Kako posneti čiste GPS sledi?

Če ste kdaj pozorno pogledali svoj GPS, ste zagotovo opazili, da je natrpan s konfiguracijskimi nastavitvami. Morda boste tudi presenečeni, ko boste na zemljevidu prvič poskušali videti zadnjo sled, ki so jo zabeležile vse ustvarjene "nestabilne" točke.

Čudno, čudno. Si rekel čudno?

No, to ni vse tako čudno, a nenadoma pove veliko o zmožnosti GPS-a, da natančno reproducira resničnost.

Pravzaprav bomo z GPS-om, ki nam omogoča nastavitev frekvence beleženja podatkov, imeli intuicijo, da izberemo najhitrejši vzorec. Pravimo si: več kot je točk, tem bolje!

Toda ali je res dobra izbira, da se sled čim bolj približa resničnosti? 🤔

Poglejmo si malo bolj tehnično (brez integralov, brez skrbi ...), pa bomo z vami.

Vpliv stopnje napake

V digitalnem svetu ima koncept kvantifikacije vedno bolj ali manj nejasen vpliv.

Ironično, kar se morda zdi boljša izbira, in sicer uporaba višje stopnje snemanja za točke skladbe, je lahko kontraproduktivno.

Opredelitev: FIX je zmožnost GPS-a, da izračuna položaj (širino, dolžino, nadmorsko višino) iz satelitov.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) navaja, da je pod najugodnejšimi sprejemnimi pogoji azurno modra. nebo 🌞 in GPS pozicioniran v 360° vidnem polju obzorja, ** Natančnost FIX je 3,35 m 95 % časa, **

⚠️ Natančneje, s 100 zaporednimi POPRAVKI, vas vaš GPS geolocira med 0 in 3,35 m od vaše dejanske lokacije 95-krat in 5-krat zunaj.

Navpično se šteje, da je napaka 1,5-krat večja od vodoravne napake, tako da bo v 95 primerih od 100 zabeležena višina +/- 5 m od dejanske višine v pogojih optimalnega sprejema, kar je pogosto težko blizu tal .

Poleg tega različne publikacije, ki so na voljo, kažejo, da sprejem iz več ozvezdij 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ne izboljša vodoravne natančnosti GPS.

Po drugi strani pa bo sprejemnik GPS, ki lahko interpretira signal več konstelacij satelitov, imel naslednje izboljšave:

1. Skrajšanje trajanja prvega FIX, ker več kot je satelitov, večji bo njihov sprejemnik, ko bo lansiran,
2. izboljšanje natančnosti pozicioniranja v težkih pogojih sprejema. Tako je v mestu (urbani kanjoni), na dnu doline v gorskih predelih ali v gozdu.

Poskusite lahko s svojim GPS-om: rezultat je jasen in končan.

GPS čip nastavi FIX vsako sekundo skupaj.

Skoraj vsi kolesarski ali zunanji sistemi GPS omogočajo tem FIX za sledenje (GPX) hitrosti snemanja. Ali so vsi posneti, izbira je 1-krat na sekundo ali GPS sprejme 1 od N (na primer vsake 3 sekunde) ali pa se uglaševanje izvede od daleč.

Vsak FIX je za določitev položaja (zemljepisna širina, dolžina, nadmorska višina, hitrost); razdaljo med dvema FIX-oma dobimo z izračunom loka kroga (ki se nahaja na obodu globusa 🌎), ki poteka skozi dva zaporedna FIX-a. Skupna razdalja teka je vsota teh intervalov razdalje.

V bistvu vsi GPS naredijo ta izračun, da dobijo prevoženo razdaljo, ne da bi upoštevali nadmorsko višino, nato pa integrirajo popravek, da upoštevajo nadmorsko višino. Podoben izračun je narejen za višino.

Torej: več kot je FIX, bolj zapis sledi dejanski poti, vendar bolj bo integriran del napake horizontalnega in navpičnega položaja.

Ilustracija: v zeleni je dejanska pot v ravni črti za poenostavitev sklepanja, v rdeči je GPS FIX pri 1 Hz z negotovostjo položaja, materializirano okoli vsakega FIX-a: dejanski položaj je vedno v tem krogu, vendar ni na sredini. , v modri pa je prevod v GPX, če se izvaja vsake 3 sekunde. Vijolična označuje višinsko napako, izmerjeno z GPS ([glejte to vadnico, da jo popravite] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Negotovost položaja je manjša od 4 m 95 % časa v idealnih pogojih sprejema. Prva posledica je, da med dvema zaporednima FIX-oma, če je odmik manjši od pozicijske negotovosti, odmik, ki ga zabeleži ta FIX, vsebuje velik delež te negotovosti: je merjenje hrupa.

Na primer, pri hitrosti 20 km / h se vsako sekundo premaknete za 5,5 metra; čeprav je vse popolno, lahko vaš GPS izmeri odmik 5,5 m +/- Xm, vrednost X bo med 0 in 4 m (za negotovost položaja 4 m), zato bo ta novi FIX postavil na položaj med 1,5 m in 9,5 m od prejšnjega. V najslabšem primeru lahko napaka pri izračunu tega vzorca prevožene razdalje doseže +/- 70 %, medtem ko je razred zmogljivosti GPS odličen!

Verjetno ste že opazili, da pri stalni hitrosti na ravnini in v lepem vremenu točke vaše sledi niso enakomerno razporejene: nižja kot je hitrost, bolj se razhajajo. Pri 100 km/h se vpliv napake zmanjša za 60 %, pri 4 km/h pa doseže hitrost pešca 400 %, dovolj je opazovati turistovo GPX progo, samo da vidimo, da je vedno zelo "zapleteno".

posledično:

• višja je hitrost snemanja,
• in nižja je hitrost,
• bolj bosta razdalja in višina vsakega popravka napačni.

Če posnamete vse POPRAVKE v vaš GPX, ste v eni uri ali 3600 zapisih nabrali 3600-kratno vodoravno in navpično napako GPS, na primer tako, da zmanjšate frekvenco za 3-krat. biti več kot 1200-krat.

👉 Še ena točka: navpična GPS natančnost ni visoka, previsoka frekvenca snemanja bo povečala to vrzel 😬.

Ko se hitrost povečuje, postopoma postane prevožena razdalja med dvema zaporednima FIX-om prevladujoča glede na negotovost položaja. Negotovost lokacije bo vse manj vplivala na kumulativne razdalje in višine med vsemi zaporednimi FIX-ji, zabeleženimi na vaši progi, to je skupno razdaljo in navpični profil te proge.

Kako je mogoče preprečiti te neželene učinke?

Začnimo z opredelitvijo hitrostnih razredov za mobilnost:

1. 🚶🚶‍♀ Skupinski pohodi, povprečna hitrost je nizka, približno 3-4 km/h ali 1 m/s.
2. 🚶 V načinu športnega potovanja je povprečni hitrostni razred 5 do 7 km/h, torej približno 2 m/s.
3. 🏃 V načinih Trail ali Running je običajni hitrostni razred med 7 in 15 km/h, to je približno 3 m/s.
4. 🚵 Na gorskem kolesu lahko dosežemo povprečno hitrost od 12 do 20 km/h oziroma približno 4 m/s.
5. 🚲 Pri vožnji po cesti je hitrost višja od 5 do 12 m/s.

To pohodništvo zato je treba snemanje dodeliti v korakih od 10 do 15 m, napaka netočnosti GPS bo upoštevana le 300-krat na uro (približno) namesto 3600, učinek pozicijske napake, ki se poveča od največ 4 m na 1 m do največ 4 m na 15 m, se zmanjša 16-krat. Proga bo veliko bolj gladka in čistejša, upoštevan pa je tudi hrup meritev. deljeno s faktorjem 200! Konica na vsakih 10-15 m ne bo izbrisala obnove zatičev v vezalkah, le malo bolj segmentirana in manj hrupna.

To poti Ob predpostavki povprečne hitrosti 11 km/h snemanje s časovnim korakom, ki se spreminja iz 1 vsako sekundo na 1 vsakih 5 sekund, zmanjša število posnetkov s 3600 na 720 na uro, največja (možna) napaka pa je 4 m vsake 3 m. Vsakih 4 m postane 15 m (tj. od 130% do 25%!). Obračun napak s posneto sledjo se zmanjša za približno 25-krat. Edina pomanjkljivost je, da so poti, pri katerih obstaja nevarnost hude ukrivljenosti, rahlo segmentirane. « Tveganje "**, ker čeprav je to sled, bo hitrost na ovinkih neizogibno padla, zato se bosta dva zaporedna FIX-a približala, kar bo oslabilo učinek segmentacije.

gorsko kolesarjenje je na stičišču med nizkimi hitrostmi (<20 km/h) in srednjimi hitrostmi (> 20 km/h), v primeru proge s počasnim profilom do zelo (<15 km/h) počasnim – frekvenca je 5 s. je dober kompromis (vključno s Trailom), če gre za profil tipa XC (>15 km/h), se zdi ohranjanje 3s dober kompromis. Za profil uporabe višje hitrosti (DH) izberite eno ali dve sekundi kot hitrost pisanja.

Pri hitrosti 15 km/h izbira frekvence snemanja poti od 1 do 3 s zmanjša obračunavanje napak GPS za približno 10-krat. Ker je polmer obračanja načeloma povezan s hitrostjo, natančno okrevanje poti v ozkih lasnicah ali zavojih ne bo ogroženo.

Zaključek

Najnovejše različice GPS-a, ki so na voljo za dejavnosti na prostem in kolesarjenje, zagotavljajo natančnost lokacije, kot je prikazano v študiji, navedeni na začetku članka.

Z optimizacijo hitrosti snemanja na vašo povprečno hitrost vožnje boste znatno zmanjšali napako v razdalji in višini vaše GPX steze: vaša steza bo bolj gladka in se bo dobro držala na stezah.

Demonstracija temelji na idealnih pogojih sprejema, ko se ti pogoji za sprejem poslabšajo 🌧 (oblaki, krošnja, dolina, mesto). Negotovost položaja se hitro poveča in neželeni učinki visoke stopnje snemanja FIX pri nizki hitrosti se bodo okrepili.

Zgornja slika prikazuje bajonet, ki poteka skozi odprto polje brez maske, da bi opazoval samo učinek frekvence prenosa FIX v datoteki GPX.

To so štiri steze, posnete med treningom trail (teka) pri hitrosti 10 km/h, ki so bile naključno izbrane skozi vse leto. FIX naloži tri zapise (sledi) vsake 3 sekunde in en FIX vsakih 5 sekund.

Prvo opazovanje: okrevanje poti med prehodom bajoneta se ne poslabša, kar je bilo treba dokazati. Drugo opazovanje: vsa opažena "majhna" stranska odstopanja so prisotna na "izbranih" poteh po 3 sekundah. Enako opazovanje dobimo, če primerjamo sledi, posnete pri frekvencah 1 s in 5 s (za to hitrostno območje), je proga, izrisana s FIX v razmiku 5 sekund (za to območje hitrosti), čistejša, skupna razdalja in nadmorska višina bosta bližje realni vrednosti.

Zato bo pri gorskem kolesu hitrost snemanja položaja GPS nastavljena med 2 s (DH) in 5 s (vožnja).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS