Jak zaznamenat čisté trasy GPS?

Pokud jste někdy pozorně sledovali svou GPS, museli jste vidět, že je přeplněná konfiguračními nastaveními. Možná vás také překvapí, když jste se poprvé pokusili zobrazit na mapě poslední trasu zaznamenanou všemi vygenerovanými „nestabilními“ body.

Zvláštní, zvláštní. Řekl jsi divně?

No, to není až tak divné, ale najednou to hodně vypovídá o schopnosti GPS přesně reprodukovat realitu.

Ve skutečnosti s GPS, která nám umožňuje nastavit frekvenci záznamu dat, budeme mít intuici, abychom vybrali nejrychlejší vzorek. Říkáme si: čím více bodů, tím lépe!

Je ale opravdu dobrou volbou dostat stezku co nejblíže realitě? 🤔

Pojďme se na to podívat blíže, je to trochu technické (žádné integrály, nebojte se ...), a budeme s vámi.

Vliv meze chyby

V digitálním světě má pojem kvantifikace vždy více či méně vágní dopad.

Je ironií, že to, co se může zdát jako lepší volba, konkrétně použití vyšší rychlosti záznamu pro body stopy, může být kontraproduktivní.

Definice: FIX je schopnost GPS vypočítat polohu (zeměpisnou šířku, délku, nadmořskou výšku) ze satelitů.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) uvádí, že za nejpříznivějších podmínek příjmu je azurově modrá. obloha 🌞 a GPS umístěné v horizontu 360° zorného pole, ** Přesnost FIX je 3,35 m po 95 % času,**

⚠️ Konkrétně se 100 po sobě jdoucími OPRAVY vás vaše GPS geolokuje mezi 0 a 3,35 m od vaší skutečné polohy 95krát a 5krát mimo.

Vertikálně je chyba považována za 1,5krát větší než horizontální chyba, proto v 95 případech ze 100 bude zaznamenaná výška +/- 5 m od skutečné výšky za podmínek optimálního příjmu, což je často obtížné v blízkosti zem.

Různé dostupné publikace navíc ukazují, že příjem z více konstelací 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) nezlepšuje horizontální přesnost GPS.

Na druhou stranu přijímač GPS schopný interpretovat signál několika konstelací satelitů bude mít následující vylepšení:

1. Zkrácení doby trvání prvního FIXu, protože čím více satelitů je, tím větší bude jejich přijímač po vypuštění,
2. zlepšení přesnosti určování polohy v obtížných podmínkách příjmu. To je případ ve městě (městské kaňony), na dně údolí v horských oblastech nebo v lese.

Můžete to zkusit pomocí GPS: výsledek je jasný a hotový.

GPS čip nastavuje FIX celkem každou sekundu.

Téměř všechny cyklistické nebo outdoorové GPS systémy umožňují těmto FIX sledovat (GPX) záznamové rychlosti. Buď jsou zaznamenány všechny, výběr je 1x za sekundu, nebo GPS bere 1 z N (například každé 3 sekundy), nebo se ladění provádí na dálku.

Každý FIX má určit polohu (zeměpisnou šířku, délku, nadmořskou výšku, rychlost); vzdálenost mezi dvěma FIXY se získá výpočtem oblouku kruhu (umístěného na obvodu zeměkoule 🌎), který prochází dvěma po sobě následujícími FIXY. Celková uběhnutá vzdálenost je součtem těchto vzdáleností.

V zásadě všechny GPS provádějí tento výpočet, aby získaly ujetou vzdálenost bez zohlednění nadmořské výšky, poté integrují korekci tak, aby zohledňovaly nadmořskou výšku. Podobný výpočet se provádí pro výšku.

Takže: čím více bude FIX, tím více bude záznam sledovat skutečnou cestu, ale tím více bude integrována část horizontální a vertikální chyby polohy.

Ilustrace: zeleně je skutečná cesta v přímce pro zjednodušení uvažování, červeně je GPS FIX při 1 Hz s nejistotou polohy zhmotněnou kolem každého FIXu: skutečná poloha je vždy v tomto kruhu, ale není vystředěná. a modře je překlad do GPX, pokud se provádí každé 3 sekundy. Fialová označuje chybu nadmořské výšky měřenou pomocí GPS ([viz tento návod, jak ji opravit] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Nejistota polohy je menší než 4 m po 95 % času za ideálních podmínek příjmu. První důsledek je, že mezi dvěma po sobě jdoucími FIXy, pokud je offset menší než nejistota pozice, obsahuje offset zaznamenaný tímto FIXem velkou část této nejistoty: hluk měření.

Například při rychlosti 20 km/h se každou sekundu posunete o 5,5 metru; ačkoli je vše perfektní, vaše GPS dokáže změřit offset 5,5 m +/- Xm, hodnota X bude mezi 0 a 4 m (pro nejistotu polohy 4 m), takže umístí tento nový FIX s pozicí mezi 1,5 m a 9,5 m od předchozího. V nejhorším případě může chyba ve výpočtu tohoto vzorku ujeté vzdálenosti dosáhnout +/- 70 %, přičemž výkonnostní třída GPS je vynikající!

Pravděpodobně jste si již všimli, že při konstantní rychlosti na rovině a za dobrého počasí nejsou body vaší dráhy rozmístěny rovnoměrně: čím nižší rychlost, tím více se rozcházejí. Při 100 km/h se dopad chyby sníží o 60 % a při 4 km/h dosáhne rychlost chodce 400 %, stačí sledovat GPX stopu turisty, jen aby bylo vidět, že je vždy velmi „složité“.

Tudíž :

• čím vyšší je rychlost záznamu,
• a čím nižší rychlost,
• tím více bude vzdálenost a výška každého fixu chybná.

Zaznamenáním všech KOREKCÍ do vašeho GPX jste během jedné hodiny nebo 3600 záznamů nashromáždili 3600násobek horizontální a vertikální chyby GPS, například trojnásobným snížením frekvence. být více než 3krát.

👉 Ještě jeden bod: vertikální přesnost GPS není vysoká, příliš vysoká frekvence záznamu tuto mezeru zvětší 😬.

S rostoucí rychlostí postupně převládá vzdálenost ujetá mezi dvěma po sobě jdoucími FIX ve vztahu k nejistotě polohy. Kumulativní vzdálenosti a výšky mezi všemi po sobě jdoucími FIXy zaznamenanými na vaší trati, tedy celková vzdálenost a vertikální profil tohoto kurzu, budou stále méně ovlivněny nejistotou umístění.

Jak lze těmto nežádoucím účinkům čelit?

Začněme definováním rychlostních tříd pro mobilitu:

1. 🚶🚶‍♀Skupinové túry, průměrná rychlost je nízká, asi 3-4 km/h nebo 1 m/s.
2. 🚶 Ve sportovním cestovním režimu je průměrná rychlostní třída 5 až 7 km/h, tedy asi 2 m/s.
3. 🏃 V režimech Trail nebo Running je běžná rychlostní třída mezi 7 a 15 km/h, tedy asi 3 m/s.
4. 🚵 Na horském kole můžeme jet průměrnou rychlostí 12 až 20 km/h, tedy asi 4 m/s.
5. 🚲 Při jízdě po silnici je rychlost vyšší od 5 do 12 m/s.

Že turistika proto je nutné přiřazovat záznam v krocích po 10 až 15 m, chyba nepřesnosti GPS bude zohledněna pouze 300krát za hodinu (přibližně) místo 3600 a vliv chyby polohy, která se zvyšuje od maximálně 4 m na 1 m až maximálně 4 m na 15 m, bude snížena 16krát. Dráha bude mnohem hladší a čistší a je zohledněn hluk měření. děleno faktorem 200! Hrot každých 10-15 m nesmaže obnovu špendlíků v tkaničkách, jen bude trochu členitější a méně hlučný.

Že stezky Za předpokladu průměrné rychlosti 11 km/h záznam s časovým krokem, který se mění z 1 každou sekundu na 1 každých 5 sekund, snižuje počet záznamů z 3600 na 720 za hodinu a maximální (možná) chyba je 4 m každé 3 m. Stává se 4 m každých 15 m (tj. ze 130 % na 25 %!). Účtování chyb zaznamenaným trasováním se sníží asi 25krát. Jedinou nevýhodou je, že cesty ohrožené silným zakřivením jsou mírně segmentované. « Riziko "**, protože ačkoli se jedná o trail, rychlost na zatáčkách nevyhnutelně klesne, a proto se přiblíží dva po sobě jdoucí FIX, což oslabí efekt segmentace.

horském kole je na rozhraní mezi nízkou rychlostí (<20 km/h) a střední rychlostí (> 20 km/h), v případě trati s pomalým profilem až velmi (<15 km/h) pomalou – frekvence je 5 s. je dobrý kompromis (včetně Trailu), pokud je to profil typu XC (>15 km/h), dodržení 3s se jeví jako dobrý kompromis. Pro profil použití vyšší rychlosti (DH) vyberte jednu nebo dvě sekundy jako rychlost zápisu.

Pro rychlost 15 km/h volba frekvence záznamu trasy od 1 do 3 s snižuje účtování chyb GPS asi 10krát. Vzhledem k tomu, že poloměr otáčení v zásadě souvisí s rychlostí, přesné obnovení trajektorie v úzkých vlásenkách nebo zatáčkách nebude ohroženo.

Závěr

Nejnovější verze GPS dostupné pro outdoorové aktivity a cyklistiku poskytují přesnost polohy, kterou lze vidět ve studii citované na začátku článku.

Optimalizací rychlosti záznamu na vaši průměrnou rychlost jízdy výrazně snížíte vzdálenost a výškovou chybu vaší trasy GPX: vaše trasa bude plynulejší a na stopách bude dobře držet.

Ukázka je založena na ideálních podmínkách příjmu, když se tyto podmínky příjmu zhorší 🌧 (mraky, baldachýn, údolí, město). Nejistota polohy se rychle zvyšuje a nežádoucí účinky vysoké rychlosti záznamu FIX při nízké rychlosti budou zesíleny.

Obrázek nahoře ukazuje bajonet procházející otevřeným polem bez masky, aby bylo možné pozorovat pouze vliv přenosové frekvence FIX v souboru GPX.

Jedná se o čtyři stopy zaznamenané během trailového (běžeckého) tréninku rychlostí 10 km / h. Byly náhodně vybírány v průběhu roku. FIX načítá tři záznamy (trasy) každé 3 sekundy a jeden FIX každých 5 sekund.

První pozorování: obnovení trajektorie při průletu bajonetu se nezhoršuje, což bylo nutné prokázat. Druhé pozorování: všechny pozorované "malé" boční odchylky jsou přítomny na "vybraných" drahách po 3 sekundách. Stejné pozorování se získá při porovnání tras zaznamenaných při frekvencích 1 s a 5 s (pro tento rozsah rychlostí), trať vykreslená pomocí FIX s odstupem 5 sekund (pro tento rozsah rychlostí) je čistší, celková vzdálenost a nadmořská výška budou blíže skutečné hodnotě.

Proto na horském kole bude rychlost záznamu polohy GPS nastavena mezi 2 s (DH) a 5 s (jízda).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS