Как да записвам чисти GPS следи?
Съдържание
Ако някога сте разглеждали внимателно вашия GPS, трябва да сте виждали, че е претрупан с настройки за конфигурация. Може също да се изненадате, когато за първи път се опитате да видите на картата последната следа, записана от всички генерирани „нестабилни“ точки.
Странно, странно. Странно ли каза?
Е, това не е толкова странно, но изведнъж говори много за способността на GPS да възпроизвежда точно реалността.
Всъщност с GPS, който ни позволява да зададем честотата на регистриране на данни, ще имаме интуицията да изберем най-бързата извадка. Казваме си: колкото повече точки, толкова по-добре!
Но наистина ли е добър избор да получите пътека възможно най-близо до реалността? 🤔
Нека разгледаме по-отблизо, малко е технически (без интеграли, не се притеснявайте ...) и ще бъдем с вас.
Влияние на границата на грешка
В дигиталния свят концепцията за количествено определяне винаги има повече или по-малко неясно въздействие.
По ирония на съдбата това, което може да изглежда като по-добър избор, а именно използването на по-висока скорост на запис за точки, може да бъде контрапродуктивно.
Определение: FIX е способността на GPS да изчислява позиция (широчина, дължина, надморска височина) от сателити.
[Публикуване през Атлантика след кампанията за измерване] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) показва, че е лазурно синьо при най-благоприятни условия. небе 🌞 и GPS, позиционирани в хоризонта 360° зрително поле, ** Точността на FIX е 3,35 m в 95% от времето**
⚠️ По-конкретно, със 100 последователни КОРЕКЦИИ, вашият GPS ви геолокира между 0 и 3,35 м от вашето реално местоположение 95 пъти и 5 пъти навън.
Вертикално грешката се счита за 1,5 пъти хоризонталната грешка, така че в 95 случая от 100 записаната височина ще бъде +/- 5 m от действителната височина при условия на оптимално приемане, което често е трудно близо до земята.
Освен това различни налични публикации показват, че приемането от множество съзвездия 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) не подобрява хоризонталната точност на GPS.
От друга страна, GPS приемник, способен да интерпретира сигнала от няколко съзвездия от спътници, ще има следните подобрения:
- Намаляване на продължителността на първия FIX, тъй като колкото повече са сателитите, толкова по-голям ще бъде приемникът им, след като бъде стартиран,
- подобряване на точността на позициониране при трудни условия на приемане. Такъв е случаят в града (градски каньони), в дъното на долина в планински райони или в гората.
Можете да опитате с вашия GPS: резултатът е ясен и завършен.
GPS чипът задава FIX всяка секунда като цяло.
Почти всички велосипедни или външни GPS системи ви позволяват да регулирате честотата на тези FIXs за проследяване (GPX). Или всички те се записват, изборът е 1 път в секунда, или GPS взема 1 от N (например на всеки 3 секунди), или настройката се извършва от разстояние.
Всеки FIX е за определяне на позицията (широчина, дължина, надморска височина, скорост); разстоянието между два FIX-а се получава чрез изчисляване на дъгата на окръжност (разположена по обиколката на земното кълбо 🌎), която минава през два последователни FIX-а. Общото разстояние на бягане е сумата от тези интервали на разстояние.
По принцип всички GPS правят това изчисление, за да получат изминатото разстояние, без да вземат предвид надморската височина, след което интегрират корекцията, за да отчитат надморската височина. Подобно изчисление се прави и за височината.
И така: колкото повече FIX има, толкова повече записът следва действителния път, но толкова повече ще бъде интегрирана частта за грешка в хоризонталната и вертикалната позиция.
Илюстрация: в зелено е реалният път по права линия за опростяване на разсъжденията, в червено е GPS FIX при 1 Hz с несигурност на позицията, материализирана около всеки FIX: реалната позиция винаги е в този кръг, но не центрирана. , а в синьо е преводът към GPX, ако се извършва на всеки 3 секунди. Пурпурното показва грешка във височината, измерена от GPS ([вижте този урок, за да го коригирате] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
Несигурността на позицията е по-малка от 4 m в 95% от времето при идеални условия на приемане. Първата последица е, че между два последователни FIX, ако отместването е по-малко от несигурността на позицията, изместването, записано от този FIX, съдържа голяма част от тази несигурност: тя е шум от измерване.
Например при скорост от 20 км/ч се движите 5,5 метра всяка секунда; въпреки че всичко е перфектно, вашият GPS може да измерва отместване от 5,5 m +/- Xm, стойността на X ще бъде между 0 и 4 m (за несигурност на позицията от 4 m), така че той ще постави този нов FIX с позиция между 1,5 m и 9,5 м от предишния. В най-лошия случай грешката при изчисляване на тази извадка от изминатото разстояние може да достигне +/- 70%, докато класът на GPS производителност е отличен!
Вероятно вече сте забелязали, че при постоянна скорост в равнината и при хубаво време точките на вашия път не са равномерно разположени: колкото по-ниска е скоростта, толкова повече се разминават. При 100 км/ч влиянието на грешката намалява с 60%, а при 4 км/ч скоростта на пешеходец достига 400%, достатъчно е да наблюдавате GPX пистата на туриста, за да видите, че винаги е много "сложен".
следователно:
- колкото по-висока е скоростта на запис,
- и колкото по-ниска е скоростта,
- толкова повече разстоянието и височината на всяка корекция ще бъдат погрешни.
Записвайки всички КОРЕКЦИИ във вашия GPX, в рамките на един час или 3600 записа вие сте натрупали 3600 пъти хоризонталната и вертикалната GPS грешка, например, като намалите честотата с 3 пъти. бъде над 1200 пъти.
👉 Друг момент: вертикалната точност на GPS е ниска, твърде високата честота на запис ще увеличи тази разлика 😬.
С увеличаване на скоростта постепенно изминатото разстояние между две последователни FIX става преобладаващо по отношение на несигурността на позицията. Кумулативните разстояния и височини между всички последователни FIX, записани на вашата писта, тоест общото разстояние и вертикалния профил на този курс, ще бъдат все по-малко засегнати от несигурността на местоположението.
Как могат да се противодействат на тези нежелани ефекти?
Нека започнем с дефиниране на скоростните класове за мобилност:
- 🚶🚶♀Групови преходи, средната скорост е ниска около 3-4 км/ч или 1 м/сек.
- 🚶 В режим на спортно пътуване средният скоростен клас е от 5 до 7 км/ч, тоест около 2 м/сек.
- 🏃 В режимите Trail или Running нормалният скоростен клас е между 7 и 15 km/h, което е около 3 m/s.
- 🚵 На планински велосипед можем да поемем средна скорост от 12 до 20 км/ч, или около 4 м/сек.
- 🚲 При шофиране по пътя скоростта е по-висока от 5 до 12 м/сек.
Че туризъм следователно е необходимо да се зададе запис на стъпки от 10 до 15 m, грешката при неточност на GPS ще бъде взета предвид само 300 пъти на час (приблизително) вместо 3600, а ефектът от грешката в позицията, която се увеличава от максимум 4 m на 1 m до максимум 4 m на 15 m, ще бъдат намалени 16 пъти. Пистата ще бъде много по-гладка и по-чиста, а шумът от измерването се взема предвид. разделено на коефициент 200! Върхът на всеки 10-15 м няма да изтрие възстановяването на щифтовете в дантелите, просто ще бъде малко по-сегментиран и по-малко шумен.
Че пътеки Ако приемем средна скорост от 11 km/h, запис с времеви стъпка, която се променя от 1 на всяка секунда до 1 на всеки 5 секунди, намалява броя на записите от 3600 на 720 на час, а максималната (възможна) грешка е 4 m на всеки 3 m. Става 4 m на всеки 15 m (т.е. от 130% до 25%!). Отчитането на грешките от записаната следа е намалено около 25 пъти. Единственият недостатък е, че пътеките с риск от тежка кривина са леко сегментирани. « Риск "**, защото въпреки че е следа, скоростта по завоите неизбежно ще спадне и следователно два последователни FIX ще се приближат, което ще отслаби ефекта на сегментиране.
планинско колоездене е на кръстовището между ниски скорости (<20 km/h) и средни скорости (> 20 km/h), в случай на писта с бавен профил до много (<15 km/h) бавна – честотата е 5 с. е добър компромис (включително Trail), ако е тип XC профил (>15 km/h), поддържането на 3s изглежда като добър компромис. За профил на използване с по-висока скорост (DH), изберете една или две секунди като скорост на запис.
При скорост от 15 km/h, изборът на честота на запис на пистата от 1 до 3 s намалява отчитането на GPS грешката с около 10 пъти. Тъй като по принцип радиусът на завиване е свързан със скоростта, точното възстановяване на траекторията при тесни фиби или завои няма да бъде компрометирано.
Заключение
Най-новите версии на GPS, налични за дейности на открито и колоездене, осигуряват точността на местоположението, наблюдавана в проучването, цитирано в началото на статията.
Чрез оптимизиране на скоростта на запис спрямо средната ви скорост на шофиране, вие значително ще намалите разстоянието и грешката във височината на вашата GPX писта: пистата ви ще бъде по-гладка и ще се държи добре на пистите.
Демонстрацията се основава на идеални условия за приемане, когато тези условия на приемане се влошат 🌧 (облаци, балдахин, долина, град). Несигурността на позицията нараства бързо и нежеланите ефекти от висока скорост на запис на FIX при ниска скорост ще се засилят.
Изображението по-горе показва байонет, преминаващ през открито поле без маска, за да наблюдава само ефекта от честотата на предаване на FIX в GPX файла.
Това са четири писти, записани по време на тренировъчна сесия (бягане) при 10 км / ч. Те бяха избрани на случаен принцип през цялата година. Три записа (следи) се зареждат от FIX на всеки 3 секунди и един FIX на всеки 5 секунди.
Първо наблюдение: възстановяването на траекторията по време на преминаването на щика не се влошава, което трябваше да се демонстрира. Второ наблюдение: всички наблюдавани "малки" странични отклонения присъстват на "избраните" пътеки след 3 секунди. Същото наблюдение се получава, когато се сравняват следите, записани при честоти от 1 s и 5 s (за този диапазон на скоростта), пистата, начертана с помощта на FIX на разстояние 5 секунди (за този скоростен диапазон), е по-чиста, общото разстояние и надморската височина ще бъдат по-близо до реалната стойност.
Следователно при планински велосипед скоростта на запис на GPS позиция ще бъде настроена между 2 s (DH) и 5 s (возене).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
