Com gravar pistes GPS netes?
Contingut
Si alguna vegada heu mirat de prop el vostre GPS, haureu d'haver vist que està ple de paràmetres de configuració. També us pot sorprendre quan vau provar per primera vegada de veure al mapa l'última pista registrada per tots els punts "inestables" generats.
Estrany, estrany. Has dit estrany?
Bé, això no és tan estrany, però de sobte diu molt sobre la capacitat del GPS per reproduir amb precisió la realitat.
De fet, amb el GPS, que ens permet establir la freqüència d'enregistrament de dades, tindrem la intuïció d'escollir la mostra més ràpida. Ens diem a nosaltres mateixos: com més punts, millor!
Però, és realment una bona opció aconseguir un camí el més a prop possible de la realitat? 🤔
Mirem-hi més de prop, és una mica tècnic (sense integrals, no us preocupeu...), i estarem amb vosaltres.
Influència del marge d'error
En el món digital, el concepte de quantificació sempre té un impacte més o menys vague.
Irònicament, el que pot semblar una millor opció, és a dir, utilitzar una taxa de gravació més alta per als punts de seguiment, pot ser contraproduent.
Definició: FIX és la capacitat del GPS per calcular la posició (latitud, longitud, altitud) a partir de satèl·lits.
[Publicació a l'altra banda de l'Atlàntic després de la campanya de mesurament] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) afirma que en les condicions d'acollida més favorables és d'un blau blau. cel 🌞 i GPS posicionat a l'horitzó camp de visió de 360 °, ** La precisió de FIX és de 3,35 m el 95% del temps,**
⚠️ Concretament, amb 100 FIX consecutius, el teu GPS et geolocalitza entre 0 i 3,35 m de la teva ubicació real 95 vegades i 5 vegades fora.
Verticalment, es considera que l'error és 1,5 vegades més gran que l'error horitzontal, per tant, en 95 casos de 100, l'alçada registrada serà de +/- 5 m de l'alçada real en condicions de recepció òptima, que sovint és difícil a prop. el terreny.
A més, diverses publicacions disponibles mostren que la recepció des de múltiples constel·lacions 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) no millora la precisió horitzontal del GPS.
D'altra banda, un receptor GPS capaç d'interpretar el senyal de diverses constel·lacions de satèl·lits tindrà les següents millores:
- Reduint la durada del primer FIX, perquè com més satèl·lits hi hagi, més gran serà el seu receptor un cop es llanci,
- millorant la precisió del posicionament en condicions de recepció difícils. És el cas de la ciutat (canyons urbans), al fons d'una vall en zones muntanyoses o al bosc.
Pots provar-ho amb el teu GPS: el resultat és clar i acabat.
El xip GPS estableix FIX cada segon.
Gairebé tots els sistemes GPS per anar en bicicleta o a l'aire lliure permeten que aquests FIX facin un seguiment de les taxes d'enregistrament (GPX). O estan tots gravats, la selecció és 1 cop per segon, o el GPS en treu 1 de N (per exemple, cada 3 segons), o la sintonització es fa des de la distància.
Cada FIX és per determinar la posició (latitud, longitud, altitud, velocitat); la distància entre dos FIX s'obté calculant l'arc de cercle (situat a la circumferència del globus 🌎) que passa per dos FIX successius. La distància total de carrera és la suma d'aquests intervals de distància.
Bàsicament, tots els GPS fan aquest càlcul per obtenir la distància recorreguda sense tenir en compte l'altitud, després integren la correcció per tenir en compte l'altitud. Es fa un càlcul similar per a l'alçada.
Així: com més FIX hi hagi, més el registre segueix el camí real, però més s'integrarà la part d'error de posició horitzontal i vertical.
Il·lustració: en verd hi ha el camí real en línia recta per simplificar el raonament, en vermell el GPS FIX a 1 Hz amb la incertesa de posició materialitzada al voltant de cada FIX: la posició real sempre està en aquest cercle, però no centrada. , i en blau hi ha la traducció a GPX si es fa cada 3 segons. El violeta indica un error d'altitud mesurat pel GPS ([vegeu aquest tutorial per solucionar-ho] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
La incertesa de la posició és inferior a 4 m el 95% del temps en condicions de recepció ideals. La primera implicació és que entre dos FIX successius, si el desplaçament és menor que la incertesa de la posició, el desplaçament registrat per aquest FIX conté una gran part d'aquesta incertesa: és soroll de mesura.
Per exemple, a una velocitat de 20 km/h, et mous 5,5 metres cada segon; tot i que tot és perfecte, el teu GPS pot mesurar un desplaçament de 5,5m +/- Xm, el valor X estarà entre 0 i 4m (per a una incertesa de posició de 4m), així que col·locarà aquest nou FIX amb una posició entre 1,5m i 9,5m. 70 m de l'anterior. En el pitjor dels casos, l'error en el càlcul d'aquesta mostra de la distància recorreguda pot arribar al +/- XNUMX%, mentre que la classe de rendiment del GPS és excel·lent!
Segurament ja us heu adonat que a una velocitat constant a la plana i amb bon temps, els punts de la vostra pista no estan uniformement espaiats: com més baixa és la velocitat, més divergeixen. A 100 km/h, l'impacte de l'error es redueix un 60%, i a 4 km/h, la velocitat d'un vianant arriba al 400%, n'hi ha prou d'observar la pista GPX del turista, només per veure que sempre és molt "intricat".
Conseqüentment :
- com més alta sigui la velocitat d'enregistrament,
- i com més baixa sigui la velocitat,
- més errònia serà la distància i l'alçada de cada fixació.
Si enregistreu totes les CORRECCIONS al vostre GPX, en una hora o 3600 registres heu acumulat 3600 vegades l'error del GPS horitzontal i vertical, per exemple, en disminuir la freqüència 3 vegades. ser més de 1200 vegades.
👉 Un punt més: la precisió vertical del GPS no és alta, la freqüència d'enregistrament massa alta augmentarà aquesta bretxa 😬.
A mesura que augmenta la velocitat, gradualment la distància recorreguda entre dos FIX successius esdevé predominant en relació a la incertesa de la posició. Les distàncies i altures acumulades entre tots els FIX consecutius registrats a la teva pista, és a dir, la distància total i el perfil vertical d'aquest recorregut, es veuran cada cop menys afectats per la incertesa de la ubicació.
Com es poden contrarestar aquests efectes no desitjats?
Comencem per definir les classes de velocitat per a la mobilitat:
- 🚶🚶♀Caminades en grup, la velocitat mitjana és baixa, uns 3-4 km/h o 1 m/s.
- 🚶 En la modalitat de viatge esportiu, la classe de velocitat mitjana és de 5 a 7 km/h, és a dir, uns 2 m/s.
- 🏃 En els modes Trail o Running, la classe de velocitat normal és entre 7 i 15 km/h, és a dir, uns 3 m/s.
- 🚵 Amb una bicicleta de muntanya, podem agafar una velocitat mitjana de 12 a 20 km/h, o uns 4 m/s.
- 🚲 En circular per la carretera, la velocitat és més alta de 5 a 12 m/s.
Que senderisme per tant, cal assignar un enregistrament en increments de 10 a 15 m, l'error d'imprecisió del GPS només es tindrà en compte 300 vegades per hora (aproximadament) en lloc de 3600, i l'efecte de l'error de posició, que augmenta des d'un màxim de 4 m per 1 m fins a un màxim de 4 m per 15 m, es reduirà 16 vegades. La pista serà molt més suau i neta, i es té en compte el soroll de mesura. dividit pel factor 200! La punta cada 10-15 m no esborrarà la restauració de les agulles dels cordons, només estarà una mica més segmentada i menys sorollosa.
Que senders Suposant una velocitat mitjana d'11 km/h, l'enregistrament amb un pas de temps que canvia d'1 cada segon a 1 cada 5 segons redueix el nombre d'enregistraments de 3600 a 720 per hora, i l'error màxim (possible) és de 4 m cada 3 m. Esdevé 4 m cada 15 m (és a dir, del 130% al 25%!). La comptabilització d'errors per la traça registrada es redueix unes 25 vegades. L'únic inconvenient és que els camins amb risc de curvatura severa estan lleugerament segmentats. « Risc "**, perquè tot i que es tracta d'un sender, la velocitat a les corbes baixarà inevitablement i, per tant, s'acostaran dos FIX consecutius, fet que debilitarà l'efecte de segmentació.
bicicleta de muntanya es troba a la cruïlla entre velocitats baixes (<20 km/h) i velocitats mitjanes (> 20 km/h), en el cas d'una via amb un perfil lent a molt (<15 km/h) lent – la freqüència és de 5 s. és un bon compromís (inclòs el Trail), si es tracta d'un perfil de tipus XC (>15 km/h), mantenir els 3s sembla un bon compromís. Per a un perfil d'ús de velocitat superior (DH), seleccioneu un o dos segons com a velocitat d'escriptura.
Per a una velocitat de 15 km/h, l'elecció de la freqüència d'enregistrament de la pista d'1 a 3 s redueix la comptabilització d'errors del GPS unes 10 vegades. Com que, en principi, el radi de gir està relacionat amb la velocitat, la recuperació precisa de la trajectòria en forquilles o girs estrets no es veurà compromesa.
Conclusió
Les últimes versions de GPS disponibles per a activitats a l'aire lliure i ciclisme proporcionen la precisió de la ubicació vista a l'estudi citat al principi de l'article.
Si optimitzeu la velocitat d'enregistrament a la vostra velocitat mitjana de conducció, reduireu significativament l'error de distància i alçada de la vostra pista GPX: la vostra pista serà més suau i s'aguantarà bé a les pistes.
La demostració es basa en unes condicions d'acollida ideals quan aquestes condicions d'acollida es deterioren 🌧 (núvols, dosser, vall, ciutat). La incertesa de la posició augmenta ràpidament i s'amplificaran els efectes no desitjats d'una alta velocitat d'enregistrament FIX a una velocitat baixa.
La imatge de dalt mostra una baioneta que passa per un camp obert sense màscara per observar només l'efecte de la freqüència de transmissió FIX al fitxer GPX.
Es tracta de quatre pistes enregistrades durant una sessió d'entrenament de trail (running) a una velocitat de 10 km/h, seleccionades aleatòriament durant tot l'any. FIX carrega tres registres (traces) cada 3 segons i un FIX cada 5 segons.
Primera observació: la recuperació de la trajectòria durant el pas de la baioneta no es deteriora, cosa que s'havia de demostrar. Segona observació: totes les "petites" desviacions laterals observades estan presents als camins "seleccionats" després de 3 segons. La mateixa observació s'obté quan es comparen les traces registrades a freqüències d'1 s i 5 s (per a aquest rang de velocitat), la pista traçada amb FIX separada 5 segons (per a aquest rang de velocitat) és més neta, la distància total i l'altitud seran més a prop del valor real.
Per tant, en una bicicleta de muntanya, la taxa d'enregistrament de la posició GPS es fixarà entre 2 s (DH) i 5 s (conducció).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
