Расчёт набора высоты за поездку

Проблема подсчёта набора высоты за поездку известна всем. Каждый решает её по-своему. Кто-то покупает крутой велокомп с альтиметром, кто-то ещё более крутой GPS. Первый, как правило, подсчитывает суммарный набор высоты, второй регистрирует трек, обрабатываемый затем в OziExplorer’е. Скажу откровенно, у меня нет ни того ни другого. То есть велокомп, конечно есть, но он без альтиметра. А потому я подсчитываю набор высоты Ozi’ком ещё до поездки. Работа эта довольно утомительная. Нужно снять с профиля трека высоты низших и высших точек всех подъёмов, подсчитать набор высоты на каждом и затем просуммировать их. Выбор точек довольно субъективен, а монотонность работы приводит к большому количеству ошибок. А если ещё хочется оценить средние и максимальные уклоны на каждом подъёме-спуске жизнь велотуриста становится совершенно невыносимой. Попробовав эту процедуру пару раз, я от неё быстро отказался. 

Для решения задачи облегчения жизни себе - любимому, я составил программу, обеспечивающую подсчёт указанных величин в автоматическом режиме. Идея построения та же, что и при прокладке маршрутов. Трек из Ozi’ка через промежуточный текстовый файл переносится в Excel, а затем обсчитывается в нем по программе, запускаемой как макрос. Однако, прежде чем перейти к описанию использования программы, обсудим исходные данные для подсчёта высот.

Данные по высотам. Как известно существует всего два бесплатных Интернет ресурса для получения данных высот: первый - данные NIMA DTED, предоставляемые ресурсом Geospatial Engine, второй - SRTM-3, свободно скачиваемые с сайта NASA. (Об источниках данных SRTM-3 смотри здесь). Максимальная ошибка первых не превышает 90 метров, вторых - 9 метров. Отличия результатов, получаемых по этим наборам данных, иллюстрируются профилями, построенными для одного и того же трека.

Как выглядит 3D модель побережья в районе Ялты - Ай-Петри, построенная в OziExplorer3D для обоих вариантов данных, видно из следующих рисунков. 

Хорошо видно, что данные NIMA DTED описывают земную поверхность лишь в среднем, сильно сглажено, в то время как SRTM-3 довольно хорошо передают реальный рельеф. (Для тех, кто имеет желание и возможность посмотреть 3D картинки в OziExplorer3D, соответствующие файлы находятся здесь).

Делать выбор в пользу SRTM-3 данных так сразу не стоит. При более пристальном сравнении можно заметить, что оба варианта обладают своими специфическими особенностями. Главный недостаток данных NIMA DTED - низкая точность - совершенно не позволяет использовать их на некоторых участках. Таков, например, участок в районе Сергеевки с координатами N 47° 49,933′ и E 34° 35,269′, профили трека в районе которого приведены выше. Здесь различие с картой составляет порядка 80 метров. Это хоть и укладывается в заявленную точность, для велосипедиста совершенно неприемлемо.

Главный недостаток данных SRTM-3 - пропуски высот в отдельных точках. Их, вообще говоря, много. Посмотрите как выглядит район Демерджи-Яйла по данным SRTM-3.

Прямо-таки дикие провалы, из-за пропусков данных. Естественно подсчитывать набор высоты по обоим вариантам данных нужно с осторожностью, сверяясь каждый раз с картой.

Помимо рассмотренного недостатка данные SRTM-3 имеют особенность, проявляющуюся только в связи с потребностями велосипедиста. А именно, они настолько подробны, что содержат не только крупные, но и мелкие подъёмы, не имеющие никакого значения для велосипедиста. Если информация о мелких подъёмах сохранена в треке, она войдёт в суммарный набор высоты в той же мере, как и подъёмы чувствительные, существенные, трудные, невозможные и т.д. Величина набранной за счёт мелких подъёмов высоты может быть довольно значительной. Разница для некоторых маршрутов может достигать 10%, что довольно существенно. Необходимо отметить, что при увеличении расстояния между точками трека, влияние этого фактора снижается, а при расстояниях между точками более 400 метров становится незначительным. Однако, так как треки пишутся обычно с расстояниями между точками порядка 100 метров, в программе предусмотрено сглаживание данных высот методом скользящего среднего, в том числе неоднократное.

Назначение программы. В целом программа позволяет рассчитывать набор высоты для каждой секции и всего трека, уклон (в %) в каждой точке трека, максимальные и минимальные уклоны в каждой секции и на всём маршруте (выделяются цветом), а также средние уклоны каждой секции и всего маршрута в целом. Кроме того рассчитывается протяжённость каждой секции и всего маршрута, а также средний набор высоты на метр пути. Расчёт может производиться по сглаженным и несглаженным данным. Однако, если желательно иметь оба, сначала выполняется расчёт по несглаженным высотам, так как после сглаживания восстановление первичных несглаженных высот в программе невозможно.

Порядок использования. Для того чтобы воспользоваться программой необходимо:

а) проставить в обрабатываемом треке высоты (функции OziExplorer’а:  Track List → Select All → Add Altitude to Selected Track Points);

б) экспортировать трек в формате DMX (Full Degrees & Minutes) в текстовый файл. Если открыть текстовый файл в Блокноте, появится знакомая по статье о прокладке маршрутов картинка с той лишь разницей, что столбец высот будет заполнен высотами, а не числом -9999;

в) загрузить Excel-файл "Набор высоты" и очистить его содержимое нажатием кнопки "Очистить поля". Сразу после очистки появится стандартное окно Excel для ввода файла.

г) выбрать двойным кликом мышки текстовый файл с треком в формате DMX, из которого будут автоматически загружены необходимые столбцы с высотами и расстояниями. При этом в Excel'е появится следующее

если все точки трека имеют информацию о высотах. В новой версии программа контролирует информацию о высотах и пропущенные высоты замещаются значениями, рассчитанными линейной интерполяцией по двум соседним точкам. В тестовом примере, поставляемом вместе с программой, такая коррекция осуществляется в 120-ой точке, где программа проставляет высоту 135 метров. Естественно такая операция невозможна в том случае, когда высоты пропущены в двух и более соседних точках. В этом случае выдаётся предупреждающее сообщение "Слишком много пропущенных высот! Подкорректируйте высоты в точках 120 и 121", где 120 и 121 - номера первых двух точек с пропущенными высотами. По нажатии кнопки "ОК" указатель перемещается к точкам с пропущенными высотами и пользователь имеет возможность откорректировать их вручную.

д) нажать кнопку "Рассчитать", после чего программа рассчитает вышеперечисленные параметры для всех секций трека. Для тестового трека, поставляемого вместе с программой, получается следующая таблица (для несглаженных данных).

В том случае, если пользователь хочет выполнить расчёт по сглаженным данным, перед нажатием кнопки "Рассчитать" необходимо задать количество повторений осреднения по методу скользящего среднего (по умолчанию стоит и рекомендуется - четыре) и выполнить сглаживание нажатием кнопки "Сгладить высоты". Только после этого нажимается кнопка "Рассчитать".

Обратите теперь внимание на средний уклон всего маршрута. Он не нулевой, хотя маршрут замкнутый, а равен -0,002%. Это связано с тем, что симметричная 120-й - 489-ая точка маршрута имеет высоту 136 метров (в ней пропуска данных нет!), а проинтерполированное значение - 135 метров. Если в 120-й точке задать то же значение, что и в 489-й, средний уклон всего маршрута будет нулевым, каким ему и полагается быть. Словом, пропуски данных SRTM-3 требуют к себе постоянного внимания!

Краткая инструкции по работе с программой содержится в xls-файле. Скачать его можно, кликнув здесь: 

СКАЧАТЬ .

В архиве (visota.rar - 46,7 Кб) приведен трек - Тополь-Соленое100.plt, для которого вёлся расчёт (с расстоянием между точками ~100 метров), два дополнительных трека - исходный Тополь-Соленое.plt, Тополь-Соленое400.plt (с расстоянием между точками 400 метров) и промежуточный текстовый файл 1.txt. Успехов всем! Пишите.

ОН

P.S. Необходимо отметить, что местоположение источников данных высот время от времени меняется. Особенно это характерно для данных SRTM-3, которые за последние полгода меняли своё размещение уже трижды. Я, безусловно, стараюсь отслеживать такие изменения и давать реальные ссылки, но ... , понимаете сами. Разыскать источник данных, вообще говоря, несложно, только нужно использовать англоязычные поисковики, например, Google или Yahoo.