Kuidas salvestada puhtaid GPS-radasid?

Kui olete kunagi oma GPS-i tähelepanelikult vaadanud, olete kindlasti näinud, et see on konfiguratsiooniseadetest segamini. Samuti võite olla üllatunud, kui proovisite esimest korda kaardil vaadata viimast rada, mille kõik genereeritud "ebastabiilsed" punktid salvestasid.

Imelik, imelik. Kas sa ütlesid imelikku?

Noh, see polegi nii imelik, kuid äkki ütleb see palju GPS-i võime kohta reaalsust täpselt reprodutseerida.

Tegelikult on GPS-iga, mis võimaldab meil määrata andmete logimise sagedust, intuitsioon kõige kiirema valimi valimiseks. Me ütleme endale: mida rohkem punkte, seda parem!

Kuid kas see on tõesti hea valik, et saada võimalikult reaalsusele lähedane rada? 🤔

Vaatame lähemalt, see on veidi tehniline (ilma integraalideta, ärge muretsege ...) ja me oleme teiega.

Veapiiri mõju

Digimaailmas on kvantifitseerimise mõistel alati rohkem või vähem ebamäärane mõju.

Iroonilisel kombel võib see, mis võib tunduda parem valik, nimelt rajapunktide jaoks suurema salvestussageduse kasutamine, olla kahjulik.

Definitsioon: FIX on GPS-i võime arvutada satelliitidelt asukohta (laiuskraad, pikkuskraad, kõrgus merepinnast).

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) näitab, et see on taevasinine kõige soodsamates tingimustes. taevas 🌞 ja GPS positsioneeritud horisondis 360 ° vaatevälja, ** FIX täpsus on 3,35 m 95% ajast,**

⚠️ Täpsemalt, 100 järjestikuse PARANDUSEGA tuvastab teie GPS teid 0–3,35 m kaugusel teie tegelikust asukohast 95 korda ja 5 korda väljaspool.

Vertikaalselt loetakse veaks 1,5 korda suurem kui horisontaalne viga, mistõttu 95 juhul 100-st on optimaalse vastuvõtu tingimustes registreeritud kõrgus +/- 5 m tegelikust kõrgusest, mis on maapinna lähedal sageli keeruline. .

Lisaks näitavad mitmed saadaolevad väljaanded, et vastuvõtt mitmest tähtkujust 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ei paranda horisontaalset GPS-i täpsust.

Teisest küljest on GPS-vastuvõtjal, mis on võimeline tõlgendama mitme satelliitide rühma signaali, järgmised täiustused:

1. Esimese FIX-i kestuse lühendamine, sest mida rohkem on satelliite, seda suurem on nende vastuvõtja pärast selle käivitamist.
2. positsioneerimise täpsuse parandamine rasketes vastuvõtutingimustes. See on nii linnas (linnakanjonid), oru põhjas mägistel aladel või metsas.

Saate seda proovida oma GPS-iga: tulemus on selge ja valmis.

GPS-kiip määrab FIX-i iga sekundi järel.

Peaaegu kõik rattasõidu või välitingimustes kasutatavad GPS-süsteemid võimaldavad teil reguleerida nende FIX-ide jälgimise sagedust (GPX). Kas need kõik salvestatakse, valik on 1 kord sekundis või GPS võtab 1 N-st (näiteks iga 3 sekundi järel) või toimub häälestamine distantsilt.

Iga FIX peab määrama asukoha (laiuskraad, pikkuskraad, kõrgus merepinnast, kiirus); kahe FIX-i vaheline kaugus saadakse kahte järjestikust FIX-i läbiva ringikaare (asub maakera ümbermõõdul 🌎) arvutamisel. Kogu jooksudistants on nende distantsi intervallide summa.

Põhimõtteliselt teevad kõik GPS-id seda arvutust, et saada läbitud vahemaa kõrgust arvesse võtmata, seejärel integreerivad nad kõrguse arvessevõtmiseks paranduse. Sarnane arvutus tehakse ka kõrguse kohta.

Seega: mida rohkem on FIX-i, seda rohkem järgib salvestus tegelikku rada, kuid seda rohkem integreeritakse horisontaalse ja vertikaalse asukoha vea osa.

Illustratsioon: rohelises on tegelik tee sirgjoonel, et arutluskäiku lihtsustada, punasega on GPS FIX sagedusel 1 Hz, kusjuures iga FIXi ümber realiseerub asukoha määramatus: tegelik asukoht on alati sellel ringil, kuid mitte keskel. , ja sinine on tõlge GPX-i, kui seda tehakse iga 3 sekundi järel. Lilla tähistab GPS-i poolt mõõdetud kõrguse viga ([vt selle parandamiseks seda õpetust] (/blog/altitude-gps-strava-inccurate).

Positsioonimääramatus on ideaalsete vastuvõtutingimuste korral alla 4 m 95% ajast. Esimene järeldus on see, et kahe järjestikuse FIX-i vahel, kui nihe on väiksem kui positsioonimääramatus, sisaldab selle FIX-i registreeritud nihe suure osa sellest määramatusest: see on mõõtmismüra.

Näiteks kiirusel 20 km/h liigute igas sekundis 5,5 meetrit; kuigi kõik on täiuslik, suudab teie GPS mõõta nihet 5,5 m +/- Xm, X väärtus jääb vahemikku 0 kuni 4 m (4 m asukoha määramatuse korral), nii et see asetab selle uue FIXi asukohaga vahemikus 1,5 m kuni 9,5 m. Eelmisest 70 m. Halvimal juhul võib viga selle läbitud vahemaa valimi arvutamisel ulatuda +/- XNUMX%-ni, samas kui GPS jõudlusklass on suurepärane!

Tõenäoliselt olete juba märganud, et ühtlasel kiirusel tasandikul ja hea ilma korral ei asu teie raja punktid ühtlaselt: mida väiksem on kiirus, seda rohkem need lahknevad. 100 km/h juures väheneb vea mõju 60% ja kiirusel 4 km/h ulatub jalakäija kiirus 400%ni, piisab turisti GPX raja jälgimisest, et näha, et see on alati väga "keeruline".

Järelikult:

• mida suurem on salvestuskiirus,
• ja mida väiksem on kiirus,
• seda rohkem on iga paranduse kaugus ja kõrgus ekslikud.

Salvestades oma GPX-i kõik PARANDUSED, on teil ühe tunni või 3600 kirje jooksul kogunenud 3600-kordne horisontaalne ja vertikaalne GPS-i viga, näiteks sagedust 3 korda vähendades. olla üle 1200 korra.

👉 Veel üks punkt: GPSi vertikaalne täpsus ei ole kõrge, liiga kõrge salvestussagedus suurendab seda vahet 😬.

Kiiruse kasvades muutub järk-järgult kahe järjestikuse FIXi vahel läbitud vahemaa asukoha määramatuse suhtes domineerivaks. Kõikide teie rajal salvestatud järjestikuste FIX-ide kumulatiivseid kaugusi ja kõrgusi, st selle raja kogukaugust ja vertikaalset profiili, mõjutab asukoha määramatus üha vähem.

Kuidas nende soovimatute mõjude vastu võidelda?

Alustame liikumiskiiruse klasside määratlemisega:

1. 🚶🚶‍♀Rühmamatkad, keskmine kiirus madal ca 3-4km/h ehk 1m/s.
2. 🚶 Sportliku reisi režiimis on keskmine kiirusklass 5 kuni 7 km/h ehk umbes 2 m/s.
3. 🏃 Trail või Running režiimides on tavaline kiirusklass vahemikus 7-15 km/h ehk umbes 3 m/s.
4. 🚵 Maastikurattal saame keskmiseks kiiruseks võtta 12-20 km/h ehk umbes 4 m/s.
5. 🚲 Maanteel sõites on kiirus suurem 5-12 m/s.

Et matkamine seetõttu on vaja määrata salvestus 10-15 m sammuga, GPS-i ebatäpsusviga võetakse arvesse ainult 300 korda tunnis (ligikaudu) 3600 asemel ja asukohavea mõju, mis suureneb alates maksimaalselt 4 m 1 m kohta kuni maksimaalselt 4 m 15 m kohta, vähendatakse 16 korda. Rada tuleb palju sujuvam ja puhtam ning mõõtmismüra on arvesse võetud. jagatud koefitsiendiga 200! Iga 10-15 m järel olev ots ei kustuta paelte nööpnõelte taastamist, see on lihtsalt veidi segmenteeritum ja vähem müra tekitav.

Et suusarajad Eeldades keskmiseks kiiruseks 11 km/h, vähendab iga 1 sekundi järel 1-lt 5-le muutuva ajasammuga salvestamine salvestuste arvu 3600-lt 720-le tunnis ja maksimaalne (võimalik) viga on 4 m iga 3 järel. m. Muutub 4 m iga 15 m järel (st 130% kuni 25%!). Vigade arvestus salvestatud jälje järgi väheneb umbes 25 korda. Ainus puudus on see, et tugeva kõveruse ohuga teed on veidi segmenteeritud. « Risk "**, sest kuigi see on jälg, siis kiirus kurvides paratamatult langeb ja seetõttu lähenevad kaks järjestikust FIX-i, mis nõrgendab segmenteerimise mõju.

mägirattaga sõitmine on väikese kiiruse (<20 km/h) ja keskmise kiiruse (> 20 km/h) ristmikul, aeglase profiiliga raja puhul kuni väga (<15 km/h) aeglaseni – sagedus on 5 s. on hea kompromiss (ka Trail), kui tegemist on XC tüüpi profiiliga (>15 km/h), siis 3s hoidmine tundub hea kompromissina. Suurema kiiruse (DH) kasutusprofiili jaoks valige kirjutuskiiruseks üks või kaks sekundit.

Kiirusel 15 km/h vähendab raja salvestamise sageduse valik vahemikus 1 kuni 3 sekundit GPS-i veaarvestust umbes 10 korda. Kuna põhimõtteliselt on pöörderaadius seotud kiirusega, siis kitsastes juuksenõeltes või kurvides täpne trajektoori taastamine ei lähe ohtu.

Järeldus

Värskeimad välitegevuseks ja jalgrattasõiduks saadaolevad GPS-i versioonid tagavad artikli alguses viidatud uuringus näidatud asukoha täpsuse.

Salvestuskiiruse optimeerimisega oma keskmise sõidukiiruse järgi vähendate oluliselt oma GPX raja vahemaa ja kõrguse viga: teie rada on sujuvam ja püsib radadel hästi.

Demonstratsioon põhineb ideaalsetel vastuvõtutingimustel nende vastuvõtutingimuste halvenemisel 🌧 (pilved, varikatus, org, linn). Asendi ebakindlus suureneb kiiresti ja suure FIX-i salvestuskiiruse soovimatud mõjud madalal kiirusel võimenduvad.

Ülaltoodud pildil on kujutatud bajonett, mis läbib avatud välja ilma maskita, et jälgida ainult FIX-i edastussageduse mõju GPX-failis.

Need on neli rada, mis on salvestatud jooksutreeningu käigus kiirusel 10 km/h. Need valiti juhuslikult läbi aasta. FIX laadib kolm kirjet (jälge) iga 3 sekundi järel ja üks FIX iga 5 sekundi järel.

Esimene tähelepanek: trajektoori taastamine täägi läbimisel ei halvene, mida tuli demonstreerida. Teine tähelepanek: kõik täheldatud "väikesed" külgmised kõrvalekalded esinevad "valitud" radadel 3 sekundi pärast. Sama tähelepanek saadakse sagedustel 1 s ja 5 s (selle kiirusvahemiku jaoks) salvestatud jälgede võrdlemisel, FIX-i abil 5-sekundilise vahega (selle kiirusvahemiku jaoks) joonistatud rada on puhtam, kogukaugus ja kõrgus merepinnast tegelikule väärtusele lähemal.

Seetõttu seatakse maastikurattal GPS-i asukoha salvestamise kiirus vahemikku 2 s (DH) kuni 5 s (sõit).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS