Wysokościomierz barometryczny to dodatkowy czujnik, który występuje w wybranych modelach zegarków i urządzeń turystycznych. Do modeli posiadających wysokościomierz barometryczny należą między innymi: cała seria Garmin Fenix 7, Fenix 6, Forerunner 945, Forerunner 955, Forerunnner 255, eTrex 30, eTrex Touch 35, GPSMAP 64s, 66s. Większość innych modeli zegarków (np. modele Forerunner 55, 245) też może pokazać na ekranie wysokość, jednak będzie to wysokość określana wyłącznie na podstawie danych z GPS. W tym wpisie porównamy i omówimy obydwie metody podawania wysokości, sprawdzając „co lepsze”.
Jak mierzy się wysokość nad poziomem morza?
Na jakiej wysokości właściwie się znajdujemy? Na pierwszy rzut oka pytanie wydaje się bardzo proste. Odnajdujemy mapę okolicy i szukamy najbliższych poziomic (linii na mapie łączących te same wysokości). Na dobrych mapach topograficznych poziomice są narysowane co 10 metrów. Możemy określić swoją wysokość z dokładnością do 10 metrów. Już tutaj napotykamy pierwsze problemy.
Trzeba zadać sobie pytanie w jaki sposób zmierzono i wyrysowano wysokości na mapie? Mówiąc w dużym uproszczeniu do tego celu przyjęto pewien model Ziemi (nasza planeta nie jest bowiem idealną kulą, zatem punkty na jej powierzchni nie są równo oddalone od jej środka) oraz umownie uzgodniono, gdzie znajduje się punkt „0”. Dla Polski takie umowne „0” znajduje się w miejscowości Kronsztad w pobliżu Petersburga. Więcej w tym temacie układów wysokości odnajdziecie na przykład w Wikipedii. Dodatkowo linie wysokościowe na mapie nie oddają rzeczywistości w skali 1:1. Są one rysowane zazwyczaj na podstawie modeli powstałych ze zdjęć satelitarnych, a te tworzą z powierzchni ziemi kwadraty o „rozdzielczości” 50×50 metrów lub 20×20 metrów. Wysokość w ramach takiego kwadratu jest uśredniana. Co wynika z tych faktów? Po pierwsze to, że wysokość nad poziomem morza jest pojęciem względnym, gdyż zależy od przyjętych metod pomiarów i punktów odniesienia. Po drugie wysokość na mapie z którą porównujemy nasz odczyt z urządzenia często również jest wartością przybliżoną.
W praktyce najczęściej wysokość w zegarku porównujemy z punktem w terenie dla którego taka wysokość została umieszczona na specjalnej tabliczce (np. w górach). W takim wypadku należy zawsze pamiętać, że tabliczka z podaną wysokością (przełęczy, szczytu) rzadko stoi w miejscu, gdzie pomiar wysokości był dokonywany, a my sami trzymamy odbiornik na wysokości ok 1,5m nad ziemią.
Wysokościomierz z GPS
Satelity GPS wysyłają bardzo precyzyjne dane o czasie i te sygnały wyłapują odbiorniki GPS. Dzięki tej informacji odbiornik jest w stanie dokonać kalkulacji określając współrzędne, w których się znajduje. Aby uzyskać wynik pomiaru potrzeba co najmniej 4 satelitów. Po obliczeniu współrzędnych urządzenie korzystając z modelu geoidy (modelu powierzchni Ziemi) potrafi także określić swoją wysokość. Niestety o ile długość i szerokość geograficzna jest określana w sprzyjających warunkach dość dokładnie (błąd pomiaru wynosi do ok. 3-5 metrów dla 98% pomiarów), o tyle wysokość wskazywana jest dużo mniej dokładnie. O ile? Wszystko zależy od naszego położenia, ilości i układu satelitów, pogody, zaburzeń w jonosferze i konfiguracji terenu, ale różnica w pomiarze może wynosić nawet ponad 100 metrów. W praktyce, jeśli korzystamy z automatycznej kalibracji wysokościomierza barometrycznego w oparciu o dane z GPS zauważymy, że różnica wysokości wynosi do około kilkunastu metrów, ale często mamy po prostu szczęście i wskazywana dokładność mieści się w błędzie do kilku metrów. Nie jeden raz udało mi się na szczycie zobaczyć wartość równą tej wskazywanej na mapie, ale wynika to oczywiście z czystej statystyki.
Wysokościomierz barometryczny
Ten rodzaj wysokościomierza oblicza wysokość na podstawie zmian ciśnienia. Barometr mierzy tylko ciśnienie i jego różnicę. Wykorzystywana jest prosta zależność, której naucza się już w szkole podstawowej – wraz ze wzrostem wysokości spada ciśnienie. Barometr nie zna wysokości – dlatego należy mu ją regularnie podawać (kalibrować). Wysokościomierz barometryczny możemy skalibrować albo poprzez dane o wysokości z GPS albo wprowadzić je ręcznie. Ten typ wysokościomierza ma wiele zalet – jest bardzo czuły i dokładnie rejestruje zmiany wysokości. Dzięki niemu dokładnie zmierzy sumę pokonanych różnic wysokości, ważny parametr przy biegach górskich, wędrówkach i w jeździe MTB. Zbieranie takich danych na podstawie mapy czy pomiaru wysokości z GPS będzie znacząco mniej dokładne. Wysokościomierz barometryczny pozwala także na rejestrowanie takich dyscyplin jak narciarstwo czy skoki ze spadochronem (seria Fenix, Tactix). Dodatkowo nawigacja rejestrując nagły skok ciśnienia może nas ostrzec o możliwej burzy. Więcej na temat alertu burzowego napisaliśmy w osobnym wpisie.
Jednak aby wysokość wskazywana na podstawie barometru była poprawna należy go skalibrować. Kalibracja przypisuje danemu ciśnieniu wysokość na jakiej się znajdujemy. Jeśli więc liczymy na bardzo dobre wskazania wysokościomierza musimy go najpierw skalibrować. Urządzenia Garmin posiadają funkcję autokalibracji z GPS, która zapewnia w większości wypadków wystarczającą dokładność. Precyzyjniejsza będzie kalibracja ręczna, oczywiście o ile znamy wysokość na jakiej się znajdujemy. Wysokość określana na podstawie zmian ciśnienia jest bardzo dokładna, jednak jej podstawową wadą jest to, że podczas nagłych zmian pogody czy zmian ciśnienia zewnętrznego wynik wskazań szybko się „rozkalibrowuje”. Jest to problem znany osobom noszącym zegarki ze stale włączonym wysokościomierzem. Ciśnienie minimalnie zmienia się nawet po wejściu/wyjściu z budynku czy samochodu i wysokościomierz bez dostępu do korekty z GPS szybko wskazuje błędne dane. Nie wynika to błędu zegarka, a po prostu z zasady działania wysokościomierza.
Zależność spadku ciśnienia widać też dobrze podczas lotu samolotem, gdy ciśnienie w kabinie nie zmienia się tak dynamicznie jak poza samolotem, więcej opisaliśmy tutaj.
Jeśli chcemy samemu sprawdzać jak zachowuje się nieskalibrowany czujnik barometryczny to możemy to zrobić. W zegarkach serii Garmin Fenix oraz w nawigacjach turystycznych możemy wyświetlić jednocześnie dane pokazywane przez wysokościomierz z GPS jak również przez wysokościomierz barometryczny. Pokazuje to poniższy screen z zegarka Fenix 5 Plus.
Podsumowanie
Znając zasadę działania wysokościomierzy wiemy już, że obydwie metody pomiaru mają swoje ograniczenia. Kalibracja automatyczna z GPS jest dobra w wypadku, gdy nie znamy swojej wysokości, gdyż w praktyce zapewnia przyzwoitą dokładność, zazwyczaj +/- kilkunastu metrów. Wysokościomierz barometryczny bardzo dokładnie śledzi zmiany wysokości, dzięki czemu najlepiej rejestruje pokonane przewyższenia. Dobrze określa on także wysokość w obrębie jednej wycieczki, o ile zostanie skalibrowany do poprawnej wartości.
Chciałbym wyłuszczyć, jaki problem mam z urządzeniami stosowanymi w sporcie. Jeżdżę na rowerze szosowym, najchętniej w górach i są to całodniowe trasy. W licznikach rowerowych jest to pomiar barometryczny. Kiedy pojawiły się liczniki GPS, mimo fatalnego czasu trzymania baterii, miałem nadzieję, że pomiar GPS pozwoli pozbyć się kłopotów ze 150-metrowymi błędami. Ku mojemu zdumieniu okazało się, ze tam pomiar wysokości również jest barometryczny, a Garmin wyjaśnił mi, że jest tak, bo GPS jest mniej dokładny. Na szczęście korektę na starcie mogę najczęściej wprowadzić, bo mapy samochodowe niektórych alpejskich krajów są często dużo lepsze, niż jakiekolwiek mapy Polski i często podają wysokości punktów w wielu miejscowościach. Niemniej, po przejechaniu kilku przełęczy błąd bywa ogromny, a nie satysfakcjonuje mnie wprowadzenie korekty dopiero na przełęczy, której wysokość na ogół znam. Podczas pokonywania długich podjazdów ważne jest by wiedzieć na bieżąco ile wysokości zostało do pokonania. Tak więc nie wiem dlaczego nie możnaby w mapach do liczników rowerowych nanosić danych z poziomic, choćby tylko co 20 metrów. Taki błąd jest zupełnie do zaakceptowania w porównaniu z tym, co mamy obecnie. Przy ilości danych w mapach GPS, oraz obecnych wielkościach kart pamięci, poziomice zajęłyby chyba śmieszną ilość pamięci.
A na koniec mam taką ciekawostkę. Sześć razy wyjechałem z bratem w Alpy. Ostatni raz w 2013. Podczsa przejazdów samochodem używalismy jego taniej nawigacji, dołączanej w prezencie do nowych samochodów pewnej marki. Ta nawigacja bardzo szybko reagowała na podjazdach/zjazdach i gdziekolwiek zakładaliśmy bazę i byliśmy w stanie porównać jej wskazania z mapą, one zawsze były bardzo zgodne. Nie zmieniały się niezależnie od pory dnia i pozostawały niezmienne tak długo, jak pozostawaliśmy w tym samym miejscu. Używaliśmy więc tych wskazań jako referencyjnych. Nie mam pojęcia, na czym bazował ten system. Mapy były z Automapy, ale chyba nie wszystko od nich zależało, bo ja osobiście używam innej nawigacji, też z Automapą, w której nie udaje mi się uzyskać wskazań wysokości, mimo odnalezienia funkcji, ale mam również wgrany Sygic, który wysokość podaje, satysfakcjonująco, ale już nie tak idealnie. Z doświadczeń z nawigacją brata wzięły się więc kiedyś moje nadzieje związane z wprowadzeniem rowerowych liczników GPS. Jakżeż wielkie było moje rozczarowanie, że GPS nic w tej materii nie poprawi, więc zostałem przy dobrej klasy zwykłych licznikach, co przynajmniej pozwala ograniczyć używanie wspólcześnie wszechobecnych żałosnych urządzeń nowej generacji, wymagających popadnięcia w obłęd ciągłego ładowania baterii.