Як записувати чисті GPS-треки?
Якщо ви коли-небудь уважно дивилися на свій GPS, ви, мабуть, бачили, що він забитий налаштуваннями конфігурації. Ви також могли бути здивовані, коли вперше спробували переглянути на карті останній трек, записаний усіма згенерованими "нестійкими" точками.
Дивно, дивно. Ви сказали дивно?
Що ж, це не так і дивно, але раптово це багато говорить про здатність GPS точно відтворювати реальність.
Фактично, з GPS, який дозволяє встановлювати частоту запису даних, у нас буде інтуїція, щоб вибрати найшвидшу вибірку. Ми говоримо собі: що більше очок, то краще!
Але чи справді це добрий вибір – отримати слід, максимально наближений до реальності? 🤔
Давайте розглянемо докладніше, це трохи технічно (інтегралів немає, не хвилюйтеся…), і ми з вами.
Вплив допустимої похибки
У цифровому світі поняття кількісної оцінки завжди має більш менш розпливчасте вплив.
Як не дивно, те, що може бути кращим вибором, а саме використання вищої частоти запису точок треку, може бути контрпродуктивним.
Визначення: FIX – це здатність GPS обчислювати положення (широту, довготу, висоту) супутникам.
У [публікації через Атлантику після кампанії з вимірювань] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) вказується, що за найбільш сприятливих умов прийому це блакитно-синій колір. небо 🌞 та GPS, розміщені в полі зору горизонту на 360°, ** точність FIX становить 3,35 м у 95% випадків**
⚠️ Конкретно, за допомогою 100 послідовних FIX, ваш GPS геолокує вас на відстані від 0 до 3,35 м від вашого реального розташування 95 разів та 5 разів – за межами.
По вертикалі вважається, що помилка в 1,5 рази більша за горизонтальну помилку, тому в 95 випадках зі 100 записана висота буде +/- 5 м від реальної висоти в умовах оптимального прийому, що часто буває важко поблизу землі.
Крім того, різні доступні публікації показують, що прийом від декількох сузір'їв 🛰 (GPS + ГЛОНАСС + Galileo) не покращує горизонтальну точність GPS.
З іншого боку, приймач GPS, здатний інтерпретувати сигнал декількох сузір'їв супутників, матиме наступні покращення:
- Зменшення тривалості першого FIX, тому що чим більше кількість супутників, тим більше буде їх приймач, як тільки він буде запущений,
- підвищення точності позиціонування в складних умовах прийому. Така справа в місті (міські каньйони), на дні долини в гірських районах або в лісі.
Ви можете спробувати це за допомогою свого GPS: результат зрозумілий і закінчений.
Чіп GPS встановлює ВИПРАВЛЕННЯ кожну секунду в цілому.
Майже всі велосипедні або зовнішні GPS дозволяють регулювати частоту запису цих FIX в трек (GPX). Або всі вони записуються, вибір 1 раз на секунду, або GPS бере 1 з N (наприклад, кожні 3 секунди), або налаштування виконується на відстані.
Кожен FIX полягає у визначенні позиції (широта, довгота, висота, швидкість); відстань між двома FIX виходить шляхом обчислення дуги кола (розташованого на колі земної кулі 🌎), яка проходить через два послідовні FIX. Загальна дистанція забігу – це сума цих інтервалів відстаней.
В принципі, всі GPS роблять цей розрахунок для отримання пройденої відстані без урахування висоти, потім інтегрують поправку для обліку висоти. Аналогічний розрахунок провадиться для висоти.
Отже: що більше FIX є, то більше запис слід фактичному шляху, але тим більше буде інтегрована частина помилки горизонтального і вертикального становища.
Ілюстрація: зеленим кольором реальний шлях по прямій лінії для спрощення міркувань, червоним – ВИПРАВЛЕННЯ GPS на частоті 1 Гц з матеріалізацією невизначеності положення навколо кожного ВИПРАВЛЕННЯ: реальне становище завжди знаходиться в цьому колі, але без центрування. , а синім – переведення в GPX, якщо він виконується кожні 3 секунди. Фіолетовим кольором є помилка висоти, виміряна GPS ([див. Цей підручник, щоб усунути її]) (/ blog / altitude-gps-strava-inaccurate).
Невизначеність положення становить менше 4 м у 95% випадків за ідеальних умов прийому. Перше слідство полягає в тому, що між двома послідовними FIX, якщо зсув менше невизначеності положення, зсув, зареєстрований цим FIX, містить велику частку цієї невизначеності: це шум виміру.
Наприклад, на швидкості 20 км/год ви переміщуєтеся на 5,5 м кожну секунду; хоча все ідеально, ваш GPS може вимірювати зсув 5,5 м +/- X м, значення X буде між 0 і 4 м (для невизначеності положення 4 м), тому він буде розміщувати цей новий FIX з положення між 1,5 м і 9,5 м. від попереднього. У найгіршому випадку похибка обчислення цієї вибірки пройденої відстані може досягати +/- 70%, тоді як клас продуктивності GPS відмінний!
Ви, напевно, вже помітили, що при постійній швидкості на рівнині та в хорошу погоду точки вашого треку розташовані нерівномірно: що менше швидкість, то більше вони розходяться. На 100 км/год вплив помилки знижується на 60%, а на 4 км/год, швидкість пішохода досягає 400%, достатньо спостерігати трек GPX туриста, аби побачити, що він завжди дуже "хитромудро".
Як наслідок :
- ніж вище частота запису,
- і чим нижча швидкість,
- тим більше відстань та висота кожного FIX будуть помилковими.
Записуючи всі виправлення в свій GPX, протягом однієї години або 3600 записів ви накопичили в 3600 разів частку горизонтальної та вертикальної похибки GPS, наприклад, зменшивши частоту в 3 рази. бути більше 1200 разів.
👉 Ще один момент: точність GPS по вертикалі невисока, занадто висока частота запису посилить цю прогалину 😬.
Коли швидкість збільшується, поступово відстань, пройдена між двома послідовними FIX, стає переважаючим щодо невизначеності положення. Сумарні відстані та висоти між усіма послідовними ФІКСами, записаними на вашому треку, тобто загальна відстань та вертикальний профіль цього курсу будуть все менше і менше залежати від невизначеності розташування.
Як протидіяти цим небажаним ефектам?
Почнемо з визначення швидкісних класів з мобільності:
- 🚶🚶♀Групові походи, середня швидкість невисока близько 3-4 км/год або 1 м/с.
- 🚶 У спортивному похідному режимі середній клас швидкості становить від 5 до 7 км/год, тобто близько 2 м/с.
- 🏃 У режимах Trail або Running звичайний клас швидкості становить від 7 до 15 км/год, тобто близько 3 м/с.
- 🚵 На гірському велосипеді ми можемо рахувати середню швидкість від 12 до 20 км/год або близько 4 м/с.
- 🚲 При їзді дорогою швидкість вища від 5 до 12 м/с.
Щоб піший туризм тому необхідно призначати запис з кроком від 10 до 15 м, похибка неточності GPS враховуватиметься лише 300 разів на годину (приблизно) замість 3600, а вплив помилки положення, що збільшується з максимальних 4 м на 1 м до максимальних 4 м на 15 м, буде зменшено у 16 разів. Траса буде набагато гладкішою і чистішою, враховується шум виміру. ділити на фактор 200! Вістря через кожні 10-15 м не зітре відновлення штифтів у шнурках, воно просто буде трохи більш сегментованим і менш галасливим.
Щоб стежки Припускаючи середню швидкість 11 км/год, запис з кроком за часом, що змінюється від 1 кожну секунду до 1 кожні 5 секунд, зменшує кількість записів з 3600 до 720 на годину, а максимальна (можлива) помилка становить 4 м кожні 3 м. 4 м кожні 15 м (тобто з 130% до 25%!). Облік помилок записаною трасою зменшується приблизно 25 раз. Єдиним недоліком є те, що траєкторії із ризиком сильної кривизни трохи сегментуються. « Ризик »**, тому що, хоча це слід, швидкість на кривих неминуче падає, і, отже, два послідовні FIX підійдуть ближче, що послабить ефект сегментації.
катання на гірських велосипедах знаходиться на стику між низькими швидкостями (<20 км/год) та середніми швидкостями (>20 км/год), у разі траси з повільним профілем до дуже (<15 км/год) повільних – частота 5 с. є хорошим компромісом (у тому числі Trail), якщо це профіль типу XC (> 15 км / год), збереження 3 здається гарним компромісом. Для профілю використання з більш високою швидкістю (DH) виберіть одну або дві секунди як швидкість запису.
Для швидкості 15 км/год вибір частоти запису треку від 1 до 3 з знижує облік помилки GPS приблизно у 10 разів. Оскільки радіус повороту пов'язаний зі швидкістю, точне відновлення траєкторії у вузьких шпильках або поворотах не буде порушено.
Висновок
Останні версії GPS, доступні для активного відпочинку та їзди на велосипеді, забезпечують точність позиціонування, що спостерігається в дослідженні, цитованому на початку статті.
Оптимізуючи частоту запису до вашої середньої швидкості руху, ви значно зменшите похибку відстані та висоти вашого трека GPX: ваш трек буде більш плавним, добре триматиметься на треках.
Демонстрація заснована на умовах ідеального прийому, коли ці умови прийому погіршуються (хмари, навіс, долина, місто). Невизначеність положення швидко збільшується, небажані ефекти високої частоти запису FIX на низькій швидкості посилюватимуться.
На зображенні вище показано проходження "штика" у відкритому ґрунті без маски, щоб спостерігати лише вплив частоти передачі FIX у файлі GPX.
Це чотири треки, записані під час тренування типу трейл (біг) із швидкістю 10 км/год. Вони були обрані випадковим чином протягом року. Три записи (трасування) завантажуються FIX кожні 3 секунди і один FIX кожні 5 секунд.
Перше спостереження: відновлення траєкторії при проході багнета не погіршується, що необхідно продемонструвати. Друге спостереження: всі «невеликі» бічні відхилення, що спостерігаються, присутні на «вибраних» трасах через 3 секунди. Таке ж спостереження виходить при порівнянні трас, записаних на частотах 1 с і 5 с (для цього діапазону швидкостей), траса, побудована за допомогою FIX, рознесених на 5 секунд (для цього діапазону швидкостей), чистіша, загальна відстань та висота різниця буде ближче до реальної вартості.
Таким чином, на гірському велосипеді частота запису GPS-положення буде встановлена в діапазоні від 2 с (DH) до 5 с (поїздка).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
