Ako zaznamenať čisté GPS trasy?

Ak ste niekedy pozorne sledovali svoje GPS, museli ste vidieť, že je preplnené konfiguračnými nastaveniami. Môžete byť tiež prekvapení, keď ste sa prvýkrát pokúsili zobraziť na mape poslednú trasu zaznamenanú všetkými vygenerovanými „nestabilnými“ bodmi.

Zvláštne, zvláštne. Povedal si divne?

Nie je to až také zvláštne, no zrazu to hovorí veľa o schopnosti GPS presne reprodukovať realitu.

V skutočnosti, s GPS, ktoré nám umožňuje nastaviť frekvenciu zaznamenávania údajov, budeme mať intuíciu na výber najrýchlejšej vzorky. Hovoríme si: čím viac bodov, tým lepšie!

Ale je to naozaj dobrá voľba dostať stopu čo najbližšie k realite? 🤔

Poďme sa na to pozrieť bližšie, je to trochu technické (žiadne integrály, nebojte sa ...), a budeme pri vás.

Vplyv chybovosti

V digitálnom svete má pojem kvantifikácia vždy viac-menej vágny dopad.

Je iróniou, že to, čo sa môže zdať ako lepšia voľba, konkrétne použitie vyššej rýchlosti nahrávania pre body trasy, môže byť kontraproduktívne.

Definícia: FIX je schopnosť GPS vypočítať polohu (zemepisnú šírku, dĺžku, nadmorskú výšku) zo satelitov.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) uvádza, že za najpriaznivejších podmienok príjmu je azúrovo modrá. obloha 🌞 a GPS umiestnené v horizonte 360° zorného poľa, ** Presnosť FIX je 3,35 m 95 % času**

⚠️ Konkrétne, so 100 po sebe idúcimi opravami vás váš GPS geolokalizuje medzi 0 a 3,35 m od vašej skutočnej polohy 95-krát a 5-krát mimo.

Vertikálne sa chyba považuje za 1,5-krát väčšiu ako horizontálna chyba, takže v 95 prípadoch zo 100 bude zaznamenaná výška +/- 5 m od skutočnej výšky za podmienok optimálneho príjmu, čo je často ťažké pri zemi. .

Okrem toho rôzne dostupné publikácie ukazujú, že príjem z viacerých konštelácií 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) nezlepšuje horizontálnu presnosť GPS.

Na druhej strane prijímač GPS schopný interpretovať signál niekoľkých konštelácií satelitov bude mať nasledujúce vylepšenia:

1. Skrátenie trvania prvého FIX, pretože čím viac satelitov je, tým väčší bude ich prijímač po vypustení,
2. zlepšenie presnosti určovania polohy v náročných podmienkach príjmu. To je prípad v meste (mestské kaňony), na dne údolia v horských oblastiach alebo v lese.

Môžete to vyskúšať pomocou GPS: výsledok je jasný a hotový.

GPS čip nastavuje FIX celkom každú sekundu.

Takmer všetky cyklistické alebo outdoorové GPS systémy vám umožňujú upraviť frekvenciu týchto FIX na sledovanie (GPX). Buď sú všetky zaznamenané, výber je 1 krát za sekundu, alebo GPS vezme 1 z N (napríklad každé 3 sekundy), alebo sa ladenie vykonáva na diaľku.

Každý FIX má určiť polohu (zemepisnú šírku, dĺžku, nadmorskú výšku, rýchlosť); vzdialenosť medzi dvoma FIXami sa získa výpočtom oblúka kruhu (umiestneného na obvode zemegule 🌎), ktorý prechádza dvoma po sebe nasledujúcimi FIXami. Celková bežecká vzdialenosť je súčtom týchto intervalov vzdialenosti.

V podstate všetky GPS robia tento výpočet, aby získali prejdenú vzdialenosť bez zohľadnenia nadmorskej výšky, potom integrujú korekciu, aby zohľadnili nadmorskú výšku. Podobný výpočet sa robí pre výšku.

Takže: čím viac FIX, tým viac záznam sleduje skutočnú cestu, ale tým viac bude integrovaná horizontálna a vertikálna chyba polohy.

Ilustrácia: zelená je skutočná dráha v priamej línii na zjednodušenie uvažovania, červená je GPS FIX pri 1 Hz s neistotou polohy zhmotnenou okolo každého FIXu: skutočná poloha je vždy v tomto kruhu, ale nie vycentrovaná. a modrou farbou je preklad do GPX, ak sa to robí každé 3 sekundy. Fialová označuje chybu nadmorskej výšky meranú systémom GPS ([pozrite si tento návod na jej opravu] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Neistota polohy je menšia ako 4 m 95 % času pri ideálnych podmienkach príjmu. Prvým dôsledkom je, že medzi dvoma po sebe nasledujúcimi FIXmi, ak je offset menší ako neistota pozície, offset zaznamenaný týmto FIXom obsahuje veľkú časť tejto neistoty: je hluk merania.

Napríklad pri rýchlosti 20 km/h sa každú sekundu pohnete o 5,5 metra; aj keď je všetko perfektné, váš GPS dokáže merať posun 5,5 m +/- Xm, hodnota X bude medzi 0 a 4 m (pre neistotu polohy 4 m), takže umiestni tento nový FIX s pozíciou medzi 1,5 m a 9,5 m od predchádzajúceho. V najhoršom prípade môže chyba pri výpočte tejto vzorky prejdenej vzdialenosti dosiahnuť +/- 70%, pričom výkonnostná trieda GPS je výborná!

Pravdepodobne ste si už všimli, že pri konštantnej rýchlosti na rovine a za dobrého počasia nie sú body vašej trate rozmiestnené rovnomerne: čím nižšia je rýchlosť, tým viac sa rozchádzajú. Pri rýchlosti 100 km/h sa vplyv chyby zníži o 60 % a pri rýchlosti 4 km/h dosiahne rýchlosť chodca 400 %, stačí sledovať GPX stopu turistu, len aby ste videli, že je vždy veľmi „zložité“.

V dôsledku toho:

• čím vyššia je rýchlosť záznamu,
• a čím nižšia je rýchlosť,
• tým viac bude vzdialenosť a výška každej opravy chybná.

Zaznamenaním všetkých KOREKCIÍ do vášho GPX ste v priebehu jednej hodiny alebo 3600 záznamov nazhromaždili 3600-násobok horizontálnej a vertikálnej chyby GPS, napríklad trojnásobným znížením frekvencie. byť viac ako 3-krát.

👉 Ešte jeden bod: vertikálna presnosť GPS nie je vysoká, príliš vysoká frekvencia záznamu túto medzeru zväčší 😬.

Ako sa rýchlosť zvyšuje, postupne sa vzdialenosť prejdená medzi dvoma po sebe nasledujúcimi FIX stáva dominantnou vo vzťahu k neistote polohy. Kumulatívne vzdialenosti a výšky medzi všetkými po sebe idúcimi FIXmi zaznamenanými na vašej trati, teda celková vzdialenosť a vertikálny profil tohto kurzu, budú menej a menej ovplyvnené neistotou miesta.

Ako možno proti týmto nežiaducim účinkom bojovať?

Začnime definovaním rýchlostných tried pre mobilitu:

1. 🚶🚶‍♀Skupinové túry, priemerná rýchlosť je nízka, asi 3-4 km/h alebo 1 m/s.
2. 🚶 V športovom cestovnom režime je priemerná rýchlostná trieda 5 až 7 km/h, teda asi 2 m/s.
3. 🏃 V režimoch Trail alebo Running je normálna rýchlostná trieda medzi 7 a 15 km/h, teda približne 3 m/s.
4. 🚵 Na horskom bicykli dokážeme ísť priemernou rýchlosťou 12 až 20 km/h, teda asi 4 m/s.
5. 🚲 Pri jazde po ceste je rýchlosť vyššia od 5 do 12 m/s.

Že turistika preto je potrebné priraďovať záznam v krokoch po 10 až 15 m, chyba nepresnosti GPS sa bude brať do úvahy len 300-krát za hodinu (približne) namiesto 3600 a vplyv chyby polohy, ktorá sa zvyšuje od maximálne 4 m na 1 m až maximálne 4 m na 15 m, sa zníži 16-krát. Trať bude oveľa plynulejšia a čistejšia a berie sa do úvahy aj hluk merania. delené faktorom 200! Hrot každých 10-15 m nezmaže obnovu špendlíkov v šnúrkach, len bude trochu členitejší a menej hlučný.

Že chodníky Za predpokladu priemernej rýchlosti 11 km/h nahrávanie s časovým krokom, ktorý sa mení z 1 každú sekundu na 1 každých 5 sekúnd, znižuje počet nahrávok z 3600 720 na 4 za hodinu a maximálna (možná) chyba je 3 m každé 4 m. Stáva sa 15 m každých 130 m (t. j. zo 25 % na 25 %!). Účtovanie chýb zaznamenanou stopou sa zníži asi XNUMX-krát. Jedinou nevýhodou je, že cesty s rizikom silného zakrivenia sú mierne segmentované. « Riziko "**, pretože hoci ide o trail, rýchlosť v zákrutách nevyhnutne klesne, a preto sa dva po sebe idúce FIXy priblížia, čo oslabí segmentačný efekt.

horskej cyklistike je na rozhraní medzi nízkou rýchlosťou (<20 km/h) a strednou rýchlosťou (> 20 km/h), v prípade trate s pomalým profilom až veľmi (<15 km/h) pomalou – frekvencia je 5 s. je dobrý kompromis (vrátane Trailu), ak ide o profil typu XC (>15 km/h), dodržanie 3s sa javí ako dobrý kompromis. Ak chcete použiť profil vyššej rýchlosti (DH), vyberte rýchlosť zápisu jednu alebo dve sekundy.

Pre rýchlosť 15 km/h, voľba frekvencie záznamu trasy od 1 do 3 s znižuje započítavanie chýb GPS asi 10-krát. Keďže polomer otáčania v zásade súvisí s rýchlosťou, presné obnovenie trajektórie v úzkych vlásenkách alebo zákrutách nebude ohrozené.

Záver

Najnovšie verzie GPS dostupné pre outdoorové aktivity a cyklistiku poskytujú presnosť polohy, ktorú možno vidieť v štúdii citovanej na začiatku článku.

Optimalizáciou rýchlosti záznamu na vašu priemernú rýchlosť jazdy výrazne znížite vzdialenosť a výškovú chybu vašej GPX trate: vaša trasa bude hladšia a bude dobre držať na tratiach.

Ukážka je založená na ideálnych podmienkach príjmu, keď sa tieto podmienky príjmu zhoršia 🌧 (oblaky, baldachýn, údolie, mesto). Neistota polohy sa rýchlo zvyšuje a nežiaduce účinky vysokej rýchlosti záznamu FIX pri nízkej rýchlosti sa zosilnia.

Vyššie uvedený obrázok ukazuje bajonet prechádzajúci cez otvorené pole bez masky, aby sa pozoroval iba účinok prenosovej frekvencie FIX v súbore GPX.

Ide o štyri trate zaznamenané počas trailového (bežeckého) tréningu rýchlosťou 10 km/h, boli náhodne vybrané počas celého roka. Tri záznamy (stopy) načíta FIX každé 3 sekundy a jeden FIX každých 5 sekúnd.

Prvé pozorovanie: obnovenie trajektórie pri prechode bajonetu sa nezhoršuje, čo bolo potrebné preukázať. Druhé pozorovanie: všetky pozorované „malé“ bočné odchýlky sú prítomné na „vybraných“ dráhach po 3 sekundách. Rovnaké pozorovanie sa získa pri porovnaní stôp zaznamenaných pri frekvenciách 1 s a 5 s (pre tento rozsah rýchlosti), trať vykreslená pomocou FIX s odstupom 5 sekúnd (pre tento rozsah rýchlosti) je čistejšia, celková vzdialenosť a nadmorská výška budú bližšie k skutočnej hodnote.

Preto na horskom bicykli bude rýchlosť záznamu polohy GPS nastavená medzi 2 s (DH) a 5 s (jazda).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS