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Berechnung von bergauf / bergab / Steigung

OsmAnd verwendet verschiedene Algorithmen zur Berechnung der Steigung und des bergauf basierend auf SRTM-Satellitendaten, die in Offline-Karten eingebettet sind, und basierend auf aufgezeichneten GPX-Tracks.

Das Hauptziel der Berechnung von bergauf ist es, relevante Informationen darüber zu liefern, wie viel zusätzliche Energie für den Aufstieg aufgewendet wird. Dies hängt offensichtlich von mehreren Faktoren ab, wie Fahrzeug oder Transportmittel, Untergrund, Gewicht der Person und anderen. Am Ende sollte bergauf ein Parameter sein, der bei der höhenbasierten Routenplanung berücksichtigt wird, um eine energieeffiziente Routenplanung zu ermöglichen.

Das Hauptziel der Berechnung der Steigung ist es, eine visuelle Anzeige zu haben, welche steilen Straßen vermieden werden müssen.

Bergauf / Bergab​

Es gibt viele Probleme bei der Berechnung von bergauf, da es keinen Standard gibt und es von der Art des Transports und vielen anderen Parametern abhängt. Es ist schwierig, dem Benutzer eine vernünftige Kontrolle zu geben, damit es nicht zu kompliziert wird. Normalerweise wird bergauf mit anderen Programmen verglichen, aber es gibt kein Programm, das einen goldenen Standard hat.

OsmAnd verwendet einen 3-Schritte-Algorithmus:

  • Filtern von Rauschdaten.
  • Finden lokaler Extremwerte (Minima und Maxima).
  • Berechnen der Summe der Differenzen zwischen Min und Max.

Einige Tracks enthalten viele Rauschdaten, die zuerst gefiltert werden müssen. Derzeit wenden wir die Filterung auf alle Tracks an, aber vorbereitete Tracks, wie sie vom Tool "Route planen", dem Navigationstool oder nach der SRTM-Korrektur erstellt wurden, sollten durch die Filterung nicht beeinträchtigt werden.

Filter 70% Steigung​

Die Filterung basiert auf dem Finden von Extrempunkten, die signifikant höher oder niedriger sind als 1 Nachbarpunkt links und 1 Nachbarpunkt rechts auf dem Graphen. Diese Extrempunkte werden von der weiteren Berechnung ausgeschlossen. Der Schwellenwert ist 70% Steigung - Code.

Beispiel 1. (alle Punkte im Abstand von 10 m), Höhe - [5, 3, 10, 3, 5]. 10 ist ein Extrempunkt: da 10 > 3 (70% Steigung).

Beispiel 2. (alle Punkte im Abstand von 10 m), Höhe - [5, 3, 10, 13, 15]. 10 ist kein Extrempunkt: da 10 > 3, aber 10 < 13, es ist also ein lokaler Gipfel.

Springende Punkte filtern​

Punkte, die lokale Hügel /\ darstellen, werden gefiltert. Dies führt dazu, dass der höchste und niedrigste Punkt immer herausgefiltert werden, aber es ermöglicht, mit verrauschten Tracks umzugehen, bei denen die Aufzeichnung nicht häufig war, sodass die erste Überprüfung mit extremer Steigung nicht funktioniert. Verweis auf den Code.

Beispiel 1. Höhe - [5, 3, 10, 3, 5] -> [5, 5].

Beispiel 2. Höhe - [5, 6, 10, 7, 5] -> [5, 6, 7, 5].

Beispiel 3. Höhe - [5, 2, 3, 4, 5] -> [5, 3, 4, 5].

Extremwerte finden​

Um Extremwerte zu finden, wird der Rames-Dougals-Peucker Algorithmus verwendet. Er ist nicht unbedingt gut geeignet, um Extremwerte auf einem zufälligen Graphen exakt zu finden, aber bei der Höhenberechnung vermeidet er viele zufällige kleine Spitzen, die während eines langen Anstiegs und einiger unauffällig kurzer Abfahrten dazwischen auftreten könnten.

Der Hauptzweck des Algorithmus besteht darin, die minimale Anzahl gerader Linien zu finden, die den Höhengraph darstellen könnten. Der Schwellenwert beträgt 7 Meter. So werden alle Spitzen, die mehr als 7 Meter Unterschied aufweisen, auf ebenen Flächen erkannt und nicht erkannt, wenn sie weniger sind.

Extremwerte werden auf dem Graphen als blaue Punkte angezeigt, wenn das OsmAnd-Entwicklungs-Plugin aktiviert ist.

Beispiel 1. Höhe - [0, 0, 10, 0, 0]. Extremwert ist 10.

Beispiel 2. Höhe - [0, 1, 5, 4, -3, -2, -1, 0]. Keine Extremwerte - alle weniger als 7 Meter Unterschied.

Bergauf / Bergab zwischen Extremwerten berechnen​

Wenn Sie beispielsweise einen einfachen Track haben, der auf und ab geht, haben Sie nur 1 Maximum auf Ihrem Weg, so dass die

Start Höhenunterschied = <Start Höhe> - <Extremwert Höhe>    :
End Höhenunterschied = <Extremwert Höhe> - <End Höhe>      : wenn positiv - **bergauf**, wenn negativ - **bergab**
  1. Wenn Start Höhenunterschied > 0
  • bergauf = Start Höhenunterschied
  • bergab = End Höhenunterschied
  1. Wenn End Höhenunterschied > 0
  • bergauf = End Höhenunterschied
  • bergab = Start Höhenunterschied

Weitere Beispiele werden hinzugefügt.

Höhen-SRTM-Korrektur​

In OsmAnd gibt es 2 Alternativen zur Höhenkorrektur.

  1. Öffnen Sie den Track in OsmAnd Android und finden Sie Track bearbeiten → Optionen → Höhenkorrektur 1.1 Online verarbeitet den Track über den OsmAnd-Server und die Daten. 1.2 Offline verarbeitet den Track auf dem Gerät, wenn 3D-Geotiff-Dateien heruntergeladen wurden.
  2. Öffnen Sie die Website https://osmand.net/map und laden Sie den Track hoch, um die SRTM-Höhe anzuzeigen.

Steigung​

Der grüne Graph wird anders berechnet als bergauf / bergab und kann leichte Abweichungen aufweisen. Theoretisch sollten an allen Extremwerten die grüne Graphen die 0-Linie kreuzen, obwohl alle Punkte mit Steigung 0 Extremwerte sind.

Zur Berechnung der Steigung werden die gesamten Daten in gleiche 20-Meter-Schritte aufgeteilt. Für jeden Punkt dieses Rasters wird die durchschnittliche Höhe um den Punkt (10 Meter Radius) berechnet. Dann wird die diskrete Ableitung mit der Finite-Zentraldifferenz berechnet.