Hvordan registrere rene GPS-spor?

Hvis du noen gang har sett nøye på GPS-en din, må du ha sett at den er full av konfigurasjonsinnstillinger. Du kan også bli overrasket når du først prøvde å se på kartet det siste sporet registrert av alle genererte "ustabile" punkter.

Rart, rart. Sa du merkelig?

Vel, det er ikke så rart, men plutselig sier det mye om GPSs evne til nøyaktig å gjengi virkeligheten.

Faktisk, med GPS, som lar oss stille inn dataloggingsfrekvensen, vil vi ha intuisjonen til å velge den raskeste prøven. Vi forteller oss selv: jo flere poeng, jo bedre!

Men er det virkelig et godt valg å få en sti så nær virkeligheten som mulig? 🤔

La oss ta en nærmere titt, det er litt teknisk (ingen integraler, ikke bekymre deg ...), og vi vil være med deg.

Påvirkning av feilmarginen

I den digitale verden har begrepet kvantifisering alltid en mer eller mindre vag innvirkning.

Ironisk nok kan det som kan virke som et bedre valg, nemlig å bruke en høyere opptakshastighet for sporpunkter, virke mot sin hensikt.

Definisjon: FIX er muligheten til GPS til å beregne posisjon (breddegrad, lengdegrad, høyde) fra satellitter.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) oppgir at den under de mest gunstige mottaksforholdene er asurblå. himmel 🌞 og GPS plassert i horisonten 360 ° synsfelt, ** FIX-nøyaktighet er 3,35 m 95 % av tiden**

⚠️ Nærmere bestemt, med 100 påfølgende FIXer, geolokaliserer GPS-en deg mellom 0 og 3,35 meter fra din virkelige posisjon 95 ganger og 5 ganger utenfor.

Vertikalt anses feilen å være 1,5 ganger større enn den horisontale feilen, derfor, i 95 tilfeller av 100, vil den registrerte høyden være +/- 5 m fra den virkelige høyden under forhold med optimal mottak, noe som ofte er vanskelig i nærheten av bakken.

I tillegg viser forskjellige tilgjengelige publikasjoner at mottak fra flere konstellasjoner 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ikke forbedrer den horisontale GPS-nøyaktigheten.

På den annen side vil en GPS-mottaker som er i stand til å tolke signalet fra flere konstellasjoner av satellitter ha følgende forbedringer:

1. Redusere varigheten av den første FIX-en, fordi jo flere satellitter det er, desto større vil mottakeren deres være når den er lansert,
2. forbedre nøyaktigheten av posisjonering under vanskelige mottaksforhold. Dette er tilfellet i byen (urbane canyons), i bunnen av en dal i fjellområder eller i skogen.

Du kan prøve det med GPS: Resultatet er klart og ferdig.

GPS-brikken setter FIX hvert sekund totalt.

Nesten alle GPS-systemer for sykkel eller utendørs lar disse FIX-ene spore (GPX) opptakshastigheter. Enten blir alle registrert, valget er 1 gang per sekund, eller GPS-en tar 1 av N (for eksempel hvert 3. sekund), eller tuningen gjøres på avstand.

Hver FIX skal bestemme posisjonen (breddegrad, lengdegrad, høyde, hastighet); avstanden mellom to FIXer oppnås ved å beregne buen til en sirkel (plassert på omkretsen av kloden 🌎) som går gjennom to påfølgende FIXer. Den totale løpedistansen er summen av disse distanseintervallene.

I utgangspunktet gjør alle GPS denne beregningen for å få tilbakelagt distanse uten å ta høyde for høyden, så integrerer de korreksjonen for å ta høyde for høyden. En lignende beregning er gjort for høyden.

Så: jo mer FIX det er, jo mer følger opptaket den faktiske banen, men jo mer vil den horisontale og vertikale posisjonsfeildelen integreres.

Illustrasjon: i grønt er den virkelige banen i en rett linje for å forenkle resonnement, i rød er GPS FIX ved 1 Hz med posisjonsusikkerhet materialisert rundt hver FIX: den virkelige posisjonen er alltid i denne sirkelen, men ikke sentrert. , og i blått er oversettelsen til GPX hvis den gjøres hvert 3. sekund. Lilla indikerer høydefeil målt med GPS ([se denne opplæringen for å fikse det] (/blog/altitude-gps-strava-unøyaktig).

Posisjonsusikkerheten er mindre enn 4 m 95 % av tiden under ideelle mottaksforhold. Den første implikasjonen er at mellom to påfølgende FIX-er, hvis forskyvningen er mindre enn posisjonsusikkerheten, inneholder forskyvningen registrert av den FIX-en en stor andel av denne usikkerheten: det er målestøy.

For eksempel, med en hastighet på 20 km/t, beveger du deg 5,5 meter hvert sekund; Selv om alt er perfekt, kan GPS-en din måle en offset på 5,5m +/- Xm, X-verdien vil være mellom 0 og 4m (for en posisjonsusikkerhet på 4m), så den vil plassere denne nye FIX med en posisjon mellom 1,5m og 9,5 m fra forrige. I verste fall kan feilen ved beregning av denne prøven av tilbakelagt avstand nå +/- 70 %, mens GPS-ytelsesklassen er utmerket!

Du har sikkert allerede lagt merke til at ved konstant hastighet på sletten og i godt vær, er punktene på sporet ditt ikke jevnt fordelt: jo lavere hastighet, jo mer divergerer de. Ved 100 km/t reduseres virkningen av feilen med 60%, og ved 4 km/t når en fotgjengers hastighet 400%, det er nok å observere turistens GPX-spor, bare for å se at det alltid er veldig "intrikat".

Følgelig:

• jo høyere opptakshastighet,
• og jo lavere hastighet,
• jo mer vil avstanden og høyden til hver fiksering være feil.

Ved å registrere alle KORREKSJONER i GPX-en din, har du innen én time eller 3600 poster samlet 3600 ganger den horisontale og vertikale GPS-feilen, for eksempel ved å redusere frekvensen med 3 ganger. være over 1200 ganger.

👉 Et poeng til: den vertikale GPS-nøyaktigheten er ikke høy, for høy opptaksfrekvens vil øke dette gapet 😬.

Etter hvert som hastigheten øker, blir avstanden tilbakelagt mellom to påfølgende FIX gradvis dominerende i forhold til posisjonsusikkerheten. De kumulative avstandene og høydene mellom alle påfølgende FIX-er registrert på sporet ditt, det vil si den totale avstanden og den vertikale profilen til den banen, vil bli mindre og mindre påvirket av usikkerhet i stedet.

Hvordan kan disse uønskede effektene motvirkes?

La oss starte med å definere hastighetsklassene for mobilitet:

1. 🚶🚶‍♀Gruppeturer, gjennomsnittshastigheten er lav, ca 3-4 km/t eller 1 m/s.
2. 🚶 I sportsmodus er gjennomsnittshastighetsklassen 5 til 7 km/t, det vil si ca. 2 m/s.
3. 🏃 I sti- eller løpemodus er normal fartsklasse mellom 7 og 15 km/t, det vil si ca. 3 m/s.
4. 🚵 På en terrengsykkel kan vi ta en gjennomsnittshastighet på 12 til 20 km/t, eller rundt 4 m/s.
5. 🚲 Ved kjøring på veien er hastigheten høyere fra 5 til 12 m/s.

At fotturer derfor er det nødvendig å tilordne et opptak i trinn på 10 til 15 m, GPS-unøyaktighetsfeilen vil kun tas i betraktning 300 ganger per time (omtrent) i stedet for 3600, og effekten av posisjonsfeilen, som øker fra en maks 4 m pr 1 m til maks 4 m pr 15 m, reduseres 16 ganger. Banen blir mye jevnere og renere, og det tas hensyn til målestøy. delt på faktoren 200! Spissen hver 10-15 m vil ikke slette restaureringen av pinnene i lissene, det vil bare være litt mer segmentert og mindre støyende.

At stier Forutsatt en gjennomsnittshastighet på 11 km/t, opptak med et tidstrinn som endres fra 1 hvert sekund til 1 hvert 5. sekund reduserer antall opptak fra 3600 til 720 per time, og maksimal (mulig) feil er 4 m hver 3. m. Blir 4 m hver 15. m (dvs. fra 130 % til 25 %)!). Feilregnskapet ved det registrerte sporet reduseres med ca. 25 ganger. Den eneste ulempen er at stier med risiko for alvorlig kurvatur er litt segmenterte. « Risiko "**, fordi selv om dette er en sti, vil hastigheten på kurvene uunngåelig falle, og derfor vil to påfølgende FIX komme nærmere, noe som vil svekke segmenteringseffekten.

fjellsykling er i krysset mellom lave hastigheter (<20 km/t) og middels hastigheter (> 20 km/t), i tilfellet med et spor med en langsom profil til veldig (<15 km/t) sakte – frekvensen er 5 s. er et godt kompromiss (inkludert Trail), hvis det er en XC-type profil (>15 km/t), virker det å holde 3s som et godt kompromiss. For en bruksprofil med høyere hastighet (DH), velg ett eller to sekunder som skrivehastighet.

For en hastighet på 15 km/t vil valget av sporregistreringsfrekvens fra 1 til 3 s redusere GPS-feilregnskapet med omtrent 10 ganger. Siden svingradiusen i prinsippet er relatert til hastighet, vil nøyaktig banegjenoppretting i trange hårnåler eller svinger ikke bli kompromittert.

Konklusjon

De nyeste versjonene av GPS tilgjengelig for utendørsaktiviteter og sykling gir posisjonsnøyaktigheten sett i studien sitert i begynnelsen av artikkelen.

Ved å optimalisere opptakshastigheten til den gjennomsnittlige kjørehastigheten din, vil du redusere avstanden og høydefeilen til GPX-sporet betraktelig: sporet ditt blir jevnere og holder seg godt på sporene.

Demonstrasjonen er basert på ideelle mottaksforhold når disse mottaksforholdene forverres 🌧 (skyer, baldakin, dal, by). Posisjonsusikkerheten øker raskt, og de uønskede effektene av en høy FIX-opptakshastighet ved lav hastighet vil forsterkes.

Bildet ovenfor viser en bajonett som passerer gjennom et åpent felt uten maske for kun å observere effekten av FIX-overføringsfrekvensen i GPX-filen.

Dette er fire spor registrert under en løype (løpe) treningsøkt med en hastighet på 10 km/t. De ble tilfeldig valgt gjennom året. Tre poster (spor) lastes inn av FIX hvert 3. sekund og en FIX hvert 5. sekund.

Første observasjon: gjenopprettingen av banen under passasjen av bajonetten blir ikke dårligere, noe som måtte demonstreres. Andre observasjon: alle observerte "små" sideavvik er tilstede på de "valgte" banene etter 3 sekunder. Den samme observasjonen oppnås når man sammenligner sporene registrert ved frekvenser på 1 s og 5 s (for dette hastighetsområdet), sporet plottet med FIX med 5 sekunders mellomrom (for dette hastighetsområdet) er renere, den totale avstanden og høyden vil være nærmere den reelle verdien.

Derfor, på en terrengsykkel, vil GPS-posisjonsregistreringshastigheten settes mellom 2 s (DH) og 5 s (tur).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS