¿Cómo puedo mejorar la precisión de la altitud en TwoNav GPS?
contenido
Preámbulo
Desde principios de 2021, IGN ha estado proporcionando acceso gratuito a algunos de sus datos:
- Los mapas TOP 25 de IGN aún no son gratuitos, sin embargo, la versión del mapa disponible en Géoportail es gratuita.
- Las bases de datos del altímetro IGN de 5 x 5 m están disponibles gratuitamente. Estas bases de datos permiten la creación de un modelo de terreno digital, es decir un mapa de altura con una resolución horizontal de 5 mx 5 mo 1 mx 1 m con una resolución vertical de 1 m. O una gran definición para los usuarios que somos.
Este artículo en forma de tutorial está destinado más específicamente a los usuarios del software GPS TwoNav y Land.
No es posible influir en los datos de altitud GPS de Garmin en este momento.
¿Qué es un modelo de elevación digital (DTM)?
Un modelo de elevación digital (DEM) es una representación tridimensional de la superficie terrestre creada a partir de datos de elevación. La precisión del archivo de elevación (DEM) depende de:
- La calidad de los datos de altitud (precisión y medios utilizados para la topografía),
- Tamaño de celda unitaria (píxel),
- Sobre la precisión horizontal de la localización de estas cuadrículas,
- La precisión de tu geolocalización y por tanto la calidad de tu GPS, reloj conectado o tu smartphone.
Una losa o teja de la base de datos IGN Altimetric. Loseta de 5 km x 5 km, que consta de 1000 × 1000 celdas o celdas de 5 mx 5 m (bosque de Saint Gobain Aisne). Esta pantalla se proyecta en el mapa base de OSM.
DEM es un archivo que define el valor de la altura de un punto ubicado en el centro de la cuadrícula, con toda la superficie de la cuadrícula a la misma altura.
Por ejemplo, un archivo de departamento Aisne BD Alti IGN de 5 x 5 m (departamento elegido por su gran tamaño) tiene poco menos de 400 mosaicos.
Cada cuadrícula se identifica mediante un conjunto de coordenadas de latitud y longitud.
Cuanto menor sea el tamaño de la cuadrícula, más precisos serán los datos de elevación. Los detalles de elevación más pequeños que el tamaño de la malla (resolución) se ignoran.
Cuanto menor sea el tamaño de la malla, mayor será la precisión, pero más grande será el archivo, por lo que ocupará más espacio en la memoria y será más difícil de procesar, lo que podría ralentizar otras operaciones de procesamiento.
El tamaño del archivo DEM para un departamento es de aproximadamente 1 Mo para 25 mx 25 m, 120 Mo para 5 mx 5 m.
Los DEM utilizados por la mayoría de las aplicaciones, sitios web, GPS y teléfonos inteligentes de consumo provienen de datos globales gratuitos proporcionados por la NASA.
El orden de precisión de un DEM de la NASA es un tamaño de celda de 60 m x 90 m y una altura de paso de 30 m. Estos son archivos sin procesar, no se han corregido y, a menudo, los datos se interpolan, la precisión es promedio, puede haber grandes errores
Esta es una de las razones de la inexactitud vertical del GPS, lo que explica la diferencia de altitud observada para el track, según el sitio web en el que esté alojado, el GPS o el smartphone que registró la diferencia de altitud.
- Sonny MNT (ver más adelante en esta guía) está disponible de forma gratuita para Europa con un tamaño de celda de aproximadamente 25 mx 30 M. Utiliza fuentes de datos más precisas que NASA MNT y ha trabajado para corregir errores importantes. Es un DEM relativamente preciso adecuado para ciclismo de montaña, con buen rendimiento en todo un país europeo.
En la imagen de arriba, la loseta altimétrica (MNT BD Alti IGN 5 x 5) que cubre los montones de escoria (cerca de Valenciennes) se ha convertido en curvas de nivel espaciadas a 2,5 my superpuestas en el mapa IGN. La imagen le permite "convencer" de la calidad de este DEM.
- El IGN DEM de 5 x 5 m tiene una resolución horizontal (tamaño de celda) de 5 x 5 my una resolución vertical de 1 m Este DEM proporciona la elevación del terreno; la altura de los objetos de infraestructura (edificios, puentes, setos, etc.) no se tiene en cuenta. En la selva, es la altura de la tierra al pie de los árboles, la superficie del agua es la superficie de la costa para todos los embalses mayores de una hectárea.
Montaje e instalación de DEM
Para moverse más rápido: Un usuario de GPS TwoNav ha compilado un modelo digital del terreno que cubre Francia utilizando datos IGN de 5 x 5 m, que se pueden descargar por región desde el sitio gratuito: CDEM 5 m (RGEALTI).
Para el usuario, la prueba correcta para evaluar la confiabilidad del “DEM” es la visualización de la superficie del lago en 3D.
Bajo el lago de las antiguas forjas (Ardenas), mostrado en 3D por BD Alti IGN arriba y BD Alti Sonny abajo. Vemos que hay calidad.
Los mapas altimétricos CDEM suministrados por TwoNav como estándar para su software GPS o LAND no son muy confiables.
Así, este "tutorial" proporciona una guía de usuario para la descarga de "mosaicos" de datos altimétricos fiables para el software TwoNav GPS y LAND.
Los datos están disponibles de forma gratuita para:
- Toda Europa: Sonny Altimetry Database,
- Francia: base de datos de altimetría IGN.
Puede crear un archivo que cubra solo el país, departamento o área geográfica (losa / baldosa / pellet) para ahorrar memoria utilizable o usar archivos más pequeños.
Base de datos de altímetros de Sonny
Los modelos de 1 '' se dividen en trozos de archivo de 1 ° x1 ° y están disponibles en formato SRTM (.hgt) con un tamaño de celda de 22 × 31 m según la latitud, un formato utilizado en todo el mundo y utilizado en muchos programas. Se designan por sus coordenadas, por ejemplo N43E004 (43 ° latitud norte, 4 ° longitud este).
procedimiento
- Conéctese al sitio https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france
- Descarga los mosaicos correspondientes al país o sector geográfico seleccionado.
Extraiga los archivos .HGT de los archivos .ZIP descargados.
En LAND, cargue cada archivo .HGT
- En LAND, todos los .hgts deseados están abiertos, cierre el resto.
- Haga "Combinar estos DEMS", el tiempo de compilación puede ser largo dependiendo de la cantidad de mosaicos a recolectar (elija la extensión cdem) para el archivo .CDEM que se puede usar en el GPS Twonav.
Mapeo OSM "mosaico" y MNT "mosaico" en LAND, ¡todo es portátil a GPS y 100% gratis!
Base de datos de IGN Altimetry
Esta base de datos consta de un directorio por departamento.
procedimiento
- Conéctese al sitio de Geoservices. Si este enlace no funciona: su navegador "no tiene acceso FTP": ¡que no cunda el pánico! Guía del usuario:
- En su administrador de archivos:
- haga clic derecho en "esta PC"
- haga clic con el botón derecho en "agregar ubicación de red"
- Introduzca la dirección "ftp: // RGE_ALTI_ext: Thae5eerohsei8ve@ftp3.ign.fr" "sin" ";
- Nombre este acceso para identificarlo ex geoservicio IGN
- Terminar el proceso
- Espere unos minutos a que se actualice la lista de archivos (tardará unos minutos)
- Ahora tiene acceso a los datos de IGN:
- Haga clic derecho en el archivo de datos que desea copiar.
- Luego INSERTAR en el directorio de destino
- ¡Los tiempos de carga pueden ser largos!
Esta imagen ilustra la importación de la base de datos de altímetros Vaucluse 5m x 5m Haga clic derecho en el archivo, luego cópielo a la carpeta y espere la descarga.
Después de descomprimir el archivo "comprimido", se obtiene una estructura de árbol. Los datos corresponden a unos 400 archivos de datos (tiles) de 5 km x 5 km o 1000 × 1000 celdas de 5 m x 5 m en formato .asc (formato de texto) para el departamento.
El disco multicapas cubre principalmente la pista de MTB.
Cada celda de 5x5 km se identifica mediante un conjunto de coordenadas 93 de Lambert.
Las coordenadas UTM de la esquina superior izquierda de este mosaico o mosaicos son x = 52 6940 e y = 5494 775:
- 775: rango de columna (770, 775, 780, ...) en el mapa
- 6940: Clasifica la línea en el mapa
- TIERRA DE BAILE
- En el siguiente paso, busque los datos en el directorio "datos", seleccione solo el primer archivo:
- Abra y luego confirme, se abrirá la ventana de abajo, ten cuidado, este es el paso más delicado :
Seleccione la proyección Lambert-93 y Datum RGF 93 y marque la casilla en la esquina inferior izquierda.
Land extrae y formatea datos de mosaicos * .asc, lo que puede llevar un tiempo.
Después de crear losas a partir de DEM en formato SRTM (HGT / DEM), hay tantos como archivos en formato * .asc.
- Land le permite "combinarlos" en un solo archivo DEM o por mosaico o gránulo para satisfacer sus necesidades (tenga en cuenta que el tamaño del archivo puede ralentizar el procesamiento del GPS)
Para facilitar su uso, es preferible (opcional) cubrir primero todas las tarjetas abiertas.
En el menú del mapa (ver más abajo) abra todos los archivos en el formato * .hdr (el menos voluminoso) del directorio de datos de la base de datos importada (como en las operaciones anteriores)
Land abre archivos HDR, el DEM del departamento se carga y se puede usar
- Aquí puede usar el DEM de Ardennes (mapa de relieve), para que sea más fácil de usar, los combinaremos en un solo archivo.
Menú de lista:
Combine estos DEM
Seleccione el formato * .cdem y nombre el archivo DEM.
La fusión llevará un poco de tiempo, es necesario fusionar más de 21 archivos. De ahí la recomendación de trabajar sobre la base de gránulos de MNT que cubran sus parques infantiles.
Creamos un modelo digital del terreno de las Ardenas, simplemente abra este archivo de mapa IGN Geoportal como se muestra a continuación, por ejemplo.
La prueba se realiza abriendo directamente la pista UtagawaVTT “Château de Linchamp” que se muestra en la salida con un desnivel de 997m, 981m con Sonny DTM (proceso anterior) y 1034m cuando Land reemplaza la altura en cada punto con una altura DTM de 5mx5m .
El cálculo de la diferencia de nivel sumando las curvas de nivel en el mapa IGN muestra una diferencia de nivel de 1070 m, es decir, una diferencia del 3%, lo cual es bastante correcto.
El valor de 1070 sigue siendo aproximado porque no es trivial calcular curvas en un mapa en relieve.
Usando una lima altimétrica
LAND puede utilizar los archivos MNT.cdem para extraer la elevación, calcular la elevación, la pendiente, las pistas de waypoints y más; y para todos los dispositivos GPS TwoNav es suficiente poner el archivo en el directorio / map y seleccionarlo como map.cdem.
Un artículo de blog sobre altitud inexacta revela el problema de la altimetría y las diferencias de altitud con el GPS; el principio se puede trasladar a los relojes GPS y a las aplicaciones de teléfonos inteligentes.
Los fabricantes utilizan varios métodos para "borrar" las inexactitudes presentadas en este artículo, filtrando (promedios móviles) datos de altitud, utilizando un sensor barométrico o un modelo de terreno digital.
La altitud del GPS es "ruidosa", es decir, fluctúa alrededor de un valor promedio, la altitud barométrica depende de los caprichos de la presión barométrica y la temperatura, por lo que los archivos meteorológicos y DEM pueden ser inexactos.
La hibridación de un barómetro con GPS o DEM se basa en el siguiente principio:
- Durante un largo período de tiempo, el cambio en la altitud barométrica depende de las condiciones climáticas (presión y temperatura),
- Durante un largo período de tiempo, los errores de altitud del GPS se filtran,
- Durante mucho tiempo, los errores DEM son similares al ruido, por lo que se filtran.
La hibridación consiste en calcular la altitud promedio de GPS o DEM y extraer el cambio de altitud de ella.
Por ejemplo, durante los últimos 30 minutos, la altura del ruido filtrado (GPS o MNT) ha aumentado en 100 m; sin embargo, durante el mismo período, la altitud indicada por el barómetro aumentó en 150 metros.
Lógicamente, el cambio de altura debería ser el mismo. El conocimiento de las propiedades de estos sensores permite "reajustar" el barómetro de -50 m.
Por lo general, en el modo Baro + GPS o 3D, la altitud del barómetro se corrige, como lo haría un excursionista o escalador manualmente, consultando el mapa IGN.
En concreto, un GPS reciente o un smartphone reciente (de buena calidad) te detecta (FIX) con una precisión de 3,5 m en el plano horizontal 90 de 100 veces cuando las condiciones de recepción son ideales.
Este “rendimiento” horizontal corresponde a un tamaño de malla de 5 mx 5 mo 25 mx 25 my el uso de estos DTM permite una buena precisión vertical.
El DEM muestra la elevación del terreno, por ejemplo, si se cruza el valle del Tarn por el viaducto de Millau, la pista registrada en el DEM debe llevarlo al fondo del valle, incluso si el camino permanece en la plataforma del viaducto. ...
Otro ejemplo, cuando va en bicicleta de montaña o viaja por una ladera empinada, la precisión del GPS horizontal se deteriora debido a los efectos de enmascaramiento o trayectorias múltiples; entonces la altura asignada a FIX corresponderá a la altura de una losa adyacente o más distante, por lo tanto, a la cima o a la base del valle.
¡En el caso de una lima formada por rejillas de gran superficie, la altura tenderá a la media entre el fondo del valle y la cima!
Para estos dos ejemplos extremos pero típicos, la diferencia acumulativa de altura se desviará gradualmente del valor real.
Recomendaciones de uso
Para evitar efectos secundarios:
- Calibre el barómetro GPS a la altitud de su punto de partida poco antes de la salida (recomendado por todos los fabricantes de GPS),
- deje que su GPS haga algunos ARREGLOS antes de comenzar a rastrear para que la precisión de posicionamiento coincida,
- seleccione hibridación: cálculo de altitud = Barómetro + GPS o Barómetro + 3D.
Si la elevación de su pista se ha sincronizado con DEM, tendrá cálculos de elevación y pendiente muy precisos como en la imagen de abajo, donde la diferencia es de solo 1 metro.
- GPS Trail 2 (captura de imágenes degradadas de 72 ppp, pantalla de GPS de 200 ppp)
- Superposición de mapa vectorial ráster y OSM
- Escala 1: 10
- El sombreado CDEM 5mx5m BD Alti IGN enfatiza la altura en incrementos de 1 m.
La imagen de abajo compara el perfil de dos pistas idénticas de 30km (de la misma fama), la altura de una fue sincronizada con IGN DEM y la otra con Sonny DEM, una ruta ejecutada en baro + modo híbrido 3d.
- Altitud en el mapa IGN: 275 m.
- Altitud calculada con GPS en modo Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
- Altitud calculada con GPS en modo Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
- Ascenso sincronizado en IGN MNT: 271 m (-1,4%)
- Subida sincronizada en Sonny MNT: 255 m (-7%)
La "verdad" probablemente esté fuera de los 275 m IGN debido a la configuración de la curva.
Ejemplo de calibración automática (compensación) del altímetro barométrico GPS durante la ruta mostrada arriba (Archivo de registro original de GPS):
- Sin acumulación vertical para calcular la diferencia de altura: 5 m, (la parametrización es idéntica a las curvas del mapa IGN),
- Altitud durante la 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 los próximos 30 minutos: – 0.001297
