如何提高 TwoNav GPS 的高度精度？

前言

自 2021 年初以来，IGN 一直提供对其部分数据的免费访问：

• IGN 的 TOP 25 地图尚未免费，但 Géoportail 上提供的地图版本是免费的。
• IGN 高度计 5 x 5 m 的数据库是免费提供的。 这些数据库允许创建数字地形模型，即水平分辨率为 5 mx 5 m 或 1 mx 1 m 且垂直分辨率为 1 m 的高度图。或者对我们这些用户来说是一个很好的定义。

这篇教程形式的文章更专门针对 GPS TwoNav 和 Land 软件的用户。

目前无法影响 Garmin GPS 海拔数据。

什么是数字高程模型 (DTM)

数字高程模型 (DEM) 是根据高程数据创建的地球表面的三维表示。 高程文件 (DEM) 的准确性取决于：

• 海拔数据的质量（用于测量的精度和方法），
• 单元格大小（像素），
• 关于这些网格定位的水平精度，
• 您的地理位置的准确性以及 GPS、联网手表或智能手机的质量。

来自 IGN 高度数据库的平板或瓷砖。 5 km x 5 km 瓦片，由 1000 × 1000 单元或 5 mx 5 m 单元（圣戈班艾森森林）组成。 该屏幕被投影到 OSM 底图上。

DEM 是定义位于网格中心的点的高度值的文件，网格的整个表面都处于同一高度。

例如，一个 5 x 5 m 的 Aisne BD Alti IGN 部门文件（选择部门是因为它的尺寸很大）不到 400 个图块。

每个网格由一组纬度和经度坐标标识。

网格尺寸越小，高程数据越准确。 小于网格大小（分辨率）的立面细节将被忽略。

网格尺寸越小，精度越高，但文件越大，占用内存空间越大，处理难度越大，可能会拖慢其他处理操作。

一个部门的 DEM 文件大小约为 1Mo（25m x 25m），120Mo（5m x 5m）。

大多数应用程序、网站、GPS 和消费者智能手机使用的 DEM 来自 NASA 提供的免费全球数据。

NASA DEM的精度顺序是cell size 60m x 90m, step height 30m。这些是原始文件，没有修正过，而且经常插值数据，精度一般，可能有大错误。

这是 GPS 垂直不准确的原因之一，这解释了在轨道上观察到的高度差异，具体取决于它所在的网站、记录高度差异的 GPS 或智能手机。

• Sonny MNT（见本指南后面的部分）在欧洲免费提供，其像元大小约为 25m x 30m。它使用比 NASA MNT 更准确的数据源，并致力于解决主要错误。 它是一种相对准确的 DEM，适用于山地自行车，在欧洲国家具有良好的性能。

在上图中，覆盖渣堆（瓦朗谢讷附近）的高度图块 (MNT BD Alti IGN 5 x 5) 已转换为间隔 2,5 m 的等高线并叠加在 IGN 地图上。 该图像可让您“说服”此 DEM 的质量。

• 5 x 5 m IGN DEM 的水平分辨率（像元大小）为 5 x 5 m，垂直分辨率为 1 m。该 DEM 提供地形高程； 不考虑基础设施对象（建筑物、桥梁、树篱等）的高度。 在森林中，这是树木脚下地球的高度，水面是所有大于一公顷的水库的海岸表面。

DEM的组装和安装

为了更快地移动：TwoNav GPS 用户使用 5 x 5 m IGN 数据编译了覆盖法国的数字地形模型。这些模型可以从免费站点 CDEM 5 m (RGEALTI) 上按地区下载。

对于用户来说，评估“DEM”可靠性的正确测试是湖面的 3D 可视化。

在旧锻造厂 (Ardennes) 的湖底下，上方的 BD Alti IGN 和下方的 BD Alti Sonny 以 3D 形式显示。 我们看到有质量。

TwoNav 提供的 CDEM 高度计地图作为其 GPS 或 LAND 软件的标准，不是很可靠。

因此，本“教程”提供了为 TwoNav GPS 和 LAND 软件下载可靠测高数据“块”的用户指南。

数据可免费用于：

• 全欧洲：桑尼高度计数据库，
• 法国：IGN 测高数据库。

您可以创建一个仅覆盖国家、部门或地理区域的文件（Slab/tile/Pellet）以节省可用内存或使用较小的文件。

桑尼高度计数据库

1'' 模型分为 1°x1° 文件块，并以 SRTM (.hgt) 格式提供，单元大小为 22 × 31 m，具体取决于纬度，这种格式在全球范围内使用并在许多程序中使用。 它们由坐标指定，例如 N43E004（北纬 43°，东经 4°）。

程序

1. 连接到站点 https://data.opendataportal.at/dataset/dtm-france

2. 下载与所选国家或地理区域相对应的图块。

3. 从下载的 .ZIP 文件中提取 .HGT 文件。

4. 在 LAND 中，加载每个 .HGT 文件

5. 在 LAND 中，所有需要的 .hgts 都打开，关闭其余的。

6. 请执行“组合这些 DEMS”，编译时间可能会很长，具体取决于可在 Twonav GPS 上使用的 .CDEM 文件收集的图块数量（选择 cdem 扩展名）。

LAND 中的 OSM“瓷砖”和 MNT“瓷砖”映射，一切都可移植到 GPS 并且 100% 免费！

IGN 测高数据库

该数据库由部门目录组成。

程序

1. 连接到 Geoservices 站点。 如果此链接不起作用：您的浏览器“没有 FTP 访问权限”：不要惊慌！ 用户指南：
   • 在您的文件管理器中：
   • 右击“这台电脑”
   • 右键“添加网络位置”
   • 输入地址 "ftp://RGE_ALTI_ext: [e-mail]" "without" ";
   • 命名此访问以在 IGN 地理服务中识别它
   • 结束进程
   • 等待几分钟让文件列表更新（需要几分钟）
2. 您现在可以访问 IGN 数据：
   • 右键单击要复制的数据文件。
   • 然后 INSERT 到目标目录
   • 充电时间可能会很长！

此图说明了 Vaucluse 5m x 5m 高度计数据库的导入。右键单击该文件，然后复制到文件夹并等待下载。

解压“压缩”文件后，得到一个树结构。 数据对应于部门的 .asc 格式（文本格式）的大约 400 个数据文件（瓦片）5 km x 5 km 或 1000 × 1000 个单元格 5 m x 5 m。

多瓦盘主要覆盖MTB赛道。

每个 5x5 公里的小区由一组兰伯特坐标 93 标识。

此图块左上角的 UTM 坐标为 x = 52 6940 和 y = 5494 775：

• 775：地图上的列排名（770, 775, 780, ...）
• 6940：在地图上对线进行排名

3. 舞蹈乐园

4. 下一步，找到“data”目录下的数据， 仅选择第一个文件：

5. 打开然后确认，下面的窗口会打开， 小心，这是最微妙的一步 :

选择投影 Lambert-93 和 Datum RGF 93 并选中左下角的框。

Land 从 * .asc 切片中提取和格式化数据，这可能需要一段时间。

在以 SRTM (HGT / DEM) 格式从 DEM 创建板后，它们的数量与 * .asc 格式的文件一样多。

6. Land 允许您将它们“组合”成一个单一的 DEM 文件或按瓦片或颗粒来满足您的需要（请记住，文件大小会减慢 GPS 处理速度）

为便于使用，最好（可选）先覆盖所有打开的卡片。

在地图菜单（见下文）中打开所有导入的数据库数据目录的*.hdr格式（体积最小）的文件（同前面的操作）

Land打开HDR文件，部门DEM加载即可使用

7. 这里可以使用Ardennes DEM（凹凸贴图），为了更方便使用，我们将它们合并为一个文件。

列表菜单：

结合这些 DEM

选择 * .cdem 格式并将文件命名为 DEM。

合并需要一点时间，需要合并超过 21 个文件。 因此，建议在覆盖您的操场的 MNT 颗粒的基础上工作。

例如，我们创建的 Ardennes 地形的数字模型，只需打开 IGN Geoportal 地图文件，如下所示。

测试是直接打开开头显示的UtagawaVTT轨道“Château de Linchamp”，高差997m，用Sonny DTM（前处理）981m，Land用1034mx5m的DTM高度替换各点高度时5m .

IGN图上等高线相加计算出的水平差显示1070米的水平差，即3%的差异，这是非常正确的。

1070 的值仍然是近似值，因为在浮雕地图上计算曲线并非易事。

使用测高文件

LAND 可以使用 MNT.cdem 文件来提取高程、计算高程、坡度、航点轨迹等； 对于所有 TwoNav GPS 设备，将文件放在 /map 目录中并选择它作为 map.cdem 就足够了。

一篇关于高度不准确的博客文章揭示了使用 GPS 进行高度测量和高度差异的问题，该原理可以应用于 GPS 手表和智能手机应用程序。

制造商使用多种方法来“消除”本文中介绍的不准确之处，使用气压传感器或数字地形模型过滤（移动平均）高度数据。

GPS 高度“嘈杂”，即围绕平均值波动，气压高度取决于气压和温度的变化，因此天气和 DEM 文件可能不准确。

气压计与 GPS 或 DEM 的混合基于以下原则：

• 在很长一段时间内，气压高度的变化取决于天气条件（压力和温度），
• 在很长一段时间内，过滤掉 GPS 高度误差，
• 长期以来，DEM 误差类似于噪声，因此被滤除。

混合是关于计算平均 GPS 或 DEM 高度并从中提取高度变化。

例如，在过去 30 分钟内，过滤噪声（GPS 或 MNT）的高度增加了 100 m； 然而，在同一时期，气压计指示的高度增加了 150 米。

从逻辑上讲，高度的变化应该是一样的。 了解这些传感器的特性可以“重新调整”-50 m 气压计。

通常在 Baro + GPS 或 3D 模式下，通过参考 IGN 地图来校正气压计高度，就像徒步旅行者或登山者手动进行的那样。

具体来说，当接收条件理想时，最近的 GPS 或最近的智能手机（质量好）可以在水平面中以 3,5 m 的精度检测到您（FIX），90 次中有 100 次。

这种水平“性能”对应于 5 mx 5 m 或 25 mx 25 m 的网格尺寸，使用这些 DTM 可以获得良好的垂直精度。

DEM 显示地面的高度，例如，如果您在 Millau 高架桥上穿越塔恩山谷，则 DEM 上记录的轨迹应将您带到山谷底部，即使路径保留在高架桥平台上。 ...

再比如，当您骑山地自行车或在陡峭的山坡上行驶时，由于掩蔽或多径效应，水平 GPS 精度会下降； 那么分配给 FIX 的高度将对应于相邻或更远的平板的高度，因此要么对应于山谷的顶部，要么对应于山谷的底部。

在由大表面网格形成的文件的情况下，高度将趋向于山谷底部和顶部之间的平均值！

对于这两个极端但典型的例子，累积的高度差会逐渐偏离真实值。

建议使用

为避免副作用：

• 在出发前不久在起点的高度校准 GPS 气压计（所有 GPS 制造商推荐），
• 在开始跟踪之前让您的 GPS 做一些修复，以便定位精度匹配，
• 选择杂交：高度计算 = 气压计 + GPS 或气压计 + 3D。

如果您的轨道高程已同步到 DEM，您将获得非常准确的高程和坡度计算，如下图所示，差异仅为 1 米。

• GPS Trail 2（72dpi 降级图像捕获，200dpi GPS 屏幕）
• 叠加栅格和 OSM 矢量地图
• 比例 1：10
• CDEM 5mx5m BD Alti IGN 阴影以 1m 为增量强调高度。

下图比较了两条相同的 30 公里赛道（同名）的剖面图，一条的高度与 IGN DEM 同步，另一条与 Sonny DEM 同步，一条路线以 baro + 混合模式 3d 运行。

• IGN 地图上的海拔高度：275 m。
• 在混合气压 + 3D 模式下使用 GPS 计算的高度：295 m (+ 7%)
• 在混合气压 + GPS 模式下使用 GPS 计算的高度：297 m (+ 8%)。
• IGN MNT 同步爬升：271 m (-1,4%)
• Sonny MNT 同步爬升：255 m (-7%)

由于曲线设置，“真相”可能在 275m IGN 之外。

上图所示路线中 GPS 气压高度计的自动校准（补偿）示例（来自 GPS 的原始日志文件):

• 计算高度差无垂直累积：5 m，（参数化与IGN地图的曲线相同），
• 校准/重置期间的海拔高度：
  • GPS 113.7 m，
  • 气压高度计 115.0 m，
  • 高度 MNT 110.2 m（Carte IGN 110 m），
• 迭代（结算期）：30分钟
• 接下来 30 分钟的气压校正： – 0.001297