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Differenze nel calcolo dell'altitudine tra ricevitori GPS. |
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Scritto da Alpiliguri
(Visite: 31686) |
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Pubblicato Tuesday 19 July 2005 |
 | Un nostro collaboratore, attivo nel Forum, ci ha fatto notare alcune incongruenze registrate nella rilevazione dell' altitudine da parte di alcuni ricevitori GPS.
La redazione ritiene l' articolo di importanza rilevante.
Alpiliguri ci spiega con precisione cause ed effetti di questa magagna....
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| | | | Dopo alcuni anni di onorato servizio del mio Garmin eTrex Vista ho deciso di sperimentare la soluzione palmare+gps, attirato dalla possibilità offerte da OziexploreCE di lavorare sul campo con tutto il mio archivio cartografico raccolto in 7 anni di uso di Oziexplorer.
Dopo qualche settimana di studio di tutte le recensioni e messaggi trovati in giro ho deciso per un Dell Axim X50v abbinato ad un ricevitore Bluetooth, il Fortuna Slim dotato del nuovo chipset SiRFstar III.
Ai primi utilizzi emerge subito un problema, la quota che il ricevitore mi indica è costantemente superiore di circa 50 m rispetto alla reale. E' subito evidente che non si tratta del solito problema di precisione sulla quota che affligge tutti i ricevitori (dovuto alla posizione dei satelliti) anche perchè in un test in parallelo con il Vista quest'ultimo indica la quota normale, salvo le normali variazioni di + o - 15 m.
Alcuni scambi di messaggi sulla rete mi permettono di arrivare alla soluzione del'enigma.
Tutti i ricevitori GPS calcolano una quota in altezza che è quella dell'ellissoide WGS84, un modello matematico che rappresenta la Terra, una sorta di sfera schiacciata ai poli come tutti sanno. In realtà la forma della Terra è ancora più complessa perchè presenta "bozzi" e "avvallamenti" sparsi in maniera irregolare. Qusta forma complessa si chiama "geoide" ed è la forma che avrebbe la superficie del mare se il pianeta fosse completamente ricoperto d'acqua.
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Il geoide è il modello su cui si calcola l'altitudine 0, il livello del mare, e salvo altre piccole varianti le altitudini riportate sulle carte, sopratutto quelle più moderne, si riferiscono al geoide, come se il mare si estendesse sotto la montagna.
Fortunatamente qualcuno è riuscito a trasformare anche il geoide in una formula matematica, e ha reso disponibile il modello EGM96 che permette di calcolare la differenza tra geoide ed ellissoide a partire dalle coordinate del luogo.
Inserendo questo modello nel firmware di un GPS, una volta ottenuta dai satelliti la posizione e l'altezza dell'ellissoide si calcola la differenza da applicare e si ottiene la quota reale, quella del geoide, come risultato finale.
Questo meccanismo è anche evidenziato nel protocollo delle stringhe NMEA, lo standard di comunicazione diffuso su tutti i GPS, che prevedono un campo per l'altitudine ed uno per l'eventuale correzione applicata.
Questa è una stringa NMEA ottenuta dal Garmin eTrex Vista:
$GPGGA,130424,4348.8985,N,00740.1008,E,1,08,1.2,218.1,M,48.5,M,,*47
questa è ottenuta dal Fortuna Slim nello stesso momento e luogo
$GPGGA,130425.000,4348.8999,N,00740.0993,E,1,07,1.2,263.9,M,,,,0000*0E
Come vedete il Vista indica una quota di 218,1 m che è quella riportata dalle carte, ma indica anche che l'ha ottenuta applicando una correzione di 48,5 m a quella dell'ellissoide, mentre il Fortuna indica una sola quota e lascia in bianco il campo della correzione, evidentemente la quota è quella del sistema gps, cioe l'ellissoide.
La somma 218,1 + 48,5 = 266,6 è leggermente differente da 263,9 ma naturalmente i due apparecchi non ricevono mai allo stesso modo e possono avere una precisione di calcolo differente, inoltre il valore del Vista è regolato anche dal barometro che attenua le variazioni veloci dovute all'errore sistematico di almeno 15 m che affligge tutti i ricevitori.
Queste differenze di funzionamento cambiano qualcosa nell'uso pratico ?
Fondamentalmente direi di no, su richiesta Des Newman di Oziexplorer ha gentilmente aggiunto a OziexploreCE la possibilità di calcolare la differenza via software, la trovate in:
- File / Configuration / NMEA (GPS) / Sirf / Apply Sirf altitude correction -
una volta attivata il programma fornisce la quota corretta. |
 |  | | 261 m senza la correzione | 212 m con la correzione |
Anche Cartoexploreur 3 della Bayo (carte francesi) applica una correzione, ma è fissa e se il gps è già corretto lui la applica comunque indicando una quota troppo bassa !
GPS Dash permette di impostare un offset della quota, se con il vostro ricevitore la quota è troppo alta impostate Correction offset con un valore tra -36 (Puglia) e -49 (Alto Adige) e avrete la quota reale. |
 |  | | Menù contestuale dell’altimetro | Impostazione dell’offset |
Con VisualGPS CE non c'è modo di applicare una correzione, ma si tratta di un programma pensato più per l'analisi del funzionamento del ricevitore e quindi va bene cosi, è quello che ho usato per registrare il log dei dati NMEA in arrivo dal gps. |
 | Registrazione dei dati NMEA |
Non ho esperienza con altri programmi, postatemi i vostri risultati QUI .
Per l'uso in auto, che peraltro pratico poco, direi che la quota è abbastanza insignificante, che sia giusta o 50 m più in alto. In conclusione, tenendo conto che comunque l'errore sulla quota è almeno il triplo di quello sulla posizione (tipicamente 15m contro 5m), mi sento di consigliare di non porsi troppe preoccupazioni sulla presenza della correzione, in ogni caso si può ovviare via software. Nel caso specifico del Fortuna Slim si tratta di un ottimo apparecchio per molti altri aspetti e sono contento di averlo scelto. Se per voi la quota è il parametro più importante, a scapito di altri aspetti, i risultati miglior si ottengono con un apparecchio che integri un altimetro barometrico, quest'ultimo attenua le continue variazioni del dato calcolato dal gps, a patto però che venga calibrato in un punto del quale conoscete la quota presa dalle carte, almeno ogni mezza giornata. Allo stato attuale mi è stato riferito che l'Holux 236 incorpora la correzione e il Globalsat BT-338 no, entrambi con SiRFstar III. Per chi volesse ulteriormente approfondire l’argomento, riporto alcuni siti che mi hanno permesso di sintetizzare questa spiegazione: Calcolo online della differenza ellissoide-geoide inserendo le coordinate: http://earth-info.nima.mil/GandG/wgs84/gravitymod/egm96/intpt.htmTutti i dettagli sul modello EGM96 (inglese): http://cddis.gsfc.nasa.gov/926/egm96/egm96.htmlAnalisi del contenuto delle stringhe NMEA (italiano): http://www.mobit.com/ntNMEA.htmlPerchè la precisione verticale è sempre peggiore di quella orizzontale (italiano): http://www.mobit.com/ntgpsaltitudine.htmlConcetti teorici su ellissoide e geoide: Ricerca su Google = ellissoide geoide differenza
Buon divertimento a tutti. (Per domande, curiosità, consigli clicca QUI )
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