Jak poprawić dokładność wysokości w GPS TwoNav?

Preambuła

Od początku 2021 roku IGN zapewnia bezpłatny dostęp do niektórych swoich danych:

• Mapy „TOP 25” IGN nie są jeszcze darmowe, jednak wersja „Mapa” dostępna na Géoportail jest bezpłatna.
• Bazy danych wysokościomierzy IGN 5 x 5m są ogólnodostępne. Bazy te umożliwiają stworzenie numerycznego modelu terenu tj. mapa wysokości o rozdzielczości poziomej 5 m x 5 m lub 1 m x 1 m z rozdzielczością pionową 1 m. Lub świetna definicja dla użytkowników, którymi jesteśmy.

Ten artykuł, w formie samouczka, jest bardziej przeznaczony dla użytkowników oprogramowania GPS TwoNav i Land.

Na dzień dzisiejszy nie można wpływać na dane wysokości GPS firmy Garmin.

Co to jest numeryczny model terenu (NMT)

Cyfrowy model wysokości (DEM) to trójwymiarowa reprezentacja powierzchni ziemi utworzona z danych dotyczących wysokości. Dokładność pliku wysokościowego (DEM) zależy od:

• Jakość danych wysokościowych (dokładność i urządzenia wykorzystywane do pomiarów),
• rozmiar komórki elementarnej (piksel),
• O poziomej dokładności lokalizacji tych siatek,
• Dokładność Twojej geolokalizacji, a tym samym jakość Twojego GPS, podłączonego zegarka lub smartfona.

Płyta lub dachówka z bazy danych IGN Altimetric. Płytka 5 km x 5 km składająca się z komórek 1000 × 1000 lub komórek 5 m x 5 m (las Saint Gobain Aisne). Ten ekran jest rzutowany na mapę bazową OSM.

DEM to plik określający wartość wysokości punktu znajdującego się w środku siatki, przy całej powierzchni siatki na tej samej wysokości.

Na przykład akta działu Aisne BD Alti IGN o wymiarach 5 x 5 m (wydział wybrany ze względu na jego duży rozmiar) to prawie 400 płytek.

Każda siatka jest identyfikowana przez zestaw współrzędnych szerokości i długości geograficznej.

Im mniejszy rozmiar siatki, tym dokładniejsze dane dotyczące wysokości. Szczegóły wysokości mniejsze niż rozmiar siatki (rozdzielczość) są ignorowane.

Im mniejszy rozmiar siatki, tym większa dokładność, ale większy będzie plik, więc zajmie więcej miejsca w pamięci i będzie trudniejszy do przetworzenia, potencjalnie spowalniając inne operacje przetwarzania.

Rozmiar pliku DEM dla działu to około 1Mo dla 25m x 25m, 120Mo dla 5m x 5m.

DEM używane przez większość aplikacji, stron internetowych, GPS i smartfonów konsumenckich pochodzą z bezpłatnych globalnych danych dostarczonych przez NASA.

Rząd dokładności NASA DEM to rozmiar komórki 60 m x 90 m i wysokość kroku 30 m. Są to pliki surowe, nie były poprawiane, często dane są interpolowane, dokładność jest średnia, mogą występować duże błędy.

Jest to jeden z powodów pionowej niedokładności GPS, który wyjaśnia różnicę wysokości obserwowaną dla toru w zależności od strony internetowej, na której jest hostowany, GPS lub smartfona, który zarejestrował różnicę wysokości.

• Sonny MNT (patrz dalej w tym przewodniku) jest dostępny bezpłatnie w Europie z komórką o wymiarach około 25 x 30 m. Wykorzystuje dokładniejsze źródła danych niż NASA MNT, a główne poprawki błędów zostały wprowadzone. Jest to stosunkowo dokładny DEM odpowiedni dla kolarstwa górskiego, z dobrymi wynikami w skali kraju europejskiego.

Na powyższym obrazku płytka wysokościomierza (MNT BD Alti IGN 5 x 5) pokrywająca hałdy (w pobliżu Valenciennes) została przekształcona w linie warstwicowe oddalone od siebie o 2,5 m i nałożone na mapę IGN. Obraz pozwala „przekonać się” o jakości tego DEM.

• IGN DEM 5 x 5 m ma rozdzielczość poziomą (rozmiar komórki) 5 x 5 mi rozdzielczość pionową 1 m. Ten DEM zapewnia wysokość terenu; wysokość obiektów infrastruktury (budynki, mosty, żywopłoty itp.) nie jest brana pod uwagę. W lesie jest to wysokość gruntu u podnóża drzew, powierzchnia wody to powierzchnia wybrzeża dla wszystkich zbiorników większych niż jeden hektar.

Montaż i instalacja DEM

Aby poruszać się szybciej: Użytkownik GPS TwoNav skompilował cyfrowy model terenu obejmujący Francję w oparciu o dane IGN 5 x 5 m. Można je pobrać według regionu z bezpłatnej strony: CDEM at 5m (RGEALTI).

Dla użytkownika właściwym testem do oceny wiarygodności „DEM” jest wizualizacja powierzchni jeziora w 3D.

Pod jeziorem starych kuźni (Ardeny), pokazane w 3D BD Alti IGN powyżej i BD Alti Sonny poniżej. Widzimy, że jakość jest.

Mapy wysokościomierza CDEM dostarczane przez TwoNav jako standard dla oprogramowania GPS lub LAND nie są zbyt wiarygodne.

W związku z tym niniejszy „samouczek” stanowi przewodnik użytkownika dotyczący pobierania „kafelków” wiarygodnych danych wysokościomierza dla oprogramowania TwoNav GPS i LAND.

Dane są dostępne bezpłatnie dla:

• Cała Europa: baza danych wysokościomierza Sonny,
• Francja: Baza danych wysokościomierzy IGN.

Możesz utworzyć plik obejmujący kraj, dział lub tylko obszar geograficzny (płyta/płytka/pelet), aby zaoszczędzić użyteczną pamięć lub użyć mniejszych plików.

Baza danych wysokościomierza Sonny

Modele 1-calowe są podzielone na fragmenty pliku o wymiarach 1°x1° i są dostępne w formacie SRTM (.hgt) z komórkami o rozmiarze 22x31m w zależności od szerokości geograficznej. Jest to format używany na całym świecie i używany przez wiele programów. Są one oznaczone współrzędnymi, takimi jak N43E004 (43°N, 4°E).

procedura

1. Połącz się z https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Pobierz kafelki odpowiadające wybranemu krajowi lub sektorowi geograficznemu.

3. Wyodrębnij pliki .HGT z pobranych plików .ZIP.

4. W LAND prześlij każdy plik .HGT

5. W LAND wszystkie żądane hgts są otwarte, zamknij resztę.

6. Wykonaj "Połącz te DEMS", czas kompilacji może być długi w zależności od liczby kafelków do zebrania (wybierz rozszerzenie cdem) dla pliku .CDEM, który może być użyty w Twonav GPS.

Wyświetlanie „kafelków” OSM i „kafelków” MNT w LAND, wszystkie przenośne do GPS i w 100% darmowe!

Baza danych wysokościomierzy IGN

Ta baza danych składa się z katalogu według działu.

procedura

1. Połącz się z witryną Geoservices. Jeśli ten link nie działa: Twoja przeglądarka „nie ma dostępu do FTP”: nie panikuj! Podręcznik użytkownika:
   • W twoim menedżerze plików:
   • kliknij prawym przyciskiem myszy „ten komputer”
   • kliknij prawym przyciskiem myszy „dodaj lokalizację sieciową”
   • Wprowadź adres „ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]” bez „ ”;
   • Nazwij ten dostęp, aby zidentyfikować go jako geoserwis IGN
   • Zakończ proces
   • Poczekaj kilka minut na aktualizację listy plików (zajmie to kilka minut)
2. Masz teraz dostęp do danych IGN:
   • Kliknij prawym przyciskiem myszy plik danych, który chcesz skopiować.
   • Następnie WKLEJ do katalogu docelowego
   • Czas ładowania może być długi!

Ten obraz ilustruje importowanie bazy danych wysokościomierzy Vaucluse 5 m x 5 m. Kliknij plik prawym przyciskiem myszy, a następnie skopiuj do folderu i poczekaj na pobranie.

Po rozpakowaniu „spakowanego” pliku uzyskujemy strukturę drzewiastą. Dane odpowiadają około 400 plikom danych (kafelkom) 5 km x 5 km lub 1000 × 1000 komórek 5 m x 5 m w formacie .asc (format tekstowy) dla działu.

Dysk składający się z kilku płytek w większości pokrywa tor MTB.

Każda komórka 5x5 km jest identyfikowana przez zestaw współrzędnych Lamberta 93.

Współrzędne UTM lewego górnego rogu tego kafelka lub kafelków to: x = 52 6940 i y = 5494 775:

• 775: pozycja kolumny (770, 775, 780, ...) na mapie
• 6940: Ranga linii mapy

3. KRAINA TAŃCA

4. W kolejnym kroku znajdź dane w katalogu „data”, wybierz tylko pierwszy plik:

5. Otwórz, a następnie potwierdź, otworzy się poniższe okno, bądź ostrożny, jest to najbardziej delikatny krok :

Wybierz projekcję Lambert-93 i Datum RGF 93 i zaznacz pole wyboru w lewym dolnym rogu.

Land wyodrębnia i formatuje dane z kafelków *.asc, co może zająć trochę czasu.

Po utworzeniu płyt z DEM w formacie SRTM (HGT/DEM) jest ich tyle co plików *.asc.

6. Land pozwala „połączyć” je w jeden plik DEM lub według kafelków lub granulek w zależności od potrzeb (należy pamiętać, że rozmiar pliku może spowolnić przetwarzanie GPS)

Dla ułatwienia użytkowania lepiej (nie jest to wymagane) najpierw zamknąć wszystkie otwarte karty.

W menu mapy (patrz poniżej) otwórz wszystkie pliki w formacie *.hdr (najmniej obszerne) importowanego katalogu danych DB (tak samo jak w przypadku poprzednich operacji)

Land otwiera pliki HDR, dział DEM jest ładowany i można go używać

7. Tutaj możesz użyć Ardennes DEM (DEM), aby ułatwić korzystanie, połączymy je w jeden plik.

Lista menu:

Połącz te DEM

Wybierz format *.cdem i nazwij plik DEM.

Scalanie zajmie trochę czasu, trzeba połączyć ponad 21 000 plików. Stąd rekomendacja do pracy z pelletem MNT do pokrycia Waszych placów zabaw.

Cyfrowy model krajobrazu Ardenów, który stworzyliśmy, po prostu otwórz ten plik z mapą IGN Geoportal, jak pokazano na przykład poniżej.

Test przeprowadza się poprzez bezpośrednie otwarcie toru UtagawaVTT „Château de Linchamp” wyświetlanego na starcie przy różnicy wysokości 997 m, 981 m w przypadku Sonny DTM (poprzedni proces) i 1034 m, gdy Land zastępuje wysokość w każdym punkcie wysokością DTM 5 m x 5 m .

Obliczenie różnicy poziomów przez zsumowanie warstwic na mapie IGN pokazuje różnicę poziomów 1070 m, czyli różnicę 3%, co jest całkiem poprawne.

Wartość 1070 pozostaje przybliżeniem, ponieważ obliczenie krzywych na mapie z reliefem nie jest trywialne.

Korzystanie z pliku wysokościomierza

Pliki MNT.cdem mogą być używane przez LAND do ekstrakcji wysokości, obliczania wysokości, nachylenia, śledzenia punktów trasy itp.; a dla wszystkich urządzeń GPS TwoNav wystarczy umieścić plik w katalogu /map i wybrać go jako map.cdem.

Wpis na blogu na temat niedokładnych wysokości dotyczy kwestii wysokościomierza i różnic wysokości z GPS, zasadą, którą można przenieść na zegarki GPS, a także aplikacje na smartfony.

Producenci stosują kilka metod „wymazywania” przedstawionych w tym artykule nieścisłości, filtrując (średnia ruchoma) danych wysokościowych, korzystając z czujnika barometrycznego lub cyfrowego modelu terenu.

Wysokość GPS jest „zaszumiona”, tj. oscyluje wokół średniej wartości, wysokość barometryczna zależy od kaprysów ciśnienia barometrycznego i temperatury, więc pliki pogodowe i DEM mogą być niedokładne.

Hybrydyzacja barometru z GPS lub DEM opiera się na następującej zasadzie:

• W długim okresie czasu zmiana wysokości barometrycznej zależy od warunków pogodowych (ciśnienia i temperatury),
• Przez długi okres czasu filtrowane są błędy wysokości GPS,
• Błędy DEM są jak szum przez długi czas, więc są filtrowane.

Hybrydyzacja polega na obliczeniu średniej wysokości GPS lub DEM i wydobyciu z niej zmiany wysokości.

Na przykład w ciągu ostatnich 30 minut wysokość filtrowanego szumu (GPS lub MNT) wzrasta o 100m; jednak w tym samym okresie wysokość wskazywana przez barometr wzrosła o 150 metrów.

Logicznie rzecz biorąc, zmiana wysokości powinna być taka sama. Znajomość właściwości tych czujników pozwala na „rekonfigurację” barometru -50 m.

Zwykle w trybach Baro + GPS lub 3D wysokość barometru jest korygowana tak, jak zrobiłby to wędrowiec lub wspinacz ręcznie, sprawdzając mapę IGN.

W szczególności najnowszy GPS lub najnowszy smartfon (dobrej jakości) wykrywa Cię (FIX) z dokładnością 3,5 m w płaszczyźnie poziomej 90 razy na 100, gdy warunki odbioru są idealne.

Ta pozioma „wydajność” odpowiada komórce o wymiarach 5m x 5m lub 25m x 25m, a użycie tych DTM daje dobrą dokładność w płaszczyźnie pionowej.

DEM pokazuje wysokość terenu, na przykład jeśli przejeżdżasz przez dolinę Tarn na wiadukcie Millau, ślad zapisany na DEM powinien doprowadzić cię do dna doliny, nawet jeśli ścieżka pozostaje na platformie wiaduktu. .

Innym przykładem jest jazda na rowerze górskim lub podróżowanie po stromym zboczu góry, gdzie pozioma dokładność GPS jest obniżona z powodu efektów masek lub wielościeżkowości; wtedy wysokość przypisana do FIX będzie odpowiadać wysokości sąsiedniej lub bardziej odległej płyty, a więc albo w kierunku szczytu, albo dna doliny.

W przypadku pliku utworzonego z siatek o dużej powierzchni, wysokość będzie miała tendencję do uśredniania między dnem doliny a szczytem!

W przypadku tych dwóch skrajnych, ale typowych przykładów, skumulowana różnica wysokości będzie stopniowo odbiegać od rzeczywistej wartości.

Zalecenia dotyczące użytkowania

Aby uniknąć skutków ubocznych:

• Skalibruj barometr GPS na wysokości punktu startowego tuż przed odlotem (zalecane przez wszystkich producentów GPS),
• pozwól GPSowi dokonać kilku POPRAWEK przed rozpoczęciem śledzenia, aby dokładność lokalizacji była zgodna,
• wybierz hybrydyzację: obliczenie wysokości = Barometr + GPS lub Barometr + 3D.

Jeśli wysokość Twojego toru została zsynchronizowana z DEM, będziesz mieć bardzo dokładne obliczenia wysokości i nachylenia, jak na poniższym obrazku, gdzie różnica wynosi tylko 1 metr.

• GPS Trail 2 (przechwytywanie obrazu o obniżonej jakości 72 dpi, ekran GPS 200 dpi)
• Nakładanie rastrowej i wektorowej mapy OSM
• Skala 1: 10 000
• Kreskowanie CDEM 5mx5m BD Alti IGN podkreśla wysokość w krokach co 1m.

Poniższy obrazek porównuje profil dwóch identycznych 30-kilometrowych torów (tej samej sławy), wysokość jednego została zsynchronizowana z IGN DEM, a drugi z Sonny DEM, trasą przebiegającą w trybie baro + hybrydowym 3d.

• Wysokość na mapie IGN: 275 m.
• Wysokość obliczona za pomocą GPS w trybie Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
• Wysokość obliczona za pomocą GPS w trybie Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
• Zsynchronizowana wspinaczka na IGN MNT: 271 m (-1,4%)
• Zsynchronizowana wspinaczka na Sonny MNT: 255 m (-7%)

„Prawda” jest prawdopodobnie poza 275 m IGN ze względu na ustawienie krzywej.

Przykład automatycznej kalibracji (kompensacji) wysokościomierza barometrycznego GPS podczas pokazanej powyżej trasy (Oryginalny plik dziennika z GPS):

• Brak akumulacji pionowej do obliczenia różnicy wysokości: 5 m, (Parametryzacja identyczna jak dla krzywych mapy IGN),
• Wysokość podczas kalibracji/resetu:
  • GPS 113.7 m,
  • wysokościomierz barometryczny 115.0 m,
  • Wysokość MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Iteracja (okres obliczeń): 30 minut
• Korekta barometryczna na następne 30 minut: – 0.001297