Mengapa ketinggian GPS atau STRAVA Anda tidak akurat?

Pertanyaan atau pertanyaan berulang muncul mengenai akurasi ketinggian dan perbedaan ketinggian GPS.

Meskipun mungkin tampak sepele, mendapatkan ketinggian yang akurat itu menantang, di bidang horizontal Anda dapat dengan mudah menempatkan pita pengukur, tali, rantai geodesik, atau mengumpulkan keliling roda untuk mengukur jarak. di sisi lain, lebih sulit untuk memposisikan meter di bidang vertikal.

Ketinggian GPS didasarkan pada representasi matematis dari bentuk bumi, sedangkan ketinggian pada peta topografi didasarkan pada sistem koordinat vertikal yang terkait dengan globe.

Oleh karena itu, ini adalah dua sistem berbeda yang harus bertepatan pada satu titik.

Ketinggian dan penurunan vertikal adalah parameter yang ingin dikonsultasikan oleh sebagian besar pengendara sepeda, pengendara sepeda gunung, pejalan kaki, dan pendaki setelah bersepeda.

Petunjuk untuk mendapatkan profil vertikal dan perbedaan ketinggian yang benar didokumentasikan dengan baik dalam manual GPS luar ruangan (seperti manual jangkauan GPSMap Garmin), secara paradoks, informasi ini hampir tidak ada atau samar dalam manual pengguna GPS yang dimaksud. untuk pengendara sepeda (misalnya, panduan untuk jangkauan GPS Garmin Edge).

Layanan Purna Jual Garmin membagikan semua saran yang bermanfaat, sama seperti TwoNav. Untuk produsen atau aplikasi GPS lainnya (selain Strava) ini adalah celah besar .

Bagaimana cara mengukur tinggi badan?

Beberapa teknik:

• Menerapkan teorema Thales yang terkenal dalam praktik,
• Berbagai teknik triangulasi,
• Menggunakan altimeter,
• Radar, Kesepakatan,
• Pengukuran satelit.

Altimeter barometrik

Itu perlu untuk menentukan standar: altimeter menerjemahkan tekanan atmosfer suatu tempat menjadi ketinggian. Ketinggian 0 m sesuai dengan tekanan 1013,25 mbar di permukaan laut pada suhu 15 ° Celcius.

Dalam praktiknya, kedua kondisi ini jarang ditemui di permukaan laut, misalnya saat menulis artikel ini, tekanan di pantai Normandia adalah 1035 mbar, dan suhu mendekati 6 °, yang dapat menyebabkan kesalahan pada ketinggian. dari sekitar 500 m.

Altimeter barometrik memberikan ketinggian yang akurat setelah penyesuaian ulang jika kondisi tekanan / suhu stabil.

Penyesuaian adalah untuk mempertahankan ketinggian yang akurat untuk suatu lokasi, dan kemudian altimeter menyesuaikan ketinggian itu sebagai respons terhadap perubahan tekanan dan suhu atmosfer.

Penurunan suhu mempersempit kurva tekanan dan ketinggian meningkat, dan sebaliknya jika suhu meningkat.

Nilai ketinggian yang ditampilkan akan peka terhadap perubahan suhu sekitar, pengguna altimeter, yang memegang atau memakainya di pergelangan tangan, harus menyadari pengaruh perubahan suhu lokal pada nilai yang ditampilkan (misalnya: jam tangan tertutup / terbuka dengan lengan, angin relatif karena gerakan cepat atau lambat, pengaruh suhu tubuh, dll).

Untuk menyederhanakan massa udara yang stabil, itu adalah cuaca stabil .

Bila digunakan dengan benar, altimeter barometrik adalah instrumen referensi yang andal untuk berbagai aplikasi seperti aeronautika, hiking, mendaki gunung ...

GPS ketinggian

GPS menentukan ketinggian suatu tempat dalam kaitannya dengan bola ideal yang mensimulasikan Bumi: "Ellipsoid". Karena Bumi tidak sempurna, ketinggian ini perlu diubah untuk mendapatkan ketinggian "geoid" .

Seorang pengamat yang membaca ketinggian penanda survei menggunakan GPS dapat melihat penyimpangan beberapa puluh meter, meskipun GPS-nya bekerja dengan benar dalam kondisi penerimaan yang ideal. Mungkin penerima GPS yang salah?

Perbedaan ini dijelaskan oleh keakuratan pemodelan ellipsoid dan, khususnya, model geoid, yang kompleks karena fakta bahwa permukaan bumi bukanlah bola yang ideal, mengandung anomali, tunduk pada modifikasi manusia dan terus berubah. (telurik dan manusia).

Ketidakakuratan ini akan digabungkan dengan kesalahan pengukuran yang melekat pada GPS, dan merupakan penyebab ketidakakuratan dan perubahan konstan pada ketinggian yang dilaporkan oleh GPS.

Geometri satelit yang mendukung akurasi horizontal yang baik, yaitu posisi rendah dari satelit di cakrawala, mencegah perolehan ketinggian yang akurat. Urutan besarnya presisi vertikal adalah 1,5 kali presisi horizontal.

Sebagian besar produsen chipset GPS mengintegrasikan model matematika ke dalam perangkat lunak mereka. yang mendekati model geodesi bumi dan memberikan ketinggian yang ditentukan dalam model ini.

Ini berarti bahwa jika Anda berjalan di laut tidak jarang melihat ketinggian negatif atau positif, karena model geodetik bumi tidak sempurna, dan kekurangan ini harus ditambahkan kesalahan yang melekat pada GPS. Kombinasi kesalahan tersebut dapat menyebabkan deviasi elevasi lebih dari 50 meter pada lokasi tertentu .

Model geoid telah disempurnakan, khususnya, altimetri yang diperoleh sebagai hasil dari penentuan posisi GNNS akan tetap tidak akurat selama beberapa tahun.

Model Medan Digital “DTM”

DTM adalah file digital yang terdiri dari kisi-kisi, setiap kisi (permukaan dasar persegi) memberikan nilai ketinggian untuk permukaan kisi tersebut. Gambaran ukuran grid model elevasi dunia saat ini adalah 30 m x 90 m. Mengetahui posisi suatu titik di permukaan bumi (bujur, lintang), mudah untuk mendapatkan ketinggian tempat dengan membaca file DTM (atau DTM, Digital Terrain Model dalam bahasa Inggris).

Kerugian utama dari DEM adalah keandalannya (anomali, lubang) dan akurasi file; Contoh:

• ASTER DEM tersedia dengan langkah (grid atau piksel) 30 m, akurasi horizontal 30 m dan altimeter 20 m.
• MNT SRTM tersedia dalam jarak 90m (grid atau piksel), sekitar 16m altimeter dan akurasi planimetri 60m.
• Model Sonny DEM (Eropa) tersedia dalam peningkatan 1°x1°, yaitu dengan ukuran sel pada urutan 25 x 30 m tergantung pada garis lintang. Vendor telah menyusun sumber data paling akurat, DEM ini relatif akurat dan dapat digunakan “dengan mudah” untuk TwoNav dan Garmin GPS melalui pemetaan OpenmtbMap gratis.
• IGN DEM 5m x 5m tersedia gratis (mulai Januari 2021) dalam langkah 1m x 1m atau 5m x 5m dengan resolusi vertikal 1m. Akses ke DEM ini dijelaskan dalam panduan ini.

Jangan bingung antara resolusi (atau keakuratan data dalam file) dengan akurasi sebenarnya dari data tersebut. Pembacaan (pengukuran) dapat diperoleh dari instrumen yang tidak memungkinkan pengamatan permukaan bola dunia ke meter terdekat.

IGN DEM, tersedia secara gratis 🙏 mulai Januari 2021, adalah tambal sulam pembacaan (pengukuran) yang diperoleh dengan berbagai instrumen. Area yang dipindai untuk penelitian terbaru (misalnya risiko banjir) dipindai pada resolusi 1 m, di tempat lain akurasinya mungkin sangat jauh dari nilai ini. Namun, dalam file tersebut, data telah diinterpolasi untuk mengisi bidang dalam peningkatan 5x5m atau 1x1m. IGN telah meluncurkan kampanye polling resolusi tinggi dengan tujuan mencakup Prancis sepenuhnya pada tahun 2026, dan pada hari itu, IGN DEM akan akurat dan bebas pada interval 1x1x1m. ...

DEM menunjukkan ketinggian tanah: ketinggian infrastruktur (gedung, jembatan, pagar, dll.) tidak diperhitungkan. Di hutan, ini adalah ketinggian bumi di kaki pohon, permukaan air adalah permukaan pantai untuk semua waduk yang lebih besar dari satu hektar.

Semua titik dalam sel memiliki ketinggian yang sama, jadi di tepi tebing, karena ketidakpastian lokasi file, dijumlahkan dengan ketidakpastian lokasi, ketinggian yang diekstraksi mungkin sama dengan sel tetangga.

Keakuratan penentuan posisi GPS dalam kondisi penerimaan yang ideal berada di urutan 4,5 m pada 90%. Performa ini terlihat dengan penerima GPS terbaru (GPS + Glonass + Galileo). Oleh karena itu, akurasinya adalah 90 kali dari 100 antara 0 dan 5 m (langit cerah, tidak termasuk topeng, tidak termasuk ngarai, dll.) dari lokasi sebenarnya. menggunakan DEM dengan sel 1 x 1 m adalah kontraproduktif.karena kemungkinan berada di grid yang benar akan langka. Pilihan ini akan membanjiri prosesor tanpa nilai tambah yang nyata!

Untuk mendapatkan DEM yang bisa digunakan di:

• GPS TwoNav: CDEM а 5 m (RGEALTI).

• GPS Garmin: Basis Data Sonny

  Pelajari cara membuat DEM Anda sendiri untuk TwoNav GPS. Kurva level dapat diekstraksi menggunakan software Qgis.

Tentukan ketinggian menggunakan GPS

Salah satu solusinya mungkin memuat file DEM ke navigator GPS Anda, tetapi ketinggian hanya akan dapat diandalkan jika ukuran grid diperkecil dan jika file cukup akurat (horizontal dan vertikal).

Untuk mendapatkan gambaran yang baik tentang kualitas DEM, cukup dengan memvisualisasikan, misalnya relief danau atau membangun jalan setapak yang melintasi danau dan mengamati ketinggian di bagian 2D.

Gambar: Perangkat lunak LAND, pemandangan Danau Gerardmer dalam perbesaran 3D x XNUMX dengan DEM yang benar. Proyeksi jerat ke medan menunjukkan batas DEM saat ini.

Gambar: Program LAND, pemandangan danau Gérardmer “BOG” dalam 2D ​​dengan DTM yang benar.

Semua perangkat GPS "berkualitas baik" modern memiliki kompas dan sensor barometrik digital, oleh karena itu altimeter barometrik; Menggunakan sensor ini memungkinkan Anda mendapatkan ketinggian yang akurat asalkan Anda mengatur ketinggian pada titik yang diketahui (rekomendasi Garmin).

Ketidaktepatan ketinggian yang disediakan oleh GPS sejak munculnya GPS telah mendorong pengembangan algoritma hibridisasi untuk aeronautika yang menggunakan ketinggian barometer dan ketinggian GPS untuk memberikan posisi geografis yang akurat. tinggi. Ini adalah solusi ketinggian yang andal dan pilihan produsen GPS yang disukai, dioptimalkan untuk latihan TwoNav di luar ruangan. dan Garmin.

Di Garmin, penawaran GPS diperkenalkan sesuai dengan profil pengguna (outdoor, bersepeda, bersepeda gunung, dll.), jadi penting untuk merujuk ke manual pengguna dan layanan purna jual.

Solusi optimal adalah menyetel GPS Anda ke opsi:

• Ketinggian = Barometer + GPS, jika GPS memungkinkan,
• Ketinggian = Barometer + DTM (MNT) jika GPS memungkinkan.

Dalam semua kasus, untuk GPS yang dilengkapi dengan barometer, atur barometer secara manual ke ketinggian minimum di titik awal. Di pegunungan dalam jangka panjang, pengaturan perlu diulang, terutama jika terjadi fluktuasi suhu dan cuaca.

Beberapa perangkat bersepeda yang dioptimalkan GPS Garmin secara otomatis mengatur ulang ketinggian barometrik pada titik arah ketinggian yang diketahui, yang merupakan solusi cerdas untuk bersepeda gunung. Namun, pengguna harus menginformasikan, misalnya, sebelum meninggalkan ketinggian lintasan dan dasar lembah; dalam perjalanan kembali, perbedaan ketinggian akan akurat 👍.

Dalam mode Barometer + (GPS atau DTM), pabrikan menyertakan algoritme penyesuaian barometer otomatis berdasarkan prinsip bahwa kenaikan yang terlihat oleh barometer, GPS, atau DEM harus konsisten: prinsip ini menawarkan fleksibilitas tinggi kepada pengguna dan sangat cocok untuk kegiatan di luar ruangan.

Namun, pengguna harus menyadari batasan:

• GPS didasarkan pada geoid, jadi jika pengguna bergerak melalui medan buatan (misalnya, ke tempat pembuangan terak), koreksi akan terdistorsi,
• DEM menunjukkan jalur di tanah, jika pengguna meminjam sebagian besar infrastruktur manusia (viaduct, jembatan, jembatan penyeberangan, terowongan, dll.), penyesuaian akan diimbangi.

Oleh karena itu, prosedur optimal untuk mendapatkan kenaikan elevasi yang akurat adalah sebagai berikut:

1️⃣ Sesuaikan sensor barometrik di awal. Tanpa pengaturan ini, ketinggian akan dikonversi (digeser), perbedaan level akan benar jika penyimpangan karena cuaca kecil (rute pendek di luar pegunungan). Untuk pengguna GPS keluarga Garmin, ketinggian “gpx” digunakan oleh Garmin dan Strava untuk komunitas, jadi sebaiknya masukkan profil ketinggian yang benar ke dalam database.

2️⃣ Untuk mengurangi drift (kesalahan ketinggian dan ketinggian) akibat kondisi cuaca pada perjalanan jauh (> 1 jam) dan di pegunungan:

• Fokus pada pilihan Barometer + GPS, area luar dengan relief buatan (area pembuangan, bukit buatan, dll.),
• Fokus pada pilihan Barometer + DTM (MNT)jika Anda telah memasang IGN DTM (grid 5 x 5 m) atau Sonny DTM (Prancis atau Eropa) di luar rute yang menggunakan banyak infrastruktur (jembatan pejalan kaki, jalan layang, dll.).

Mengembangkan perbedaan ketinggian

Masalah ketinggian yang dijelaskan pada baris sebelumnya paling sering muncul setelah mengamati bahwa perbedaan ketinggian antara kedua praktisi berbeda atau bervariasi tergantung pada apakah itu dibaca di GPS atau dalam aplikasi seperti STRAVA (lihat bantuan STRAVA) misalnya.

Pertama-tama, Anda perlu menyetel GPS untuk memberikan ketinggian yang paling dapat diandalkan.

Cukup sederhana untuk mendapatkan perbedaan level dengan membaca peta, seringkali praktisi terbatas untuk menentukan perbedaan antara titik-titik dimensi ekstrim, meskipun, untuk lebih tepatnya, perlu menghitung garis kontur positif untuk mendapatkan jumlah .

Tidak ada garis horizontal dalam file digital, perangkat lunak GPS, aplikasi plot trek, atau perangkat lunak analisis dikonfigurasi untuk "mengakumulasikan langkah atau peningkatan ketinggian".

Seringkali "tidak ada akumulasi" dapat dikonfigurasi:

• di TwoNav, opsi pengaturan umum untuk semua GPS
• di Gamin Anda harus berkonsultasi dengan manual pengguna dan layanan purna jual (setiap model memiliki karakteristiknya sendiri sesuai dengan profil pengguna yang khas)
• aplikasi OpenTraveller memiliki opsi yang menyarankan penyesuaian ambang sensitivitas untuk menentukan perbedaan ketinggian.

Setiap orang punya solusinya masing-masing .

Situs web atau perangkat lunak untuk analisis online berusaha untuk menggantikan ketinggian dari file "gpx" dengan data ketinggiannya sendiri.

Contoh: STRAVA telah membuat file altimetri "asli" yang dibuat menggunakan elevasi yang berasal dari trek yang berasal dari GPS diketahui oleh STRAVA dan dilengkapi dengan sensor barometrik. Solusi yang diadopsi mengasumsikan bahwa GPS diketahui oleh STRAVA, jadi saat ini sebagian besar diperoleh dari rentang GARMIN, dan keandalan file mengasumsikan bahwa setiap pengguna telah melakukan pengaturan ulang ketinggian manual .

Adapun implikasi praktisnya, masalah muncul terutama selama perjalanan kelompok, karena setiap peserta mungkin memperhatikan bahwa perbedaan ketinggian mereka berbeda dari tingkat peserta lain, tergantung pada jenis GPS mereka, atau ada pengguna yang penasaran yang tidak mengerti. mengapa perbedaan ketinggian GPS, perangkat lunak analisis atau STRAVA berbeda.

Di dunia STRAVA yang tersanitasi sempurna, semua anggota grup pengguna GPS GARMIN pada prinsipnya harus melihat ketinggian yang sama pada GPS dan STRAVA mereka. Adalah logis bahwa perbedaannya hanya dapat dijelaskan dengan penyesuaian ketinggian, namun tidak ada yang memastikan perbedaan ketinggian yang dilaporkan itu benar.

Adalah logis bahwa anggota kelompok pengguna ini yang memiliki GPS yang tidak diketahui STRAVA akan melihat perbedaan ketinggian yang sama pada STRAVA sebagai asistennya, meskipun perbedaan level yang ditampilkan oleh GPS-nya berbeda. Dia bisa menyalahkan peralatannya, yang bagaimanapun bekerja dengan benar.

Nilai selisih tinggi yang paling dekat dengan sebenarnya masih diperoleh di PRANCIS atau BELGIA saat membaca kartu IGN., commissioning geoid yang lebih maju secara bertahap akan memindahkan tengara ke arah GNSS

GNSS: Geolokasi dan Navigasi Menggunakan Sistem Satelit: Menentukan posisi dan kecepatan suatu titik di permukaan atau di sekitar Bumi dengan memproses sinyal radio dari beberapa satelit buatan yang diterima di titik itu.

Jika Anda perlu mengandalkan perangkat lunak atau aplikasi untuk mendapatkan perbedaan ketinggian, Anda harus menyesuaikan perangkat lunak ini untuk menyesuaikan nilai langkah akumulasi sesuai dengan garis kontur peta IGN situs, yaitu 5 atau 10 m. Sebuah langkah kecil akan berubah menjadi jatuh semua lompatan kecil atau transisi ke gundukan, dan sebaliknya, langkah yang terlalu tinggi akan menghapus munculnya bukit-bukit kecil.

Setelah menerapkan rekomendasi tersebut, percobaan penulis menunjukkan bahwa nilai ketinggian yang diperoleh menggunakan GPS atau perangkat lunak analisis yang dilengkapi dengan DEM yang andal tetap berada dalam kisaran "benar", dengan asumsi bahwa peta IGN juga memiliki ketidakpastiannya sendiridibandingkan dengan perkiraan yang diperoleh dengan kartu IGN 1/25.

Di sisi lain, nilai yang diterbitkan oleh STRAVA biasanya dilebih-lebihkan. Metode yang digunakan oleh STRAVA, berdasarkan "umpan balik" dari pengguna, secara teoritis memungkinkan Anda untuk memprediksi konvergensi cepat ke nilai-nilai yang sangat dekat dengan kebenaran, yang, tergantung pada jumlah pengunjung, seharusnya sudah terjadi di BikePark atau trek yang sangat sibuk!

Untuk mengilustrasikan hal ini secara konkret, berikut adalah analisis sebuah lintasan, yang diambil secara acak, pada jalan berbukit sepanjang 20 km. Ketinggian GPS "barometrik" ditetapkan sebelum keberangkatan, menyediakan ketinggian "Barometrik + GPS", DTM adalah DTM andal yang telah didesain ulang agar akurat. Kami berada di luar area di mana STRAVA dapat memiliki profil elevasi yang andal.

Ini adalah ilustrasi lintasan dimana selisih IGN dan GPS paling besar dan selisih IGN dan STRAVA paling kecil. jarak antara GPS dan STRAVA adalah 80m, dan "IGN" yang sebenarnya ada di antara keduanya.

Ketinggian
Berangkat	Kedatangan	Max	min	tinggi	Deviasi / IGN
GPS (Penghalang + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Penyesuaian ketinggian pada DTM	122	122	150	98	198	-30
MAKANAN	280	+51
kartu IGN	122	122	148	99	228,5	0