Hogyan rögzíthetünk tiszta GPS-nyomokat?

Ha valaha is alaposan megnézte a GPS-ét, biztosan látta, hogy tele van konfigurációs beállításokkal. Az is meglepődhet, amikor először próbálta megnézni a térképen az összes generált „instabil” pont által rögzített utolsó nyomvonalat.

Furcsa, furcsa. Furcsát mondtál?

Nos, ez nem olyan furcsa, de hirtelen sokat elárul a GPS azon képességéről, hogy pontosan reprodukálja a valóságot.

Valójában a GPS-szel, amely lehetővé teszi az adatnaplózás gyakoriságának beállítását, megérzésünkre lesz képes kiválasztani a leggyorsabb mintát. Azt mondjuk magunknak: minél több pont, annál jobb!

De vajon tényleg jó választás-e a valósághoz a lehető legközelebb eső nyomvonal? 🤔

Nézzük meg közelebbről, ez egy kicsit technikai (nincs integrál, ne aggódj...), és mi veled leszünk.

A hibahatár befolyása

A digitális világban a számszerűsítés fogalmának többé-kevésbé homályos hatása van.

Ironikus módon, ami jobb választásnak tűnhet, nevezetesen a nagyobb rögzítési sebesség használata a pályapontokhoz, kontraproduktív lehet.

Definíció: A FIX a GPS azon képessége, hogy pozíciót (szélesség, hosszúság, magasság) számítson ki a műholdakról.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) azt állítja, hogy a legkedvezőbb vételi körülmények között azúrkék. égbolt 🌞 és GPS a horizonton 360°-os látómezőben, ** A FIX pontossága az esetek 3,35%-ában 95 m,**

⚠️ Pontosabban, 100 egymást követő javítással a GPS 0-ször és 3,35-ször a valós helyétől 95 és 5 m között határozza meg a földrajzi helyzetét.

Függőlegesen a hiba 1,5-szer nagyobbnak számít, mint a vízszintes hiba, így 95-ból 100 esetben a rögzített magasság +/- 5 m a tényleges magasságtól optimális vételi körülmények között, ami a talaj közelében gyakran nehéz. .

Ezenkívül a különböző publikációk azt mutatják, hogy a több csillagképről 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) érkező vétel nem javítja a GPS vízszintes pontosságát.

Másrészt egy GPS-vevő, amely képes értelmezni több műhold-konstelláció jelét, a következő fejlesztésekkel rendelkezik:

1. Az első FIX időtartamának csökkentése, mivel minél több műhold van, annál nagyobb lesz a vevőjük, miután felbocsátják,
2. a helymeghatározás pontosságának javítása nehéz vételi körülmények között. Ez a helyzet a városban (városi kanyonok), a völgy alján hegyvidéki területeken vagy az erdőben.

Kipróbálhatja a GPS-szel: az eredmény tiszta és kész.

A GPS chip összesen másodpercenként állítja be a FIX-et.

Szinte minden kerékpáros vagy kültéri GPS-rendszer lehetővé teszi ezeknek a FIX-eknek a (GPX) rögzítési sebességek követését. Vagy mindegyik rögzítésre kerül, a kiválasztás másodpercenként 1, vagy a GPS vesz 1-et N-ből (például 3 másodpercenként), vagy távolról történik a hangolás.

Minden FIX meghatározza a pozíciót (szélesség, hosszúság, magasság, sebesség); a két FIX közötti távolságot egy (a földgömb kerületén 🌎 található) kör ívének kiszámításával kapjuk meg, amely két egymást követő FIX-en halad át. A teljes futási távolság ezen távolságintervallumok összege.

Alapvetően minden GPS elvégzi ezt a számítást, hogy megkapja a megtett távolságot a magasság figyelembevétele nélkül, majd integrálja a korrekciót a magasság figyelembevételéhez. Hasonló számítást végeznek a magasságra is.

Tehát: minél több FIX van, annál jobban követi a felvétel az aktuális útvonalat, de annál jobban beépül a vízszintes és függőleges helyzethiba rész.

Illusztráció: zöld színnel a valós útvonalat jelzi egy egyenes vonalban az érvelés egyszerűsítése érdekében, pirossal a GPS FIX 1 Hz-en, és minden FIX körül a pozícióbizonytalanság materializálódik: a valós pozíció mindig ebben a körben van, de nem középen. , kékkel pedig a GPX-re való fordítás, ha ez 3 másodpercenként történik. A lila a GPS által mért magassági hibát jelez ([a javításhoz lásd ezt az oktatóanyagot] (/blog/altitude-gps-strava-inccurate).

A pozícióbizonytalanság ideális vételi körülmények között az esetek 4%-ában kevesebb, mint 95 m. Az első következtetés az, hogy két egymást követő FIX között, ha az eltolás kisebb, mint a pozícióbizonytalanság, akkor az adott FIX által rögzített eltolás a bizonytalanság nagy részét tartalmazza: mérési zaj.

Például 20 km/h sebességgel másodpercenként 5,5 métert mozog; bár minden tökéletes, a GPS-ed 5,5 m +/- Xm eltolást tud mérni, az X érték 0 és 4 m között lesz (4 m-es helyzetbizonytalanság esetén), így ezt az új FIX-et 1,5 m és 9,5 m és 70 m-re az előzőtől. A legrosszabb esetben a megtett távolság ezen mintájának kiszámításakor a hiba elérheti a +/- XNUMX%-ot, miközben a GPS teljesítményosztály kiváló!

Bizonyára Ön is észrevette már, hogy állandó sebesség mellett a síkságon és jó időben a pálya pontjai nem egyenletesen helyezkednek el: minél kisebb a sebesség, annál jobban eltérnek egymástól. 100 km/h-nál 60%-kal csökken a hiba hatása, 4 km/h-nál pedig a gyalogos sebessége eléri a 400%-ot, elég csak megfigyelni a turista GPX pályáját, hogy az mindig nagyon „bonyolult”.

Következésképpen:

• minél nagyobb a felvételi sebesség,
• és minél kisebb a sebesség,
• annál inkább hibás lesz az egyes javítások távolsága és magassága.

Ha az összes KORREKCIÓT a GPX-be rögzíti, egy órán belül vagy 3600 rekordon belül a vízszintes és függőleges GPS hiba 3600-szorosát halmozta fel, például a frekvencia 3-szoros csökkentésével. több mint 1200-szor.

👉 Még egy pont: a függőleges GPS pontosság nem nagy, a túl magas felvételi frekvencia növeli ezt a különbséget 😬.

A sebesség növekedésével fokozatosan a két egymást követő FIX között megtett távolság válik uralkodóvá a pozícióbizonytalansághoz képest. A pályán rögzített összes egymást követő FIX közötti kumulatív távolságokat és magasságokat, vagyis az adott pálya teljes távolságát és függőleges profilját egyre kevésbé fogja befolyásolni a helymeghatározási bizonytalanság.

Hogyan lehet ezeket a nem kívánt hatásokat ellensúlyozni?

Kezdjük a mobilitás sebességosztályainak meghatározásával:

1. 🚶🚶‍♀Csoportos túrák, az átlagsebesség alacsony, kb 3-4 km/h vagy 1 m/s.
2. 🚶 Sportutazás módban az átlagos sebesség 5-7 km/h, azaz kb. 2 m/s.
3. 🏃 Trail vagy Running módban a normál sebességosztály 7 és 15 km/h között van, azaz kb. 3 m/s.
4. 🚵 Egy mountain bike-on 12-20 km/h átlagsebességet tudunk vállalni, vagyis körülbelül 4 m/s-ot.
5. 🚲 Közúton haladva a sebesség 5-12 m/s között magasabb.

Hogy túrázás ezért a felvételt 10-15 m-es lépésekben kell hozzárendelni, a GPS pontatlansági hibája óránként 300 helyett csak 3600-szor (kb.) lesz figyelembe véve, és a pozícióhiba hatása, amely egy maximum 4 m per 1 m, maximum 4 m per 15 m, 16-szor csökken. A pálya sokkal simább és tisztább lesz, és a mérési zajt is figyelembe veszik. osztva 200-as szorzóval! A 10-15 méterenkénti csúcs nem törli ki a csipkékben lévő csapok helyreállítását, csak kicsit szegmentáltabb és kevésbé zajos lesz.

Hogy nyomvonalak 11 km/h átlagsebességet feltételezve a másodpercenkénti 1-ről 1-re 5 másodpercenként változó időlépéssel történő rögzítés óránként 3600-ról 720-ra csökkenti a felvételek számát, a maximális (lehetséges) hiba pedig 4-onként 3 m. m. 4 méterenként 15 m-re válik (azaz 130%-ról 25%-ra!). A rögzített nyomok általi hibaelszámolás körülbelül 25-szörösére csökken. Az egyetlen hátránya, hogy a súlyos görbület kockázatának kitett utak enyhén tagoltak. « Kockáztassa "**", mert bár ez egy nyomvonal, a sebesség a íveken elkerülhetetlenül csökken, és ezért két egymást követő FIX közelebb kerül, ami gyengíti a szegmentációs hatást.

hegyi kerékpározás a kis sebességek (<20 km/h) és a közepes sebességek (> 20 km/h) találkozásánál van, lassú profilú pálya esetén nagyon (<15 km/h) lassú – a gyakoriság 5 s. jó kompromisszum (beleértve a Trail-t is), ha XC típusú profilról van szó (>15 km/h), a 3-asok megtartása jó kompromisszumnak tűnik. Nagyobb sebességű (DH) használati profilhoz válasszon egy vagy két másodpercet írási sebességként.

15 km/h sebesség esetén a nyomvonalrögzítési gyakoriság 1 és 3 s közötti választása körülbelül 10-szer csökkenti a GPS hibaelszámolást. Mivel elvileg a fordulási sugár a sebességhez kapcsolódik, a keskeny hajtűkben vagy kanyarokban a pontos pálya-helyreállítás nem sérül.

Következtetés

A szabadtéri tevékenységekhez és kerékpározáshoz elérhető GPS legújabb verziói a cikk elején idézett tanulmányban látható helymeghatározási pontosságot biztosítják.

Azáltal, hogy a rögzítési sebességet az átlagos vezetési sebességéhez optimalizálja, jelentősen csökkentheti a GPX-pálya távolság- és magassághibáját: a nyomvonal simább lesz, és jól fog tartani a pályákon.

A bemutató az ideális vételi körülményekre épül, amikor ezek a vételi körülmények romlanak 🌧 (felhők, lombkorona, völgy, város). A pozícióbizonytalanság gyorsan növekszik, és a magas FIX rögzítési sebesség alacsony sebesség melletti nemkívánatos hatásai felerősödnek.

A fenti kép egy nyitott mezőn áthaladó bajonettet mutat be maszk nélkül, hogy csak a FIX átviteli frekvencia hatását figyelje meg a GPX fájlban.

Ez négy pálya, amelyet egy 10 km/h sebességű trail (futás) edzés során rögzítettek. Ezeket véletlenszerűen választották ki egész évben. A FIX három rekordot (nyomkövet) tölt be 3 másodpercenként, egy FIX pedig 5 másodpercenként.

Első megfigyelés: a bajonett áthaladása során a pálya helyreállása nem romlik, amit bizonyítani kellett. Második megfigyelés: az összes megfigyelt "kis" oldalirányú eltérés a "kiválasztott" pályákon 3 másodperc után jelen van. Ugyanezt a megfigyelést kapjuk az 1 s és 5 s frekvenciákon rögzített nyomok összehasonlításakor (ebben a sebességtartományban), a FIX-szel 5 másodperces távolságra ábrázolt nyomvonal (ebben a sebességtartományban) tisztább, a teljes távolság és magasság közelebb a valós értékhez.

Ezért hegyikerékpáron a GPS-pozíció rögzítési sebessége 2 s (DH) és 5 s (utazás) közé lesz beállítva.

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS