Πώς να καταγράψετε καθαρά ίχνη GPS;

Εάν έχετε κοιτάξει ποτέ προσεκτικά το GPS σας, πρέπει να έχετε δει ότι είναι γεμάτο με ρυθμίσεις διαμόρφωσης. Μπορεί επίσης να εκπλαγείτε όταν προσπαθήσατε για πρώτη φορά να δείτε στον χάρτη το τελευταίο κομμάτι που καταγράφηκε από όλα τα δημιουργημένα "ασταθή" σημεία.

Παράξενο, παράξενο. Είπες περίεργο;

Λοιπόν, αυτό δεν είναι και τόσο περίεργο, αλλά ξαφνικά λέει πολλά για την ικανότητα του GPS να αναπαράγει με ακρίβεια την πραγματικότητα.

Στην πραγματικότητα, με το GPS, το οποίο μας επιτρέπει να ορίσουμε τη συχνότητα καταγραφής δεδομένων, θα έχουμε τη διαίσθηση να διαλέξουμε το ταχύτερο δείγμα. Λέμε στον εαυτό μας: όσο περισσότεροι πόντους, τόσο το καλύτερο!

Είναι όμως όντως καλή επιλογή για να φτάσετε ένα μονοπάτι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πραγματικότητα; 🤔

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά, είναι λίγο τεχνικό (χωρίς ολοκληρώματα, μην ανησυχείτε ...), και θα είμαστε μαζί σας.

Επιρροή του περιθωρίου σφάλματος

Στον ψηφιακό κόσμο, η έννοια της ποσοτικοποίησης έχει πάντα έναν περισσότερο ή λιγότερο ασαφή αντίκτυπο.

Κατά ειρωνικό τρόπο, αυτό που μπορεί να φαίνεται καλύτερη επιλογή, δηλαδή η χρήση υψηλότερου ρυθμού εγγραφής για σημεία πίστας, μπορεί να είναι αντιπαραγωγικό.

Ορισμός: FIX είναι η ικανότητα του GPS να υπολογίζει τη θέση (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος, υψόμετρο) από δορυφόρους.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) δηλώνει ότι υπό τις πιο ευνοϊκές συνθήκες υποδοχής είναι ένα γαλάζιο. ουρανός 🌞 και GPS τοποθετημένα στον ορίζοντα 360° οπτικό πεδίο, ** Η ακρίβεια FIX είναι 3,35 m 95% του χρόνου, **

⚠️ Συγκεκριμένα, με 100 συνεχόμενες επιδιορθώσεις, το GPS σας εντοπίζει γεωγραφικά μεταξύ 0 και 3,35 μέτρα από την πραγματική σας τοποθεσία 95 φορές και 5 φορές έξω.

Κάθετα, το σφάλμα θεωρείται ότι είναι 1,5 φορές μεγαλύτερο από το οριζόντιο σφάλμα, επομένως σε 95 περιπτώσεις από τις 100 το καταγεγραμμένο ύψος θα είναι +/- 5 m από το πραγματικό ύψος υπό συνθήκες βέλτιστης λήψης, κάτι που είναι συχνά δύσκολο κοντά στο έδαφος. .

Επιπλέον, διάφορες διαθέσιμες δημοσιεύσεις δείχνουν ότι η λήψη από πολλούς αστερισμούς 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) δεν βελτιώνει την οριζόντια ακρίβεια GPS.

Από την άλλη πλευρά, ένας δέκτης GPS ικανός να ερμηνεύει το σήμα πολλών αστερισμών δορυφόρων θα έχει τις ακόλουθες βελτιώσεις:

1. Μειώνοντας τη διάρκεια του πρώτου FIX, επειδή όσο περισσότεροι δορυφόροι υπάρχουν, τόσο μεγαλύτερος θα είναι ο δέκτης τους μόλις εκτοξευθεί,
2. βελτίωση της ακρίβειας τοποθέτησης σε δύσκολες συνθήκες λήψης. Αυτό συμβαίνει στην πόλη (αστικά φαράγγια), στον πυθμένα μιας κοιλάδας σε ορεινές περιοχές ή στο δάσος.

Μπορείτε να το δοκιμάσετε με το GPS σας: το αποτέλεσμα είναι σαφές και ολοκληρωμένο.

Το τσιπ GPS ρυθμίζει το FIX κάθε δευτερόλεπτο συνολικά.

Σχεδόν όλα τα συστήματα GPS για ποδηλασία ή εξωτερικούς χώρους σάς επιτρέπουν να προσαρμόσετε τη συχνότητα αυτών των FIX για παρακολούθηση (GPX). Είτε έχουν εγγραφεί όλα, η επιλογή είναι 1 φορά ανά δευτερόλεπτο ή το GPS παίρνει 1 από το Ν (για παράδειγμα, κάθε 3 δευτερόλεπτα), είτε ο συντονισμός γίνεται από απόσταση.

Κάθε FIX πρέπει να προσδιορίζει τη θέση (γεωγραφικό πλάτος, γεωγραφικό μήκος, υψόμετρο, ταχύτητα). η απόσταση μεταξύ δύο FIXs προκύπτει με τον υπολογισμό του τόξου ενός κύκλου (που βρίσκεται στην περιφέρεια της υδρογείου 🌎) που διέρχεται από δύο διαδοχικά FIX. Η συνολική απόσταση τρεξίματος είναι το άθροισμα αυτών των διαστημάτων απόστασης.

Βασικά, όλα τα GPS κάνουν αυτόν τον υπολογισμό για να λάβουν την απόσταση που διανύθηκε χωρίς να λάβουν υπόψη το υψόμετρο και, στη συνέχεια, ενσωματώνουν τη διόρθωση για να λάβουν υπόψη το υψόμετρο. Παρόμοιος υπολογισμός γίνεται και για το ύψος.

Άρα: όσο περισσότερη επιδιόρθωση υπάρχει, τόσο περισσότερο η εγγραφή ακολουθεί την πραγματική διαδρομή, αλλά τόσο περισσότερο θα ενσωματωθεί το τμήμα σφάλματος οριζόντιας και κατακόρυφης θέσης.

Απεικόνιση: με πράσινο είναι η πραγματική διαδρομή σε ευθεία γραμμή για την απλοποίηση του συλλογισμού, με κόκκινο το GPS FIX στο 1 Hz με αβεβαιότητα θέσης που υλοποιείται γύρω από κάθε FIX: η πραγματική θέση είναι πάντα σε αυτόν τον κύκλο, αλλά όχι στο κέντρο. , και με μπλε είναι η μετάφραση σε GPX αν γίνεται κάθε 3 δευτερόλεπτα. Το μωβ υποδηλώνει σφάλμα υψομέτρου όπως μετράται με GPS ([δείτε αυτό το σεμινάριο για να το διορθώσετε] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Η αβεβαιότητα θέσης είναι μικρότερη από 4 m 95% του χρόνου υπό ιδανικές συνθήκες λήψης. Η πρώτη συνέπεια είναι ότι μεταξύ δύο διαδοχικών FIX, εάν η μετατόπιση είναι μικρότερη από την αβεβαιότητα θέσης, η μετατόπιση που καταγράφεται από αυτό το FIX περιέχει ένα μεγάλο ποσοστό αυτής της αβεβαιότητας: είναι θόρυβος μέτρησης.

Για παράδειγμα, με ταχύτητα 20 km / h, κινείστε 5,5 μέτρα κάθε δευτερόλεπτο. αν και όλα είναι τέλεια, το GPS σας μπορεί να μετρήσει μια μετατόπιση 5,5 m +/- Xm, η τιμή X θα είναι μεταξύ 0 και 4 m (για αβεβαιότητα θέσης 4 m), επομένως θα τοποθετήσει αυτή τη νέα επιδιόρθωση με μια θέση μεταξύ 1,5 m και 9,5 μ. από την προηγούμενη. Στη χειρότερη περίπτωση, το σφάλμα στον υπολογισμό αυτού του δείγματος της διανυθείσας απόστασης μπορεί να φτάσει +/- 70%, ενώ η κατηγορία απόδοσης GPS είναι εξαιρετική!

Πιθανότατα έχετε ήδη παρατηρήσει ότι με σταθερή ταχύτητα στην πεδιάδα και με καλό καιρό, τα σημεία της διαδρομής σας δεν είναι ομοιόμορφα τοποθετημένα: όσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα, τόσο περισσότερο αποκλίνουν. Στα 100 km/h, η πρόσκρουση του σφάλματος μειώνεται κατά 60%, και στα 4 km/h, η ταχύτητα ενός πεζού φτάνει το 400%, αρκεί να παρατηρήσετε την πίστα GPX του τουρίστα, μόνο για να δείτε ότι είναι πάντα πολύ «περίπλοκο».

Συνεπώς :

• όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός εγγραφής,
• και όσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα,
• τόσο περισσότερο η απόσταση και το ύψος κάθε επιδιόρθωσης θα είναι λανθασμένα.

Καταγράφοντας όλες τις ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ στο GPX σας, μέσα σε μία ώρα ή 3600 εγγραφές έχετε συγκεντρώσει 3600 φορές το οριζόντιο και κάθετο σφάλμα GPS, για παράδειγμα, μειώνοντας τη συχνότητα κατά 3 φορές. να είναι πάνω από 1200 φορές.

👉 Ένα ακόμη σημείο: η κατακόρυφη ακρίβεια GPS δεν είναι υψηλή, η πολύ υψηλή συχνότητα εγγραφής θα αυξήσει αυτό το κενό 😬.

Καθώς η ταχύτητα αυξάνεται, σταδιακά η απόσταση που διανύεται μεταξύ δύο διαδοχικών FIX καθίσταται κυρίαρχη σε σχέση με την αβεβαιότητα θέσης. Οι αθροιστικές αποστάσεις και τα ύψη μεταξύ όλων των διαδοχικών FIX που καταγράφονται στο κομμάτι σας, δηλαδή η συνολική απόσταση και το κατακόρυφο προφίλ αυτής της διαδρομής, θα επηρεάζονται όλο και λιγότερο από την αβεβαιότητα τοποθεσίας.

Πώς μπορούν να αντιμετωπιστούν αυτές οι ανεπιθύμητες ενέργειες;

Ας ξεκινήσουμε ορίζοντας τις κατηγορίες ταχύτητας για κινητικότητα:

1. 🚶🚶‍♀Ομαδικές πεζοπορίες, η μέση ταχύτητα είναι χαμηλή, περίπου 3-4 km/h ή 1 m/s.
2. 🚶 Στη λειτουργία σπορ ταξιδιού, η μέση κατηγορία ταχύτητας είναι 5 έως 7 km / h, δηλαδή περίπου 2 m / s.
3. 🏃 Στις λειτουργίες Trail ή Running, η κανονική κατηγορία ταχύτητας είναι μεταξύ 7 και 15 km/h, δηλαδή περίπου 3 m/s.
4. 🚵 Σε ένα ποδήλατο βουνού, μπορούμε να έχουμε μέση ταχύτητα 12 έως 20 km/h, ή περίπου 4 m/s.
5. 🚲 Όταν οδηγείτε στο δρόμο, η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη από 5 έως 12 m / s.

Ότι πεζοπορία Επομένως, είναι απαραίτητο να εκχωρήσετε μια εγγραφή σε βήματα από 10 έως 15 m, το σφάλμα ανακρίβειας GPS θα ληφθεί υπόψη μόνο 300 φορές την ώρα (περίπου) αντί για 3600 και η επίδραση του σφάλματος θέσης, που αυξάνεται από μέγιστο 4 m ανά 1 m έως μέγιστο 4 m ανά 15 m, θα μειωθεί 16 φορές. Η διαδρομή θα είναι πολύ πιο ομαλή και καθαρότερη και λαμβάνεται υπόψη ο θόρυβος της μέτρησης. διαιρούμενο με τον παράγοντα 200! Η άκρη κάθε 10-15 m δεν θα σβήσει την αποκατάσταση των καρφίδων στα κορδόνια, απλώς θα είναι λίγο πιο τμηματοποιημένη και λιγότερο θορυβώδης.

Ότι διαδρομές Υποθέτοντας μέση ταχύτητα 11 km/h, η εγγραφή με ένα χρονικό βήμα που αλλάζει από 1 κάθε δευτερόλεπτο σε 1 κάθε 5 δευτερόλεπτα μειώνει τον αριθμό των εγγραφών από 3600 σε 720 την ώρα και το μέγιστο (πιθανό) σφάλμα είναι 4 m κάθε 3 μ. Γίνεται 4 m κάθε 15 m (δηλαδή από 130% σε 25%!). Η καταγραφή σφαλμάτων από το καταγεγραμμένο ίχνος μειώνεται κατά περίπου 25 φορές. Το μόνο μειονέκτημα είναι ότι οι διαδρομές που κινδυνεύουν από έντονη καμπυλότητα είναι ελαφρώς τμηματοποιημένες. « Κίνδυνος "**, γιατί παρόλο που πρόκειται για μονοπάτι, η ταχύτητα στις καμπύλες αναπόφευκτα θα πέσει, και επομένως δύο διαδοχικά FIX θα έρθουν πιο κοντά, γεγονός που θα αποδυναμώσει το φαινόμενο τμηματοποίησης.

ποδηλασία βουνού βρίσκεται στη διασταύρωση μεταξύ χαμηλών ταχυτήτων (<20 km/h) και μεσαίων ταχυτήτων (> 20 km/h), στην περίπτωση διαδρομής με αργό προφίλ έως πολύ (<15 km/h) αργή – η συχνότητα είναι 5 μικρό. είναι ένας καλός συμβιβασμός (συμπεριλαμβανομένου του Trail), εάν πρόκειται για προφίλ τύπου XC (>15 km/h), η διατήρηση των 3s φαίνεται καλός συμβιβασμός. Για προφίλ χρήσης υψηλότερης ταχύτητας (DH), επιλέξτε ένα ή δύο δευτερόλεπτα ως ταχύτητα εγγραφής.

Για ταχύτητα 15 km/h, η επιλογή της συχνότητας εγγραφής κομματιού από 1 έως 3 δευτ. μειώνει την καταγραφή σφαλμάτων GPS κατά περίπου 10 φορές. Δεδομένου ότι, καταρχήν, η ακτίνα στροφής σχετίζεται με την ταχύτητα, η ακριβής ανάκτηση τροχιάς σε στενές φουρκέτες ή στροφές δεν θα διακυβευτεί.

Συμπέρασμα

Οι πιο πρόσφατες εκδόσεις του GPS που είναι διαθέσιμες για υπαίθριες δραστηριότητες και ποδηλασία παρέχουν την ακρίβεια τοποθεσίας που φαίνεται στη μελέτη που αναφέρεται στην αρχή του άρθρου.

Βελτιστοποιώντας τον ρυθμό εγγραφής στη μέση ταχύτητα οδήγησης, θα μειώσετε σημαντικά το σφάλμα απόστασης και ύψους της πίστας GPX: η διαδρομή σας θα είναι πιο ομαλή και θα κρατάει καλά στις πίστες.

Η επίδειξη βασίζεται σε ιδανικές συνθήκες υποδοχής όταν αυτές οι συνθήκες υποδοχής επιδεινώνονται 🌧 (σύννεφα, θόλος, κοιλάδα, πόλη). Η αβεβαιότητα θέσης αυξάνεται γρήγορα και τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα ενός υψηλού ρυθμού εγγραφής FIX σε χαμηλή ταχύτητα θα ενισχύονται.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια ξιφολόγχη που διέρχεται από ένα ανοιχτό πεδίο χωρίς μάσκα για να παρατηρήσει μόνο την επίδραση της συχνότητας μετάδοσης FIX στο αρχείο GPX.

Πρόκειται για τέσσερις πίστες που καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια μιας προπόνησης μονοπατιού (τρέξιμο) με ταχύτητα 10 km / h. Επιλέχθηκαν τυχαία καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους. Τρεις εγγραφές (ίχνη) φορτώνονται από το FIX κάθε 3 δευτερόλεπτα και ένα FIX κάθε 5 δευτερόλεπτα.

Πρώτη παρατήρηση: η ανάκτηση της τροχιάς κατά τη διέλευση της ξιφολόγχης δεν επιδεινώνεται, κάτι που έπρεπε να αποδειχθεί. Δεύτερη παρατήρηση: όλες οι παρατηρούμενες "μικρές" πλευρικές αποκλίσεις υπάρχουν στις "επιλεγμένες" διαδρομές μετά από 3 δευτερόλεπτα. Η ίδια παρατήρηση προκύπτει όταν συγκρίνουμε τα ίχνη που καταγράφονται σε συχνότητες 1 s και 5 s (για αυτό το εύρος ταχύτητας), το κομμάτι που σχεδιάστηκε με FIX, σε απόσταση 5 δευτερολέπτων (για αυτό το εύρος ταχύτητας), είναι καθαρότερο, η συνολική απόσταση και το υψόμετρο θα είναι πιο κοντά στην πραγματική αξία.

Επομένως, σε ένα ποδήλατο βουνού, ο ρυθμός καταγραφής θέσης GPS θα ρυθμιστεί μεταξύ 2 s (DH) και 5 s (βόλτα).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS