Hur spelar man in rena GPS-spår?

Om du någonsin har tittat noga på din GPS måste du ha sett att den är belamrad med konfigurationsinställningar. Du kan också bli förvånad när du först försökte se på kartan det senaste spåret som registrerats av alla genererade "instabila" punkter.

Konstigt, konstigt. Sa du konstigt?

Nja, det är inte så konstigt, men plötsligt säger det mycket om GPS:s förmåga att exakt återge verkligheten.

Faktum är att med en GPS som låter dig ställa in frekvensen för dataloggning, kommer vi att ha intuitionen att välja det snabbaste provet. Vi säger till oss själva: ju fler poäng, desto bättre!

Men är det verkligen ett bra val att få ett spår så nära verkligheten som möjligt? 🤔

Låt oss ta en närmare titt, det är lite tekniskt (det finns inga integraler, oroa dig inte...) så är vi med dig.

Felmarginalens inverkan

I den digitala världen har begreppet kvantifiering alltid en mer eller mindre vag effekt.

Konstigt nog kan det som kan tyckas vara det bästa valet, nämligen att använda en högre trackpoint-inspelningshastighet, vara kontraproduktivt.

Definition: FIX är GPS:s förmåga att beräkna position (latitud, longitud, höjd) från satelliter.

[Publicering över Atlanten efter mätkampanjen] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) indikerar att det under de mest gynnsamma mottagningsförhållandena är azurblått. himmel 🌞 och GPS placerad i ett 360° synfält av horisonten, ** FIX-noggrannheten är 3,35 m i 95 % av fallen**

⚠️ Specifikt, med 100 på varandra följande korrigeringar, geolokaliserar din GPS dig mellan 0 och 3,35 m från din verkliga plats 95 gånger och 5 gånger utanför.

Vertikalt anses felet vara 1,5 gånger det horisontella felet, så 95 gånger av 100 kommer den registrerade höjden att vara +/- 5m från den faktiska höjden under optimala mottagningsförhållanden, vilket ofta är svårt nära marken.

Dessutom visar olika tillgängliga publikationer att mottagning från flera konstellationer 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) inte förbättrar GPS:s horisontella noggrannhet.

Å andra sidan kommer en GPS-mottagare som kan tolka signalen från flera konstellationer av satelliter att ha följande förbättringar:

1. Minska varaktigheten av den första FIX, eftersom ju fler satelliter, desto större kommer deras mottagare att vara när den väl har lanserats,
2. förbättra positioneringsnoggrannheten i svåra mottagningsförhållanden. Detta är fallet i staden (urbana kanjoner), längst ner i dalen i bergsområden eller i skogen.

Du kan prova det med din GPS: resultatet är tydligt och komplett.

GPS-chippet sätter FIX varje sekund i allmänhet.

Nästan alla GPS:er för cykel eller utomhus låter dig justera hur ofta dessa FIX:ar skrivs till banan (GPX). Antingen registreras alla, valet är 1 gång per sekund, eller så tar GPS:en 1 av N (till exempel var 3:e sekund), eller så görs justeringen på avstånd.

Varje FIX är att bestämma positionen (latitud, longitud, höjd, hastighet); avståndet mellan två FIXar erhålls genom att beräkna bågen av en cirkel (belägen på omkretsen av jordklotet 🌎) som passerar genom två på varandra följande FIX:ar. Den totala löpsträckan är summan av dessa distansintervall.

I princip gör alla GPS:er den här beräkningen för att få tillryggalagd sträcka utan höjd, sedan integrerar de höjdkorrigeringen. En liknande beräkning görs för höjden.

Så: ju mer FIX det finns, desto mer följer posten den faktiska banan, men desto mer kommer den horisontella och vertikala positionsfelsdelen att integreras.

Illustration: i grönt är den verkliga banan i en rak linje för att förenkla resonemang, i rött är GPS FIX vid 1 Hz med positionsosäkerhet materialiserad runt varje FIX: den verkliga positionen är alltid i denna cirkel, men inte centrerad. , och i blått är översättningen till GPX om den görs var tredje sekund. Lila indikerar höjdfel som mäts med GPS ([se den här handledningen för att fixa det] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

Positionsosäkerheten är mindre än 4 m i 95 % av fallen under ideala mottagningsförhållanden. Den första konsekvensen är att mellan två på varandra följande FIX:ar, om förskjutningen är mindre än positionsosäkerheten, innehåller förskjutningen som registreras av den FIX:en en stor del av den osäkerheten: det är mätljud.

Till exempel, med en hastighet av 20 km/h, rör du dig 5,5 m varje sekund; även om allt är perfekt kan din GPS mäta en förskjutning på 5,5m +/- Xm, X-värdet kommer att vara mellan 0 och 4m (för en positionsosäkerhet på 4m), så den kommer att placera denna nya FIX med en position mellan 1,5m och 9,5 m från den föregående. I värsta fall kan beräkningsfelet för detta tillryggalagda prov nå +/- 70 %, medan GPS-prestandaklassen är utmärkt!

Du har säkert redan märkt att vid en konstant hastighet på slätten och vid bra väder är spårens punkter inte jämnt fördelade: ju lägre hastighet, desto mer divergerar de. Vid 100 km/h minskar inverkan av felet med 60%, och vid 4 km/h når en fotgängares hastighet 400%, det räcker med att observera turistens GPX-spår, bara för att se att det alltid är mycket "intrikat".

Följaktligen:

• ju högre inspelningsfrekvens,
• och ju lägre hastighet
• desto mer blir avståndet och höjden för varje FIX felaktig.

Genom att skriva alla FIXES till din GPX, inom en timme eller 3600 poster, har du samlat på dig 3600 gånger andelen av det horisontella och vertikala GPS-felet, till exempel genom att minska frekvensen med 3 gånger. vara över 1200 gånger.

👉 En punkt till: GPS vertikal noggrannhet är inte hög, för hög inspelningsfrekvens kommer att öka detta gap 😬.

När hastigheten ökar, blir avståndet som tillryggalagts mellan två på varandra följande FIX:er gradvis dominerande i förhållande till positionsosäkerheten. De totala avstånden och höjderna mellan alla på varandra följande FIXES inspelade på din bana, det vill säga det totala avståndet och den vertikala profilen för den banan, kommer att bli mindre och mindre påverkade av platsosäkerhet.

Hur kan man motverka dessa oönskade effekter?

Låt oss börja med definitionen av hastighetsklasser för mobilitet:

1. 🚶🚶‍♀Gruppvandringar, medelhastigheten är låg, ca 3-4 km/h eller 1 m/s.
2. 🚶 I sportvandringsläge är medelhastighetsklassen 5 till 7 km/h, det vill säga cirka 2 m/s.
3. 🏃 I Trail eller Running-lägen är den normala hastighetsklassen mellan 7 och 15 km/h, dvs cirka 3 m/s.
4. 🚵 På en mountainbike kan vi överväga en medelhastighet på 12 till 20 km/h eller cirka 4 m/s.
5. 🚲 Vid körning på väg är hastigheten högre från 5 till 12 m/s.

Att vandring därför är det nödvändigt att tilldela en post i steg om 10 till 15 m, GPS-oexakthetsfelet kommer endast att beaktas 300 gånger per timme (ungefär) istället för 3600, och effekten av positionsfelet, som ökar från maximalt 4 m med 1 m till max 4 m gånger 15 m, minskas med 16 gånger. Banan blir mycket jämnare och renare, mätbuller beaktas. dividera med faktorn 200! Att peka var 10-15:e meter kommer inte att radera stiftåterställningen i snören, det blir bara lite mer segmenterat och mindre bullrigt.

Att spår Om man antar en medelhastighet på 11 km/h, minskar en tidsstegsregistrering som ändras från 1 varje sekund till 1 var 5:e sekund antalet rekord från 3600 till 720 per timme, och det maximala (möjliga) felet är 4m var 3m blir 4 m var 15:e m (dvs. från 130% till 25%)!). Redovisning av fel genom det registrerade spåret minskas med cirka 25 gånger. Enda nackdelen är att banor med risk för kraftig kurvatur segmenteras lite. « Risk '**, för även om det är ett spår kommer hastigheten på kurvorna oundvikligen att sjunka, och därför kommer två på varandra följande FIX:ar närmare, vilket kommer att försvaga effekten av segmenteringen.

bergscykling är i korsningen mellan låga hastigheter (<20 km/h) och medelhastigheter (> 20 km/h), i fallet med en bana med en långsam profil till mycket (<15 km/h) långsam – frekvensen är 5 s. är en bra kompromiss (inklusive Trail), om det är en profil av XC-typ (>15 km/h) verkar det vara en bra kompromiss att hålla 3:or. För en användningsprofil med högre hastighet (DH), välj en eller två sekunder som skrivhastighet.

För en hastighet på 15 km/h, val av en spårregistreringsfrekvens från 1 till 3 s minskar redovisningen av GPS-fel med cirka 10 gånger. Eftersom svängradien i princip är relaterad till hastighet, kommer noggrann bana återhämtning i snäva hårnålar eller svängar inte äventyras.

Slutsats

De senaste versionerna av GPS tillgängliga för utomhusaktiviteter och cykling ger platsnoggrannheten som ses i studien som citerades i början av artikeln.

Genom att optimera inspelningsfrekvensen till din genomsnittliga rörelsehastighet, kommer du avsevärt att minska avståndet och höjdfelet för din GPX-bana: din bana blir jämnare, kommer att hålla sig väl på spåren.

Demonstrationen är baserad på idealiska mottagningsförhållanden när dessa mottagningsförhållanden försämras 🌧 (moln, tak, dal, stad). Positionsosäkerheten ökar snabbt, de oönskade effekterna av hög FIX-inspelningsfrekvens vid låg hastighet kommer att förvärras.

Bilden ovan visar passagen av en bajonett i öppen mark utan mask för att endast observera effekten av FIX-överföringsfrekvensen i GPX-filen.

Det här är fyra spår som registrerats under ett 10 km/h-träningspass (löpning) och valdes ut slumpmässigt under ett år. Tre poster (spår) laddas av FIX var 3:e sekund och en FIX var 5:e sekund.

Första observation: återhämtningen av banan under passagen av bajonetten försämras inte, vilket måste demonstreras. Andra observationen: alla observerade "små" laterala avvikelser finns på de "valda" kurvorna efter 3 sekunder. Samma observation erhålls när man jämför spår inspelade med frekvenser på 1 s och 5 s (för detta hastighetsområde), spåret byggt med FIX, separerat med 5 sekunder (för detta hastighetsområde), är renare, det totala avståndet och höjdskillnaden kommer att vara närmare det verkliga värdet.

Så på en mountainbike kommer GPS-positionsregistreringsfrekvensen att ställas in mellan 2s (DH) till 5s (åka).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS