Як підвищити точність висот у TwoNav GPS?

преамбула

З початку 2021 року IGN надає безкоштовний доступ до частини своїх даних:

• Картки IGN TOP 25 ще не безкоштовні, проте версія Map, доступна на Géoportail, безкоштовна.
• Бази даних висотоміра IGN 5 x 5 м знаходяться у вільному доступі. Ці бази дозволяють створювати цифрову модель місцевості, тобто. карта висот з роздільною здатністю по горизонталі 5 м x 5 м або 1 м x 1 м з роздільною здатністю по вертикалі 1 м. Або відмінне визначення для користувачів, якими ми є.

Ця стаття у формі навчального посібника призначена більш конкретно для користувачів GPS TwoNav та програмного забезпечення Land.

На сьогоднішній день неможливо вплинути на дані про висоту Garmin GPS.

Що таке цифрова модель рельєфу (DTM)

Цифрова модель рельєфу (ЦМР) - це тривимірне уявлення поверхні землі, створене на основі даних про висоту. Точність файлу висот (Цифрова модель рельєфу) залежить від:

• Якість даних про висоту (точність та засоби, використані для зйомок),
• Розмір елементарного осередку (піксель),
• Про горизонтальну точність локалізації цих сіток,
• Точність вашого геолокації і, отже, якість вашого GPS, підключеного годинника або вашого смартфона.

Плита або плитка із бази даних IGN Altimetric. Плитка 5 км x 5 км, що складається з 1000 × 1000 осередків або 5 м x 5 м (Saint Gobain Aisne Forest). Цей екран проектується на базову картку OSM.

Матриця висот – це файл, який визначає значення висоти точки, розташованої у центрі сітки, у своїй вся поверхня сітки перебуває в одній висоті.

Наприклад, файл відділу Aisne BD Alti IGN 5 x 5 м (відділ, вибраний через його великий розмір), становить трохи менше 400 плиток.

Кожна сітка ідентифікується набором координат широти та довготи.

Чим менший розмір сітки, точніше дані про висоту. Деталі висот, менші за розмір сітки (дозвіл), ігноруються.

Чим менший розмір сітки, тим вища точність, але тим більше буде файл, тому він буде займати більше місця в пам'яті і буде важче обробляти, що потенційно уповільнить інші операції обробки.

Розмір файлу DEM для відділу становить близько 1Mo для 25 м x 25 м, 120 Mo для 5 м x 5 м.

ЦМР, використовувані більшістю додатків, веб-сайтів, GPS та споживчих смартфонів, взяті з безкоштовних глобальних даних, наданих НАСА.

Порядок точності ЦМР НАСА - це розмір осередку 60 м x 90 м і крок по висоті 30 м. Це необроблені файли, вони не були виправлені, і часто дані інтерполуються, середня точність, можуть бути великі помилки.

Це одна з причин неточності GPS по вертикалі, яка пояснює різницю у висоті, яка спостерігається для треку, залежно від веб-сайту, на якому він розміщений, GPS або смартфона, який записав різницю у висоті.

• Sonny MNT (див. Далі в цьому посібнику) доступний безкоштовно для Європи з розміром осередку приблизно 25 м x 30 м. У ньому використовуються точніші джерела даних, ніж у NASA MNT, і в ньому була проведена робота з усунення основних помилок. Це відносно точна ЦМР, що підходить для катання на гірських велосипедах, з добрими характеристиками в масштабі європейської країни.

На зображенні вище альтиметрична плитка (MNT BD Alti IGN 5 x 5), що покриває відвали шлаку (біля Валансьена), перетворена на контурні лінії, розташовані на відстані 2,5 м один від одного і накладені на карту IGN. Зображення дозволяє «переконати» як цю матрицю висот.

• IGN DEM розміром 5 x 5 м має роздільну здатність по горизонталі (розмір комірки) 5 x 5 м і роздільну здатність по вертикалі 1 м. Ця матриця висот забезпечує позначку місцевості; не враховується висота об'єктів інфраструктури (будівлі, мости, живоплоти тощо). У лісі - це висота землі біля підніжжя дерев, поверхня води - це поверхня берега для всіх водойм розміром більше одного гектара.

Складання та встановлення ЦМР

Щоб рухатися швидше: користувач TwoNav GPS склав цифрову модель місцевості, що охоплює Францію, на основі даних IGN 5 x 5 м. Їх можна завантажити регіонами на сайті безкоштовного доступу: CDEM на 5 м (RGEALTI).

Для користувача правильний тест для оцінки надійності “DEM” – це візуалізація поверхні озера у 3D.

Під озером старих кузень (Арденни), показане в 3D BD Alti IGN вище та BD Alti Sonny нижче. Ми бачимо, що якість є.

Карти висотоміра CDEM, що поставляються TwoNav як стандартні для їх GPS або програмного забезпечення LAND, не дуже надійні.

Таким чином, цей "навчальний посібник" дає посібник користувача завантаження "плиток" надійних альтиметричних даних для програмного забезпечення TwoNav GPS і LAND.

Дані доступні безкоштовно для:

• Вся Європа: база даних альтиметрії Sonny,
• Франція: альтиметрична база даних IGN.

Ви можете створити файл, що охоплює країну, відділ або лише географічну область (Slab/tile/Pellet), щоб заощадити корисну пам'ять або використовувати файли меншого розміру.

База даних висотомірів Sonny

Моделі розміром 1 дюйм розділені на фрагменти файлів розміром 1°x1°, вони доступні у форматі SRTM (.hgt) із розміром осередку 22×31 м залежно від широти, формат, який використовується у всьому світі та використовується у багатьох програмах. Вони позначені своїми координатами, наприклад N43E004 (43° північної широти, 4° східної довготи).

процедура

1. Підключіться до сайту https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. Завантажте плитки, які відповідають вибраній країні або географічному сектору.

3. Вийміть файли .HGT із завантажених файлів .ZIP.

4. У LAND завантажте кожен файл .HGT

5. У LAND всі бажані .hgts відкриті, решту закрийте.

6. Зробіть «Об'єднайте ці DEMS», час компіляції може бути більшим в залежності від кількості тайлів, що збираються (виберіть розширення cdem) для файлу у форматі .CDEM, який можна використовувати на Twonav GPS.

OSM "tile" та MNT "tile" відображення в LAND, все переносимо в GPS і 100% безкоштовно!

База даних альтиметрії IGN

Ця база даних складається з каталогу відділів.

процедура

1. Підключіться до сайту Geoservices. Якщо це посилання не працює: ваш браузер "не має доступу до FTP": не панікуйте! Інструкція користувача:
   • У вашому файловому менеджері:
   • клацніть правою кнопкою миші «цей комп'ютер»
   • клацніть правою кнопкою миші «додати мережеве розташування»
   • Введіть адресу "ftp://RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "без" ";
   • Назвіть цей доступ, щоб ідентифікувати його ex IGN geoservice
   • Завершіть процес
   • Зачекайте кілька хвилин, щоб список файлів оновився (займе кілька хвилин)
2. Тепер у вас є доступ до даних IGN:
   • Клацніть правою кнопкою миші файл даних, який потрібно скопіювати.
   • Потім Вставте в цільовий каталог
   • Час заряджання може бути довгим!

Це зображення ілюструє імпорт бази даних висотомірів Vaucluse 5 м x 5 м. Клацніть правою кнопкою миші файл, потім скопіюйте в папку і зачекайте.

Після розпакування "заархівованого" файлу виходить деревоподібна структура. Дані відповідають приблизно 400 файлам даних (плиткам) 5 км x 5 км або 1000 × 1000 осередків 5 м x 5 м у форматі ASC (текстовий формат) для відділу.

Диск із кількох плиток в основному покриває трасу МТБ.

Кожен осередок розміром 5х5 км ідентифікується набором координат Ламберта 93.

Координати UTM верхнього лівого кута цієї плитки або плит: x = 52 6940 та y = 5494 775:

• 775: ранг колони (770, 775, 780, …) на карті
• 6940: Розташуйте лінію на карті

3. Танець КРАЇНА

4. На наступному етапі знайдіть дані в каталозі “data”, виберіть лише перший файл:

5. Відкрийте, потім підтвердіть, відкриється вікно нижче, будь обережний, це найделікатніший крок :

Виберіть проекцію Lambert-93 та Datum RGF 93 та встановіть прапорець у нижньому лівому кутку.

Land витягує та форматує дані з плиток * .asc, що може зайняти деякий час.

Після створення плит з матриці висот у форматі SRTM (HGT/DEM) їх стільки, скільки файлів у форматі *.asc.

6. Land дозволяє вам "об'єднати" їх в один файл DEM або по плитках або гранулах відповідно до ваших потреб (майте на увазі, що розмір файлу може уповільнити обробку GPS)

Для простоти використання бажано (не обов'язково) спочатку закрити всі відкриті карти.

У меню картки (див. нижче) відкрийте всі файли у форматі * .hdr (найменш об'ємний) каталогу даних імпортованої БД (як і для попередніх операцій)

Land відкриває файли HDR, DEM відділу завантажена і може використовуватись

7. Тут можна використовувати ЦМР Арден (карта рельєфу), щоб спростити її використання, ми об'єднаємо їх в один файл.

Меню списку:

Об'єднайте ці ЦМР

Виберіть формат *.cdem та назвіть файл DEM.

Робота злиття займе небагато часу, необхідно об'єднати понад 21 000 файлів. Звідси і рекомендація працювати на основі гранул MNT, що покривають ваші ігрові майданчики.

Створена нами цифрова модель ландшафту Арденн просто відкрийте цей файл з картою IGN Geoportal, як показано нижче, наприклад.

Тест виконується шляхом безпосереднього відкриття треку Utagawa VTT "Château de Linchamp", що відображається на початку при різниці висот 997 м, 981 м з Sonny DTM (попередній процес) і 1034 м, коли Land замінює висоту в кожній точці на висоту ЦМР 5мx5.

Підрахунок різниці рівнів шляхом підсумовування контурних ліній на карті IGN показує різницю в рівні 1070 м, тобто різницю 3%, що цілком правильно.

Значення 1070 залишається приблизним, тому що підрахувати криві на карті в рельєфі нетривіально.

Використання альтиметричного файлу

Файли MNT.cdem можуть використовуватися LAND для отримання висоти, розрахунку висоти, нахилу, треків дорожніх точок і т.д.; і для всіх пристроїв TwoNav GPS достатньо помістити файл у каталог/map і вибрати його як map.cdem.

Стаття в блозі про неточні висоти розкриває проблему альтиметрії та різниці висот за допомогою GPS, принцип може бути перенесений на годинник GPS, а також на програми для смартфонів.

Виробники застосовують кілька методів для «стирання» неточностей, представлених у цій статті, фільтрацію (ковзне середнє) даних про висоту, використання барометричного датчика або цифрової моделі місцевості.

Висота GPS “зашумлена”, тобто коливається навколо середнього значення, барометрична висота залежить від примх атмосферного тиску та температури, тому файли погоди та DEM можуть бути неточними.

Гібридизація барометра з GPS або DEM ґрунтується на наступному принципі:

• Протягом тривалого часу зміна барометричної висоти залежить від погодних умов (тиску та температури),
• Протягом тривалого часу помилки висоти GPS відфільтровуються,
• Протягом тривалого часу помилки матриці висот схожі на шум, тому їх відфільтровують.

Гібридизація полягає у обчисленні середньої висоти GPS або DEM та витягу з неї зміни висоти.

Наприклад, протягом останніх 30 хвилин висота відфільтрованого шуму (GPS або MNT) збільшується на 100 м; проте за той самий період висота, показана барометром, збільшилась на 150 метрів.

За логікою, зміна висоти має бути такою самою. Знання властивостей цих датчиків дозволяє переналаштувати барометр -50 м.

Зазвичай у режимах Baro + GPS чи 3D висота по барометру коригується, як мандрівник чи альпініст зробив це вручну, звіряючись із картою IGN.

Конкретно, недавній GPS або нещодавній смартфон (хорошої якості) виявляє вас (FIX) з точністю до 3,5 м у горизонтальній площині 90 разів зі 100, коли умови прийому ідеальні.

Ця горизонтальна "продуктивність" відповідає розміру осередків 5 м x 5 м або 25 м x 25 м, і використання цих DTM дозволяє отримати хорошу точність у вертикальній площині.

DEM показує висоту землі, наприклад, якщо ви перетинаєте долину Тарн віадуком Мійо, трек, записаний на DEM, повинен привести вас до дна долини, навіть якщо шлях залишається на пероні віадука. .

Інший приклад, коли ви їдете на гірському велосипеді або подорожуєте крутим гірським схилом, горизонтальна точність GPS погіршується через ефекти масок або багатопроменеві; тоді висота, присвоєна FIX, буде відповідати висоті сусідньої або віддаленої плити, отже, або до вершини, або до основи долини.

У разі файлу, утвореного сітками великої поверхні, висота буде прагнути середньої між низом долини і верхом!

Для цих двох крайніх, але типових прикладів сукупна різниця у зростанні поступово відхилятиметься від справжнього значення.

Рекомендації щодо застосування

Щоб уникнути побічних ефектів:

• Відкалібруйте GPS-барометр на висоті вашої відправної точки незадовго до відправлення (рекомендується всіма виробниками GPS),
• дозвольте вашому GPS зробити кілька виправлень перед початком відстеження, щоб точність позиціонування збіглася,
• Виберіть гібридизацію: розрахунок висоти = Барометр + GPS або Барометр + 3D.

Якщо висота вашого треку була синхронізована з DEM, ви матимете дуже точні обчислення висоти та ухилу, як на зображенні нижче, де різниця складає всього 1 метр.

• GPS Trail 2 (захоплення зображення з погіршеною якістю 72 пікселів на дюйм, екран GPS з роздільною здатністю 200 пікселів на дюйм)
• Накладений растр та векторна карта OSM
• Масштаб 1: 10
• CDEM 5mx5m BD Alti IGN штрихуванням підкреслюється висота з кроком 1м.

На зображенні нижче порівнюється профіль двох ідентичних 30-кілометрових треків (одна і та ж популярність), висота одного була синхронізована з IGN DEM, а іншого – з Sonny DEM, маршрут, пройдений у баро + гібридному режимі 3d.

• Висота на карті IGN: 275 м.
• Висота, розрахована за допомогою GPS у режимі Hybrid Baro + 3D: 295 м (+7%)
• Висота, розрахована за допомогою GPS у режимі Hybrid Baro + GPS: 297 м (+8%).
• Синхронізований набір висоти на IGN MNT: 271 м (-1,4%)
• Синхронізований набір висоти Sonny MNT: 255 м (-7%)

"Істина", ймовірно, знаходиться за межами 275 м IGN через постановку кривих.

Приклад автоматичного калібрування (компенсації) барометричного висотоміра GPS під час маршруту, показаного вище (Вихідний файл журналу з GPS):

• Немає вертикального накопичення для розрахунку різниці висот: 5 м, (Параметризація ідентична кривим карти IGN),
• Висота під час калібрування / скидання:
  • GPS 113.7 м,
  • Барометричний висотомір 115.0 м,
  • Висота MNT 110.2 м (Carte IGN 110 м),
• Ітерація (Розрахунковий період): 30 хвилин
• Барометрична корекція на наступні 30 хвилин: - 0.001297