¿Por qué la altitud de su GPS o STRAVA es inexacta?

Surge una pregunta o pregunta recurrente con respecto a la precisión de la altitud y las diferencias de altitud del GPS.

Si bien puede parecer trivial, obtener una altura precisa es un desafío, en el plano horizontal puede colocar fácilmente una cinta métrica, cuerda, cadena geodésica o acumular la circunferencia de una rueda para medir la distancia. por otro lado, es más difícil colocar el medidor 📐 en el plano vertical.

Las alturas del GPS se basan en una representación matemática de la forma de la tierra, mientras que las alturas en un mapa topográfico se basan en un sistema de coordenadas verticales asociado con el globo.

Por tanto, se trata de dos sistemas diferentes que deben coincidir en un punto.

La altitud y la caída vertical son parámetros que la mayoría de los ciclistas, ciclistas de montaña, excursionistas y escaladores querrán consultar después de un viaje.

Las instrucciones para obtener el perfil vertical y la diferencia de elevación correcta están relativamente bien documentadas en los manuales de GPS para exteriores (como los manuales de rango Garmin GPSMap), paradójicamente, esta información está casi ausente o es críptica en los manuales de usuario de GPS previstos. para ciclistas (por ejemplo, guías para la gama GPS Garmin Edge).

El servicio posventa de Garmin ofrece todos los consejos útiles, al igual que el TwoNav. Para otros fabricantes o aplicaciones de GPS (además de Strava), esta es una gran brecha 🕳.

¿Cómo medir la altura?

Varias técnicas:

• Aplicando el famoso teorema de Tales en la práctica,
• Varias técnicas de triangulación,
• Usando un altímetro,
• Radar, trato,
• Medidas satelitales.

Altímetro barométrico

Era necesario determinar el estándar: el altímetro traduce la presión atmosférica de un lugar en una altitud. Una altitud de 0 m corresponde a una presión de 1013,25 mbar al nivel del mar a una temperatura de 15 ° Celsius.

En la práctica, estas dos condiciones rara vez se cumplen al nivel del mar, por ejemplo, al escribir este artículo, la presión en la costa de Normandía era de 1035 mbar y la temperatura es cercana a los 6 °, lo que puede provocar un error en una altitud. de unos 500 m.

El altímetro barométrico proporciona una altitud precisa después del reajuste si las condiciones de presión / temperatura se estabilizan.

El ajuste consiste en mantener una altitud precisa para una ubicación, y luego el altímetro ajusta esa altitud en respuesta a los cambios en la presión atmosférica y la temperatura.

Una caída de temperatura 🌡 estrecha las curvas de presión y la altitud aumenta, y viceversa si la temperatura aumenta.

El valor de altitud mostrado será sensible a los cambios en la temperatura ambiente, el usuario del altímetro, que lo sostiene o lo lleva en la muñeca, debe ser consciente del efecto de los cambios en la temperatura local en el valor mostrado (por ejemplo: reloj cerrado / abierto con manga, viento relativo debido a movimientos rápidos o lentos, influencia de la temperatura corporal, etc.).

Para simplificar la masa de aire estable, es el clima estable 🌥.

Cuando se usa correctamente, el altímetro barométrico es un instrumento de referencia confiable para una variedad de aplicaciones como aeronáutica, senderismo, montañismo ...

L'altitude GPS

El GPS determina la altura de un lugar en relación con la esfera ideal que simula la Tierra: "Elipsoide". Dado que la Tierra es imperfecta, esta altura debe transformarse para obtener la altura del “geoide” 🌍.

Un observador que lee la altura de un marcador de levantamiento usando GPS puede ver una desviación de varias decenas de metros, aunque su GPS funciona correctamente en condiciones de recepción ideales. ¿Quizás el receptor GPS está mal?

Esta diferencia se explica por la precisión del modelado del elipsoide y, en particular, del geoide, que es complejo debido a que la superficie de la Tierra no es una esfera ideal, contiene anomalías, sufre modificaciones humanas y está en constante cambio. (Telúrico y Humano).

Estas inexactitudes se combinarán con los errores de medición inherentes al GPS, y son la causa de inexactitudes y cambios constantes en la altitud reportada por el GPS.

Las geometrías de los satélites que favorecen una buena precisión horizontal, es decir, la posición baja de los satélites en el horizonte, impiden una adquisición precisa de la altitud. El orden de magnitud de la precisión vertical es 1,5 veces la precisión horizontal.

La mayoría de los fabricantes de chips GPS integran el modelo matemático en su software. que se acerca al modelo geodésico de la tierra y proporciona la altura especificada en este modelo.

Esto quiere decir que si estás caminando sobre el mar no es raro ver altitud negativa o positiva, porque el modelo geodésico de la tierra es imperfecto, y a esta deficiencia hay que sumar el error inherente al GPS. La combinación de estos errores puede provocar una desviación de elevación de más de 50 metros en determinadas ubicaciones 😐.

Los modelos geoidales se han perfeccionado, en particular, la altimetría obtenida como resultado del posicionamiento GNNS seguirá siendo inexacta durante varios años.

Modelo Digital de Terreno “DTM”

Un DTM es un archivo digital compuesto por cuadrículas, cada cuadrícula (superficie elemental cuadrada) proporciona un valor de altura para la superficie de esa cuadrícula. Una idea del tamaño de cuadrícula actual del modelo de elevación mundial es de 30 m x 90 m. Conociendo la posición de un punto en la superficie de la tierra (longitud, latitud), es fácil obtener la altura del lugar leyendo el archivo DTM (o DTM, Digital Terrain Model en inglés).

La principal desventaja de un DEM es su confiabilidad (anomalías, agujeros) y precisión del archivo; Ejemplos:

• El ASTER DEM está disponible con un paso (cuadrícula o píxel) de 30 m, precisión horizontal de 30 my un altímetro de 20 m.
• El MNT SRTM está disponible para un espaciado de 90 m (cuadrícula o píxel), un altímetro de aproximadamente 16 my una precisión planimétrica de 60 m.
• El modelo Sonny DEM (Europa) está disponible en incrementos de 1°x1°, es decir, con un tamaño de celda del orden de 25 x 30 m dependiendo de la latitud. El proveedor ha compilado las fuentes de datos más precisas, este DEM es relativamente preciso y se puede usar "fácilmente" para TwoNav y Garmin GPS a través del mapeo gratuito de OpenmtbMap.
• IGN DEM 5m x 5m está disponible sin cargo (a partir de enero de 2021) en pasos de 1m x 1m o 5m x 5m con resolución vertical de 1m El acceso a este DEM se explica en esta guía.

No confunda la resolución (o la precisión de los datos en el archivo) con la precisión real de esos datos. Las lecturas (medidas) se pueden obtener de instrumentos que no permiten observar la superficie del globo al metro más cercano.

IGN DEM, disponible de forma gratuita 🙏 a partir de enero de 2021, es un mosaico de lecturas (medidas) obtenidas con varios instrumentos. Las áreas escaneadas para investigaciones recientes (por ejemplo, riesgo de inundación) se escanearon con una resolución de 1 m; en otros lugares, la precisión puede estar muy lejos de este valor. Sin embargo, en el archivo, los datos se han interpolado para completar los campos en incrementos de 5x5m o 1x1m. IGN ha lanzado una campaña de sondeo de alta resolución con el objetivo de cubrir completamente Francia para 2026, y ese día, IGN DEM será preciso y libre a intervalos de 1x1x1m. ...

El DEM muestra la elevación del terreno: no se tiene en cuenta la altura de la infraestructura (edificios, puentes, setos, etc.). 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.

Todos los puntos de una celda tienen la misma altura, por lo que en el borde del acantilado, debido a la incertidumbre de la ubicación del archivo, sumada a la incertidumbre de la ubicación, la altura extraída puede ser la misma que la de la celda vecina.

La precisión del posicionamiento GPS en condiciones ideales de recepción es del orden de 4,5 ma 90%. Este rendimiento se ve con los receptores GPS más recientes (GPS + Glonass + Galileo). Por lo tanto, la precisión es 90 veces de 100 entre 0 y 5 m (cielo despejado, excluyendo máscaras, excluyendo cañones, etc.) de la ubicación real. usar un DEM con una celda de 1 x 1 m es contraproducente.porque las posibilidades de estar en la cuadrícula correcta serán raras. ¡Esta elección abrumará al procesador sin ningún valor agregado real!

Para obtener un DEM que se pueda usar en:

• GPS TwoNav: CDEM на 5 m (RGEALTI).

• GPS Garmin: Base de datos de Sonny

  Aprenda a crear su propio DEM para TwoNav GPS. Las curvas de nivel se pueden extraer utilizando el software Qgis.

Determine la altitud usando GPS

Una solución podría ser cargar el archivo DEM en su navegador GPS, pero la altitud solo será confiable si las cuadrículas tienen un tamaño reducido y si el archivo es lo suficientemente preciso (horizontal y verticalmente).

Para tener una buena idea de la calidad del DEM, basta con visualizar, por ejemplo, el relieve de un lago o construir un sendero que lo atraviese y observar las elevaciones en un tramo 2D.

Imagen: software LAND, vista del lago Gerardmer con aumento 3D x XNUMX con DEM correcto. La proyección de mallas sobre el terreno muestra el límite DEM actual.

Imagen: programa LAND, vista del lago Gérardmer “BOG” en 2D con el DTM correcto.

Todos los dispositivos GPS modernos de "buena calidad" tienen una brújula y un sensor barométrico digital, por lo tanto, un altímetro barométrico; El uso de este sensor te permite obtener una altitud precisa siempre que la establezcas en un punto conocido (recomendación de Garmin).

La imprecisión de la altitud proporcionada por el GPS desde la llegada del GPS ha impulsado el desarrollo de algoritmos de hibridación para la aeronáutica que utilizan la altitud del barómetro y la altitud del GPS para proporcionar una posición geográfica precisa. altura. Es una solución de altitud confiable y la opción preferida de los fabricantes de GPS, optimizada para la práctica de TwoNav al aire libre. y Garmin.

En Garmin, la oferta de GPS se introduce según el perfil del usuario (outdoor, ciclismo, BTT, etc.), por lo que es importante consultar los manuales de usuario y el servicio postventa.

La solución óptima es configurar su GPS a la opción:

• Altitud = Barómetro + GPS, si el GPS lo permite,
• Altitud = Barómetro + DTM (MNT) si el GPS lo permite.

En todos los casos, para un GPS equipado con un barómetro, configure manualmente el barómetro a su altitud mínima en el punto de partida. En las montañas ⛰ en recorridos largos, será necesario rehacer el escenario, especialmente en caso de fluctuaciones de temperatura y clima.

Algunos dispositivos de ciclismo optimizados para GPS de Garmin restablecen automáticamente la altitud barométrica en puntos de referencia de altitud conocida, que es una solución especialmente inteligente para el ciclismo de montaña. Sin embargo, el usuario debe informar, por ejemplo, antes de abandonar la altura de los pasos y el fondo del valle; en el camino de regreso, la diferencia de altura será precisa 👍.

En el modo Barómetro + (GPS o DTM), el fabricante incluye un algoritmo de ajuste automático del barómetro basado en el principio de que el aumento visto por el barómetro, GPS o DEM debe ser constante: este principio ofrece una gran flexibilidad al usuario y es muy adecuado para actividades al aire libre.

Sin embargo, el usuario debe conocer las limitaciones:

• El GPS se basa en el geoide, por lo que si el usuario se mueve por terreno artificial (por ejemplo, a vertederos de escoria), las correcciones se distorsionarán,
• El DEM muestra el camino en el suelo, si el usuario toma prestada una parte significativa de la infraestructura humana (viaducto, puente, puentes peatonales, túneles, etc.), los ajustes se compensarán.

Por lo tanto, el procedimiento óptimo para obtener un aumento de elevación preciso es el siguiente:

1️⃣ Ajuste el sensor barométrico al principio. Sin esta configuración, las alturas se convertirán (desplazarán), la diferencia de nivel será correcta si la deriva debido al clima es pequeña (ruta corta fuera de las montañas). Para los usuarios de GPS de la familia Garmin, Garmin y Strava utilizan las alturas “gpx” para la comunidad, por lo que es preferible introducir el perfil de elevación correcto en la base de datos.

2️⃣ Para reducir la deriva (error de altitud y altitud) debido a las condiciones meteorológicas en viajes largos (> 1 hora) y en la montaña:

• Centrarse en la elección Barómetro + GPS, áreas exteriores con relieve artificial (vertederos, cerros artificiales, etc.),
• Centrarse en la elección Barómetro + DTM (MNT)si ha instalado un IGN DTM (cuadrícula de 5 x 5 m) o Sonny DTM (Francia o Europa) fuera de una ruta que utiliza una parte significativa de la infraestructura (puentes peatonales, pasos elevados, etc.).

Desarrollando una diferencia de altura

El problema de altitud descrito en las líneas anteriores se manifiesta con mayor frecuencia tras observar que la diferencia de altitud entre los dos practicantes es diferente o varía dependiendo de si se lee en GPS o en una aplicación como STRAVA (ver ayuda de STRAVA) por ejemplo.

En primer lugar, debe ajustar su GPS para proporcionar la altitud más confiable.

Es bastante sencillo obtener la diferencia de niveles leyendo el mapa, muchas veces el practicante se limita a determinar la diferencia entre los puntos de dimensiones extremas, aunque, para ser precisos, es necesario contar las curvas de nivel positivas para obtener la suma .

No hay líneas horizontales en el archivo digital, el software GPS, la aplicación de trazado de pistas o el software de análisis están configurados para "acumular pasos o incrementos de elevación".

A menudo, se puede configurar "sin acumulación":

• en TwoNav las opciones de configuración son comunes a todos los GPS
• en Gamin debes consultar el manual de usuario y el servicio postventa (cada modelo tiene sus propias características según el perfil de usuario típico)
• la aplicación OpenTraveller tiene una opción que sugiere ajustar el umbral de sensibilidad para determinar la diferencia de altura.

Cada uno tiene su propia solución 💡.

Sitios web o software para análisis en línea esforzarse por reemplazar la altura de archivos "gpx" con sus propios datos de altura.

Ejemplo: STRAVA ha creado un archivo altimétrico "nativo" creado utilizando elevaciones derivadas de pistas derivadas de GPS conocido por STRAVA y está equipado con un sensor barométrico. La solución adoptada asume que el GPS es conocido por STRAVA, por lo que en este momento se obtiene principalmente de la gama GARMIN, y la confiabilidad del archivo asume que cada usuario se ha encargado del restablecimiento manual de altitud. .

En cuanto a las consecuencias prácticas, el problema surge especialmente durante las caminatas grupales, porque cada participante 🚵 puede notar que su desnivel es diferente al de otros participantes, dependiendo de su tipo de GPS, o es un usuario curioso que no comprende por qué la diferencia es la altitud del GPS, el software de análisis o STRAVA es diferente.

En el mundo STRAVA perfectamente desinfectado, todos los miembros del grupo de usuarios GPS GARMIN deberían, en principio, ver la misma altitud en su GPS y en su STRAVA. Es lógico que la diferencia solo se pueda explicar por el ajuste de altura, sin embargo nada confirma que la diferencia de altura informada sea correcta.

Es lógico que un miembro de este grupo de usuarios que tiene un GPS que STRAVA no conoce debería ver la misma diferencia de altitud en STRAVA que sus asistentes, aunque la diferencia de nivel que muestra su GPS es diferente. Puede culpar a su equipo, que sin embargo funciona correctamente.

El valor más cercano al verdadero de la diferencia de altura todavía se obtiene en FRANCIA o BÉLGICA al leer la tarjeta IGN., la puesta en servicio de un geoide más avanzado moverá gradualmente el punto de referencia hacia GNSS

GNSS: geolocalización y navegación mediante un sistema satelital: determinación de la posición y velocidad de un punto en la superficie o en las inmediaciones de la Tierra mediante el procesamiento de señales de radio de varios satélites artificiales recibidos en ese punto.

Si necesita confiar en un software o una aplicación para obtener la diferencia de elevación, debe ajustar este software para ajustar el valor del paso de acumulación de acuerdo con las curvas de nivel del mapa IGN del sitio, es decir, 5 o 10 m. Un pequeño paso convertirá en una caída todos los pequeños saltos o transiciones a baches, y viceversa, un paso demasiado alto borrará la subida de pequeñas colinas.

Después de aplicar estas recomendaciones, el experimento del autor muestra que los valores de altitud obtenidos mediante GPS o software de análisis equipado con un DEM confiable permanecen dentro del rango "correcto". asumiendo que el mapa IGN también tiene sus propias incertidumbresen comparación con la estimación obtenida con la tarjeta IGN 1 / 25.

Por otro lado, el valor publicado por STRAVA suele estar sobrevalorado. El método utilizado por STRAVA, basado en el "feedback" de los usuarios, te permite predecir una rápida convergencia a valores muy cercanos a la verdad, que, dependiendo del número de visitantes, ya deberían tener lugar en BikePark. o pistas muy concurridas!

Para ilustrar este punto concretamente, aquí hay un análisis de una pista, tomada al azar, en un camino montañoso de 20 km de largo. La altitud GPS "barométrica" ​​se estableció antes de la salida, proporciona la altitud "Barométrica + GPS", el DTM es un DTM fiable que se ha rediseñado para que sea preciso. Estamos fuera del área donde STRAVA podría tener un perfil de elevación confiable.

Esta es una ilustración de una pista donde la diferencia entre IGN y GPS es la más grande y la diferencia entre IGN y STRAVA es la más pequeña. la distancia entre GPS y STRAVA es de 80 m, y el verdadero "IGN" está entre ellos.

Alturas
Départ	Llegada	Max	min	altura	Desviación / IGN
GPS (Barrera + GPS)	122	124	150	98	198	-30
Ajuste de altura en DTM	122	122	150	98	198	-30
ALIMENTO	280	+51
Tarjetas IGN	122	122	148	99	228,5	0