Kako snimiti čiste GPS tragove?

Ako ste ikada pomno pogledali svoj GPS, sigurno ste vidjeli da je pretrpan konfiguracijskim postavkama. Također biste se mogli iznenaditi kada ste prvi put pokušali vidjeti na karti posljednju stazu koju su zabilježile sve generirane “nestabilne” tačke.

Čudno, čudno. Jeste li rekli čudno?

Pa, to i nije tako čudno, ali odjednom govori mnogo o GPS-ovoj sposobnosti da precizno reproducira stvarnost.

Zapravo, s GPS-om, koji nam omogućava da postavimo frekvenciju evidentiranja podataka, imat ćemo intuiciju da odaberemo najbrži uzorak. Kažemo sebi: što više bodova, to bolje!

Ali da li je zaista dobar izbor dobiti trag što je moguće bliže stvarnosti? 🤔

Pogledajmo malo pobliže, malo je tehnički (bez integrala, ne brinite...), i mi ćemo biti uz vas.

Utjecaj granice greške

U digitalnom svijetu, koncept kvantifikacije uvijek ima manje-više nejasan uticaj.

Ironično, ono što se može činiti boljim izborom, naime korištenje veće brzine snimanja za točke staza, može biti kontraproduktivno.

Definicija: FIX je sposobnost GPS-a da izračuna poziciju (širina, dužina, nadmorska visina) sa satelita.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) ukazuje da je azurno plava pod najpovoljnijim uslovima. nebo 🌞 i GPS pozicionirani u horizontu od 360° vidnog polja, ** FIX tačnost je 3,35 m 95% vremena, **

⚠️ Konkretno, sa 100 uzastopnih FIX-a, vaš GPS vas geolocira između 0 i 3,35 m od vaše stvarne lokacije 95 puta i 5 puta vani.

Vertikalno, smatra se da je greška 1,5 puta veća od horizontalne greške, stoga će u 95 slučajeva od 100 zabilježena visina biti +/- 5 m stvarne visine u uslovima optimalnog prijema, što je često teško u blizini tla. .

Osim toga, različite dostupne publikacije pokazuju da prijem iz više sazviježđa 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ne poboljšava horizontalnu preciznost GPS-a.

S druge strane, GPS prijemnik koji može interpretirati signal nekoliko sazviježđa satelita imat će sljedeća poboljšanja:

1. Smanjenje trajanja prvog FIX-a, jer što je veći broj satelita, to će im prijemnik biti veći nakon lansiranja,
2. poboljšanje tačnosti pozicioniranja u teškim uslovima prijema. To je slučaj u gradu (urbani kanjoni), na dnu doline u planinskim područjima ili u šumi.

Možete probati sa svojim GPS-om: rezultat je jasan i gotov.

GPS čip postavlja FIX svake sekunde.

Gotovo svi biciklistički ili vanjski GPS sistemi omogućavaju vam da prilagodite frekvenciju ovih FIX-ova za praćenje (GPX). Ili se svi snimaju, odabir je 1 put u sekundi, ili GPS uzima 1 od N (na primjer, svake 3 sekunde), ili se podešavanje vrši iz daljine.

Svaki FIX je da odredi poziciju (širina, dužina, visina, brzina); udaljenost između dva FIX-a se dobiva izračunavanjem luka kružnice (nalazi se na obodu globusa 🌎) koji prolazi kroz dva uzastopna FIX-a. Ukupna udaljenost trčanja je zbir ovih intervala udaljenosti.

U osnovi, svi GPS-ovi rade ovaj proračun kako bi dobili pređenu udaljenost bez uzimanja u obzir nadmorske visine, a zatim integriraju korekciju kako bi uzeli u obzir visinu. Sličan proračun se vrši i za visinu.

Dakle: što je više FIX-a, to više zapis prati stvarnu putanju, ali će više biti integrirani dio greške horizontalnog i vertikalnog položaja.

Ilustracija: zelenom bojom je prava putanja u pravoj liniji kako bi se pojednostavilo razmišljanje, crvenom je GPS FIX na 1 Hz sa nesigurnošću položaja materijalizovanom oko svakog FIX-a: stvarna pozicija je uvijek u ovom krugu, ali nije centrirana. , a plavom bojom je prijevod u GPX ako se radi svake 3 sekunde. Ljubičasta označava grešku nadmorske visine mjerenu GPS-om ([pogledajte ovaj vodič da biste je popravili] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Nesigurnost položaja je manja od 4 m 95% vremena pod idealnim uslovima prijema. Prva implikacija je da između dva uzastopna FIX-a, ako je pomak manji od nesigurnosti pozicije, pomak zabilježen tim FIX-om sadrži veliki dio te nesigurnosti: to je merenje buke.

Na primjer, pri brzini od 20 km/h, krećete se 5,5 metara svake sekunde; iako je sve savršeno, vaš GPS može izmjeriti pomak od 5,5m +/- Xm, vrijednost X će biti između 0 i 4m (za nesigurnost pozicije od 4m), tako da će ovaj novi FIX postaviti na poziciju između 1,5m i 9,5 m od prethodnog. U najgorem slučaju, greška u izračunavanju ovog uzorka pređene udaljenosti može dostići +/- 70%, dok je klasa performansi GPS-a odlična!

Vjerovatno ste već primijetili da pri konstantnoj brzini na ravnici i po lijepom vremenu, tačke vaše staze nisu ravnomjerno raspoređene: što je brzina manja, to se više razilaze. Pri 100 km/h, uticaj greške se smanjuje za 60%, a pri 4 km/h brzina pješaka dostiže 400%, dovoljno je posmatrati GPX stazu turista, samo da se vidi da je uvijek veoma "zamršeno".

posljedično:

• što je veća brzina snimanja,
• i što je brzina manja,
• više će udaljenost i visina svake popravke biti pogrešne.

Snimajući sve ISPRAVKE u vaš GPX, u roku od jednog sata ili 3600 zapisa ste akumulirali 3600 puta horizontalnu i vertikalnu GPS grešku, na primjer, smanjivanjem frekvencije za 3 puta. biti preko 1200 puta.

👉 Još jedna stvar: vertikalna preciznost GPS-a je niska, previsoka frekvencija snimanja će povećati ovaj jaz 😬.

Kako se brzina povećava, postepeno pređena udaljenost između dva uzastopna FIX-a postaje dominantna u odnosu na nesigurnost položaja. Kumulativne udaljenosti i visine između svih uzastopnih FIX-ova snimljenih na vašoj stazi, odnosno ukupna udaljenost i vertikalni profil te staze, sve će manje i manje utjecati na nesigurnost lokacije.

Kako se ovi neželjeni efekti mogu suprotstaviti?

Počnimo s definiranjem klasa brzine za mobilnost:

1. 🚶🚶‍♀Grupno planinarenje, prosječna brzina je niska oko 3-4 km/h ili 1 m/s.
2. 🚶 U sportskom režimu putovanja, prosječna klasa brzine je 5 do 7 km/h, odnosno oko 2 m/s.
3. 🏃 U režimima Trail ili Running, normalna klasa brzine je između 7 i 15 km/h, odnosno oko 3 m/s.
4. 🚵 Na brdskom biciklu možemo izdržati prosječnu brzinu od 12 do 20 km/h, odnosno oko 4 m/s.
5. 🚲 Prilikom vožnje po cesti brzina je veća od 5 do 12 m/s.

da planinarenje stoga je potrebno dodijeliti snimanje u koracima od 10 do 15 m, greška GPS nepreciznosti će se uzeti u obzir samo 300 puta na sat (približno) umjesto 3600, a efekat greške položaja, koji raste od maksimalno 4 m na 1 m do maksimalno 4 m na 15 m, smanjit će se 16 puta. Staza će biti mnogo glatkija i čistija, a uzet će se u obzir i buka mjerenja. podijeljeno sa faktorom 200! Vrh na svakih 10-15 m neće izbrisati restauraciju iglica u vezicama, samo će biti malo segmentiraniji i manje bučan.

da staze Uz pretpostavku prosječne brzine od 11 km/h, snimanje s vremenskim korakom koji se mijenja od 1 svake sekunde do 1 svakih 5 sekundi smanjuje broj snimaka sa 3600 na 720 na sat, a maksimalna (moguća) greška je 4 m svaka 3 m. Postaje 4 m svakih 15 m (tj. od 130% do 25%!). Obračun grešaka snimljenim tragom je smanjen za oko 25 puta. Jedina mana je što su staze kod kojih postoji opasnost od ozbiljne zakrivljenosti blago segmentirane. « Rizik "**, jer iako je ovo staza, brzina na krivinama će neminovno pasti, a samim tim će se dva uzastopna FIX-a približiti, što će oslabiti efekat segmentacije.

brdski biciklizam nalazi se na spoju između malih brzina (<20 km/h) i srednjih brzina (> 20 km/h), u slučaju staze sa sporim profilom do vrlo (<15 km/h) spore – frekvencija je 5 s. je dobar kompromis (uključujući Trail), ako je profil tipa XC (>15 km/h), zadržavanje 3s izgleda kao dobar kompromis. Za profil upotrebe veće brzine (DH), odaberite jednu ili dvije sekunde kao brzinu pisanja.

Za brzinu od 15 km/h, izbor frekvencije snimanja staze od 1 do 3 s smanjuje GPS grešku za oko 10 puta. Pošto je, u principu, radijus okretanja povezan sa brzinom, tačan oporavak putanje u uskim ukosnicama ili zavojima neće biti ugrožen.

zaključak

Najnovije verzije GPS-a dostupne za aktivnosti na otvorenom i vožnju biciklom pružaju točnost lokacije koja se vidi u studiji citiranoj na početku članka.

Optimiziranjem brzine snimanja na vašu prosječnu brzinu vožnje, značajno ćete smanjiti udaljenost i visinsku grešku vaše GPX staze: vaša će staza biti glatkija i dobro će se držati na stazama.

Demonstracija se zasniva na idealnim uslovima prijema kada se ovi uslovi prijema pogoršavaju 🌧 (oblaci, krošnja, dolina, grad). Nesigurnost pozicije se brzo povećava, a neželjeni efekti visoke stope FIX snimanja pri maloj brzini će se pojačati.

Slika iznad prikazuje bajonet koji prolazi kroz otvoreno polje bez maske da bi se posmatrao samo efekat FIX frekvencije prenosa u GPX datoteci.

Ovo su četiri staze snimljene tokom treninga za stazu (trčanje) pri brzini od 10 km/h. Bili su nasumično odabrani tokom cijele godine. FIX učitava tri zapisa (tragova) svake 3 sekunde i jedan FIX svakih 5 sekundi.

Prvo zapažanje: obnavljanje putanje tokom prolaska bajoneta se ne pogoršava, što je trebalo demonstrirati. Drugo zapažanje: sva uočena "mala" bočna odstupanja su prisutna na "odabranim" putanjama nakon 3 sekunde. Isto zapažanje se dobija kada se uporede tragovi snimljeni na frekvencijama od 1 s i 5 s (za ovaj raspon brzina), staza ucrtana korištenjem FIX na razmaku od 5 sekundi (za ovaj raspon brzina) je čišća, ukupna udaljenost i visina će biti bliže realnoj vrednosti.

Stoga će na brdskom biciklu brzina snimanja GPS položaja biti postavljena između 2 s (DH) i 5 s (vožnja).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS