Come posso migliorare la precisione dell'altitudine in TwoNav GPS?

preambolo

Dall'inizio del 2021, IGN ha fornito accesso gratuito ad alcuni dei suoi dati:

• Le mappe TOP 25 di IGN non sono ancora gratuite, tuttavia la versione Mappa disponibile su Géoportail è gratuita.
• I database dell'altimetro IGN 5 x 5 m sono disponibili gratuitamente. Questi database consentono la creazione di un modello digitale del terreno, ad es. una mappa dell'altezza con una risoluzione orizzontale di 5 mx 5 m o 1 mx 1 m con una risoluzione verticale di 1 m O una grande definizione per gli utenti che siamo.

Questo articolo in forma di tutorial è destinato in modo più specifico agli utenti del software GPS TwoNav e Land.

Al momento non è possibile influenzare i dati di altitudine GPS Garmin.

Che cos'è un modello di elevazione digitale (DTM)

Un modello di elevazione digitale (DEM) è una rappresentazione tridimensionale della superficie terrestre creata dai dati di elevazione. La precisione del file di elevazione (DEM) dipende da:

• La qualità dei dati di altitudine (accuratezza e mezzi utilizzati per il rilevamento),
• Dimensione della cella unitaria (pixel),
• Circa la precisione orizzontale della localizzazione di queste griglie,
• La precisione della tua geolocalizzazione e quindi la qualità del tuo GPS, orologio connesso o smartphone.

Una lastra o piastrella dal database IGN Altimetric. Piastrella 5 km x 5 km, composta da celle 1000 × 1000 o celle 5 mx 5 m (Saint Gobain Aisne Forest). Questa schermata viene proiettata sulla mappa di base di OSM.

DEM è un file che definisce il valore dell'altezza di un punto situato al centro della griglia, con l'intera superficie della griglia alla stessa altezza.

Ad esempio, un file di reparto Aisne BD Alti IGN di 5 x 5 m (reparto scelto per le sue grandi dimensioni) è poco meno di 400 piastrelle.

Ogni griglia è identificata da un insieme di coordinate di latitudine e longitudine.

Più piccola è la dimensione della griglia, più accurati sono i dati di elevazione. I dettagli di elevazione inferiori alla dimensione della mesh (risoluzione) vengono ignorati.

Più piccola è la dimensione della mesh, maggiore è la precisione, ma più grande sarà il file, quindi occuperà più spazio di memoria e sarà più difficile da elaborare, rallentando potenzialmente altre operazioni di elaborazione.

La dimensione del file DEM per un dipartimento è di circa 1 Mo per 25 m x 25 m, 120 Mo per 5 m x 5 m.

I DEM utilizzati dalla maggior parte delle app, siti Web, GPS e smartphone consumer provengono da dati globali gratuiti forniti dalla NASA.

L'ordine di precisione di un DEM della NASA è una dimensione della cella di 60 mx 90 m e un'altezza del gradino di 30 m. Si tratta di file non elaborati, non sono stati corretti e spesso i dati vengono interpolati, la precisione è nella media, potrebbero esserci grandi errori.

Questo è uno dei motivi dell'imprecisione verticale del GPS, che spiega il dislivello osservato per il tracciato, a seconda del sito web su cui è ospitato, del GPS o dello smartphone che ha registrato il dislivello.

• Il Sonny MNT (vedi più avanti in questa guida) è disponibile gratuitamente per l'Europa con una dimensione della cella di circa 25 m x 30 m, utilizza fonti di dati più accurate rispetto alla MNT della NASA e ha lavorato per risolvere i principali bug. È un DEM relativamente preciso adatto alla mountain bike, con buone prestazioni in un paese europeo.

Nell'immagine sopra, la piastrella altimetrica (MNT BD Alti IGN 5 x 5) che copre i cumuli di scorie (vicino a Valenciennes) è stata convertita in curve di livello distanziate di 2,5 m l'una dall'altra e sovrapposte alla mappa IGN. L'immagine permette di "convincere" nella qualità di questo DEM.

• Il DEM IGN 5 x 5 m ha una risoluzione orizzontale (dimensione della cella) di 5 x 5 me una risoluzione verticale di 1 M. Questo DEM fornisce l'elevazione del terreno; l'altezza degli oggetti infrastrutturali (edifici, ponti, siepi, ecc.) non viene presa in considerazione. Nella foresta, questa è l'altezza della terra ai piedi degli alberi, la superficie dell'acqua è la superficie della costa per tutti i serbatoi più grandi di un ettaro.

Assemblaggio e installazione di DEM

Per muoversi più velocemente: un utente TwoNav GPS ha compilato un modello digitale del terreno che copre la Francia utilizzando dati IGN 5 x 5 m. Possono essere scaricati per regione dal sito gratuito: CDEM 5 m (RGEALTI).

Per l'utente, il test corretto per valutare l'affidabilità del “DEM” è la visualizzazione della superficie del lago in 3D.

Sotto il lago delle vecchie fucine (Ardenne), mostrato in 3D da BD Alti IGN sopra e BD Alti Sonny sotto. Vediamo che c'è qualità.

Le mappe altimetriche CDEM fornite da TwoNav di serie per i loro software GPS o LAND non sono molto affidabili.

Questo "tutorial" fornisce quindi una guida per l'utente per il download di "tessere" di dati altimetrici affidabili per il software TwoNav GPS e LAND.

I dati sono disponibili gratuitamente per:

• Tutta Europa: Sonny Altimetry Database,
• Francia: banca dati altimetrica IGN.

È possibile creare un file che copre solo il paese, il reparto o l'area geografica (Lastra/piastrella/pellet) per risparmiare memoria utilizzabile o utilizzare file più piccoli.

Database Altimetri Sonny

I modelli da 1'' sono suddivisi in blocchi di file 1°x1° e sono disponibili in formato SRTM (.hgt) con una dimensione della cella di 22 × 31 m a seconda della latitudine, un formato utilizzato in tutto il mondo e utilizzato in molti programmi. Sono designati dalle loro coordinate, ad esempio N43E004 (43° latitudine nord, 4° longitudine est).

procedura

1. Collegati al sito https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Scarica le tessere corrispondenti al paese o settore geografico selezionato.

3. Estrai i file .HGT dai file .ZIP scaricati.

4. In LAND, carica ogni file .HGT

5. In LAND, tutti i .hgt desiderati sono aperti, chiudi il resto.

6. Si prega di fare "Combina questi DEMS", il tempo di compilazione può essere lungo a seconda del numero di tile da raccogliere (scegliere l'estensione cdem) per il file .CDEM che può essere utilizzato sul Twonav GPS.

Mappatura "tile" OSM e "tile" MNT in LAND, tutto è portatile su GPS e gratuito al 100%!

Database Altimetria IGN

Questo database è costituito da una directory per reparto.

procedura

1. Collegati al sito Geoservices. Se questo link non funziona: il tuo browser "non ha accesso FTP": niente panico! Guida utente:
   • Nel tuo file manager:
   • fare clic con il tasto destro su "questo PC"
   • fare clic con il tasto destro del mouse su "aggiungi percorso di rete"
   • Inserisci l'indirizzo "ftp: // RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "senza" ";
   • Assegna un nome a questo accesso per identificarlo ex geoservizio IGN
   • Termina il processo
   • Attendi qualche minuto per l'aggiornamento dell'elenco dei file (ci vorranno alcuni minuti)
2. Ora hai accesso ai dati IGN:
   • Fare clic con il tasto destro sul file di dati che si desidera copiare.
   • Quindi INSERISCI nella directory di destinazione
   • I tempi di ricarica possono essere lunghi!

Questa immagine illustra l'importazione del database altimetri Vaucluse 5m x 5m Fare clic destro sul file, quindi copiare nella cartella e attendere il download.

Dopo aver decompresso il file “zippato”, si ottiene una struttura ad albero. I dati corrispondono a circa 400 file di dati (tessere) 5 km x 5 km o 1000 × 1000 celle 5 m x 5 m in formato .asc (formato testo) per il dipartimento.

Il disco multistrato copre principalmente la pista MTB.

Ogni cella di 5x5 km è identificata da un insieme di coordinate Lambert 93.

Le coordinate UTM dell'angolo superiore sinistro di questa tessera o delle tessere sono x = 52 6940 e y = 5494 775:

• 775: rango di colonna (770, 775, 780, ...) sulla mappa
• 6940: Classifica la linea sulla mappa

3. Danza LAND

4. Nel passaggio successivo, trova i dati nella directory "data", seleziona solo il primo file:

5. Apri poi conferma, si aprirà la finestra sottostante, attenzione, questo è il passaggio più delicato :

Seleziona la proiezione Lambert-93 e Datum RGF 93 e seleziona la casella nell'angolo in basso a sinistra.

Land estrae e formatta i dati dai riquadri * .asc, operazione che può richiedere del tempo.

Dopo aver creato lastre da DEM in formato SRTM (HGT/DEM), ne esistono tante quanti sono i file in formato * .asc.

6. Land ti consente di "combinarli" in un unico file DEM o per tile o granulo in base alle tue esigenze (tieni presente che la dimensione del file può rallentare l'elaborazione GPS)

Per facilità d'uso, è preferibile (opzionale) coprire prima tutte le carte aperte.

Nel menu mappa (vedi sotto) aprire tutti i file in formato * .hdr (il meno voluminoso) della directory dati del database importato (come per le operazioni precedenti)

Land apre i file HDR, il dipartimento DEM viene caricato e può essere utilizzato

7. Qui puoi usare il DEM delle Ardenne (bump map), per renderlo più facile da usare, li combineremo in un unico file.

Menù lista:

Combina questi DEM

Selezionare il formato * .cdem e denominare il file DEM.

L'unione richiederà un po' di tempo, è necessario unire più di 21 file. Da qui la raccomandazione di lavorare sulla base dei granuli MNT che ricoprono i vostri parchi giochi.

Il modello digitale del terreno delle Ardenne che abbiamo creato, basta aprire quel file di mappa IGN Geoportal come mostrato di seguito, ad esempio.

Il test viene eseguito aprendo direttamente la pista UtagawaVTT “Château de Linchamp” visualizzata all'inizio con un dislivello di 997m, 981m con Sonny DTM (processo precedente) e 1034m quando Land sostituisce l'altezza in ogni punto con un'altezza DTM di 5mx5m .

Il calcolo della differenza di livello sommando le curve di livello sulla mappa IGN mostra una differenza di livello di 1070 m, ovvero una differenza del 3%, il che è abbastanza corretto.

Il valore di 1070 rimane approssimativo perché non è banale calcolare curve su una mappa in rilievo.

Utilizzo di un file di altimetria

I file MNT.cdem possono essere utilizzati da LAND per estrarre l'elevazione, calcolare l'elevazione, la pendenza, le tracce dei waypoint e altro; e per tutti i GPS TwoNav è sufficiente mettere il file nella directory /map e selezionarlo come map.cdem.

Un articolo del blog sull'altitudine imprecisa rivela il problema dell'altimetria e della differenza di altitudine utilizzando il GPS, il principio può essere trasferito agli orologi GPS e alle app per smartphone.

I produttori utilizzano diversi metodi per "cancellare" le imprecisioni presentate in questo articolo, filtrando i dati di altitudine (media mobile), utilizzando un sensore barometrico o un modello digitale del terreno.

L'altitudine GPS è "rumorosa", cioè oscilla attorno a un valore medio, l'altitudine barometrica dipende dai capricci della pressione barometrica e della temperatura, quindi i file meteo e DEM possono essere imprecisi.

L'ibridazione di un barometro con GPS o DEM si basa sul seguente principio:

• Per un lungo periodo di tempo, la variazione dell'altitudine barometrica dipende dalle condizioni meteorologiche (pressione e temperatura),
• Per un lungo periodo di tempo, gli errori di altitudine GPS vengono filtrati,
• Per molto tempo, gli errori DEM sono simili al rumore, quindi vengono filtrati.

L'ibridazione riguarda il calcolo dell'altitudine GPS o DEM media e l'estrazione della variazione di altitudine da essa.

Ad esempio, negli ultimi 30 minuti, l'altezza del rumore filtrato (GPS o MNT) è aumentata di 100 m; tuttavia, nello stesso periodo, l'altitudine indicata dal barometro è aumentata di 150 metri.

Logicamente, la variazione di altezza dovrebbe essere la stessa. La conoscenza delle proprietà di questi sensori permette di "aggiustare" il barometro da -50 m.

Tipicamente in modalità Baro + GPS o 3D, l'altitudine del barometro viene corretta, come farebbe manualmente un escursionista o uno scalatore, facendo riferimento alla mappa IGN.

Nello specifico, un GPS recente o uno smartphone recente (di buona qualità) ti rileva (FIX) con una precisione di 3,5 m sul piano orizzontale 90 volte su 100 quando le condizioni di ricezione sono ideali.

Questa "prestazione" orizzontale corrisponde a una dimensione di maglia di 5 mx 5 m o 25 mx 25 m e l'uso di questi DTM consente una buona precisione verticale.

Il DEM mostra l'altezza del terreno, ad esempio se si attraversa la valle del Tarn sul viadotto di Millau, la traccia registrata sul DEM dovrebbe portarvi in ​​fondo alla valle, anche se il sentiero rimane sulla piattaforma del viadotto. ...

Un altro esempio, quando si va in mountain bike o si viaggia su un pendio ripido, la precisione del GPS orizzontale si deteriora a causa degli effetti di mascheramento o multipercorso; quindi l'altezza assegnata a FIX corrisponderà all'altezza di un solaio adiacente o più distante, quindi o alla sommità o al fondovalle.

Nel caso di una lima formata da griglie di grande superficie, l'altezza tenderà alla media tra il fondovalle e la sommità!

Per questi due esempi estremi ma tipici, il dislivello cumulativo si discosterà gradualmente dal valore reale.

Consigli per l'uso

Per evitare effetti collaterali:

• Calibrare il barometro GPS all'altitudine del punto di partenza poco prima della partenza (consigliato da tutti i produttori di GPS),
• lascia che il tuo GPS esegua alcune correzioni prima di iniziare il tracciamento in modo che la precisione del posizionamento corrisponda,
• selezionare l'ibridazione: calcolo altitudine = Barometro + GPS o Barometro + 3D.

Se l'elevazione della tua traccia è stata sincronizzata con DEM, avrai calcoli di elevazione e pendenza molto accurati come nell'immagine qui sotto, dove la differenza è di solo 1 metro.

• GPS Trail 2 (acquisizione di immagini degradate a 72 dpi, schermo GPS a 200 dpi)
• Sovrapponi raster e mappa vettoriale OSM
• Scala 1: 10
• L'ombreggiatura CDEM 5mx5m BD Alti IGN enfatizza l'altezza con incrementi di 1m.

L'immagine sotto mette a confronto il profilo di due tracciati identici di 30km (della stessa fama), l'altezza di una è stata sincronizzata con IGN DEM e l'altra con Sonny DEM, un percorso percorso in modalità baro+ibrida 3d.

• Altitudine sulla mappa IGN: 275 m.
• Altitudine calcolata con GPS in modalità Hybrid Baro + 3D: 295 m (+ 7%)
• Altitudine calcolata con GPS in modalità Hybrid Baro + GPS: 297 m (+ 8%).
• Salita sincronizzata su IGN MNT: 271 m (-1,4%)
• Salita sincronizzata su Sonny MNT: 255 m (-7%)

"Truth" è probabilmente al di fuori di 275m IGN a causa dell'impostazione della curva.

Esempio di calibrazione automatica (compensazione) dell'altimetro barometrico GPS durante il percorso sopra indicato (File di registro originale dal GPS):

• Nessun accumulo verticale per il calcolo del dislivello: 5 m, (la parametrizzazione è identica alle curve della mappa IGN),
• Altitudine durante la calibrazione/reset:
  • GPS 113.7 m,
  • Altimetro barometrico 115.0 m,
  • Altezza MNT 110.2 m (Carta IGN 110 m),
• Iterazione (periodo di regolamento): 30 minuti
• Correzione barometrica per i successivi 30 minuti: – 0.001297