Wie kann ich die Höhengenauigkeit in TwoNav GPS verbessern?

Präambel

Ab Anfang 2021 bietet IGN kostenlosen Zugang zu einigen seiner Daten:

• Die „TOP 25“-Karten von IGN sind noch nicht kostenlos, die auf Géoportail verfügbare „Map“-Version ist jedoch kostenlos.
• Die IGN 5 x 5m Höhenmesser-Datenbanken sind frei verfügbar. Diese Datenbanken ermöglichen die Erstellung eines digitalen Geländemodells, d.h. Höhenkarte mit einer horizontalen Auflösung von 5 m x 5 m oder 1 m x 1 m mit einer vertikalen Auflösung von 1 m. Oder eine großartige Definition für die Benutzer, die wir sind.

Dieser Artikel richtet sich in Form eines Tutorials speziell an Benutzer der Software GPS TwoNav und Land.

Derzeit ist es nicht möglich, die GPS-Höhendaten von Garmin zu beeinflussen.

Was ist ein digitales Geländemodell (DTM)?

Ein digitales Höhenmodell (DEM) ist eine dreidimensionale Darstellung der Erdoberfläche, die aus Höhendaten erstellt wird. Die Genauigkeit der Höhendatei (DEM) hängt ab von:

• Qualität der Höhendaten (Genauigkeit und für Vermessungen verwendete Einrichtungen),
• Einheitszellengröße (Pixel),
• Zur horizontalen Lokalisierungsgenauigkeit dieser Gitter:
• Die Genauigkeit Ihrer Geolokalisierung und damit die Qualität Ihres GPS, Ihrer verbundenen Uhr oder Ihres Smartphones.

Platte oder Fliese aus der IGN Altimetric-Datenbank. 5 km x 5 km große Kachel bestehend aus 1000 × 1000 Zellen oder 5 m x 5 m großen Zellen (Saint-Gobain-Aisne-Wald). Dieser Bildschirm wird auf die OSM-Grundkarte projiziert.

DEM ist eine Datei, die den Höhenwert eines Punktes definiert, der sich in der Mitte des Gitters befindet, wobei die gesamte Oberfläche des Gitters auf derselben Höhe liegt.

Beispielsweise umfasst eine 5 x 5 m große Aisne BD Alti IGN-Abteilungsdatei (eine Abteilung, die aufgrund ihrer Größe ausgewählt wurde) knapp 400 Kacheln.

Jedes Gitter wird durch einen Satz Breiten- und Längenkoordinaten identifiziert.

Je kleiner die Rastergröße, desto genauer sind die Höhendaten. Höhendetails, die kleiner als die Rastergröße (Auflösung) sind, werden ignoriert.

Je kleiner die Rastergröße, desto höher die Genauigkeit, aber desto größer wird die Datei, sodass sie mehr Speicherplatz beansprucht und schwieriger zu verarbeiten ist, was möglicherweise andere Verarbeitungsvorgänge verlangsamt.

Die DEM-Dateigröße für eine Abteilung beträgt etwa 1 MB für 25 x 25 m und 120 MB für 5 x 5 m.

Die von den meisten Apps, Websites, GPS und Verbraucher-Smartphones verwendeten DEMs stammen aus kostenlosen globalen Daten, die von der NASA bereitgestellt werden.

Die Genauigkeitsordnung eines NASA-DEM ist eine Zellengröße von 60 m x 90 m und eine Schritthöhe von 30 m. Dies sind Rohdateien, sie wurden nicht korrigiert, und oft werden die Daten interpoliert, die Genauigkeit ist durchschnittlich, es kann groß sein Fehler.

Dies ist einer der Gründe für die vertikale Ungenauigkeit von GPS, die den beobachteten Höhenunterschied für einen Track erklärt, abhängig von der Website, auf der er gehostet wird, dem GPS oder dem Smartphone, das den Höhenunterschied aufgezeichnet hat.

• Das Sonny MNT (siehe weiter unten in diesem Handbuch) ist für Europa kostenlos mit einer Zellengröße von ca. 25 m x 30 m erhältlich. Es verwendet genauere Datenquellen als das NASA MNT und es wurden umfangreiche Fehlerbehebungen vorgenommen. Dies ist ein relativ genaues DEM, das für Mountainbiken geeignet ist und im europäischen Ländermaßstab eine gute Leistung aufweist.

Im Bild oben wurde eine Höhenmesserkachel (MNT BD Alti IGN 5 x 5), die Schlackenhalden (in der Nähe von Valenciennes) abdeckt, in Höhenlinien mit einem Abstand von 2,5 m umgewandelt und auf der IGN-Karte eingeblendet. Anhand des Bildes können Sie sich von der Qualität dieses DEM „überzeugen“.

• Das 5 x 5 m IGN DEM hat eine horizontale Auflösung (Zellengröße) von 5 x 5 m und eine vertikale Auflösung von 1 m. Dieses DEM liefert die Geländehöhe; die Höhe von Infrastrukturobjekten (Gebäude, Brücken, Hecken usw.) wird nicht berücksichtigt. Im Wald ist dies die Erdhöhe am Fuße der Bäume, die Wasseroberfläche ist die Küstenoberfläche für alle Stauseen, die größer als ein Hektar sind.

Montage und Installation des DEM

Um schneller voranzukommen: Ein TwoNav-GPS-Benutzer hat ein digitales Geländemodell für Frankreich basierend auf IGN-Daten von 5 x 5 m erstellt. Diese können nach Regionen von der frei zugänglichen Website heruntergeladen werden: CDEM bei 5 m (RGEALTI).

Für den Anwender ist der richtige Test zur Beurteilung der Zuverlässigkeit des „DEM“ die Visualisierung der Seeoberfläche in 3D.

Unter dem See der alten Schmieden (Ardennen), dargestellt in 3D BD Alti IGN oben und BD Alti Sonny unten. Wir sehen, dass die Qualität da ist.

Die von TwoNav standardmäßig für die GPS- oder LAND-Software bereitgestellten CDEM-Höhenmesserkarten sind nicht sehr zuverlässig.

Daher bietet dieses "Tutorial" eine Benutzeranleitung zum Herunterladen von "Kacheln" zuverlässiger Höhenmessdaten für die TwoNav GPS- und LAND-Software.

Die Daten stehen kostenlos zur Verfügung für:

• Ganz Europa: Sonny-Altimetriedatenbank,
• Frankreich: IGN-Höhenmesserdatenbank.

Sie können eine Datei erstellen, die ein Land, eine Abteilung oder nur ein geografisches Gebiet (Platte/Fliese/Pellet) abdeckt, um nutzbaren Speicher zu sparen oder kleinere Dateien zu verwenden.

Sonny Altimeter-Datenbank

Die 1-Zoll-Modelle sind in 1°x1°-Dateifragmente unterteilt und im SRTM-Format (.hgt) mit einer Zellengröße von 22x31m je nach Breitengrad verfügbar, einem Format, das weltweit verwendet wird und von vielen Programmen verwendet wird. Sie sind mit ihren Koordinaten gekennzeichnet, z. B. N43E004 (43°N, 4°E).

verfahren

1. Verbinden Sie sich mit der Seite https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Laden Sie die Kacheln herunter, die dem ausgewählten Land oder geografischen Sektor entsprechen.

3. Extrahieren Sie die .HGT-Dateien aus den heruntergeladenen .ZIP-Dateien.

4. Laden Sie in LAND jede .HGT-Datei hoch

5. In LAND sind alle gewünschten .hgts geöffnet, der Rest geschlossen.

6. Wenn Sie „Diese DEMS kombinieren“ ausführen, kann die Kompilierungszeit je nach Anzahl der zu sammelnden Kacheln (wählen Sie die Erweiterung „cdem“) für eine .CDEM-Datei, die auf Twonav GPS verwendet werden kann, lang sein.

OSM-„Kachel“- und MNT-„Kachel“-Anzeige in LAND, alle auf GPS portierbar und 100 % kostenlos!

IGN-Altimetriedatenbank

Diese Datenbank besteht aus einem Katalog nach Abteilungen.

verfahren

1. Stellen Sie eine Verbindung zur Geoservices-Site her. Wenn dieser Link nicht funktioniert: Ihr Browser hat „keinen Zugriff auf FTP“: Keine Panik! Benutzerhandbuch:
   • In Ihrem Dateimanager:
   • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf „Dieser PC“.
   • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf „Netzwerkstandort hinzufügen“.
   • Geben Sie die Adresse „ftp://RGE_ALTI_ext:[e-mail]“ ohne „“ ein;
   • Benennen Sie diesen Zugriff, um ihn als ehemaligen IGN-Geodienst zu identifizieren
   • Beenden Sie den Vorgang
   • Warten Sie einige Minuten, bis die Dateiliste aktualisiert ist (dies kann einige Minuten dauern).
2. Sie haben jetzt Zugriff auf IGN-Daten:
   • Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datendatei, die Sie kopieren möchten.
   • Dann in das Zielverzeichnis einfügen
   • Die Ladezeit kann lang sein!

Dieses Bild zeigt den Import der Vaucluse 5m x 5m Höhenmesser-Datenbank. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datei, kopieren Sie sie in einen Ordner und warten Sie auf den Download.

Nach dem Entpacken der „gezippten“ Datei erhält man eine Baumstruktur. Die Daten entsprechen ca. 400 Dateien (Kacheln) 5 km x 5 km oder 1000 × 1000 Zellen 5 m x 5 m im .asc-Format (Textformat) für den Fachbereich.

Eine Scheibe aus mehreren Kacheln bedeckt größtenteils die MTB-Strecke.

Jede 5x5 km große Zelle wird durch einen Satz Lambert-93-Koordinaten identifiziert.

Die UTM-Koordinaten der oberen linken Ecke dieser Kachel(n) sind: x = 52 6940 und y = 5494 775:

• 775: Spaltenrang (770, 775, 780, ...) auf der Karte
• 6940: Rang der Kartenlinie

3. Tanz LAND

4. Suchen Sie im nächsten Schritt die Daten im Verzeichnis "data", Wählen Sie nur die erste Datei aus:

5. Öffnen und dann bestätigen. Das folgende Fenster wird geöffnet. Seien Sie vorsichtig, dies ist der heikelste Schritt :

Wählen Sie die Projektion Lambert-93 und Datum RGF 93 aus und aktivieren Sie das Kontrollkästchen in der unteren linken Ecke.

Land extrahiert und formatiert Daten aus *.asc-Kacheln, was einige Zeit dauern kann.

Nach der Erstellung von Platten aus DEM im SRTM-Format (HGT/DEM) gibt es davon so viele wie *.asc-Dateien.

6. Mit Land können Sie sie in einer einzigen DEM-Datei oder nach Kachel oder Granulat „kombinieren“, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden (beachten Sie, dass die Dateigröße die GPS-Verarbeitung verlangsamen kann).

Aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit empfiehlt es sich (nicht erforderlich), zunächst alle offenen Karten zu schließen.

Öffnen Sie im Kartenmenü (siehe unten) alle Dateien im *.hdr-Format (am wenigsten umfangreich) des importierten DB-Datenverzeichnisses (wie bei den vorherigen Vorgängen).

Land öffnet HDR-Dateien, Abteilung DEM wird geladen und kann verwendet werden

7. Hier können Sie das Ardennes DEM (DEM) verwenden. Um die Verwendung zu vereinfachen, werden wir sie in einer Datei zusammenfassen.

Listenmenü:

Kombinieren Sie diese DEMs

Wählen Sie das Format *.cdem und nennen Sie die Datei DEM.

Die Zusammenführung wird einige Zeit in Anspruch nehmen, da über 21 Dateien zusammengeführt werden müssen. Daher die Empfehlung, mit MNT-Pellets zu arbeiten, die Ihre Spielplätze abdecken.

Das von uns erstellte digitale Landschaftsmodell der Ardennen. Öffnen Sie diese Datei einfach mit der IGN-Geoportal-Karte, wie zum Beispiel unten gezeigt.

Der Test wird durchgeführt, indem die am Start angezeigte UtagawaVTT-Strecke „Château de Linchamp“ bei einem Höhenunterschied von 997 m, 981 m mit Sonny DTM (vorheriges Verfahren) und 1034 m, wenn Land die Höhe an jedem Punkt durch eine DTM-Höhe von 5 x 5 m ersetzt, direkt geöffnet wird .

Die Berechnung des Höhenunterschieds durch Summierung der Höhenlinien auf der IGN-Karte ergibt einen Höhenunterschied von 1070 m, also einen Unterschied von 3 %, was völlig richtig ist.

Der Wert von 1070 bleibt ein Näherungswert, da es nicht trivial ist, Kurven auf einer Reliefkarte zu berechnen.

Verwendung einer Höhenmesserdatei

MNT.cdem-Dateien können von LAND zur Höhenextraktion, Höhenberechnung, Neigung, Wegpunktverfolgung usw. verwendet werden; Und für alle TwoNav-GPS-Geräte legen Sie die Datei einfach im Verzeichnis /map ab und wählen Sie sie als „map.cdem“ aus.

Ein Blogbeitrag zu ungenauen Höhen geht auf das Problem der Höhenmessung und Höhenunterschiede mit GPS ein, ein Prinzip, das sich sowohl auf GPS-Uhren als auch auf Smartphone-Apps übertragen lässt.

Hersteller verwenden mehrere Methoden, um die in diesem Artikel dargestellten Ungenauigkeiten zu „beseitigen“, indem sie die Höhendaten filtern (gleitender Durchschnitt), einen barometrischen Sensor oder ein digitales Geländemodell verwenden.

Die GPS-Höhe ist „verrauscht“, d. h. schwankt um einen Durchschnittswert, die barometrische Höhe hängt von den Schwankungen des Luftdrucks und der Temperatur ab, sodass Wetter- und DEM-Dateien ungenau sein können.

Die Hybridisierung eines Barometers mit GPS oder DEM basiert auf folgendem Prinzip:

• Über einen längeren Zeitraum hinweg hängt die Änderung der barometrischen Höhe von den Wetterbedingungen (Druck und Temperatur) ab.
• Über einen langen Zeitraum hinweg werden GPS-Höhenfehler herausgefiltert,
• DEM-Fehler sind lange Zeit wie Rauschen und werden daher herausgefiltert.

Bei der Hybridisierung wird die durchschnittliche GPS- oder DEM-Höhe berechnet und daraus die Höhenänderung extrahiert.

Beispielsweise erhöht sich in den letzten 30 Minuten die Höhe des gefilterten Rauschens (GPS oder MNT) um 100 m; Allerdings stieg die vom Barometer angezeigte Höhe im gleichen Zeitraum um 150 Meter.

Logischerweise sollte die Höhenänderung gleich sein. Wenn Sie die Eigenschaften dieser Sensoren kennen, können Sie das Barometer -50 m „neu konfigurieren“.

Normalerweise wird die Höhe des Barometers im Baro + GPS- oder 3D-Modus so korrigiert, wie es ein Wanderer oder Kletterer manuell tun würde, indem er eine IGN-Karte überprüft.

Konkret erkennt ein aktuelles GPS oder ein aktuelles Smartphone (gute Qualität) Sie (FIX) mit einer Genauigkeit von 3,5 m in der horizontalen Ebene in 90 von 100 Fällen, wenn die Empfangsbedingungen ideal sind.

Diese horizontale „Leistung“ entspricht einer Zellengröße von 5 m x 5 m oder 25 m x 25 m, und die Verwendung dieser DTMs führt zu einer guten Genauigkeit in der vertikalen Ebene.

Das DEM zeigt die Höhe des Bodens an. Wenn Sie beispielsweise das Tarn-Tal auf dem Millau-Viadukt überqueren, sollte die auf dem DEM aufgezeichnete Strecke Sie zum Talboden führen, auch wenn der Weg auf der Plattform des Viadukts bleibt. .

Ein weiteres Beispiel: Wenn Sie mit dem Mountainbike unterwegs sind oder an einem steilen Berghang unterwegs sind, wird die horizontale Genauigkeit des GPS aufgrund von Masken oder Mehrwegeffekten beeinträchtigt; dann entspricht die FIX zugewiesene Höhe der Höhe der angrenzenden oder weiter entfernten Platte, also entweder in Richtung der Taloberkante oder der Talsohle.

Im Falle einer Feile, die aus Gittern mit großer Oberfläche besteht, wird die Höhe tendenziell zwischen der Talsohle und der Taloberkante durchschnittlich sein!

Bei diesen beiden extremen, aber typischen Beispielen weicht der kumulierte Höhenunterschied allmählich vom wahren Wert ab.

Empfehlungen für den Einsatz

Um Nebenwirkungen zu vermeiden:

• Kalibrieren Sie kurz vor Abflug das GPS-Barometer auf der Höhe Ihres Startpunkts (empfohlen von allen GPS-Herstellern),
• Lassen Sie Ihr GPS ein paar Korrekturen vornehmen, bevor Sie mit der Verfolgung beginnen, damit die Standortgenauigkeit übereinstimmt.
• Hybridisierung auswählen: Höhenberechnung = Barometer + GPS oder Barometer + 3D.

Wenn Ihre Gleishöhe mit DEM synchronisiert wurde, erhalten Sie sehr genaue Höhen- und Neigungsberechnungen, wie im Bild unten, wo der Unterschied nur 1 Meter beträgt.

• GPS Trail 2 (72 dpi verschlechterte Bildaufnahme, 200 dpi GPS-Bildschirm)
• Raster- und Vektor-OSM-Karte überlagern
• Maßstab 1:10
• Die Schraffur von CDEM 5mx5m BD Alti IGN betont die Höhe in Schritten von 1 m.

Das Bild unten vergleicht das Profil zweier identischer 30-km-Strecken (gleichen Ruhms), die Höhe der einen wurde mit IGN DEM und die andere mit Sonny DEM synchronisiert, einer Strecke, die im Baro + Hybrid-Modus 3d gefahren wurde.

• Höhe auf der IGN-Karte: 275 m.
• Mit GPS im Hybrid Baro + 3D-Modus berechnete Höhe: 295 m (+ 7 %)
• Mit GPS im Hybrid Baro + GPS-Modus berechnete Höhe: 297 m (+ 8 %).
• Synchroner Aufstieg auf IGN MNT: 271 m (-1,4 %)
• Synchroner Aufstieg am Sonny MNT: 255 m (-7 %)

„Wahrheit“ liegt aufgrund der Kurveneinstellung wahrscheinlich außerhalb von 275 m IGN.

Ein Beispiel für die automatische Kalibrierung (Kompensation) eines barometrischen GPS-Höhenmessers während der oben gezeigten Route (Original-Logdatei von GPS):

• Keine vertikale Akkumulation zur Höhendifferenzberechnung: 5 m, (Parametrierung identisch mit IGN-Kartenkurven),
• Höhe während der Kalibrierung/Reset:
  • GPS 113.7 m,
  • Barometrischer Höhenmesser 115.0 m,
  • Höhe MNT 110.2 m (Carte IGN 110 m),
• Iteration (Berechnungszeitraum): 30 Minuten
• Barometrische Korrektur für die nächsten 30 Minuten: – 0.001297