Como podo mellorar a precisión da altitude en TwoNav GPS?

Preámbulo

Desde principios de 2021, IGN ofrece acceso gratuíto a algúns dos seus datos:

• Os 25 mapas TOP de IGN aínda non son gratuítos, pero a versión de mapas dispoñible en Géoportail é gratuíta.
• As bases de datos do altímetro IGN 5 x 5 m están dispoñibles gratuitamente. Estas bases de datos permiten a creación dun modelo dixital do terreo, é dicir. un mapa de altura cunha resolución horizontal de 5 mx 5 m ou 1 mx 1 m cunha resolución vertical de 1 m. Ou unha gran definición para os usuarios que somos.

Este artigo en forma de titorial está destinado máis específicamente aos usuarios do software GPS TwoNav e Land.

Non é posible influír nos datos de altitude do GPS de Garmin neste momento.

Que é un modelo de elevación dixital (DTM)

Un modelo de elevación dixital (DEM) é unha representación tridimensional da superficie terrestre creada a partir de datos de elevación. A precisión do ficheiro de elevación (DEM) depende de:

• A calidade dos datos de altitude (precisión e medios utilizados para a topografía),
• Tamaño da cela unitaria (píxeles),
• Sobre a precisión horizontal da localización destas cuadrículas,
• A precisión da túa xeolocalización e, polo tanto, a calidade do teu GPS, do teu reloxo conectado ou do teu smartphone.

Unha lousa ou tella da base de datos altimétrica IGN. Baldosa de 5 km x 5 km, formada por 1000 × 1000 celas ou 5 mx 5 m (Bosque de Saint Gobain Aisne). Esta pantalla proxéctase no mapa base de OSM.

DEM é un ficheiro que define o valor de altura dun punto situado no centro da cuadrícula, con toda a superficie da grade á mesma altura.

Por exemplo, un ficheiro do departamento IGN Aisne BD Alti de 5 x 5 m (departamento elixido polo seu gran tamaño) ten algo menos de 400 fichas.

Cada cuadrícula está identificada por un conxunto de coordenadas de latitude e lonxitude.

Canto menor sexa o tamaño da reixa, máis precisos serán os datos de elevación. Os detalles de elevación máis pequenos que o tamaño da malla (resolución) son ignorados.

Canto menor sexa o tamaño da malla, maior será a precisión, pero maior será o ficheiro, polo que ocupará máis espazo de memoria e será máis difícil de procesar, o que pode ralentizar outras operacións de procesamento.

O tamaño do ficheiro DEM dun departamento é de aproximadamente 1 Mo para 25 m x 25 m, 120 Mo para 5 m x 5 m.

Os DEM utilizados pola maioría das aplicacións, sitios web, GPS e teléfonos intelixentes de consumo proceden de datos globais gratuítos proporcionados pola NASA.

A orde de precisión dun DEM da NASA é un tamaño de cela de 60 m x 90 m e unha altura de paso de 30 m. Estes son ficheiros en bruto, non se corrixiron e moitas veces os datos interpoláronse, a precisión é media, pode haber grandes erros.

Este é un dos motivos da imprecisión vertical do GPS, o que explica a diferenza de altitude observada para o trazado, dependendo da web na que estea aloxado, do GPS ou do smartphone que rexistrou a diferenza de altitude.

• O Sonny MNT (ver máis adiante nesta guía) está dispoñible gratuitamente para Europa cun tamaño de cela de aproximadamente 25 m x 30 m. Utiliza fontes de datos máis precisas que a NASA MNT e traballou para solucionar erros importantes. É un DEM relativamente preciso axeitado para a bicicleta de montaña, cun bo rendemento nun país europeo.

Na imaxe de arriba, a tella altimétrica (MNT BD Alti IGN 5 x 5) que cubre as escouras (preto de Valenciennes) converteuse en curvas de nivel separadas 2,5 m e superpostas no mapa IGN. A imaxe permite "convencer" da calidade deste DEM.

• O DEM IGN de ​​5 x 5 m ten unha resolución horizontal (tamaño da cela) de 5 x 5 m e unha resolución vertical de 1 m. Este DEM proporciona a elevación do terreo; non se ten en conta a altura dos obxectos de infraestrutura (edificios, pontes, sebes, etc.). No bosque, esta é a altura da terra ao pé das árbores, a superficie da auga é a superficie da costa para todos os encoros superiores a unha hectárea.

Montaxe e instalación de DEM

Para avanzar máis rápido: un usuario de GPS TwoNav elaborou un modelo dixital do terreo que cobre Francia utilizando datos IGN de ​​5 x 5 m. Estes pódense descargar por rexións desde o sitio gratuíto: CDEM 5 m (RGEALTI).

Para o usuario, a proba correcta para avaliar a fiabilidade do "DEM" é a visualización da superficie do lago en 3D.

Baixo o lago das antigas fraguas (Ardenas), mostrado en 3D por BD Alti IGN arriba e BD Alti Sonny abaixo. Vemos que hai calidade.

Os mapas de altímetro CDEM proporcionados por TwoNav como estándar para o seu software GPS ou LAND non son moi fiables.

Así, este "titorial" ofrece unha guía de usuario para descargar "tiles" de datos de altimetría fiables para o software TwoNav GPS e LAND.

Os datos están dispoñibles gratuitamente para:

• Toda Europa: Sonny Altimetry Database,
• Francia: base de datos de altimetría IGN.

Podes crear un ficheiro que abarque só o país, o departamento ou a zona xeográfica (Lousa/Telefa/Pellet) para gardar memoria utilizable ou utilizar ficheiros máis pequenos.

Base de datos de altímetros de Sonny

Os modelos de 1 '' divídense en anacos de ficheiros de 1 ° x 1 ° e están dispoñibles en formato SRTM (.hgt) cun tamaño de cela de 22 × 31 m dependendo da latitude, un formato utilizado en todo o mundo e utilizado en moitos programas. Desígnanse polas súas coordenadas, por exemplo N43E004 (43 ° de latitude norte, 4 ° de lonxitude leste).

procedemento

1. Conéctese ao sitio https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Descarga os mosaicos correspondentes ao país ou sector xeográfico seleccionado.

3. Extrae os ficheiros .HGT dos ficheiros .ZIP descargados.

4. En LAND, cargue cada ficheiro .HGT

5. En LAND, todos os .hgts desexados están abertos, pecha o resto.

6. Fai "Combinar estes DEMS", o tempo de compilación pode ser longo dependendo do número de mosaicos a recoller (escolla a extensión cdem) para o ficheiro .CDEM que se pode usar no GPS Twonav.

Mapeo de "tiles" OSM e MNT en LAND, todo é portátil para GPS e 100% gratuíto.

Base de datos de altimetría IGN

Esta base de datos consta dun directorio por departamento.

procedemento

1. Conéctese ao sitio de Geoservices. Se esta ligazón non funciona: o teu navegador "non ten acceso FTP": non te asustes! Guía do usuario:
   • No teu xestor de ficheiros:
   • fai clic co botón dereito "este PC"
   • fai clic co botón dereito "engadir localización da rede"
   • Introduza o enderezo "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "sen" ";
   • Nomea este acceso para identificalo ex xeoservizo IGN
   • Finaliza o proceso
   • Agarde uns minutos ata que se actualice a lista de ficheiros (levará uns minutos)
2. Agora tes acceso aos datos de IGN:
   • Fai clic co botón dereito no ficheiro de datos que queres copiar.
   • A continuación, INSERTAR no directorio de destino
   • Os tempos de carga poden ser longos!

Esta imaxe ilustra a importación da base de datos de altímetros de Vaucluse 5m x 5m. Fai clic co botón dereito sobre o ficheiro, despois copia no cartafol e agarda a descarga.

Despois de desempaquetar o ficheiro "zipped", obtense unha estrutura en árbore. Os datos corresponden a uns 400 ficheiros de datos (tiles) 5 km x 5 km ou 1000 × 1000 celas 5 m x 5 m en formato .asc (formato texto) para o departamento.

O disco multitiles cobre principalmente a pista de MTB.

Cada cela de 5x5 km está identificada por un conxunto de coordenadas de Lambert 93.

As coordenadas UTM da esquina superior esquerda desta ou pezas son x = 52 6940 e y = 5494 775:

• 775: rango da columna (770, 775, 780, ...) no mapa
• 6940: Rango de liña no mapa

3. Danza TERRA

4. No seguinte paso, busque os datos no directorio "datos", seleccione só o primeiro ficheiro:

5. Abre e confirma, abrirase a xanela de abaixo, coidado, este é o paso máis delicado :

Seleccione a proxección Lambert-93 e Datum RGF 93 e marque a caixa na esquina inferior esquerda.

Land extrae e dá formato aos datos das tellas * .asc, o que pode levar un tempo.

Despois de crear placas a partir de DEM en formato SRTM (HGT / DEM), hai tantos como ficheiros en formato * .asc.

6. Land permíteche "combinalos" nun único ficheiro DEM ou por tella ou gránulo para atender ás túas necesidades (teña en conta que o tamaño do ficheiro pode ralentizar o procesamento GPS)

Para facilitar o seu uso, é preferible (opcional) cubrir primeiro todas as tarxetas abertas.

No menú do mapa (ver máis abaixo) abra todos os ficheiros no formato * .hdr (o menos voluminoso) do directorio de datos importados da base de datos (como nas operacións anteriores)

Land abre ficheiros HDR, o DEM do departamento está cargado e pódese usar

7. Aquí podes usar o DEM de Ardenas (mapa de impacto), para facelo máis doado de usar, combinarémolos nun só ficheiro.

Menú Lista:

Combina estes DEM

Seleccione o formato * .cdem e nomee o ficheiro DEM.

A combinación levará un pouco de tempo, hai que combinar máis de 21 ficheiros. De aí a recomendación de traballar a base de gránulos de MNT que cobren os teus parques infantís.

O modelo dixital do terreo das Ardenas que creamos, só tes que abrir ese ficheiro de mapa IGN Xeoportal como se mostra a continuación, por exemplo.

A proba realízase abrindo directamente a pista de UtagawaVTT "Château de Linchamp" que aparece na saída a un desnivel de 997m, 981m con Sonny DTM (proceso anterior) e 1034m cando a Terra substitúe a altura en cada punto por unha altura DTM de 5mx5m. .

O cálculo da diferenza de nivel sumando as curvas de nivel no mapa IGN amosa unha diferenza de nivel de 1070 m, é dicir, unha diferenza do 3%, o que é bastante correcto.

O valor de 1070 segue sendo aproximado porque non é trivial calcular curvas nun mapa en relevo.

Usando un ficheiro de altimetría

Os ficheiros MNT.cdem poden ser usados ​​por LAND para extraer a elevación, calcular a elevación, a pendente, as rutas de waypoints e moito máis; e para todos os dispositivos GPS TwoNav abonda con poñer o ficheiro no directorio / map e seleccionalo como map.cdem.

Un artigo do blog sobre a altitude inexacta revela o problema da altimetría e as diferenzas de altitude usando o GPS, o principio pódese transferir aos reloxos GPS así como ás aplicacións de teléfonos intelixentes.

Os fabricantes usan varios métodos para "borrar" as inexactitudes presentadas neste artigo, filtrando datos de altitude (media móbil), utilizando un sensor barométrico ou un modelo dixital do terreo.

A altitude do GPS é "ruidosa", é dicir, oscila arredor dun valor medio, a altitude barométrica depende dos caprichos da presión barométrica e da temperatura, polo que os ficheiros meteorolóxicos e DEM poden ser inexactos.

A hibridación dun barómetro con GPS ou DEM baséase no seguinte principio:

• Durante un longo período de tempo, o cambio de altitude barométrica depende das condicións meteorolóxicas (presión e temperatura),
• Durante un longo período de tempo, fíltranse os erros de altitude do GPS,
• Durante moito tempo, os erros DEM son similares ao ruído, polo que se filtran.

A hibridación consiste en calcular a altitude media GPS ou DEM e extraer o cambio de altitude da mesma.

Por exemplo, durante os últimos 30 minutos, a altura do ruído filtrado (GPS ou MNT) aumentou en 100 m; porén, no mesmo período, a altitude indicada polo barómetro aumentou en 150 metros.

Loxicamente, o cambio de altura debería ser o mesmo. O coñecemento das propiedades destes sensores permite "reaxustar" o barómetro de -50 m.

Normalmente no modo Baro + GPS ou 3D, a altitude do barómetro corríxese, como faría un sendeirista ou escalador manualmente, facendo referencia ao mapa IGN.

En concreto, un GPS recente ou un smartphone recente (boa calidade) detéctanos (FIX) cunha precisión de 3,5 m no plano horizontal 90 veces sobre 100 cando as condicións de recepción son idóneas.

Este "rendemento" horizontal corresponde a un tamaño de malla de 5 mx 5 m ou 25 mx 25 m e o uso destes DTM permite unha boa precisión vertical.

O DEM mostra a cota do terreo, por exemplo se cruzas o val do Tarn polo viaduto de Millau, a pista rexistrada no DEM debería levarte ao fondo do val, aínda que o camiño permaneza na plataforma do viaduto. ...

Outro exemplo, cando vai en bicicleta de montaña ou viaxa nunha ladeira empinada, a precisión horizontal do GPS deteriorase debido aos efectos de enmascaramento ou de rutas múltiples; entón a altura asignada a FIX corresponderá á altura dunha lousa adxacente ou máis afastada, polo tanto, ben á parte superior ou á base do val.

No caso dunha lima formada por cuadrículas de gran superficie, a altura tenderá á media entre o fondo do val e o alto!

Para estes dous exemplos extremos pero típicos, a diferenza acumulada de altura desviarase gradualmente do valor real.

Recomendacións para o seu uso

Para evitar efectos secundarios:

• Calibra o barómetro GPS á altitude do teu punto de partida pouco antes da saída (recomendado por todos os fabricantes de GPS),
• deixa que o teu GPS faga algunhas CORRECCIÓNS antes de comezar a rastrexar para que a precisión do posicionamento coincida,
• seleccionar hibridación: cálculo de altitude = Barómetro + GPS ou Barómetro + 3D.

Se a súa elevación da pista se sincronizou con DEM, terá cálculos de elevación e pendente moi precisos como na imaxe de abaixo, onde a diferenza é de só 1 metro.

• GPS Trail 2 (captura de imaxes degradadas de 72 ppp, pantalla GPS de 200 ppp)
• Raster superposto e mapa vectorial OSM
• Escala 1: 10
• O sombreado CDEM 5mx5m BD Alti IGN enfatiza a altura en incrementos de 1 m.

A imaxe de abaixo compara o perfil de dúas pistas idénticas de 30 km (da mesma sona), a altura dunha sincronizouse con IGN DEM e a outra con Sonny DEM, unha ruta realizada en modo baro + híbrido 3d.

• Altitude no mapa IGN: 275 m.
• Altitude calculada con GPS en modo Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
• Altitude calculada con GPS en modo Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
• Desnivel sincronizado en IGN MNT: 271 m (-1,4%)
• Subida sincronizada en Sonny MNT: 255 m (-7%)

"Truth" probablemente estea fóra dos 275 m IGN debido á configuración da curva.

Exemplo de calibración automática (compensación) do altímetro barométrico GPS durante a ruta mostrada arriba (Ficheiro de rexistro orixinal do GPS):

• Sen acumulación vertical para calcular a diferenza de altura: 5 m, (A parametrización é idéntica ás curvas do mapa IGN),
• Altitude durante a calibración/reinicio:
  • GPS 113.7 m,
  • Altímetro barométrico 115.0 m,
  • Altura MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Iteración (Período de Liquidación): 30 minutos
• Corrección barométrica para os próximos 30 minutos: – 0.001297