Termiklogg med GPS/accelerometer?

Jag har en idè. Jag har en smartphone med någon typ av accelerometer och GPS.

Som alla segelflygare så är jag intresserad av att hitta bra termik. Så min fundering är om det skulle vara möjligt att med hjälp av acceleromter och GPS logga stigområden geografiskt på en karta live under flygturen.

För att göra problemet lite enklare så kan vi utgå från att vi betraktar termik som ett positivt utslag på variometern.

Min plan är att senare bygga en testlösning som en app för iPhone.

Vilket skulle vara det bästa sättet att avgöra om man befinner sig i stig eller ej? Accelerometerutslag eller förändringar i GPS-höjden, eller kanske både och?

 

Intressant! Jag tippar att man bör utnyttja kombinationen av de två för att få noggrannare data. Om man tar accelerationssignalen eller dess integral hastighet, eller integralen av det - position, och justerar på nåt sätt med GPSns absoluta höjdvärden ...

 

Jag håller med om att en kombination av de båda borde ge bäst resultat.
Bägge mätmetoderna har ju sina problem:
Accelerometern i en smartphone vet jag inte hur noggrann den är och vilken upplösning den har. Den används ju mest till att detektera vilken sida av telefonen som är neråt, för att kunna vrida skärmbilden, så risken är väl att den inte är speciellt noggrann. Det är även osäkert om den samplar tillräckligt ofta för att inte bli förvirrad av kytt och skump.
GPS är inte så noggrant på våra breddgrader; för att få en riktigt bra höjdreferens ska man ju helst ha en satellit rakt ovanför sig, och GPS-satelliterna vänder ju i höjd med Bornholm ungefär och når aldrig oss här uppe i norr. Dessutom är ju GPS: en ganska trög i reaktionen och som segelflygare vill man väl ha snabb respons på stig?

Men en kombination av båda borde kanske kunna ge en bra fingervisning om vart man är på väg, och hur fort...

 

Tyvärr blir det nog svårt iom att bland annat centripetalkraften som uppstår i varje bank/pitch/yaw skulle ge utslag på accelerometern. Jämför med INS/IRS som använder väldigt sofistikerade system i syfte att sålla bort diverse accelerationsfel. Enklast är nog om du manuellt prickar in de områden med bäst termik för dagen i din GPS.

 

Det verkar vara uteslutet att använda accelerometern till att göra något annat än att avgöra vinkeln på telefonen gentemot tyngdkraften så det alternativet kan vi nog stryka.

Alternativet är då GPS-höjd, i brist på extern variometerdata. Ditt förslag ZeTA är faktiskt rätt intressant. Man känner ju själv när det stiger bra. Problemet då är att det blir en massa knappande om man vill pricka in enskilda termikblåsor som man åker in och ut ur.

 

Jocke
Jag tycker det är ganska ofta men ser att det finns GPS-sateliter även norr om Sverige, så din kommentar om Bornholm kan inte stämma.

 

GPS-satelliterna ligger i sex rotationsplan, med ungefär 55° lutning mot ekvatorn. Dvs de når aldrig högre breddgrad än Bornholm ungefär.

Hur menar du? Var "ser" du att det finns GPS-satelliter norr om Sverige?

 

Om ambitionen är att enbart i efterhand pricka in var man haft bäst stig så borde GPS-data vara tillräckligt tycker jag. Höjdbestämningarna är visserligen inte lika exakta som de i sidled, och dessutom lite sena i reaktionen, men det bör absolut gå att se i efterhand vilka områden man ökat höjden markant i. GPS-en är nog minst lika noggrann och tillförlitlig som en människa som knappar in när det stiger...

Jag fick intrycket att du ville ha en stig-indikator, typ sån där som piper när det bär iväg uppåt/neråt, men om det mest är att kunna utläsa stora rörelser i efterhand så tror jag GPS-en duger alldeles förträffligt.

 

http://www.kowoma.de/en/gps/orbits.htm

 

Målet med själva applikationen är att rita ut var det finns områden med stigande luft, direkt på en digital karta under flygningen. Som exempel kan vi säga att jag vill hitta den yttre laterala gränsen på en vertikal kanal med stigande luft.

Själva mätdatat hämtas genom att jag flyger genom det ungefärliga stigområdet upprepade gånger från olika håll, och för varje gång får jag fler mätpunkter. När jag har en tillräckligt bra bild av hur den här kanalens utbredning och gränser i sidled ser ut så kan jag enkelt kurva innanför denna under konstant stig med hjälp av "termikkartan".

Första steget för mig är nu att testa en digital variometer på telefonen, utifrån data från GPS-höjd, och jämföra med flygplanets variometer under en testflygning.

 

Jocke
Det är ganska vanligt att en GPS-navigator visar i fönstret vilka sateliter som finns över horisonten. Min minnesbild av vad jag där ser är att det oftast finns satelliter åt alla håll. Om detta med 55° skulle stämma skulle jag endast se satellitsymboler i nedre halvan av bilden. Den typen av presentation brukar ha en inre cirkel som representerar 45° över horisont.

Jag skall kolla närmare nästa gång jag har min GPS igång.

 

Jag börjar bli för gammal känner jag.....................:laugh
-På min tid hade telefoner sladd och man pratade i dem.
-Flygplan flögs manuellt och hade en förfärlig massa reglage.
-Transponder var nytt och som hämtat ur Orwells 1984
-GPS var något superhemligt som det viskades om
-Termik var något man skröt om vid fikabordet om man inte hade barograf
-Män var män
-Kvinnor var kvinnor
-Fikusar var krukväxter

 

Jag har nu kollat satelliternas lägen med min GPS, strax efter 17:00.

Söder om min latitud fanns satellit nr 05 , 27 och 28
på min latitud låg nr 26
norr om fanns nr 07 , 08 , 15 och 21
dessutom markerade GPSn att 03 , 18 och 19 låg över horisonten norr ut, men med för svag signal

Jag litar mer på min GPS än uppgifterna om max 55° (Ludvika ligger på N 60° )

En ursäkt framförs härmed för att mina inlägg inte berörde termik.

 

Med risk att anklagas för att hamna OT (Off Termik) så fortsätter jag diskussionen. Det är nämligen högst relevant för denna fråga var satelliterna ligger.

Är du säker på att din GPS visar att satelliterna ligger på din latitud? Jag undrar det. Att du ser satelliter norr ut över horisonten är inte så konstigt - de befinner sig helt enkelt på "andra sidan jorden", dvs befinner sig rakt ovanför en punkt som ligger längre söderut än din position, fast en bra bit väster/österut. Satelliterna ligger helt enkelt så högt att de syns över horisonten ändå.

Det är ungefär samma sak som att närmsta vägen till Japan, som ligger på en sydligare breddgrad än Sverige, går norrut.

Men det som är väsentligt för höjdmätning med GPS är att det aldrig kommer att finnas en satellit rakt ovanför oss. De satelliter du såg som låg "norrut" låg ju nära horisonten, eller hur? De som låg söderut kanske låg något högre upp från horisonten, men ingen av dem lär ha legat rakt upp. Och när man ska bestämma positionen i höjdled är det viktigt att ha en referens som ligger någorlunda rakt upp. Positionsbestämningen görs ju genom att man mäter avståndet till olika satelliter och triangulerar fram sin position utifrån det. Ju närmre horisonten satelliterna ligger, desto mindre skillnad i avstånd blir det om du förflyttar dig i höjdled. Därav osäkerheten.

Jag har kollat höjdnoggrannheten hos min GPS när jag varit ute och flugit och den ligger ofta något hundratal fot fel jämfört med höjdmätaren. I sidled är noggrannheten cirka tio gånger bättre, skulle jag bedöma.

Det är alltså ett problem med höjdmätning med GPS, men förhoppningsvis är mätfelet hyfsat konstant över åtminstone kortare tidrymder, vilket borde kunna möjliggöra att mäta stig över olika områden.

 

Jag följer på GPS-tråden då denna var intressant.

Jag reagerade också på Jockes påstående att satteliterna bara går till Bornholm. Precis som Olle har jag en GPS och har sett att satteliterna ibland ligger rakt ovanför mig.

Var tvungen att räkna lite och det visar sig att om satteliten ligger rakt över Bornholm är det endast cirka 6.5 grader från zenit om man befinner sig i Ludvika. Att plotta 6.5 grader med ett begränsat antal pixlar på GPS-displayen är svårt. Detta gör att man tror att satteliten ligger rakt ovanför.

6.5 grader ÄR ju också nästan rakt över huvudet...

Om vi går norrut då? Jag slog på min GPS och den tyckte inte att det skulle finnas några satteliter speciellt nära zenit norrut. Däremot skulle det finnas några nära den norra horisonten.

Jag har fotat GPSens display och troligen är det så att det röda området aldrig kommer innehålla en sattelit (så länge jag är i höjd med 60 grader).

http://mickejonsson.se/pics/gps-sattelitposition.jpg

Centrum markerar zenit, den svarta inre cirkeln 45 grader mot horisonten och den yttre svarta 0 grader mot horisonten.

Satteliterna 9 och 27 ligger troligen väldigt nära sin norra gräns och därmed Bornholm. Sattelit 24 ligger säkert också väldigt nära sin norra gräns men på andra sidan jorden, kanske strax sydväst om Alaska? (Detta var intressant, aldrig tänkt på förut.)

(Observera att GPSen har en kalender för GPS-positionerna, den visar alltså alla som borde finnas inom räckhåll, inte bara de den har kontakt med.)

Jag tycker alltså att ni båda hade rätt :e Bornholm = nästan rakt över huvudet, men ändå "bara" 55 grader från ekvatorn.

 

Som Jocke skrev så spelar det ju faktiskt ingen roll att höjden misstämmer, så länge som felet är någorlunda konstant. Men det blir problem om höjdmätningen har ett fel som varierar hela tiden, då blir det ju istället falska stig/sjunk-indikationer.

 

Koolt screenshot, Micke! :tup

Det är alldeles riktigt att om en satellit ligger rakt över Bornholm så är den "ganska" rakt upp. Tyvärr är sannolikheten vid ett givet tillfälle att en satellit ska råka ligga i sitt norra vändläge, och att detta dessutom ska inträffa när den befinner sig på samma longitud som man själv, inte så jättestor; i de allra flesta fall ligger de betydligt närmare horisonten. Ett litet förtydligande: satelliterna vänder inte vid Bornholm, utan i höjd med Bornholm; har man osis så sker detta långt väster- eller österut. Och helst ska man ha inte bara en, utan flera satelliter hyfsat högt upp på himlen för att eliminera diverse felkällor. Dessutom helst inte i samma väderstreck - ligger en söderut vill man gärna ha en annan nära zenit fast norrut (och det fick man ju aldrig, som vi konstaterat).

I teorin räcker med med att ha kontakt med fyra satelliter för att entydigt bestämma sin position i alla dimensioner, men i praktiken vill man gärna ha minst ett dussin eller så för att få en bra positionsbestämning. Och helst väl utspridda i alla riktningar. Eftersom vi här uppe i norr har få eller inga satelliter nära zenit så blir höjdbestämningen dålig. Ibland, om man har tur och en satellit råkar befinna sig just i närheten av Bornholm, blir den något mindre dålig än normalt, men aldrig speciellt bra eller i närheten av noggrannheten i sidled.

Jag vet inte hur skalenlig din skärmbild är, eller vilka av satelliterna GPS-en faktiskt har kontakt med, men det är som sagt ganska ovanligt att vi har GPS-satelliter ovanför oss. Och det leder i praktiken till att höjdbestämningen blir rutten. Jag har en pulsklocka med GPS som jag brukar använda i alla möjliga sammanhang, bl.a. när jag flyger. GPS-mottagaren är inte världsbäst, men fullt i klass med en smartphone. Och höjdangivelserna är alltid off, till skillnad från positionen i sidled, som är mycket bra (fel < 10 m). Jag använder den ibland när jag cyklar till jobbet och senast tyckte den att Odenplan låg på 120 meters höjd och att jag befann mig 40 meter under havsytan när jag passerade Knivsöder. Garmin har en sajt där man kan ladda upp data från GPS-en och få en kartplot med höjddiagram och annat kul, och där är det till och med så att det finns en funktion, som är påslagen per default, som ignorerar GPS-ens höjddata och istället använder topografiska kartdata för att ange höjden. Detta på grund av att det är så mycket höjdfel annars.

En tröst är att detta exempel gäller stadsmiljö, med hus och annat som skymmer; när jag passerar Västerbron visar den ungefär rätt och lyckas pricka in upp- och nedförslut hyfsat. Och när man flyger har man ju ännu bättre mottagningsförhållanden. Jag har som sagt noterat ca 100 fot fel relativt höjdmätaren, men inte att det slår speciellt mycket åt olika håll. Någon noggrann mätning lär det inte bli fråga om, men en hyfsad indikation på stig kan man definitivt hoppas på.

 

Kan ju även bidra med en GPS-track under en flygning till Italien.

Öppna den i Google Earth.

http://www.mickejonsson.se/holding-pattern.kmz

Ibland blir någon enstaka punkt lite felpositionerad men i det stora hela ser höjden ganska exakt ut (den har ju ingen "spridning" ).

Under hemresan till Sverige var höjden lika fin ända till landningsbanan.

 

Tack för länken Micke! Ser rätt bra ut förutom spiken vid 27min. Jag hoppas det ser lika bra ut här uppe i norra Sverige. Vilken mottagare har du använt?