如何提高 TwoNav GPS 的高度精度？

前言

截至 2021 年初，IGN 提供對其部分數據的免費訪問：

• IGN 的“TOP 25”地圖尚未免費，但 Géoportail 上提供的“地圖”版本是免費的。
• IGN 5 x 5 m 高度計數據庫可免費使用。 這些數據庫允許您創建數字地形模型，即水平分辨率為 5m x 5m 的高度圖或垂直分辨率為 1m 的 1m x 1m。要么對用戶來說是一個很好的定義，而我們就是這樣。

本文以教程形式更具體地針對 TwoNav GPS 和 Land 軟件的用戶。

目前，無法操縱 Garmin GPS 高度數據。

什麼是數字地形模型 (DTM)

數字高程模型 (DEM) 是根據高程數據創建的地球表面的三維表示。 高程文件 (DEM) 的準確性取決於：

• 高程數據的質量（測量所用的準確性和手段），
• 單位單元尺寸（像素），
• 關於這些網格的水平定位精度，
• 您的地理位置的準確性以及 GPS、聯網手錶或智能手機的質量。

來自 IGN 高度數據庫的板或瓦。 由 5 x 5 個單元或 1000 m x 1000 m 單元組成的 5 km x 5 km 瓦片（聖戈班埃納森林）。 該屏幕投影到 OSM 底圖上。

DEM 是定義位於網格中心的點的高度值的文件，網格的整個表面都處於同一高度。

例如，5 x 5m Aisne BD Alti IGN 部門文件（因其尺寸較大而選擇的部門）不到 400 個圖塊。

每個網格由一組緯度和經度坐標標識。

網格尺寸越小，高程數據越準確。 小於網格尺寸（分辨率）的高程細節將被忽略。

網格尺寸越小，精度越高，但文件越大，因此會佔用更多內存空間並且更難以處理，可能會減慢其他處理操作。

該部門的 DEM 文件大小約為 1Mo（25m x 25m）、120Mo（5m x 5m）。

大多數應用程序、網站、GPS 和消費者智能手機使用的 DEM 來自 NASA 提供的免費全球數據。

NASA DEM的精度順序是cell size 60m x 90m, step height 30m。這些是原始文件，沒有修正過，而且經常插值數據，精度一般，可能有大錯誤。

這是 GPS 垂直不准確的原因之一，這解釋了跟踪觀察到的海拔差異取決於其託管的網站、GPS 或記錄海拔差異的智能手機。

• Sonny MNT（請參閱本指南後面的部分）在歐洲免費提供，其單元尺寸約為 25m x 30m。它使用比 NASA MNT 更準確的數據源，並且已完成糾正主要錯誤的工作。 它是一個相對準確的 DEM，適合山地自行車運動，在歐洲國家範圍內具有良好的性能。

在上圖中，覆蓋礦渣堆（瓦朗謝訥附近）的測高圖塊 (MNT BD Alti IGN 5 x 5) 已轉換為間隔 2,5m 的等高線，並覆蓋在 IGN 地圖上。 該圖像可讓您“相信”此 DEM 的質量。

• 5 x 5 m IGN DEM 的水平分辨率（像元大小）為 5 x 5 m，垂直分辨率為 1 m。該 DEM 提供地形高程； 不考慮基礎設施對象（建築物、橋樑、樹籬等）的高度。 在森林中，這是樹木腳下地球的高度，水面是所有大於一公頃的水庫的海岸表面。

DEM的組裝和安裝

為了更快地移動：TwoNav GPS 用戶使用 IGN 5 x 5m 數據編譯了覆蓋法國的數字地形模型。可以從免費網站 CDEM at 5m (RGEALTI) 按地區下載該模型。

對於用戶來說，評估“DEM”可靠性的正確測試是湖面的 3D 可視化。

在舊鍛造廠（阿登）的湖下，如上面的 3D BD Alti IGN 和下面的 BD Alti Sonny 所示。 我們看到有質量。

TwoNav 提供的 CDEM 高度計地圖作為其 GPS 或 LAND 軟件的標準配置不太可靠。

因此，本“教程”提供了為 TwoNav GPS 和 LAND 軟件下載可靠測高數據“塊”的用戶指南。

數據可免費用於：

• 全歐洲：桑尼高度計數據庫，
• 法國：IGN 高度測量數據庫。

您可以創建覆蓋國家/地區、部門或地理區域（Slab/tile/Pellet）的文件，以節省可用內存或使用較小的文件。

桑尼高度計數據庫

1" 模型被分為 1°x1° 文件塊，並以 SRTM (.hgt) 格式提供，基於緯度的像元大小為 22x31m，這種格式在全球範圍內使用，並被許多程序使用。 它們通過坐標指定，例如 N43E004 (43°N, 4°E)。

程序

1. 連接到站點 https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. 下載與所選國家或地理區域相對應的圖塊。

3. 從下載的 .ZIP 文件中提取 .HGT 文件。

4. 在 LAND 中，加載每個 .HGT 文件

5. 在 LAND 中，所有需要的 .hgt 都打開，關閉其餘的。

6. 執行“組合這些 DEMS”時，編譯時間可能會很長，具體取決於為可在 Twonav GPS 上使用的 .CDEM 文件收集的圖塊數量（選擇 cdem 擴展名）。

LAND 中的 OSM“圖塊”和 MNT“圖塊”地圖，全部可移植到 GPS，並且 100% 免費！

IGN 高度計數據庫

該數據庫由按部門劃分的目錄組成。

程序

1. 連接到地理服務站點。 如果此鏈接不起作用：您的瀏覽器“沒有 FTP 訪問權限”：不要驚慌！ 用戶指南：
   • 在您的文件管理器中：
   • 右鍵單擊“此計算機”
   • 右鍵單擊“添加網絡位置”
   • 輸入地址“ftp://RGE_ALTI_ext: [e-mail]”，不帶“”；
   • 命名此訪問以將其識別為 IGN 地理服務
   • 結束進程
   • 等待幾分鍾文件列表刷新（這將需要幾分鐘）
2. 您現在可以訪問 IGN 數據：
   • 右鍵單擊要復制的數據文件。
   • 然後PASTE到目標目錄
   • 充電時間可能會很長！

此圖說明了導入 Vaucluse 5m x 5m 高度計數據庫。右鍵單擊該文件，然後復製到文件夾並等待下載。

解壓“壓縮”文件後，得到一個樹結構。 數據對應於部門的 .asc 格式（文本格式）的大約 400 個數據文件（瓦片）5 km x 5 km 或 1000 × 1000 個單元格 5 m x 5 m。

一個由幾塊瓷磚組成的圓盤基本上覆蓋了 MTB 路線。

每個 5x5 km 的像元由一組 Lambert 93 坐標標識。

該瓷磚或板左上角的 UTM 坐標為 x = 52 6940 和 y = 5494 775：

• 775：地圖上的列排名（770, 775, 780, …）
• 6940：地圖上的線路排名

3. 舞蹈之地

4. 下一步，找到“data”目錄下的數據， 僅選擇第一個文件：

5. 打開然後確認，將打開下面的窗口， 小心，這是最微妙的一步 :

選擇 Lambert-93 和 Datum RGF 93 投影並選中左下角的框。

Land 從 *.asc 切片中提取和格式化數據，這可能需要一些時間。

從 SRTM (HGT / DEM) 格式的 DEM 創建板後，其數量與 *.asc 格式的文件一樣多。

6. Land 允許您將它們“組合”成一個單一的 DEM 文件或按瓦片或顆粒來滿足您的需要（請記住，文件大小會減慢 GPS 處理速度）

為了便於使用，最好（不是強制）首先關閉所有打開的卡。

在地圖菜單中（見下圖）打開導入數據庫數據目錄的所有*.hdr（最小體積）文件（與之前的操作相同）

Land打開HDR文件，部門DEM已加載並可以使用

7. 這裡可以使用Ardennes DEM（地形圖），為了方便使用，我們將它們合併到一個文件中。

列表菜單：

合併這些 DEM

選擇*.cdem 格式並將文件命名為DEM。

合併需要一點時間才能完成，有超過 21 個文件需要合併。 因此，建議使用 MNT 顆粒來覆蓋您的遊樂區域。

我們創建的阿登數字景觀模型，只需打開此 IGN Geoportal 地圖文件，如下所示。

測試是直接打開開頭顯示的UtagawaVTT軌道“Château de Linchamp”，高差997m，用Sonny DTM（前處理）981m，Land用1034mx5m的DTM高度替換各點高度時5m .

通過對IGN地圖上的等高線求和計算高差，顯示高差為1070米，相差3%，這是相當正確的。

1070 的值仍然是近似值，因為計算地形地圖上的曲線並不簡單。

使用測高文件

MNT.cdem文件可供LAND提取高程，計算高程、坡度、航點軌蹟等； 對於所有 TwoNav GPS 設備，只需將文件放在 /map 目錄中並將其選擇為 map.cdem。

一篇關於不准確高度的博客文章探討了使用 GPS 進行測高和高度差的問題，這一原理可以應用於 GPS 手錶和智能手機應用程序。

製造商使用多種方法來“消除”本文中提出的不准確之處，包括過濾（移動平均）高度數據、使用氣壓傳感器或使用數字地形模型。

GPS 高度“嘈雜”，即圍繞平均值波動，氣壓高度取決於氣壓和溫度的變化，因此天氣和 DEM 文件可能不准確。

氣壓計與 GPS 或 DEM 的混合基於以下原理：

• 在很長一段時間內，氣壓高度的變化取決於天氣條件（壓力和溫度），
• 經過很長一段時間，GPS高度誤差被過濾掉，
• 在很長一段時間內，DEM誤差類似於噪聲，因此被濾除。

混合涉及計算平均 GPS 或 DEM 海拔並從中提取海拔變化。

例如，在最後 30 分鐘內，過濾噪聲（GPS 或 MNT）的高度增加了 100 m； 然而，在同一時期，氣壓計顯示的高度增加了 150 米。

從邏輯上講，高度的變化應該是相同的。 了解這些傳感器的特性後，您可以“重新配置”-50 m 氣壓計。

通常，在 Baro + GPS 或 3D 模式下，氣壓計高度會得到糾正，就像徒步旅行者或登山者檢查 IGN 地圖手動進行的操作一樣。

具體來說，當接收條件理想時，最新的 GPS 或最新的智能手機（質量良好）會在水平面上以 3,5 m 的精度檢測到您（FIX），90 次中有 100 次是這樣。

該水平“容量”對應於 5m x 5m 或 25m x 25m 的單元尺寸，並且使用這些 DTM 可以在垂直平面上實現良好的精度。

DEM 顯示地面高度，例如，如果您在米約高架橋上穿越塔恩河谷，DEM 上記錄的軌跡應該將您帶到谷底，即使路徑保留在高架橋平台上。 。

另一個例子是，當您在陡峭的山坡上騎山地自行車或徒步旅行時，由於遮蔽或多路徑效應，水平 GPS 精度會下降； 那麼分配給 FIX 的高度將對應於相鄰或更遠板塊的高度，即對應於山谷的頂部或底部。

對於由大表面的網格形成的銼刀，高度將趨向於谷底和頂部之間的平均值！

對於這兩個極端但典型的例子，累積的高度差會逐漸偏離真實值。

建議使用

為避免副作用：

• 在出發前不久在出發點的海拔高度校準 GPS 氣壓計（所有 GPS 製造商都推薦），
• 在開始跟踪之前允許您的 GPS 進行一些修正，以確保位置精度匹配，
• 選擇混合：高度計算 = 氣壓計 + GPS 或氣壓計 + 3D。

如果您的軌跡高程已與 DEM 同步，您將獲得非常準確的高程和坡度計算，如下圖所示，其中差異僅為 1 米。

• GPS Trail 2（72 dpi 降級圖像捕獲，200 dpi GPS 屏幕）
• 疊加柵格和 OSM 矢量地圖
• 規模 1：10
• CDEM 5mx5m BD Alti IGN 剖麵線強調以 1m 為增量的高度。

下圖比較了兩條相同的 30 公里賽道（同名）的剖面圖，一條的高度與 IGN DEM 同步，另一條與 Sonny DEM 同步，一條路線以 baro + 混合模式 3d 運行。

• IGN 地圖上的海拔：275 m。
• 在 Hybrid Baro + 3D 模式下使用 GPS 計算的海拔高度：295 m (+ 7%)
• 在 Hybrid Baro + GPS 模式下使用 GPS 計算的海拔高度：297 m (+ 8%)。
• IGN MNT 同步爬升：271 m (-1,4%)
• Sonny MNT 同步爬升：255 m (-7%)

由於曲線的設置，“真相”很可能位於 IGN 的 275m 之外。

在上述路線中自動進行 GPS 氣壓高度計校準（補償）的示例（來自 GPS 的源日誌文件):

• 高差計算無垂直累積：5 m，（參數化與IGN地圖曲線相同），
• 校準/重置期間的高度：
  • GPS 113.7 m，
  • 氣壓高度計 115.0 m，
  • 高度 MNT 110.2 m（Carte IGN 110 m），
• 迭代（計算週期）：30分鐘
• 接下來 30 分鐘的氣壓校正： – 0.001297