν αυτός ο σύνδεσμος δεν λειτουργεί: το πρόγραμμα περιήγησής σας "δεν έχει πρόσβαση στο FTP": μην πανικοβληθείτε! ΟΔΗΓΟΣ ΧΡΗΣΤΗ:
   • Στον διαχειριστή αρχείων σας:
   • κάντε δεξί κλικ "αυτός ο υπολογιστής"
   • κάντε δεξί κλικ στο "προσθήκη τοποθεσίας δικτύου"
   • Εισαγάγετε τη διεύθυνση "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" χωρίς " ";
   • Ονομάστε αυτήν την πρόσβαση για να την αναγνωρίσετε ex IGN geoservice
   • Τερματίστε τη διαδικασία
   • Περιμένετε μερικά λεπτά για να ενημερωθεί η λίστα αρχείων (αυτό θα διαρκέσει μερικά λεπτά)
2. Τώρα έχετε πρόσβαση στα δεδομένα IGN:
   • Κάντε δεξί κλικ στο αρχείο δεδομένων που θέλετε να αντιγράψετε.
   • Στη συνέχεια, ΕΠΙΚΑΛΥΨΤΕ στον κατάλογο προορισμού
   • Ο χρόνος φόρτισης μπορεί να είναι μεγάλος!

Αυτή η εικόνα απεικονίζει την εισαγωγή της βάσης δεδομένων υψομέτρου Vaucluse 5m x 5m. Κάντε δεξί κλικ στο αρχείο, στη συνέχεια αντιγράψτε σε έναν φάκελο και περιμένετε για λήψη.

Μετά την αποσυσκευασία του "συμπιεσμένου" αρχείου, προκύπτει μια δομή δέντρου. Τα δεδομένα αντιστοιχούν σε περίπου 400 αρχεία δεδομένων (πλακίδια) 5 km x 5 km ή 1000 × 1000 κελιά 5 m x 5 m σε μορφή .asc (μορφή κειμένου) για το τμήμα.

Ένας δίσκος με πολλά πλακίδια καλύπτει κυρίως το κομμάτι MTB.

Κάθε κελί 5x5 km αναγνωρίζεται από ένα σύνολο συντεταγμένων Lambert 93.

Οι συντεταγμένες UTM της επάνω αριστερής γωνίας αυτού του πλακιδίου ή των πλακιδίων είναι: x = 52 6940 και y = 5494 775:

• 775: κατάταξη στήλης (770, 775, 780, ...) στον χάρτη
• 6940: Κατάταξη γραμμής χάρτη

3. Dance LAND

4. Στο επόμενο βήμα, βρείτε τα δεδομένα στον κατάλογο "δεδομένα", επιλέξτε μόνο το πρώτο αρχείο:

5. Ανοίξτε, στη συνέχεια επιβεβαιώστε, θα ανοίξει το παρακάτω παράθυρο, προσέξτε, αυτό είναι το πιο λεπτό βήμα :

Επιλέξτε την προβολή Lambert-93 και Datum RGF 93 και επιλέξτε το πλαίσιο στην κάτω αριστερή γωνία.

Το έδαφος εξάγει και μορφοποιεί δεδομένα από πλακίδια *.asc, κάτι που μπορεί να πάρει κάποιο χρόνο.

Μετά τη δημιουργία πλακών από DEM σε μορφή SRTM (HGT / DEM), υπάρχουν τόσα από αυτά όσα αρχεία *.asc.

6. Το Land σάς επιτρέπει να τα "συνδυάσετε" σε ένα μόνο αρχείο DEM ή με πλακίδιο ή κόκκο για να ταιριάζουν στις ανάγκες σας (λάβετε υπόψη ότι το μέγεθος του αρχείου μπορεί να επιβραδύνει την επεξεργασία GPS)

Για ευκολία στη χρήση, είναι προτιμότερο (δεν απαιτείται) να κλείσετε πρώτα όλα τα ανοιχτά φύλλα.

Στο μενού χάρτη (δείτε παρακάτω), ανοίξτε όλα τα αρχεία σε μορφή *.hdr (λιγότερο ογκώδη) του εισαγόμενου καταλόγου δεδομένων DB (όπως και για τις προηγούμενες λειτουργίες)

Το Land ανοίγει αρχεία HDR, το τμήμα DEM φορτώνεται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί

7. Εδώ μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Ardennes DEM (DEM), για να είναι πιο εύκολο στη χρήση, θα τα συνδυάσουμε σε ένα αρχείο.

Μενού λίστας:

Συνδυάστε αυτά τα DEM

Επιλέξτε μορφή *.cdem και ονομάστε το αρχείο DEM.

Η συγχώνευση θα χρειαστεί λίγο χρόνο για να ολοκληρωθεί, περισσότερα από 21 αρχεία πρέπει να συγχωνευθούν. Εξ ου και η σύσταση να εργαστείτε με πέλλετ MNT που καλύπτουν τις παιδικές χαρές σας.

Το ψηφιακό μοντέλο τοπίου Ardennes που δημιουργήσαμε, απλώς ανοίξτε αυτό το αρχείο με τον χάρτη IGN Geoportal όπως φαίνεται παρακάτω, για παράδειγμα.

Η δοκιμή εκτελείται ανοίγοντας απευθείας την πίστα UtagawaVTT "Château de Linchamp" που εμφανίζεται στην αρχή σε διαφορά ύψους 997 m, 981 m με Sonny DTM (προηγούμενη διαδικασία) και 1034 m όταν η Land αντικαθιστά το ύψος σε κάθε σημείο με ύψος DTM 5mx5m .

Ο υπολογισμός της διαφοράς στάθμης αθροίζοντας τις γραμμές περιγράμματος στον χάρτη IGN δείχνει μια διαφορά στάθμης 1070 m, δηλαδή μια διαφορά 3%, που είναι πολύ σωστό.

Η τιμή του 1070 παραμένει μια προσέγγιση γιατί δεν είναι ασήμαντο να υπολογίζουμε καμπύλες σε έναν ανάγλυφο χάρτη.

Χρήση αρχείου υψομέτρου

Τα αρχεία MNT.cdem μπορούν να χρησιμοποιηθούν από το LAND για εξαγωγή υψομέτρου, υπολογισμό υψομέτρου, κλίση, ίχνη σημείου διαδρομής κ.λπ. και για όλες τις συσκευές GPS TwoNav, απλώς τοποθετήστε το αρχείο στον κατάλογο /map και επιλέξτε το ως map.cdem.

Μια ανάρτηση ιστολογίου για ανακριβή ύψη αντιμετωπίζει το ζήτημα της υψομετρίας και των υψομετρικών διαφορών με το GPS, μια αρχή που μπορεί να μεταφερθεί σε ρολόγια GPS καθώς και σε εφαρμογές smartphone.

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους για να «σβήσουν» τις ανακρίβειες που παρουσιάζονται σε αυτό το άρθρο, φιλτράροντας (κινούμενο μέσο όρο) των δεδομένων υψομέτρου, χρησιμοποιώντας έναν βαρομετρικό αισθητήρα ή ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους.

Το υψόμετρο GPS είναι "θορυβώδες", δηλαδή κυμαίνεται γύρω από μια μέση τιμή, το βαρομετρικό υψόμετρο εξαρτάται από τις ιδιοτροπίες της βαρομετρικής πίεσης και θερμοκρασίας, επομένως τα αρχεία καιρού και DEM μπορεί να είναι ανακριβή.

Ο υβριδισμός ενός βαρόμετρου με GPS ή DEM βασίζεται στην ακόλουθη αρχή:

• Για μεγάλο χρονικό διάστημα, η αλλαγή στο βαρομετρικό υψόμετρο εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες (πίεση και θερμοκρασία),
• Για μεγάλο χρονικό διάστημα, τα σφάλματα υψομέτρου GPS φιλτράρονται,
• Τα σφάλματα DEM είναι σαν τον θόρυβο για μεγάλο χρονικό διάστημα, επομένως φιλτράρονται.

Ο υβριδισμός συνίσταται στον υπολογισμό του μέσου ύψους GPS ή DEM και στην εξαγωγή της αλλαγής ύψους από αυτό.

Για παράδειγμα, κατά τα τελευταία 30 λεπτά, το ύψος του φιλτραρισμένου θορύβου (GPS ή MNT) αυξάνεται κατά 100 m. Ωστόσο, κατά την ίδια περίοδο, το ύψος που υποδεικνύεται από το βαρόμετρο αυξήθηκε κατά 150 μέτρα.

Λογικά, η αλλαγή ύψους πρέπει να είναι η ίδια. Η γνώση των ιδιοτήτων αυτών των αισθητήρων σας επιτρέπει να "επαναδιαμορφώσετε" το βαρόμετρο -50 m.

Κανονικά, σε λειτουργίες Baro + GPS ή 3D, το υψόμετρο του βαρόμετρου διορθώνεται όπως θα έκανε ένας πεζοπόρος ή ορειβάτης χειροκίνητα ελέγχοντας έναν χάρτη IGN.

Συγκεκριμένα, ένα πρόσφατο GPS ή ένα πρόσφατο smartphone (καλής ποιότητας) σας εντοπίζει (FIX) με ακρίβεια 3,5 m στο οριζόντιο επίπεδο 90 φορές στις 100 όταν οι συνθήκες λήψης είναι ιδανικές.

Αυτή η οριζόντια "απόδοση" αντιστοιχεί σε μέγεθος κυψέλης 5m x 5m ή 25m x 25m, και η χρήση αυτών των DTM δίνει καλή ακρίβεια στο κατακόρυφο επίπεδο.

Το DEM δείχνει το ύψος του εδάφους, για παράδειγμα, αν διασχίσετε την κοιλάδα Tarn στην οδογέφυρα Millau, η διαδρομή που καταγράφεται στο DEM θα σας οδηγήσει στον πυθμένα της κοιλάδας, ακόμα κι αν το μονοπάτι παραμένει στην πλατφόρμα της οδογέφυρας. .

Ένα άλλο παράδειγμα είναι όταν κάνετε ποδηλασία βουνού ή ταξιδεύετε σε μια απότομη πλαγιά βουνού, η οριζόντια ακρίβεια του GPS υποβαθμίζεται λόγω των επιπτώσεων των μασκών ή των πολλαπλών διαδρομών. τότε το ύψος που αποδίδεται στο FIX θα αντιστοιχεί στο ύψος της διπλανής ή πιο απομακρυσμένης πλάκας, επομένως είτε προς την κορυφή είτε προς το κάτω μέρος της κοιλάδας.

Στην περίπτωση μιας λίμας που σχηματίζεται από πλέγματα μεγάλης επιφάνειας, το ύψος θα τείνει στο μέσο όρο μεταξύ του πυθμένα της κοιλάδας και της κορυφής!

Για αυτά τα δύο ακραία αλλά τυπικά παραδείγματα, η σωρευτική διαφορά ύψους θα αποκλίνει σταδιακά από την πραγματική τιμή.

Συστάσεις για χρήση

Για να αποφύγετε παρενέργειες:

• Βαθμονόμηση του βαρόμετρου GPS στο υψόμετρο της αφετηρίας σας λίγο πριν την αναχώρηση (συνιστάται από όλους τους κατασκευαστές GPS),
• αφήστε το GPS σας να κάνει μερικές ΕΠΙΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ πριν ξεκινήσετε την παρακολούθηση, ώστε να ταιριάζει η ακρίβεια τοποθεσίας,
• επιλέξτε υβριδισμό: υπολογισμός υψομέτρου = Βαρόμετρο + GPS ή Βαρόμετρο + 3D.

Εάν το υψόμετρο της διαδρομής σας έχει συγχρονιστεί με το DEM, θα έχετε πολύ ακριβείς υπολογισμούς ανύψωσης και κλίσης, όπως στην παρακάτω εικόνα όπου η διαφορά είναι μόνο 1 μέτρο.

• GPS Trail 2 (72dpi υποβαθμισμένη λήψη εικόνας, οθόνη GPS 200dpi)
• Επικάλυψη ράστερ και διανυσματικός χάρτης OSM
• Κλίμακα 1: 10
• Η εκκόλαψη CDEM 5mx5m BD Alti IGN δίνει έμφαση στο ύψος σε βήματα του 1m.

Η παρακάτω εικόνα συγκρίνει το προφίλ δύο πανομοιότυπων διαδρομών 30 χιλιομέτρων (της ίδιας φήμης), το ύψος της μιας συγχρονίστηκε με το IGN DEM και της άλλης με το Sonny DEM, μια διαδρομή που εκτελείται σε λειτουργία baro + υβριδική 3d.

• Υψόμετρο στον χάρτη IGN: 275 μ.
• Ύψος υπολογισμένο με χρήση GPS σε λειτουργία Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
• Υψόμετρο υπολογισμένο με χρήση GPS σε λειτουργία Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
• Συγχρονισμένη ανάβαση σε IGN MNT: 271 m (-1,4%)
• Συγχρονισμένη ανάβαση στο Sonny MNT: 255 m (-7%)

Το "Truth" μάλλον βρίσκεται εκτός των 275m IGN λόγω ρύθμισης της καμπύλης.

Ένα παράδειγμα αυτόματης βαθμονόμησης (αντιστάθμισης) ενός βαρομετρικού υψομέτρου GPS κατά τη διάρκεια της διαδρομής που φαίνεται παραπάνω (Αρχικό αρχείο καταγραφής από το GPS):

• Καμία κατακόρυφη συσσώρευση για τον υπολογισμό της διαφοράς ύψους: 5 m, (Παραμετροποίηση πανομοιότυπη με τις καμπύλες χάρτη IGN),
• Ύψος κατά τη βαθμονόμηση/επαναφορά:
  • GPS 113.7 m,
  • Βαρομετρικό υψόμετρο 115.0 m,
  • Ύψος MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Επανάληψη (περίοδος υπολογισμού): 30 λεπτά
• Βαρομετρική διόρθωση για τα επόμενα 30 λεπτά: – 0.001297