Hoogtegegevens: op zoek naar het geheime recept
Inhoudstafel
- Het nut van hoogtemeters
- Hoe berekent RouteYou hoogtegegevens?
- Waar kan het fout lopen en wat doet RouteYou daaraan?
- Algoritmes
- Hoogtemeters berekend door een gps-toestel
- Interessante links
Het nut van hoogtemeters
Hoogtegegevens langs een route bevatten belangrijke contextuele informatie over jouw route. Dat geldt ook voor afgeleiden zoals stijgingsmeters of gemiddelde percentages.
Ze vormen het verhaal van jouw route: het aantal hoogtemeters bijvoorbeeld bepaalt de fysieke inspanning en zo onrechtstreeks ook het doelpubliek van een route. Het blijft echter moeilijk om hoogteprofielen, stijgingsmeters en hellingsgraden langs routes of routesegmenten correct te berekenen. Wat nu precies een realistisch aantal stijgingsmeters is, blijkt vaak vatbaar voor interpretatie. Afhankelijk van de bron, bijvoorbeeld barometrische hoogtemeters of publieke commerciële hoogtemodellen (e.g. SRTM), kunnen geregistreerde waarden sterk uiteenlopen. Hoewel er al zeer gedetailleerde hoogtemodellen voorhanden zijn zijn deze dan vaak heel lokaal beschikbaar. We combineren al deze gegevensbronnen om tot het beste resultaat te komen.
Hoe berekent RouteYou hoogtegegevens?
Vandaag gebruiken wij het SRTM-hoogtemodel in combinatie met lokale, gedetailleerde hoogtemodellen. SRTM heeft een resolutie van 30 en 90m.
Waarom kiezen we voor een combinatie van verschillende hoogtemodellen? Bekijk even onderstaand voorbeeld op de bekende helling in de Vlaamse Ardennen "La Houppe":
De grijswaarden geven de geregistreerde hoogtewaarde in het SRTM-hoogtemodel weer: hoe lichter hoe hoger. Je ziet dus duidelijk dat "La Houppe" een helling is. De resolutie is de grootte van een cel met een bepaalde hoogte en dus grijswaarde. Deze resolutie bepaalt meteen ook de nauwkeurigheid waarmee we hoogtegegevens langs deze klim, en bij uitbreiding iedere route op RouteYou, kunnen bepalen.
Hoogteprofiel van La Houppe:
Het resultaat is een geaccidenteerd hoogteprofiel dat niet volledig strookt met de werkelijkheid
Waar kan het fout lopen en wat doet RouteYou daaraan?
Om te duiden waarom hoogtemeters vaak voor interpretatie vatbaar zijn, moeten we bepaalde zaken in meer detail bekijken.
Wat is een DSM?
Onderstaande afbeelding illustreert een eerste probleem dat kan opduiken met het SRTM-hoogtemodel dat wij gebruiken. Het SRTM-model is een Digitaal Surface Model (DSM): de hoogtemetingen volgen NIET het terrein, maar WEL de waargenomen hoogte vanuit een bovenaanzicht. Met andere woorden, je meet bijvoorbeeld de hoogte van de kruinen van bomen of het dak van een huis. Dit verklaart meteen al waarom het hoogteprofiel van La Houppe er zo uitziet en waar de ruis in de hoogtedata vandaan komt. Zeker op langere routes kan deze ruis hoogtemeters genereren die niet moeten worden overwonnen.
Ruw terrein
Ruw terrein kan er ook voor zorgen dat de hoogte in een bepaalde cel niet representatief is voor de hoogte van de weg waarop je fietst. Denk bijvoorbeeld aan een weg langs een rivier in een dal of een weg op de flank van een berg. Onderstaande afbeelding geeft een voorbeeld van de verschillende elementen die vervat kunnen zitten in één cel.
In deze cel meet je de hoogte op de westelijke flank, op de weg, op de rivier en op de oostelijke flank. Je kan je voorstellen dat dergelijke spreiding in hoogtewaardes binnen één cel ook weer ruis introduceren in hoogtemetingen.
Lokale, gedetailleerde hoogtemodellen
Uit bovenstaande uiteenzetting blijkt duidelijk dat SRTM niet perfect is. Daarom gaan we ook lokale hoogtemodellen gebruiken die het aardoppervlak met een hoger detail weergeven. In ons hoogtemodel zit al een gedetailleerd hoogtemodel voor de BeNeLux en we werken constant verder om dit uit te breiden. We combineerden al gegevens van officiële instanties in Vlaanderen, Wallonië, Brussel, Nederland en Luxemburg die vrij beschikbaar gesteld worden.
Algoritmes
Maar zelfs met een hogere nauwkeurigheid kan er ruis ontstaan. We gebruiken ook algoritmes om de significante 'knikpunten' op een segment te bepalen. Deze knikpunten worden in onderstaande grafiek weergegeven als zwarte bollen. Op basis van de knikpunten berekenen we hoogtemeters nog beter.
Hoogtemeters berekend door een gps-toestel
Vaak beschouwen fietsers de hoogtemeters berekend door hun gps-toestel als de 'echte' stijgingsmeters. Echter, ook daar kan het fout lopen. We moeten een onderscheid maken tussen een gps met een barometrische hoogtemeter en een zonder.
Barometrische hoogtemeting
Barometrische hoogtemeting steunt op het principe dat de luchtdruk afneemt met de hoogte. De hoogte wordt gemeten op basis van een formule die het verband tussen beide aangeeft. Op geringe hoogte komt een daling van één hPa overeen met 8,5 meter. Op vlak van nauwkeurigheid moeten we bij dit soort metingen een onderscheid maken tussen relatieve en absolute nauwkeurigheid.
De relatieve nauwkeurigheid hangt af van de gevoeligheid van de barometrische sensor. Iedere sensor heeft een andere nauwkeurigheid bij het waarnemen van druk- en dus hoogteverschillen. Bij een goed gekalibreerde Garmin Edge 1000 zal dit rond de 3 meter zijn. We moeten er wel rekening mee houden dat wind, temperatuur en zelfs schokken een impact kunnen hebben op deze barometrische sensoren. Ook vuil kan de nauwkeurigheid van de sensor nadelig beïnvloeden. Bijvoorbeeld de opening van de sensor die door water of modder bedekt wordt.
De absolute nauwkeurigheid van een barometrische hoogtemeting is complexer. Om een luchtdruk om te zetten naar een hoogte, is er een referentiehoogte nodig. De standaard luchtdruk op zeeniveau (0 m) zou gebruikt kunnen worden (1013,25 hPa), maar dit kan voor grove fouten zorgen. Bij stabiele weersomstandigheden bijvoorbeeld, kan de luchtdruk op zeeniveau oplopen tot 1040 hPa. Er is dus een kalibratiestap nodig. De meeste gps-toestellen gaan tijdens de kalibratie de eerste drukmeting koppelen aan een hoogte gemeten met het gps-signaal. Wanneer een toestel niet lang genoeg kan kalibreren of er moet gekalibreerd worden in een gebied met slechte gps-ontvangst, kan ook dit weer leiden tot fouten in de hoogtemetingen.
Hoogtemeting met gps-signaal
Heeft jouw toestel geen barometrische sensor, dan zal het berekenen op basis van het gps-signaal. Dus naast jouw positie in latitude en longitude (of x en y) in een plat vlak, ga je op basis van dit signaal ook de z-waarde bepalen. Afhankelijk van de kwaliteit van je gps-signaal kunnen aanzienlijke fouten geregistreerd worden. Denk bijvoorbeeld aan de slechte gps-ontvangst in bossen of dicht bebouwde gebieden. Dit heeft dus onrechtstreeks ook een zeer sterke impact op de kwaliteit van de berekende hoogtemeters van jouw toestel.
Interessante links
Het RouteYou hoogteprofiel
Klik hier voor meer informatie.
Academisch onderzoek
RouteYou werkt ook mee in academisch onderzoek om hoogtegegevens te verbeteren. In 2017 deed Lennert Teugels, een Masterstudent van de Vakgroep Geografie, onderzoek naar optimalisaties van een hoogtemodel. Je kan zijn relaas nalezen via volgende link:
Thesis Lennert Teugels: https://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/349/841/RUG01-002349841_2017_0001_AC.pd
Webinar
Tijdens deze EN-talige webinar werd een toelichting gegeven over de problematiek van hoogtemetingen.