Ist es möglich, die Straßensteigung während der Fahrt abzuschätzen?

Es wäre schön, die Steigung einer Straße während der Fahrt abschätzen zu können, auch wenn die Schätzung nicht ganz genau ist. Mit einem GPS sollte es theoretisch möglich sein, eine kurze Strecke zu fahren und den Höhenunterschied durch die gefahrene Strecke zu teilen, um eine grobe Schätzung zu erhalten. (Beachten Sie, dass Sinus und Tangens für kleine Winkel vergleichbar sind.)

Ist die Höhenangabe eines Mobiltelefons oder eines mit GPS ausgestatteten Fahrradcomputers genau genug, um über kurze Distanzen eine aussagekräftige Steigungsschätzung zu geben? Gibt es außerdem eine praktische Möglichkeit, die Steigung einer Straße abzuschätzen, für die kein GPS erforderlich ist?

Antworten (7)

Holen Sie sich einen Neigungsmesser. Sie sind nicht besonders genau, aber das Ablesen erfolgt sofort und der Preis stimmt.

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Interessant. Ich hatte noch nie von einem Neigungsmesser gehört, aber ich fragte mich, ob es so etwas geben könnte.
Ich habe festgestellt, dass dies für mich ungefähr nutzlos ist ... jede Menge Vorwärtsbewegung und die Blase bewegt sich zu sehr, um von Nutzen zu sein. YMMV.
Ja, die Blase tanzt auf Straßen mit einer gewissen Rauheit ziemlich herum. Ich vermute jedoch, dass es das Design der bestimmten Einheit sein könnte, die ich habe (die nicht die abgebildete ist). Aber man bekommt immer noch ziemlich gute Messwerte auf 5% und "besseren" Hügeln - nur auf der Ebene tanzt es so viel.
Ich habe in der Vergangenheit darüber nachgedacht. Eine mögliche Alternative wäre eine Metallkugel in einer umgedrehten (nach oben gebogenen) transparenten Kapsel, die mit dickem, aber durchscheinendem Öl gefüllt ist. Das würde einige Sekunden dauern, um sich zu beruhigen, also würden Erschütterungen und Beschleunigungen es nicht so sehr beeinflussen. Nur ein Gedanke!
Ich sollte anmerken, dass das Gerät, das ich habe, zwar nicht perfekt ist, aber dennoch sehr nützlich ist. Und so billig und leicht die Dinger auch sind, es ist eine vernünftige Sache, selbst mit ihren Unvollkommenheiten.
Sie haben ähnliche für Kletterjeeps, aber sie haben ähnliche Probleme, gut genug, wenn Sie eine grobe Schätzung benötigen.
Ich habe die Anstiege hier in der Gegend kalibriert in „wie kurz davor, mein Frühstück zu verlieren“ (bergauf) und „brauche ich saubere Unterwäsche“ (bergab). Zugegeben, es ist kein Gerät, das sich bei Geographen durchgesetzt hat - aber es funktioniert bei mir.
Pluspunkte des Neigungssensors: einfache, bewährte Technik; genau, wenn Sie es richtig montieren; preiswert. Minus: Die Blase schwappt herum, während sich das Fahrrad bewegt. Um einen Hügel richtig zu messen, müssen Sie das Fahrrad anhalten und die Blase sich setzen lassen. (Ich habe das Tandem an einer schlechten Steigung angehalten, um es zu messen ... Mann, ich hasse das und mein Heizer war noch weniger glücklich.) Das Fahrrad-GPS zeichnet Ihre Fahrdaten auf, also warum nicht die GPS-Neigungsmesser-Funktion verwenden, solange Sie es tun ein Fahrrad-GPS haben. Wenn Sie kein GPS haben, ist dies kein schlechter Weg.
Ich nehme an, dies misst den Winkel in Grad anstelle der Steigung in Prozent?
@RoelSchroeven Ich habe eine schnelle Google-Suche versucht und die Beschreibungen sprechen von der Note in Prozent.

Die meisten GPS-Fahrradcomputer der Garmin Edge-Serie können Steigungen anzeigen. Der Edge 500 und der Edge 800 (nicht der Edge 200) verfügen über barometrische Höhenmesser zur Bestimmung der Höhe. Sie können dann ein Anzeigedatenfeld ändern oder hinzufügen, um die aktuelle Note anzuzeigen.

Komisch, dass du fragst, als ich heute Morgen auf einer hügeligen Fahrt die Note als Anzeigefeld hinzugefügt habe.

Es aktualisiert die Steigungsberechnung alle 100-200 m horizontaler Fahrt (geschätzt), sodass es eine kleine Verzögerung gibt, bevor Sie eine aktuelle Steigungsberechnung erhalten. Insgesamt erscheint die Notenschätzung recht vernünftig, wenn man die Verzögerung berücksichtigt.

Viele Computeranwendungen können auch ein GPS-Track-Protokoll erstellen und die bekannte Höhe dieses Punktes abrufen und nachträglich die Steigung berechnen. Wenn Sie beispielsweise OS XI verwenden, wissen Sie, dass Ascent dies tut ( beachten Sie , dass ich dieses Programm NICHT befürworte, sondern es nur als bekanntes Beispiel verwende). Ich bin mir auch sicher, dass es viele andere GPS-Track-Analyseprogramme gibt, die das auch können. Ich bin mir sicher, dass es einige Smartphone-Anwendungen gibt, die einen GPS-Track aufzeichnen können, den Sie möglicherweise in eines dieser Analyseprogramme importieren könnten, um die Note nachträglich zu erhalten.

Übrigens - Einige der älteren abgekündigten Edge-Geräte (z. B. Edge 305, 705) haben auch barometrische Höhenmesser. Dies kann eine günstigere Option sein, wenn Sie einen gebrauchten bei ebay oder craigslist finden können. Ich sage das, da ich gerade dabei bin, meinen alten Edge 305 nach dem Upgrade auf einen Edge 800 aufzulisten.

Danke für die Informationen, insbesondere zu baromitrischen Höhenmessern. Neben GPS-Fahrradcomputern mit Höhenmessern scheint es eine Reihe von eigenständigen Höhenmessern im Bereich von 30 bis 50 US-Dollar sowie Nicht-GPS-Fahrradcomputer mit Höhenmessern zu geben.
Guter Punkt zu Nicht-GPS-Fahrradcomputern ... Ich habe fast vergessen, dass es solche gibt, da ich schon so lange GPS-Fahrradcomputer verwende. Ich bin sicher, dass einige der höherwertigen Polar-Computer dies tun werden.
Ich benutze den Edge 800 und 500 ... beide leisten gute Arbeit, um Ihnen die Note zu geben. Es ist nicht perfekt und es ist nicht sofort, aber es ist gut genug für die Verwendung während der Fahrt. Beide liefern bessere Ergebnisse (und stimmen gut mit Karten überein) mit den einmal in den Computer geladenen Daten.
Müssen Sie den Edge-Höhenmesser häufig kalibrieren? Ein Kumpel hatte einen barometrischen Höhenmesser und musste zweimal täglich die aktuelle Höhe anhand von Karten eingeben, da geringfügige Luftdruckschwankungen zu erheblich unterschiedlichen Messwerten führen konnten, aber solange er das tat, stimmte es an den Stellen gut mit der Karte überein wo wir nachgesehen haben.
Nein, die Edge-Einheiten kalibrieren sich selbst. Ich lebe in einer bergigen Gegend, in der Nähe des Ozeans, und wann immer ich zum Ozean hinabsteige oder zu einem bekannten Gipfel gehe, ist es ziemlich nah an der wahren Höhe. Das Handbuch scheint nicht anzugeben, wie es kalibriert, aber die beste Diskussion, die ich dazu gefunden habe, ist hier .

Handys normalerweise nicht. Einige Anwendungen werden versuchen, die Daten mit Höheninformationen zu massieren, die von Drittanbietern bereitgestellt werden, aber es ist bestenfalls ein Crashshoot. Ein dediziertes GPS mit einem barometrischen Höhenmesser ist wahrscheinlich die beste Wahl. Ich kann nicht wirklich zu ihrer Genauigkeit sprechen, aber es ist sicherlich besser als andere praktische Optionen.

Wenn Sie nur Noten wollen, gibt es dafür eine App .

Die iHandy Level-App scheint eine interessante Idee zu sein, aber Sie müssten eine Möglichkeit haben, eine Oberfläche dafür zu schaffen, die mit dem Boden übereinstimmt, nicht wahr?
Ist der Boden nicht ebenerdig?
Ja, aber dann wäre die Messung sehr empfindlich gegenüber Stößen und leichten Schwankungen, und es scheint, als würde die Straße wahrscheinlich ein Telefon zerkratzen. Außerdem müssen einige der anderen Optionen nicht angehalten werden.
Sie müssen die Straßensteigung nur einmal messen. Und es ist wahrscheinlich genauer als ein GPS-Gerät für kürzere Hügel. Sie müssten wahrscheinlich sowieso anhalten, um eine vernünftige Anzeige des Neigungsmessers zu erhalten.
Das sind gute Punkte.
Unabhängig davon: "Neigungsmesser" ist ein großartiges Wort. Ich habe endlosen Spaß daran, es in meinem Kopf „Steigungs-O-Meter“ auszusprechen.
Ich frage mich, wie genau es wäre, wenn Sie das iPhone mit einer Fahrradhalterung befestigen und die Neigungsmesseranwendung auf einer bekanntermaßen flachen Oberfläche (z. B. mit einer Wasserwaage) auf Null setzen würden.
Sie brauchen nur eine Halterung, die Ihr Telefon irgendwo im Fahrrad halten kann. Sie kalibrieren die Halterung, wenn sich das Fahrrad in aufrechter Fahrposition auf ebenem Boden befindet, dann können Sie während der Fahrt eine gute Anzeige von Ihrem Telefon erhalten.

Andere haben bereits über GPS und GPS-fähige Telefone, Höhenbarometer und Neigungsmesser gesprochen. Blasen-Neigungsmesser (wie der Skymounti, der an anderer Stelle in den Antworten gezeigt wird) können durch Beschleunigungen beeinträchtigt werden. Um die besten Messwerte zu erhalten, sollten Sie stationär sein. dGPS (Differential-GPS) wird in Vermessungsinstrumenten zur Messung von Steigungen verwendet, aber dies sind im Allgemeinen keine Geräte auf Verbraucherebene und auch nicht kompakt genug für die Verwendung mit dem Fahrrad. Steigungen können auch im angehaltenen Zustand mit einem langen Lineal, einem Winkelmesser und einem Lot gemessen werden. Einige Telefone und andere Geräte (z. B. iPods und Wii-Controller) verfügen über integrierte mehrachsige Beschleunigungsmesser, die während der Fahrt Steigungsinformationen melden, aber Berichten zufolge kann ihre Genauigkeit durch holprige Straßen beeinträchtigt werden. Die Fahrradcomputer der iBike-Reihe verwenden eine Kombination aus barometrischen, Geschwindigkeits-, und Beschleunigungssensoren; Berichten zufolge können die Gradientenschätzungen ziemlich gut sein.

Allerdings ist ein gut kalibrierter Leistungsmesser eines der genauesten Geräte, mit dem man die Straßenneigung auf dem Fahrrad bestimmen kann. Unter günstigen Bedingungen kann die Straßensteigung aus Geschwindigkeits- und Leistungsdaten extrahiert werden (wenn man einige andere Variablen kennt oder messen kann). Hier ist zum Beispiel ein Vergleich des Profils der flachen TT-Strecke in Moriarty, New Mexico, auf der der nationale Zeitfahrrekord der USA über 40 km aufgestellt wurde. Die Strecke ist ein gerader Hin- und Rückweg (d. h. 20 km hin, eine Wende und dann 20 km zurück für insgesamt 40 km) und einer der flachsten des Landes mit nur 30 Metern Gefälle über 20 km eine durchschnittliche Steigung von 0,0015 (0,15 %). Das folgende Diagramm zeigt drei Kurven: eine Messung des Gradienten mit einem Verbraucher-GPS-Empfänger in Blau und zwei Kurven (in Rot und Grün), die von Leistungsmessermessungen abgeleitet wurden. Die grüne Linie zeigt das rekonstruierte Höhenprofil an einem Tag mit ungünstigen Bedingungen, die rote Linie das rekonstruierte Profil an einem günstigen Tag. Da es sich bei dieser Strecke um ein Hin und Her handelt, sollten die Profile vor und nach dem 20-km-Punkt spiegelbildlich sein und am Ende auf der gleichen Höhe übereinstimmen. Wie zu sehen ist, übertrifft das vom Leistungsmesser rekonstruierte Profil unter günstigen Bedingungen das von einem GPS (obwohl das Profil an einem ungünstigen Tag viel schlechter ist).

Höhenprofile der Zeitfahrstrecke Moriarty NM

Als weiteres Beispiel ist hier das rekonstruierte Höhenprofil für einen Mehrzweckweg entlang der Küste der Bucht von San Francisco.

Höhenprofil Bay Trail

Dies zeigt das Profil über einen 1 Meile (= 1,6 km) langen Hin-und-Rück-Abschnitt des Weges. Auch hier können Sie sehen, dass die beiden Hälften des rekonstruierten Profils Spiegelbilder sind und die durchschnittliche Steigung etwa 0,00125 betrug. Genauso wichtig ist, dass Sie beständige Einbrüche in der Spur von weniger als 40 cm (etwa einen Fuß) leicht erkennen können.

Die Beschreibung der für diese beiden Parzellen verwendeten Analysemethode und der erforderlichen zusätzlichen Daten finden Sie hier .

Was waren also die ungünstigen Bedingungen, die dazu führten, dass die grüne Spur so ungenau war? Das scheint interessant.
@R.Chung – Verrücktes Zahlenknirschen! Wenn Sie die Höhe aus den Leistungsdaten berechnen, fügen Sie einen Glättungskern hinzu? Könnten Sie auch die Höhenmesserwerte des guten und des schlechten Tages sowie das wahre Profil (z. B. von einer der USGS-Karten) überlagern? Könnte ganz interessant werden. Meine einzige Einschränkung bei diesem Beispiel ist, dass wir über kleine Höhenunterschiede sprechen (-+ 35 m). Gut klein im Vergleich zu vielen unserer Anstiege, die über 1200 m hoch sind.
@amcnabb - Ich vermute ungünstige Bedingungen = Wind.
Richtig, es war ein leichter Gegenwind raus / Rückenwind zurück (leicht bedeutet etwas weniger als 2mph). Wenn wir die Windgeschwindigkeit nicht gekannt hätten, hätten wir sie tatsächlich herausfinden können, indem wir verschiedene Windgeschwindigkeiten erraten hätten, bis die grünen und roten Profile übereinstimmten. Beachten Sie jedoch, dass die „Ungenauigkeit“ des grünen Profils übertrieben ist, weil der Maßstab so klein ist – der vertikale Maßstab ist in Metern angegeben, während der horizontale Maßstab in km angegeben ist, und der größte absolute Fehler über den gesamten Kurs betrug nur etwa 40 Meter und der absolute Fehler in der geschätzten Steigung betrug nur etwa 0,25 %
Kein Glättungskern erforderlich. Wir benötigen genaue Geschwindigkeits- und Leistungsdaten. Es gibt weitere Beispiele in dieser Veröffentlichung für den Vergleich dieser Methode mit altimetrischen Barometern bei großen Anstiegen und mit Straßenplänen für öffentliche Arbeiten wie hier .
@R.Chung - Wenn ich Ihr Whitepaper/Ihre Präsentation durchlese, kann ich sehen, dass Sie hier eine wirklich brillante Idee haben. Die zu den Berechnungen hinzugefügte Rundenbeschränkung ist genial. Die Windbeschränkung ist nicht ideal, aber ich frage mich, ob ein komplexeres Modell, das Informationen von entweder einem Windmesser (iBike) oder einem Höhenmesser verwendet, dies überwinden könnte. Dies würde einen etwas komplexeren statistischen Rahmen bedeuten, aber ich denke, Ihre Rundenbeschränkung würde es gut zusammenbringen. Gibt es dafür schon ein R-Paket?
In Golden Cheetah wurde ein virtuelles Höhenmodul eingebaut ; Es heißt Aerolab und kann Winddaten verwenden, sofern verfügbar. An einem Windsensor wird definitiv gearbeitet .

Wenn Sie die vom GPS abgeleitete Höhe ignorieren, kann das GPS dennoch nützlich sein. Wenn Sie Ihre Fahrt aufzeichnen und dann Ihre Fahrt auf Strava hochladen, sehen Sie das Höhenprofil basierend auf einer Gelände-Höhen-Datenbank:

Strava-Höhenprofil

Sie können mit der Maus über Abschnitte des Höhenprofils fahren, das Ihnen die Steigung an diesem Punkt anzeigt. Der Bereich, über den Sie mit der Maus fahren, wird auf der Karte als Markierung angezeigt:

Strava-Höhe und Kartenverbindung

Sie können auch einen Abschnitt Ihrer Fahrt per Drag & Drop auswählen und erhalten Statistiken wie die durchschnittliche Steigung und den Höhenunterschied.

Während dies Ihnen nicht direkt die Steigung des Hügels sagt, den Sie die Zeit hinauffahren, können Sie schnell lernen, wie Sie die Steigung "nach Gefühl" (wie schwer es ist, mit dem Fahrrad hinaufzufahren) oder aus dem Gedächtnis (indem Sie wissen, wie schwer es ist, zu radeln) schätzen Diese Straße ist ein Strava-Segment und wie hoch ist ihre durchschnittliche Steigung)

Laden Sie auf einem Android-Telefon „Leveler“ von chkuentz, eine hervorragende, kostenlose Nivellier-App, die Neigungsgrade direkt ausgibt. Verwenden Sie die Formel tan (Grad) = Prozent Steigung. Beispiel: Tangens von 3 Grad = 0,052 oder 5,2 Prozent. Legen Sie Ihr Telefon entweder auf die Seitenkante, auf die Straßenoberfläche oder auf Ihre Stange, wenn es auf Höhe der Straße liegt. Lesen Sie die Grade dann verdeckt ab. Nicht elegant, aber billig und ziemlich genau.

Ich hatte die gleiche Frage und es sieht so aus, als hätten die Fahrradcomputer eine Verzögerung bei der Messung der Straßenneigung und verwenden Luftdrucksensoren oder GPS. Ein BNO-055 9-DOF-Richtungssensor würde sofortige Winkelmessungen oder Durchschnittswerte während jeder Radumdrehung liefern.

Was ist dieses mysteriöse BNO-055 9-DOF?
„Der intelligente Sensor BNO055 ist eine Lösung, die einen dreiachsigen 14-Bit-Beschleunigungsmesser, ein genaues dreiachsiges 16-Bit-Gyroskop mit geschlossener Schleife, einen dreiachsigen geomagnetischen Sensor und einen 32-Bit-Mikrocontroller integriert. Der BNO055 ist die perfekte Wahl für immersive AR-Spiele , persönliche Gesundheit und Fitness, Indoor-Navigation und alle anderen Anwendungen, die Kontextbewusstsein erfordern. Es ist ideal geeignet für anspruchsvolle Anwendungen wie Augmented Reality, Navigation, Spiele, Robotik oder industrielle Anwendungen."
Ist es möglich, die Straßensteigung während der Fahrt abzuschätzen?
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