مفهوم کسب ارتفاع در دوچرخه سواری- روش ها و ابزارها

برای انتخاب تور دوچرخه سواری مناسب توانمان ، معمولا نیاز داریم هر برنامه بر اساس پارامترها و شاخص هایی از دشواری برنامه ، رده بندی شود. برای این منظور برخی تیم ها با ارائه اعدادی برای دشواری برنامه با نمره دهی بین 1 تا 10 و یا 1 تا 6 ، تلاش می کنند میزان دشواری برنامه را انتقال داده و درک آن را ممکن کنند. با توجه به نبود استانداردهای مدون برای این نوع از درجه بندی ها ، خیلی نمی توان به نتایج آن اطمینان داشت و کارکرد آن صرفا برای تیم هایی است که این شاخص ها بصورت عملی در برنامه های مختلف آن گروه تجربه شده باشد. مسلما با افزایش سطح توان گروه ها ، رده بندی های آنها نیز سخت گیرانه تر می شود و اگر برای اولین بار با یک گروه قصد همراهی در برنامه دوچرخه سواری دارید ، هرگز نمی توانید به استناد به این اعداد از حد سختی واقعی برنامه مطلع شوید.

راه دیگری که به نظر درست تر و قابل فهم تر است ، بیان پارامترهای هندسی مسیر و مشخصات فیزیکی جاده است که می تواند داده هایی برای مقایسه با تجربیات پیشین و درک حدود دشواری برنامه به دست دهد.  از جمله پارامترهای هندسی می توان به مسافت ، شیب متوسط ، حد اکثر شیب ، مجموع کسب ارتفاع ، سهم سربالایی ها از کل مسیر، ارتفاع متوسط جاده و. .. اشاره کرد. از جمله پارامترهای فیزیکی نیز می توان به نوع پوشش جاده ( خاکی یا آسفالت ) ، وجود گل ، وجود خاک نرم و ماسه ، وجود گیاهان تیغ دار ، عبور از مسیرهای باریک ، وجود سنگ و کلوخ در جاده ، وجود برف و یخ ، سر بودن زمین و. .. اشاره کرد. با دانستن این گونه از اطلاعات ، می توان تصویر ذهنی بهتر و کاملتری از آنچه در مسیر در انتظار ماست به دست آورد و در نهایت ، فارغ از نظر دیگران ، هر کس بر اساس تجربیات شخصی خودش می تواند سطح برنامه و تطابق آن با توانایی خودش را ارزیابی نماید.

لازمه تصمیم گیری و ارزیابی صحیح در این موارد ، وجود درک درست از این پارامترهاست. مخصوصا در خصوص شاخص های هندسی مسیر ،تا زمانی که تعریف صحیح آن را ندانیم نمی توانیم از آن در ارزیابی ها استفاده نماییم.

یکی از مهمترین این شاخص ها ، میزان کل کسب ارتفاع در مسیر است. گاهی بعضی از دوچرخه سواران ، این شاخص را با شاخص حداکثر ارتفاع مسیر اشتباه می گیرند. برای درک صحیح و جلوگیری از اشتباه ، هر دو مورد را توضیح مختصری داده و سپس در خصوص شاخص میزان کل کسب ارتفاع در مسیر یا به اختصار کسب ارتفاع ، توضیحات کاملتری خواهیم داشت.

فرض کنید در مسیری که یکدست سربالاست ، از ارتفاع 700 متری شروع می کنیم و به ارتفاع 1000 متری از سطح دریا می رسیم. در این حالت حداکثر ارتفاع مسیر ، بالاترین نقطه ای است که در این مسیر از آن خواهیم گذشت که در این مثال همان نقطه نهایی 1000 متر از سطح دریاست.  پس پارامتر حداکثر ارتفاع مسیر برابر با 1000 است. وقتی از ارتفاع 700 متری به ارتفاع 1000 متری می رسیم در حقیقت 300 متر ارتفاع گرفته ایم و میزان کل کسب ارتفاع در مسیر یا بصورت خلاصه تر ، کسب ارتفاع برابر به 300 متر است.

شکل 1- مفهوم کسب ارتفاع در یک شیب ساده

در صورتی که در مسیر رسیدن به مقصد ، چندین بار از بلندی های مختلف گذشته باشیم ، مجموع صعودهایی را که در مسیر برای گذشتن از بلندی ها داشته ایم ، با هم جمع خواهد شد تا کسب ارتفاع مسیر به دست آید.توجه کنیم که فقط مجموع صعود ها را با هم جمع می کنیم . در مثال زیر ، در مسافت مشخصی ، 4 بار از ارتفاع 700 متری به ارتفاع 800 متری رفته ایم . در این حالت ، مجموع کسب ارتفاع برابر با 400 متر خواهد بود .

شکل 2- کسب ارتفاع در مسیری با چند پستی و بلندی

 در حالت کلی ، مسیرهایی که برای دوچرخه سواری و یا کوهپیمایی استفاده می شوند به این سادگی و یکدستی نیستند و در نهایت نموداری که از مسیرها به دست می آید به شکل زیر است و شامل بالا و پایین های بسیاری می شود. محاسبه مقدار کسب ارتفاع کل در این مسیرها با محاسبات دستی توضیح داده شده کار ساده ای نیست. ولی بسیاری از نرم افزارها هستند که می توانند به سادگی اینکار را انجام دهند و با دریافت ورودی مسیر ، میزان کسب ارتفاع مسیر را محاسبه کنند.

شکل 3 – پروفیل ارتفاع برای مسیری واقعی مربوط به مسیر دوچرخه سواری جوانرود به باینگان از جنگل مرخیل

ولی جالب اینجاست که این نرم افزارها و اپلیکیشن ها اگرچه به نظر می رسد از الگوهای مشخصی برای محاسبه این مقادیر استفاده می کنند ولی در نهایت ، نتایجی که از این ابزارها به دست می آید تا اندازه ای متفاوت است. دلایل مختلفی در این اختلاف تاثیرگذار است. قبل از پرداختن به دلایل ، ابتدا خروجی نرم افزارهای مختلف را برای یک فایل GPS یکسان با هم مقایسه می کنیم:

application distance elevation gain elevation loss moving time
ridewithgps 83 2170 2610 05:29:28
wikiloc 82.87 2277 2675 05:51:00
trackreport.net 82.96 2438 2887 06:51:54
green tracks 82.86 2498 2936  
javawa.nl 82.86 2721 3157 05:02:12
strava 82.94 3003   06:08:11

جدول 1- خروجی های حاصل از نرم افزارهای مختلف برای فایل GPX مسیر مورد اشاره در شکل 3

آنچه مشخص است تفاوت قابل توجه در عددی است که به عنوان آیتم کسب ارتفاع در نرم افزارها و سایت های مختلف برای یک فایل GPS یکسان گزارش می شود. بین پایین ترین و بالاترین عدد موجود در لیست حدود 50 درصد اختلاف وجود دارد و اصلا چیزی نیست که بتوان آن را در ارائه گزارشات نادیده گرفت.

نتایجی که در جدول بالا گزارش شد ، مربوط به یک فایل ضبط شده است که به عنوان ورودی این نرم افزارها داده شده است. لذا خطاهای ناشی از اندازه گیری ، داده برداری ، ذخیره سازی و پردازش فایل که ممکن است در نرم افزارهای مختلف به روش های مختلف صورت پذیرد در این نتایج وجود نداشته است. ولی همه پارامترهای یاد شده در حالت واقعی می تواند در نتیجه کار موثر باشند و در شرایطی که داده ها با دو دستگاه مختلف و با دو نرم افزار مختلف داده برداری شده باشد ، اختلاف از آنچه در جدول بالا دیده می شود به مراتب بیشتر خواهد بود.

 دو سوال اساسی مطرح می شود: 1- چرا این خروجی ها با هم اختلاف دارند ؟ 2- کدام یک از عدد های گزارش شده صحیح است و می توان آن را در گزارشات مورد استفاده قرار داد ؟

چرا اعداد کسب ارتفاع با هم اختلاف دارند:

  1. GPS ابزار خوبی برای اندازه گیری ارتفاع نیست.

GPS سیستمی است که در واقع برای تعیین موقعیت مکانی روی نقشه های دو بعدی با دقت قابل قبول ایجاد شده است و در این کار ابزاری بسیار قابل اعتماد است. ولی آنچه که در این دستگاه ها تحت عنوان ارتفاع ارائه می شود با خطای بسیار بیشتری همراه است. اگر دقتی برای یک دستگاه GPS گزارش می شود ، صرفا برای موقعیت دو بعدی است و هنوز قابلیت های مشابه برای تعیین موقعیت سه بعدی ایجاد نشده است. استفاده از ابزار دو بعدی برای محاسبه بعد سوم اگرچه در بسیاری از موارد می تواند کارآمد باشد ولی می بایست مقدار خطای اضافه ای را که از این استفاده وارد محاسبات می شود حتما مد نظر قرار داشت. مثالی برای روشن شدن این بحث داشته باشیم. فرض کنید شما خط کش مدرجی دارید که با دقت یک میلی متر می توانید طول خطوط را اندازه بگیرید. حداکثر مقدار خطایی که در اندازه گیری طول یک خط با این خط کش خواهید داشت ، 1 میلی متر خواهد بود. حالا فرض کنید از شما خواسته می شود مساحت شکلی را که روی صفحه کشیده شده است با این خط کش حساب کنید. می توان با ایجاد اشکال منتظمی که طول و عرش قابل اندازه گیری دارند در داخل شکل مورد نظر و اندازه گیری این طول و عرض ها با خط کش و ضرب نمودن آنها ، مساحت شکل را به دست آورد. ولی آیا دقت نتیجه حاصل از این اندازه گیری باز هم همان 1 میلی متر است ؟ در حال حاضر خطای اندازه گیری ارتفاع در دستگاه های GPS بیشتر از 3 متر است. این خطاها ، باعث می شود در رکوردهایی در مسیرهای یکسان با دو ابزار مجزا و حتی در دو رکورد متفاوت با یک دستگاه یکسان ، نتایجی که به دست می آیند همراه با اختلاف و خطا باشند. ولی این خطا چقدر است ؟

برای محاسبه دقیق ارتفاع می بایست از ارتفاع سنج مانورمتریک استفاده کرد. می توان آزمایشی را طرح کرد که در آن مسیری مشخص با ارتفاع سنج مانومتریک و ارتفاع سنج GPS بصورت همزمان اندازه گیری ارتفاع شود و در هر نقطه مقدار این اختلافات ثبت شود تا بتوان به مقایسه آنها به نتایج درست رسید.  راه ساده تر این است که در مسیری که از تخت بودن آن اطمینان داریم ، با GPS مسیری ا ثبت نماییم و نتایج آن را تحلیل کنیم. این شرایط در دریاچه حوض سلطان قم وجود دارد. دوستانی که این دریاچه را دیده اند مخصوصا اگر زمسستان رفته باشند می دانند که عمق آب در این دریاچه در قطر 20 کیلومتری از صفر شروع شده و در عمیق ترین قسمت ها به 30 سانتی متر می رسد. یعنی صفحه ای بسیار تخت در فاصله زیاد داریم که از آن می توانیم به عنوان مرجع استفاده نماییم. برای ارزیابی ، تعدادی ار ترک هایی را که در بستر این دریاچه ثبت شده بود ، بررسی نمودیم. در سایت ویکی لاک تعداد زیادی از این ترک ها موجود است. نمونه ای از آنها را در شکل زیر می بینید:

شکل 4- نمونه ای از ترک های GPS ثبت شده برای مسیر دریاچه حوض سلطان

نمودار ارتفاعی نشان می دهد که ارتفاع مسیر در محدوده 778 تا 805 جابجا شده است. شکل پروفیل هم بالا و پایین های نامنظمی را در مسیر نشان می دهد که به هیجپچ وجه وجود ندارند. این همان خطایی است که از مجموعه سیستم GPS وارد داده می شود. برای این ترک ، در نهایت حدود 60 متر کسب ارتفاع گزارش شده است که قسمت عمده آن خطای اندازه گیر یاست و مقدار واقعی شاید کمتر از 10 متر باشد. پس اگر در یک مسیر 12 کیلومتری ، دستگاه می تواند 50 متر در تعیین ارتفاع کسب شده خطا داشته باشد در مسیر 80 کیلومتری که در جدول شماره 1 مورد بررسی قرار گرفت ، باید انتظار داشت خطای در حدود 400 متر در محاسبه ارتفاع کسب شده داشته باشیم. اگرچه این مقدار را نمی توان به سادگی اثبات نمود ولی قسمت مشخص قضیه این است که عدد گزارش شده توسط ارتفاع سنج های GPS تا چه اندازه می تواند با خطا همراه باشد.  

  • ممکن است در ثبت داده ها اختلال وجود داشته باشد .

این نتیجه برای ترکی حاصل شده است که تقریبا دریافت های پیوسته ای از GPS داشته است. در برخی شرایط که به علت قطع و وصل های لحظه ای ، خللی در ضبط مسیر ایجاد می شود ، خطای بیشتر از این نیز وارد سیستم می شود.

  • پالس های دستگاه های GPS پیوسته نیستند .

پالس هایی که به دستگاه های GPS ارسال و دریافت می شود ، پیوسته نیستند بلکه در فاصله های زمانی مشخصی این پالس ها ارسال می شوند. برای مثال ، ترکی که در جدول شماره 1 مورد بررسی قرار گرفت با نرم افزار wikiloc ضبط شده است و شامل 11000 نقطه است. یعنی اگر سرعت حرکت را ثابت در نظر بگیریم و با احتساب زمان استراحت که حدود نیمی از زمان ضبط ترک بوده است ، حدودا از هر 15 متر یک نقطه ثبت شده است. در جاده های اصلی ، این دقتی بسیار خوب است چون در این فاصله تقریبا تغییر قابل توجهی اتفاق نمی افتد. ولی در جاده های کوهستانی که بده بستان های زیادی دارند ، در فاصله های یاد شده ممکن است تغییراتی در ارتفاع جاده روی دهد که از دید دستگاه پنهان بماند.

برخی از نرم افزارهای برای از بین بردن خطاهای ناشی از محدود بودن تعداد نقطه ها و خطای ناشی از اندازه گیری ارتفاع ، بعد از ضبط داده ها ، آنها را با نقشه هایی که دارند منطبق می کنند تا اگر اشتباهی در اندازه گیری ها بوده است اصلاح نمایند. اینکار باعث افزایش قابل توجهی در دقت نتایج می شود. ولی از آنجا که نقشه ها نیز معمولا بسیار دقیق نیستند و از نظر ارتفاعی در پله های 10 متری ساخته شده اند ، خطای اندازه گیری همچنان وجود دارد.

  • الگوریتم های هموارسازی مورد استفاده در نرم افزارهای مختلف ، متفاوت اند .

در نرم افزارهای مختلف از الگوریتم هایی برای هموار سازی داده های دریافتی از GPS استفاده می شود.  منظور از هموار سازی چیست ؟ فرض کنید در جاده ای صاف مانند آنچه در حوض سلطان دیدیم مسیری را طی می کنید. GPS نتایجی را در یافت می کند که نشان می دهد ارتفاع در بازه های کوچک 2 تا 3 متری کم و زیاد می شود و مقدار این تغییرات هم قابل توجه است. حال اگر با همان شرایط ، در جاده ای کوهستانی بالا بروید ، برای اینکه مقدار واقعی افزایش و کاهش ارتفاع را به دست آورید ، احتمالا تصمیم می گیرید از تغییرات کمتر از 2 متر صرف نظر کنید.  یعنی بجای تغییرات بسیار زیاد لحظه ای ، صرفا افزایش کلی ارتفاع در مسیر را داشته باشیم. اینکار تا حد زیادی خطاهای اندازه گیری را حذف می کند. ولی اگر مسیرمان واقعا این بالا و پایین های کوچک را داشته باشد چطور ؟ این بالا و پایین ها در هموارسازی حذف می شوند و در واقع ما کسب ارتفاع واقعی ای داریم که در اندازه گیری ها ثبت نمی شود.  لذا انتخاب اینکه این هموارسازی با چه الگویی و برای چه بازه هایی صورت پذیرد در نتیجه نهایی موثر است. این هم آیتمی است که در نرم افزارهای مختلف متفاوت است. برخی از نرم افزارها این امکان را به کاربر می دهند که بتواند حد هموارسازی را تعیین کند که در این صورت با تغییر در این مقدار ، خروجی های مختلفی برای ارتفاع کسب شده در یک فایل یکسان خواهد داشت .

نتیجه اینکه ، در استفاده از نتایج مربوط به کسب ارتفاع در GPS ، حتما در نظر داشته باشیم که خروجی ارائه شده ، صرفا حدودی از میزان ارتفادع کسب شده را ارائه می شدهد و نتیجه می تواند با مقادیر قابل توجهی خطا همراه باشد. اگر مسیر را با گروه طی می کنید ، ضبط مسیر توسط چند نفر با نرم افزار یکسان و مقایسه نتایج ، می تواند مقدار دقت نتیجه را مشخص کند و آن را قابل اعتماد تر سازد.

از کدام نرم افزار استفاده کنیم:

در بررسی هایی که داشتم ، به استاندارد مشخصی برای اندازه گیری این شاخص برخورد نکردم و به نظر می رسد روش کار بسیار انعطاف پذیر و مختلف است. پس در نتیجه نتایج نیز نمی تواند استاندارد باشد. از آنجایی که این شاخص صرفا برای مقایسه مسیرهای مختلف استفاده می شود ، روش اصولی این است که برای ثبت داده ها و گزارش ها ، همیشه از یک نوع نرم افزار استفاده کنید تا نتایج قابل قیاس با هم باشند. همچنین اگر قصد دارید گزارشی از این شاخص را برای استفاده دیگران ارائه نمایید حتما اشاره کنید که با چه نرم افزاری به این اعداد رسیده اید. برای مثال کسب ارتفاع 3000 متری که با استراوا ثبت شده است ، نشان دهنده مسیر خیلی راحت تری از مسیری است که با wikiloc ،  3000 متر کسب ارتفاع نشان می دهد. اشاره به نرم افزار ، کمک می کند تا دید بهتری از مسیر به دست آید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *