لماذا ارتفاع GPS أو STRAVA الخاص بك غير دقيق؟

يطرح سؤال أو سؤال متكرر بشأن دقة الارتفاع واختلافات ارتفاعات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

على الرغم من أنه قد يبدو تافهًا ، إلا أن الحصول على ارتفاع دقيق يمثل تحديًا ، إلا أنه في المستوى الأفقي يمكنك بسهولة وضع شريط قياس أو حبل أو سلسلة جيوديسية أو تجميع محيط عجلة لقياس المسافة. من ناحية أخرى ، يصعب وضع العداد 📐 في المستوى الرأسي.

تعتمد ارتفاعات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على التمثيل الرياضي لشكل الأرض ، بينما تعتمد الارتفاعات على الخريطة الطبوغرافية على نظام إحداثيات رأسي مرتبط بالكرة الأرضية.

لذلك ، هذان نظامان مختلفان يجب أن يتطابقان عند نقطة واحدة.

يعد الارتفاع والانخفاض العمودي من العوامل التي يرغب معظم راكبي الدراجات وسائقي الدراجات الجبلية والمتنزهين والمتسلقين في التشاور معها بعد الركوب.

تم توثيق الإرشادات الخاصة بالحصول على ملف التعريف العمودي وفرق الارتفاع الصحيح نسبيًا في أدلة GPS الخارجية (مثل أدلة نطاق Garmin GPSMap) ، ومن المفارقات أن هذه المعلومات غائبة تقريبًا أو مشفرة في أدلة مستخدم GPS المقصودة. لراكبي الدراجات (على سبيل المثال ، أدلة نطاق Garmin Edge GPS).

تقدم خدمة ما بعد البيع من Garmin كل النصائح المفيدة ، تمامًا مثل TwoNav. بالنسبة لمصنعي أو تطبيقات GPS الأخرى (إلى جانب Strava) ، فهذه فجوة كبيرة 🕳.

كيف تقيس الارتفاع؟

عدة تقنيات:

• بتطبيق نظرية طاليس الشهيرة عمليًا ،
• تقنيات التثليث المختلفة ،
• باستخدام مقياس الارتفاع ،
• رادار صفقة
• قياسات الأقمار الصناعية.

مقياس الارتفاع البارومتري

كان من الضروري تحديد المعيار: مقياس الارتفاع يترجم الضغط الجوي لمكان ما إلى ارتفاع. ارتفاع 0 م يتوافق مع ضغط 1013,25 ملي بار عند مستوى سطح البحر عند درجة حرارة 15 درجة مئوية.

من الناحية العملية ، نادرًا ما يتم استيفاء هذين الشرطين عند مستوى سطح البحر ، على سبيل المثال ، عند كتابة هذا المقال ، كان الضغط على ساحل نورماندي 1035 ملي بار ، ودرجة الحرارة قريبة من 6 درجات ، مما قد يؤدي إلى خطأ على ارتفاع حوالي 500 م.

يعطي مقياس الارتفاع البارومتري ارتفاعًا دقيقًا بعد إعادة التعديل إذا استقرت ظروف الضغط / درجة الحرارة.

التعديل هو الحفاظ على ارتفاع دقيق لموقع ما ، ثم يقوم مقياس الارتفاع بضبط هذا الارتفاع استجابة للتغيرات في الضغط الجوي ودرجة الحرارة.

انخفاض درجة الحرارة 🌡 يضيق منحنيات الضغط ويزيد الارتفاع ، والعكس صحيح إذا زادت درجة الحرارة.

ستكون قيمة الارتفاع المعروضة حساسة للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة ، يجب أن يكون مستخدم مقياس الارتفاع ، الذي يمسكه أو يرتديه على المعصم ، على دراية بتأثير تغيرات درجة الحرارة المحلية على القيمة المعروضة (على سبيل المثال: ساعة مغلقة / فتح مع الأكمام ، والرياح النسبية بسبب الحركات السريعة أو البطيئة ، وتأثير درجة حرارة الجسم ، وما إلى ذلك).

لتبسيط الكتلة الهوائية المستقرة ، يكون الطقس المستقر 🌥.

عند استخدامه بشكل صحيح ، يعد مقياس الارتفاع البارومتري أداة مرجعية موثوقة لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الطيران والمشي لمسافات طويلة وتسلق الجبال ...

L'altitude GPS

يحدد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ارتفاع المكان بالنسبة إلى الكرة المثالية التي تحاكي الأرض: "Ellipsoid". نظرًا لأن الأرض غير كاملة ، يجب تحويل هذا الارتفاع للحصول على ارتفاع "الجيود" 🌍.

يمكن للمراقب الذي يقرأ ارتفاع علامة المسح باستخدام GPS أن يرى انحرافًا يبلغ عدة عشرات من الأمتار ، على الرغم من أن GPS الخاص به يعمل بشكل صحيح في ظل ظروف استقبال مثالية. ربما جهاز استقبال GPS خاطئ؟

يفسر هذا الاختلاف من خلال دقة نمذجة الشكل الإهليلجي ، وعلى وجه الخصوص ، نموذج الجيود ، وهو معقد بسبب حقيقة أن سطح الأرض ليس كرة مثالية ، ويحتوي على شذوذ ، ويخضع لتعديلات بشرية ويتغير باستمرار. (تلوريك وبشري).

سيتم دمج هذه الأخطاء مع أخطاء القياس المتأصلة في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وهي سبب لعدم الدقة والتغيرات المستمرة في الارتفاع الذي يبلغ عنه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

إن هندسة الأقمار الصناعية التي تفضل الدقة الأفقية الجيدة ، أي الموقع المنخفض للأقمار الصناعية في الأفق ، تمنع الحصول على الارتفاع بدقة. إن ترتيب حجم الدقة الرأسية هو 1,5 مرة من الدقة الأفقية.

يقوم معظم مصنعي شرائح GPS بدمج النموذج الرياضي في برامجهم. الذي يقترب من النموذج الجيوديسي للأرض ويوفر الارتفاع المحدد في هذا النموذج.

هذا يعني أنه إذا كنت تمشي على البحر فليس من الغريب أن ترى ارتفاعًا سلبيًا أو إيجابيًا ، لأن النموذج الجيوديسي للأرض غير كامل ، وإلى هذا القصور يجب أن يضاف الخطأ الكامن في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). يمكن أن يتسبب الجمع بين هذه الأخطاء في انحراف ارتفاع يزيد عن 50 مترًا في مواقع معينة 😐.

تم تنقيح نماذج الجيود ، على وجه الخصوص ، سيظل قياس الارتفاع الذي تم الحصول عليه نتيجة لتحديد مواقع GNNS غير دقيق لعدة سنوات.

نموذج التضاريس الرقمية "DTM"

DTM هو ملف رقمي يتكون من شبكات ، كل شبكة (سطح أولي مربع) توفر قيمة ارتفاع لسطح تلك الشبكة. فكرة عن حجم الشبكة الحالي لنموذج الارتفاع العالمي هو 30 م × 90 م. معرفة موقع نقطة على سطح الأرض (خط الطول ، خط العرض) ، من السهل الحصول على ارتفاع المكان من خلال القراءة ملف DTM (أو DTM ، نموذج التضاريس الرقمية باللغة الإنجليزية).

العيب الرئيسي لـ DEM هو موثوقيتها (الشذوذ ، الثقوب) ودقة الملف ؛ أمثلة:

• يتوفر ASTER DEM بخطوة (شبكة أو بكسل) تبلغ 30 مترًا ، ودقة أفقية تبلغ 30 مترًا ومقياس ارتفاع 20 مترًا.
• يتوفر MNT SRTM لمسافة 90 مترًا (شبكة أو بكسل) ومقياس ارتفاع يبلغ حوالي 16 مترًا ودقة قياس 60 مترًا.
• يتوفر نموذج Sonny DEM (أوروبا) بزيادات قدرها 1 درجة × 1 درجة ، أي بحجم خلية بترتيب 25 × 30 مترًا اعتمادًا على خط العرض. قام البائع بتجميع مصادر البيانات الأكثر دقة ، وهذا DEM دقيق نسبيًا ويمكن استخدامه "بسهولة" لـ TwoNav و Garmin GPS عبر تعيين OpenmtbMap المجاني.
• يتوفر IGN DEM 5 م × 5 م مجانًا (اعتبارًا من يناير 2021) بخطوات تبلغ 1 م × 1 م أو 5 م × 5 م بدقة رأسية تبلغ 1 م. تم شرح الوصول إلى هذا DEM في هذا الدليل.

لا تخلط بين الدقة (أو دقة البيانات الموجودة في الملف) والدقة الفعلية لتلك البيانات. يمكن الحصول على قراءات (قياسات) من الأدوات التي لا تسمح بمراقبة سطح الكرة الأرضية لأقرب متر.

يتوفر IGN DEM مجانًا 🙏 اعتبارًا من يناير 2021 ، وهو عبارة عن خليط من القراءات (القياسات) التي تم الحصول عليها باستخدام أدوات مختلفة. تم مسح المناطق التي تم مسحها ضوئيًا للبحث الأخير (مثل مخاطر الفيضانات) بدقة 1 متر ، وفي أماكن أخرى قد تكون الدقة بعيدة جدًا عن هذه القيمة. ومع ذلك ، في الملف ، تم استيفاء البيانات لملء الحقول بزيادات 5 × 5 م أو 1 × 1 م. أطلقت IGN حملة اقتراع عالية الدقة بهدف تغطية فرنسا بالكامل بحلول عام 2026 ، وفي ذلك اليوم ، ستكون IGN DEM دقيقة ومجاني بفواصل زمنية 1x1x1m. ...

يوضح DEM ارتفاع الأرض: لا يتم أخذ ارتفاع البنية التحتية (المباني والجسور والتحوطات وما إلى ذلك) في الاعتبار. في الغابة ، هذا هو ارتفاع الأرض عند سفح الأشجار ، سطح الماء هو سطح الساحل لجميع الخزانات الأكبر من هكتار واحد.

جميع النقاط في الخلية لها نفس الارتفاع ، لذلك عند حافة المنحدر ، نظرًا لعدم التأكد من موقع الملف ، مع تلخيصه مع عدم اليقين في الموقع ، قد يكون الارتفاع المستخرج هو نفسه الخلية المجاورة.

دقة تحديد المواقع GPS في ظل ظروف الاستقبال المثالية في حدود 4,5 متر بنسبة 90٪. يظهر هذا الأداء مع أحدث أجهزة استقبال GPS (GPS + Glonass + Galileo). لذلك ، تبلغ الدقة 90 مرة من 100 بين 0 و 5 أمتار (سماء صافية ، باستثناء الأقنعة ، باستثناء الأخاديد ، وما إلى ذلك) من الموقع الحقيقي. استخدام DEM مع خلية 1 × 1 م يؤدي إلى نتائج عكسية.لأن فرص التواجد على الشبكة الصحيحة ستكون نادرة. هذا الاختيار سوف يطغى على المعالج بدون قيمة مضافة حقيقية!

للحصول على DEM يمكن استخدامه في:

• TwoNav GPS: CDEM على بعد 5 م (RGEALTI).

• Garmin GPS: Sonny Database

  تعرف على كيفية إنشاء DEM الخاص بك لـ TwoNav GPS. يمكن استخراج منحنيات المستوى باستخدام برنامج Qgis.

حدد الارتفاع باستخدام GPS

قد يكون أحد الحلول هو تحميل ملف DEM في متصفح GPS الخاص بك ، ولكن الارتفاع سيكون موثوقًا فقط إذا تم تقليل حجم الشبكات وإذا كان الملف دقيقًا بدرجة كافية (أفقيًا وعموديًا).

للحصول على فكرة جيدة عن جودة DEM ، يكفي تصور ، على سبيل المثال ، تضاريس بحيرة أو بناء مسار يعبر البحيرة ومراقبة الارتفاعات في قسم ثنائي الأبعاد.

الصورة: برنامج LAND ، منظر بحيرة Gerardmer بتكبير ثلاثي الأبعاد × 3 مع DEM الصحيح. يُظهر إسقاط الشبكات على التضاريس حد DEM الحالي.

صورة: برنامج LAND ، منظر لبحيرة Gérardmer “BOG” ثنائية الأبعاد باستخدام DTM الصحيح.

تحتوي جميع أجهزة GPS الحديثة "ذات الجودة العالية" على بوصلة ومستشعر رقمي للضغط الجوي ، ومن ثم مقياس الارتفاع البارومتري ؛ يتيح لك استخدام هذا المستشعر الحصول على ارتفاع دقيق بشرط أن تقوم بتعيين الارتفاع عند نقطة معروفة (توصية Garmin).

أدى عدم دقة الارتفاع الذي يوفره نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) منذ ظهور نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى تطوير خوارزميات التهجين للملاحة الجوية التي تستخدم مقياس الارتفاع وارتفاع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتوفير موقع جغرافي دقيق. ارتفاع. إنه حل موثوق به للارتفاعات والاختيار المفضل لمصنعي نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وهو الأمثل لممارسة TwoNav في الهواء الطلق. وجارمين.

في Garmin ، يتم تقديم عرض GPS وفقًا لملف تعريف المستخدم (في الهواء الطلق ، وركوب الدراجات ، وركوب الدراجات في الجبال ، وما إلى ذلك) ، لذلك من المهم الرجوع إلى أدلة المستخدم وخدمة ما بعد البيع.

الحل الأمثل هو ضبط GPS الخاص بك على الخيار:

• الارتفاع = مقياس الضغط الجوي + نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، إذا سمح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بذلك ،
• الارتفاع = بارومتر + DTM (MNT) إذا سمح نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بذلك.

في جميع الحالات ، بالنسبة إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المجهز بمقياس ضغط جوي ، اضبط البارومتر يدويًا على أدنى ارتفاع له عند نقطة البداية. في الجبال على المسافات الطويلة ، يجب إعادة الإعداد ، خاصة في حالة التقلبات في درجات الحرارة والطقس.

تقوم بعض أجهزة ركوب الدراجات المُحسّنة لنظام GPS من Garmin تلقائيًا بإعادة تعيين الارتفاع البارومتري عند نقاط مسار الارتفاع المعروفة ، وهو حل ذكي بشكل خاص لركوب الدراجات الجبلية. ومع ذلك ، يجب على المستخدم الإبلاغ ، على سبيل المثال ، قبل مغادرة ارتفاع الممرات وقاع الوادي ؛ في طريق العودة ، سيكون فرق الارتفاع دقيقًا 👍.

في وضع Barometer + (GPS أو DTM) ، تتضمن الشركة المصنعة خوارزمية ضبط مقياس الضغط التلقائي بناءً على مبدأ أن الارتفاع الذي يراه المقياس أو GPS أو DEM يجب أن يكون متسقًا: يوفر هذا المبدأ مرونة كبيرة للمستخدم وهو مناسب تمامًا لـ الأنشطة في الهواء الطلق.

ومع ذلك ، يجب أن يكون المستخدم على دراية بالقيود:

• يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على الجيود ، لذلك إذا تحرك المستخدم عبر التضاريس الاصطناعية (على سبيل المثال ، إلى مقالب الخبث) ، فسيتم تشويه التصحيحات ،
• يُظهر DEM المسار على الأرض ، إذا اقترض المستخدم جزءًا كبيرًا من البنية التحتية البشرية (جسر ، جسر ، جسور مشاة ، أنفاق ، إلخ) ، سيتم تعويض التعديلات.

لذلك ، فإن الإجراء الأمثل للحصول على زيادة دقيقة في الارتفاع هو كما يلي:

1️⃣ اضبط مستشعر الضغط الجوي في البداية. بدون هذا الإعداد ، سيتم تحويل الارتفاعات (إزاحة) ، وسيكون الفرق في المستوى صحيحًا إذا كان الانجراف بسبب الطقس صغيرًا (طريق قصير خارج الجبال). بالنسبة لمستخدمي نظام تحديد المواقع العالمي من عائلة Garmin ، يتم استخدام ارتفاعات "gpx" بواسطة Garmin و Strava للمجتمع ، لذلك يفضل إدخال ملف تعريف الارتفاع الصحيح في قاعدة البيانات.

2️⃣ لتقليل الانجراف (خطأ في الارتفاع والارتفاع) بسبب الظروف الجوية في الرحلات الطويلة (> ساعة واحدة) وفي الجبال:

• ركز على الاختيار بارومتر + GPS، المناطق الخارجية ذات التضاريس الاصطناعية (مناطق التفريغ ، التلال الاصطناعية ، إلخ) ،
• ركز على الاختيار بارومتر + DTM (MNT)إذا قمت بتثبيت IGN DTM (شبكة 5 × 5 م) أو Sonny DTM (فرنسا أو أوروبا) خارج مسار يستخدم قدرًا كبيرًا من البنية التحتية (جسور المشاة والجسور العلوية وما إلى ذلك).

تطوير فرق الارتفاع

غالبًا ما تظهر مشكلة الارتفاع الموصوفة في السطور السابقة نفسها بعد ملاحظة أن الاختلاف في الارتفاع بين الممارسين مختلف أو يختلف اعتمادًا على ما إذا كان يُقرأ على GPS أو في تطبيق مثل STRAVA (انظر مساعدة STRAVA) على سبيل المثال.

بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى ضبط نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بك لتوفير الارتفاع الأكثر موثوقية.

من السهل جدًا الحصول على الفرق في المستويات من خلال قراءة الخريطة ، وغالبًا ما يقتصر الممارس على تحديد الفرق بين النقاط ذات الأبعاد القصوى ، على الرغم من أنه ، على وجه الدقة ، من الضروري حساب الخطوط الكنتورية الموجبة للحصول على المجموع .

لا توجد خطوط أفقية في الملف الرقمي ، أو برنامج GPS ، أو تطبيق رسم المسار ، أو تم تكوين برنامج التحليل "لتجميع الخطوات أو زيادات الارتفاع".

غالبًا ما يمكن تكوين "لا تراكم":

• في TwoNav ، تكون خيارات الإعداد مشتركة لجميع GPS
• في Gamin ، يجب عليك الرجوع إلى دليل المستخدم وخدمة ما بعد البيع (كل نموذج له خصائصه الخاصة وفقًا لملف تعريف المستخدم النموذجي)
• يحتوي تطبيق OpenTraveller على خيار يقترح تعديل حد الحساسية لتحديد الاختلاف في الارتفاع.

كل شخص لديه الحل الخاص بهم 💡.

مواقع أو برامج للتحليل عبر الإنترنت نسعى جاهدين لاستبدال الارتفاع من ملفات "gpx" ببيانات ارتفاعها الخاصة.

مثال: أنشأت STRAVA ملف قياس ارتفاع "أصلي" تم إنشاؤه باستخدام الارتفاعات المشتقة من المسارات المشتقة منها يُعرف نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بـ STRAVA ومجهز بمستشعر بارومتري. يفترض الحل المعتمد أن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) معروف لشركة STRAVA ، لذلك في الوقت الحالي يتم الحصول عليه بشكل أساسي من نطاق GARMIN ، وتفترض موثوقية الملف أن كل مستخدم قد اهتم بإعادة ضبط الارتفاع يدويًا .

أما بالنسبة للتأثيرات العملية ، فالمشكلة تظهر بشكل خاص أثناء المشي الجماعي ، لأن كل مشارك قد يلاحظ أن اختلاف الارتفاع لديهم يختلف عن مستوى المشاركين الآخرين ، اعتمادًا على نوع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، أو أنه مستخدم فضولي لا يفهم لماذا الاختلاف هو ارتفاع GPS أو برنامج التحليل أو STRAVA مختلف.

في عالم STRAVA المعقم تمامًا ، يجب أن يرى جميع أعضاء مجموعة مستخدمي GPS GARMIN من حيث المبدأ نفس الارتفاع على نظام GPS الخاص بهم وعلى STRAVA. ومع ذلك ، فمن المنطقي أنه لا يمكن تفسير الاختلاف إلا من خلال تعديل الارتفاع لا شيء يؤكد صحة فرق الارتفاع المبلغ عنه.

من المنطقي أن يرى عضو في مجموعة المستخدمين هذه لديه نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) غير معروف لـ STRAVA ، يجب أن يرى نفس فرق الارتفاع على STRAVA مثل مساعديه ، على الرغم من اختلاف المستوى المعروض بواسطة GPS الخاص به. يمكنه إلقاء اللوم على معداته ، التي تعمل بشكل صحيح مع ذلك.

لا يزال يتم الحصول على الأقرب إلى القيمة الحقيقية للاختلاف في الارتفاع في فرنسا أو بلجيكا عند قراءة بطاقة IGN.، فإن تشغيل نظام جيود أكثر تقدمًا سيحرك المعلم تدريجياً نحو نظام GNSS

GNSS: تحديد الموقع الجغرافي والملاحة باستخدام نظام الأقمار الصناعية: تحديد موقع وسرعة نقطة على السطح أو في المنطقة المجاورة مباشرة للأرض عن طريق معالجة الإشارات الراديوية من عدة أقمار صناعية تم استقبالها في تلك المرحلة.

إذا كنت بحاجة إلى الاعتماد على برنامج أو تطبيق للحصول على فرق الارتفاع ، فيجب عليك ضبط هذا البرنامج لضبط قيمة خطوة التراكم وفقًا للخطوط الكنتورية لخريطة IGN للموقع ، أي 5 أو 10 أمتار. ستتحول خطوة صغيرة إلى هبوط لكل القفزات الصغيرة أو التحولات إلى النتوءات ، والعكس صحيح ، فإن الخطوة المرتفعة جدًا ستمحو صعود التلال الصغيرة.

بعد تطبيق هذه التوصيات ، أظهرت تجربة المؤلف أن قيم الارتفاع التي تم الحصول عليها باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي أو برنامج التحليل المجهز بـ DEM الموثوق به تظل ضمن النطاق "الصحيح" ، على افتراض أن خريطة IGN بها أيضًا أوجه عدم اليقين الخاصة بهامقارنةً بالتقدير الذي تم الحصول عليه باستخدام بطاقة IGN 1/25.

من ناحية أخرى ، فإن القيمة التي تنشرها STRAVA عادة ما تكون مبالغ فيها. الطريقة التي استخدمتها STRAVA ، استنادًا إلى "التعليقات" من المستخدمين ، تسمح لك نظريًا بالتنبؤ بتقارب سريع للقيم القريبة جدًا من الحقيقة ، والتي يجب أن تتم بالفعل في BikePark ، اعتمادًا على عدد الزوار أو مسارات مزدحمة للغاية!

لتوضيح هذه النقطة بشكل ملموس ، إليك تحليل لمسار تم التقاطه عشوائيًا على طريق منحدر يبلغ طوله 20 كم. تم تعيين ارتفاع GPS "البارومتري" قبل المغادرة ، فهو يوفر ارتفاع "Barometric + GPS" ، DTM هو DTM موثوق به تم إعادة تصميمه ليكون دقيقًا. نحن خارج المنطقة حيث يمكن أن يكون لدى STRAVA ملف تعريف ارتفاع موثوق.

هذا رسم توضيحي لمسار حيث يكون الفرق بين IGN و GPS هو الأكبر والفرق بين IGN و STRAVA هو الأصغر. المسافة بين GPS و STRAVA هي 80 مترًا ، و "IGN" الحقيقي بينهما.

مرتفعات
مغادرة	وصول	ماكس	دقيقة	ارتفاع	الانحراف / IGN
GPS (حاجز + GPS)	122	124	150	98	198	-30
ضبط الارتفاع على DTM	122	122	150	98	198	-30
FOOD	280	51
بطاقات IGN	122	122	148	99	228,5	0