Kako snimiti čiste GPS tragove?

Ako ste ikada pažljivo pogledali svoj GPS, sigurno ste vidjeli da je zatrpan konfiguracijskim postavkama. Također biste se mogli iznenaditi kada ste prvi put pokušali vidjeti na karti posljednju stazu koju su zabilježile sve generirane "nestabilne" točke.

Čudno, čudno. Jeste li rekli čudno?

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

Zapravo, s GPS-om, koji nam omogućuje postavljanje frekvencije zapisivanja podataka, imat ćemo intuiciju odabrati najbrži uzorak. Kažemo sebi: što više bodova, to bolje!

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

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

Utjecaj granice pogreške

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

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

Definicija: FIX je sposobnost GPS-a da izračuna položaj (geografsku širinu, dužinu, nadmorsku visinu) sa satelita.

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

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

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

Osim toga, različite dostupne publikacije pokazuju da prijem iz više zviježđa 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ne poboljšava horizontalnu GPS točnost.

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 više satelita, to će njihov prijemnik biti veći nakon lansiranja,
2. poboljšanje točnosti pozicioniranja u teškim uvjetima prijema. To je slučaj u gradu (urbani kanjoni), na dnu doline u planinskim područjima ili u šumi.

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

GPS čip postavlja FIX svake sekunde.

Gotovo svi biciklistički ili vanjski GPS sustavi omogućuju ovim FIX za praćenje (GPX) stope snimanja. Ili su svi snimljeni, odabir je 1 put u sekundi, ili GPS uzima 1 od N (na primjer, svake 3 sekunde), ili se ugađanje vrši iz daljine.

Svaki FIX služi za određivanje položaja (geografska širina, dužina, nadmorska visina, brzina); udaljenost između dva FIX-a dobiva se izračunavanjem luka kruga (koji se nalazi na opsegu globusa 🌎) koji prolazi kroz dva uzastopna FIX-a. Ukupna udaljenost trčanja je zbroj ovih intervala udaljenosti.

U osnovi, svi GPS-ovi rade ovaj izračun kako bi dobili prijeđenu udaljenost bez uzimanja u obzir nadmorske visine, a zatim integriraju korekciju kako bi uzeli u obzir visinu. Sličan izračun je napravljen za visinu.

Dakle: što je više FIX-a, to više zapis prati stvarnu putanju, ali će se više integrirati horizontalni i vertikalni dio pogreške položaja.

Ilustracija: zeleno je stvarna staza u ravnoj liniji radi pojednostavljenja razmišljanja, crveno je GPS FIX na 1 Hz s nesigurnošću položaja materijaliziranom oko svakog FIX-a: stvarni položaj je uvijek u ovom krugu, ali nije u sredini. , a plavo je prijevod u GPX ako se radi svake 3 sekunde. Ljubičasta označava visinsku pogrešku izmjerenu GPS-om ([pogledajte ovaj vodič da to popravite] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

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

Na primjer, pri brzini od 20 km / h pomičete se 5,5 metara svake sekunde; iako je sve savršeno, vaš GPS može mjeriti pomak od 5,5 m +/- Xm, vrijednost X bit će između 0 i 4 m (za nesigurnost položaja od 4 m), tako da će ovaj novi FIX postaviti s pozicijom između 1,5 m i 9,5 m od prethodnog. U najgorem slučaju, pogreška u izračunavanju ovog uzorka prijeđene udaljenosti može doseći +/- 70%, dok je klasa performansi GPS-a odlična!

Vjerojatno ste već primijetili da pri konstantnoj brzini na ravnici i po lijepom vremenu točke vaše staze nisu ravnomjerno raspoređene: što je manja brzina, to se više razilaze. Pri 100 km/h utjecaj pogreške smanjuje se za 60 %, a pri 4 km/h brzina pješaka doseže 400 %, dovoljno je promatrati turističku GPX stazu samo da biste vidjeli da je uvijek vrlo “zamršeno”.

posljedično:

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

Snimanjem svih ISPRAVKA u svoj GPX, unutar jednog sata ili 3600 zapisa skupili ste 3600 puta horizontalnu i vertikalnu GPS grešku, na primjer, smanjivanjem frekvencije za 3 puta. biti preko 1200 puta.

👉 Još jedna stvar: vertikalna GPS točnost nije visoka, previsoka frekvencija snimanja će povećati ovaj jaz 😬.

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

Kako se ovi neželjeni učinci mogu suzbiti?

Počnimo s definiranjem klasa brzine za mobilnost:

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

Da pješačenje stoga je potrebno dodijeliti snimku u koracima od 10 do 15 m, pogreška GPS netočnosti će se uzeti u obzir samo 300 puta na sat (približno) umjesto 3600, a učinak pogreške 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 puno glatkija i čišća, a u obzir se uzima i šum mjerenja. podijeljeno s faktorom 200! Vrh 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 s 3600 na 720 na sat, a najveća (moguća) pogreška je 4 m svaka 3 m. Postaje 4 m svakih 15 m (tj. od 130% do 25%!). Obračun pogrešaka snimljenim tragom smanjen je za oko 25 puta. Jedini nedostatak je što su staze s rizikom od teške zakrivljenosti blago segmentirane. « Rizik "**, jer iako je ovo staza, brzina na zavojima će neminovno pasti, te će se stoga dva uzastopna FIX-a približiti, što će oslabiti učinak segmentacije.

brdski biciklizam je 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) sporih – frekvencija je 5 s. je dobar kompromis (uključujući i Trail), ako se radi o profilu XC tipa (>15 km/h), zadržavanje 3s čini se kao dobar kompromis. Za profil korištenja 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. Budući da je u načelu radijus okretanja povezan s brzinom, točan 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 pogrešku udaljenosti i visine vaše GPX staze: vaša će staza biti glatkija i dobro će se držati na stazama.

Demonstracija se temelji na idealnim uvjetima prijema kada se ovi uvjeti prijema pogoršavaju 🌧 (oblaci, krošnja, dolina, grad). Nesigurnost položaja se brzo povećava, a neželjeni učinci visoke stope FIX snimanja pri maloj brzini će se pojačati.

Gornja slika prikazuje bajunet koji prolazi kroz otvoreno polje bez maske kako bi se promatrao samo učinak FIX frekvencije prijenosa u GPX datoteci.

To su četiri staze snimljene tijekom trail (trčanja) treninga brzinom od 10 km / h. Slučajno su odabrane tijekom cijele godine. FIX učitava tri zapisa (tragova) svake 3 sekunde i jedan FIX svakih 5 sekundi.

Prvo opažanje: oporavak putanje tijekom prolaska bajuneta se ne pogoršava, što se moralo pokazati. Drugo opažanje: sva uočena "mala" bočna odstupanja su prisutna na "odabranim" stazama nakon 3 sekunde. Ista se zapažanja dobiva kada se uspoređuju tragovi snimljeni na frekvencijama od 1 s i 5 s (za ovaj raspon brzina), staza ucrtana s FIX na razmaku od 5 sekundi (za ovaj raspon brzina) je čišća, ukupna udaljenost i nadmorska visina bit će bliže stvarnoj vrijednosti.

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