Höhendaten: Suche nach dem Geheimrezept
Inhaltsangabe
Die Höhendaten entlang einer Route enthalten wichtige kontextbezogene Informationen über Ihre Route. Das gilt auch für abgeleitete Werte wie Steigungen oder durchschnittliche Prozentsätze.
Sie bilden die Geschichte Ihrer Route: Die Zahl der Höhenmeter bestimmt beispielsweise die körperliche Anstrengung und damit indirekt die Zielgruppe einer Route. Es ist jedoch nach wie vor schwierig, Höhenprofile, Steigungen und Gefälle einer Route oder ihrer Abschnitte korrekt zu berechnen. Was genau eine realistische Anzahl Höhenmeter ist, scheint häufig Interpretationssache zu sein. Je nach Quelle, z. B. barometrische Höhenmesser oder öffentlich-gewerbliche Höhenmodelle (z. B. SRTM), können die aufgezeichneten Werte erheblich variieren. Obwohl es bereits sehr detaillierte Höhenmodelle (LIDAR) gibt, bleiben diese teuer und nur lokal verfügbar.
Wie berechnet RouteYou die Höhendaten?
Wir verwenden das SRTM-Höhenmodell. SRTM hat eine Auflösung von 90 m.
Was bedeutet das? Sehen wir uns das nachfolgende Beispiel der bekannten Steigung „La Houppe“ in den flämischen Ardennen an:
Die Grautöne spiegeln den registrierten Höhenwert im SRTM-Höhenmodell wider: je heller, desto höher. Man kann also gut erkennen, dass „La Houppe“ eine Steigung ist. Die Auflösung ist die Größe einer Zelle mit einer bestimmten Höhe und damit einem bestimmten Grauton. Diese Auflösung bestimmt gleichzeitig auch die Genauigkeit, mit der wir die Höhendaten entlang dieser Steigung – und damit bei jeder Route auf RouteYou – bestimmen können.
Höhenprofil von La Houppe:
Das Ergebnis ist ein hügeliges Höhenprofil, das die Realität nicht vollständig widerspiegelt. Wenn wir diese Höhen verwenden, um beispielsweise die Gesamtzahl der Höhenmeter oder den maximalen Steigungsgrad zu berechnen, dann ergibt das einen zu hohen Wert. Deswegen verwenden wir Algorithmen, um die signifikanten "Knickpunkte" auf einem Streckenabschnitt zu bestimmen. Diese Knickpunkte werden in der nachfolgenden Grafik als schwarze Kreise dargestellt. Auf Grundlage der Knickpunkte berechnen wir Höhenmeter und ihre Ableitungen.
Wo kann es schief gehen?
Um zu erklären, warum Höhenmeter oft Interpretationssache sind, müssen wir einige Dinge genauer betrachten.
Was ist ein DOM?
Die nachfolgende Grafik verdeutlicht das erste Problem, das bei dem von uns verwendeten SRTM-Höhenmodell auftreten kann. Das SRTM-Modell ist ein digitales Oberflächenmodell (DOM): Die Höhenmessungen folgen NICHT dem Gelände, sondern der beobachteten Höhe aus der Draufsicht. Anders ausgedrückt werden beispielsweise die Höhe der Baumkronen oder des Daches eines Hauses gemessen. Das erklärt sofort, warum das Höhenprofil von La Houppe so aussieht und woher die Fehler der Höhendaten stammen. Insbesondere bei längeren Strecken können diese Fehler Höhenmeter generieren, die nicht bewältigt werden müssen.
Ungleiches Gelände
Sehr ungleiches Gelände kann auch dazu führen, dass die Höhe einer bestimmten Zelle nicht repräsentativ für die Höhe des befahrenen Weges ist. Denken Sie nur an den Weg an einem Fluss im Tal oder an die Straße an einer Bergflanke. Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Beispiel für die verschiedenen Elemente, die in einer Zelle enthalten sein können.
In dieser Zelle wird die Höhe an der Westflanke, auf der Straße, auf dem Fluss und an der Ostflanke gemessen. Sie können sich vorstellen, dass eine solche Streuung der Höhenwerte innerhalb einer Zelle auch wieder zu Fehlern bei der Höhenmessung führt.
Von einem GPS-Gerät berechnete Höhenmeter
Häufig sehen Radfahrer die von ihrem GPS-Gerät berechneten Höhenmeter als die „echten“ Steigungsmeter. Aber auch das kann schiefgehen. Wir müssen zwischen einem GPS-Gerät mit und einem ohne barometrischen Höhenmesser unterscheiden.
Barometrische Höhenmessung
Die barometrische Höhenmessung erfolgt nach dem Prinzip, dass der Luftdruck mit der Höhe abnimmt. Die Höhe wird anhand einer Formel berechnet, die das Verhältnis zwischen den beiden Werten widerspiegelt. Bei geringer Höhe entspricht ein Abfall von einem hPa 8,5 Metern. Bezüglich der Genauigkeit müssen wir bei dieser Art von Messung zwischen relativer und absoluter Genauigkeit unterscheiden.
Die relative Genauigkeit hängt von der Empfindlichkeit des barometrischen Sensors ab. Die Genauigkeit jedes Sensors unterscheidet sich bei der Erkennung von Druck- und damit Höhenunterschieden. Bei einem gut kalibrierten Garmin Edge 1000 werden das rund 3 Meter sein. Wir müssen jedoch berücksichtigen, dass Wind, Temperatur und sogar Erschütterungen unsere barometrischen Sensoren beeinflussen können. Auch Schmutz kann die Genauigkeit des Sensors nachteilig beeinflussen. Beispielsweise, wenn die Öffnung des Sensors mit Wasser oder Matsch bespritzt ist.
Die absolute Genauigkeit einer barometrischen Höhenmessung ist komplexer. Um den Luftdruck in eine Höhe umzurechnen, braucht es eine Referenzhöhe. Man könnte hierzu den Standardluftdruck auf Meereshöhe (0 m) verwenden (1013,25 hPa), aber das kann zu schweren Fehlern führen. Bei stabilen Wetterbedingungen kann der Luftdruck auf Meereshöhe auf bis zu 1040 hPa steigen. Es ist also ein Kalibrierungsschritt erforderlich. Die meisten GPS-Geräte verknüpfen bei der Kalibrierung die erste Luftdruckmessung mit einer vom GPS-Signal gemessenen Höhe. Wenn ein Gerät nicht lange genug kalibrieren kann oder in einer Gegend mit schlechtem GPS-Empfang kalibriert werden muss, kann auch das wieder zu Fehlern bei den Höhenmessungen führen.
Höhenmessung mit GPS-Signal
Wenn Ihr Gerät keinen barometrischen Sensor besitzt, wird es die Höhe auf der Grundlage des GPS-Signals berechnen. Neben Ihrer Position in Breiten- und Längengrad (oder x und y) auf einer Fläche, wird so auf Grundlage dieses Signals auch der z-Wert bestimmt. Je nach Qualität des GPS-Signals können dabei erhebliche Fehler aufgezeichnet werden. Denken Sie beispielsweise an schlechten GPS-Empfang in Wäldern oder dicht bebauten Gebieten. Das hat also indirekt einen sehr starken Einfluss auf die Qualität der von Ihrem Gerät berechneten Höhenmeter.
Interessante Links
Das RouteYou-Höhenprofil
Klicken Sie hier für weitere Informationen.
Akademische Forschung
RouteYou kooperiert auch mit der akademischen Forschung, um Höhendaten zu verbessern. 2017 forschte Lennert Teugels, ein Masterstudent im Fachbereich Geografie, an der Optimierung eines Höhenmodells. Sie können seine Ergebnisse unter folgendem Link lesen:
Masterarbeit Lennert Teugels: https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/349/841/RUG01-002349841_2017_0001_AC.pdf