Hvordan optager man rene GPS-spor?

Hvis du nogensinde har set nøje på din GPS, må du have set, at den er fyldt med konfigurationsindstillinger. Du kan også blive overrasket, da du første gang prøvede at se på kortet det sidste spor registreret af alle genererede "ustabile" punkter.

Mærkeligt, mærkeligt. Sagde du mærkeligt?

Altså, det er ikke så mærkeligt, men pludselig siger det meget om GPS's evne til præcist at gengive virkeligheden.

Faktisk vil vi med GPS, som giver os mulighed for at indstille datalogningsfrekvensen, have intuitionen til at vælge den hurtigste prøve. Vi fortæller os selv: jo flere point, jo bedre!

Men er det virkelig et godt valg at få et spor så tæt på virkeligheden som muligt? 🤔

Lad os se nærmere, det er lidt teknisk (ingen integraler, bare rolig ...), og vi vil være med dig.

Indflydelse af fejlmarginen

I den digitale verden har begrebet kvantificering altid en mere eller mindre vag indvirkning.

Ironisk nok kan det, der kan virke som et bedre valg, nemlig at bruge en højere optagelseshastighed for sporpunkter, virke kontraproduktivt.

Definition: FIX er GPS's evne til at beregne position (breddegrad, længdegrad, højde) fra satellitter.

[Opslag over Atlanten efter målekampagnen] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) indikerer, at den er azurblå under de mest gunstige forhold. himmel 🌞 og GPS placeret i horisonten 360 ° synsfelt, ** FIX-nøjagtighed er 3,35 m 95 % af tiden**

⚠️ Specifikt, med 100 på hinanden følgende FIXes, geolokaliserer din GPS dig mellem 0 og 3,35 m fra din rigtige placering 95 gange og 5 gange udenfor.

Lodret anses fejlen for at være 1,5 gange større end den vandrette fejl, så i 95 tilfælde ud af 100 vil den registrerede højde være +/- 5 m fra den faktiske højde under forhold med optimal modtagelse, hvilket ofte er vanskeligt nær jorden .

Derudover viser forskellige tilgængelige publikationer, at modtagelse fra flere konstellationer 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) ikke forbedrer den horisontale GPS-nøjagtighed.

På den anden side vil en GPS-modtager, der er i stand til at fortolke signalet fra flere konstellationer af satellitter, have følgende forbedringer:

1. Reducerer varigheden af ​​den første FIX, fordi jo flere satellitter der er, jo større vil deres modtager være, når den er opsendt,
2. forbedring af nøjagtigheden af ​​positionering under vanskelige modtageforhold. Dette er tilfældet i byen (urbane kløfter), i bunden af ​​en dal i bjergrige områder eller i skoven.

Du kan prøve det med din GPS: Resultatet er klart og færdigt.

GPS-chippen sætter FIX hvert sekund helt.

Næsten alle cykel- eller udendørs GPS-systemer tillader disse FIX at spore (GPX) optagelseshastigheder. Enten bliver de alle optaget, valget er 1 gang i sekundet, eller GPS'en tager 1 af N (f.eks. hvert 3. sekund), eller tuningen foretages på afstand.

Hver FIX skal bestemme positionen (breddegrad, længdegrad, højde, hastighed); afstanden mellem to FIX'er fås ved at beregne buen af ​​en cirkel (placeret på omkredsen af ​​kloden 🌎), der passerer gennem to på hinanden følgende FIX'er. Den samlede løbedistance er summen af ​​disse distanceintervaller.

Grundlæggende laver alle GPS'er denne beregning for at få den tilbagelagte distance uden at tage højde for højden, så integrerer de korrektionen for at tage højde for højden. En lignende beregning er lavet for højden.

Så: Jo mere FIX der er, jo mere følger posten den faktiske vej, men jo mere vil den horisontale og vertikale positionsfejldel blive integreret.

Illustration: i grøn er den reelle vej i en lige linje for at forenkle ræsonnementet, i rød er GPS FIX ved 1 Hz med positionsusikkerhed materialiseret omkring hver FIX: den reelle position er altid i denne cirkel, men ikke centreret. , og i blåt er oversættelsen til GPX, hvis den udføres hvert 3. sekund. Lilla angiver højdefejl målt med GPS ([se denne vejledning for at rette den] (/blog/altitude-gps-strava-unøjagtig).

Positionsusikkerheden er mindre end 4 m 95 % af tiden under ideelle modtageforhold. Den første implikation er, at mellem to på hinanden følgende FIX'er, hvis offset er mindre end positionsusikkerheden, indeholder offset registreret af denne FIX en stor del af denne usikkerhed: det er målestøj.

For eksempel ved en hastighed på 20 km/t bevæger du dig 5,5 meter hvert sekund; selvom alt er perfekt, kan din GPS måle en offset på 5,5m +/- Xm, X-værdien vil være mellem 0 og 4m (for en 4m positionsusikkerhed), så den placerer denne nye FIX med en position mellem 1,5m og 9,5 m fra den forrige. I værste fald kan fejlen ved beregning af denne prøve af den tilbagelagte afstand nå +/- 70 %, mens GPS-ydelsesklassen er fremragende!

Du har sikkert allerede bemærket, at ved en konstant hastighed på sletten og i godt vejr, er punkterne på dit spor ikke jævnt fordelt: Jo lavere hastigheden er, jo mere divergerer de. Ved 100 km/t reduceres virkningen af ​​fejlen med 60%, og ved 4 km/t når en fodgængers hastighed 400%, det er nok at observere turistens GPX-spor, kun for at se, at det altid er meget "indviklet".

Følgelig :

• jo højere optagelseshastighed,
• og jo lavere hastighed,
• jo mere vil afstanden og højden af ​​hver fix være forkert.

Ved at optage alle KORREKTIONER i din GPX har du inden for en time eller 3600 registreringer akkumuleret 3600 gange den vandrette og lodrette GPS-fejl, for eksempel ved at reducere frekvensen med 3 gange. være over 1200 gange.

👉 Endnu et punkt: den lodrette GPS-nøjagtighed er ikke høj, for høj optagelsesfrekvens vil øge dette hul 😬.

Efterhånden som hastigheden stiger, bliver den tilbagelagte afstand mellem to på hinanden følgende FIX gradvist fremherskende i forhold til positionsusikkerheden. De kumulative afstande og højder mellem alle på hinanden følgende FIX'er, der er optaget på dit spor, det vil sige den samlede distance og den lodrette profil af den bane, vil blive mindre og mindre påvirket af placeringsusikkerhed.

Hvordan kan disse uønskede effekter modvirkes?

Lad os starte med at definere hastighedsklasserne for mobilitet:

1. 🚶🚶‍♀Gruppevandringer, gennemsnitshastigheden er lav, omkring 3-4 km/t eller 1 m/s.
2. 🚶 I sportsrejsetilstand er den gennemsnitlige hastighedsklasse 5 til 7 km/t, det vil sige omkring 2 m/s.
3. 🏃 I Trail- eller Running-tilstande er den normale hastighedsklasse mellem 7 og 15 km/t, det vil sige omkring 3 m/s.
4. 🚵 På en mountainbike kan vi tage en gennemsnitshastighed på 12 til 20 km/t, eller omkring 4 m/s.
5. 🚲 Ved kørsel på vejen er hastigheden højere fra 5 til 12 m/s.

Det vandreture derfor er det nødvendigt at tildele en optagelse i intervaller på 10 til 15 m, GPS-unøjagtighedsfejlen vil kun blive taget i betragtning 300 gange i timen (ca.) i stedet for 3600, og effekten af ​​positionsfejlen, som stiger fra en højst 4 m pr. 1 m til højst 4 m pr. 15 m, reduceres 16 gange. Banen bliver meget mere jævn og renere, og der tages højde for målestøjen. divideret med faktoren 200! Spidsen hver 10-15 m vil ikke slette restaureringen af ​​stifterne i snørebåndene, det vil bare være lidt mere segmenteret og mindre støjende.

Det stier Hvis man antager en gennemsnitshastighed på 11 km/t, reducerer optagelse med et tidstrin, der ændres fra 1 hvert sekund til 1 hvert 5. sekund, antallet af optagelser fra 3600 til 720 i timen, og den maksimale (mulige) fejl er 4 m hver 3. m. Bliver 4 m hver 15. m (dvs. fra 130% til 25%!). Fejlregnskabet ved det registrerede spor reduceres med ca. 25 gange. Den eneste ulempe er, at stier med risiko for alvorlig krumning er lidt segmenterede. « Risiko "**, for selvom dette er et spor, vil hastigheden på kurverne uundgåeligt falde, og derfor vil to på hinanden følgende FIX komme tættere på, hvilket vil svække segmenteringseffekten.

mountainbike er i krydset mellem lave hastigheder (<20 km/t) og mellemhastigheder (> 20 km/t), i tilfælde af et spor med en langsom profil til meget (<15 km/t) langsom – frekvensen er 5 s. er et godt kompromis (inklusive Trail), hvis det er en XC-type profil (>15 km/t), virker det at holde 3'ere som et godt kompromis. For en brugerprofil med højere hastighed (DH) skal du vælge et eller to sekunder som skrivehastighed.

For en hastighed på 15 km/t reducerer valget af sporregistreringsfrekvensen fra 1 til 3 s GPS-fejlregnskabet med cirka 10 gange. Da venderadius i princippet er relateret til hastighed, vil nøjagtig banegendannelse i smalle hårnåle eller sving ikke blive kompromitteret.

Konklusion

De seneste versioner af GPS, der er tilgængelige til udendørsaktiviteter og cykling, giver den nøjagtighed, der ses i undersøgelsen, der er citeret i begyndelsen af ​​artiklen.

Ved at optimere registreringshastigheden til din gennemsnitlige kørehastighed, vil du reducere afstanden og højdefejlen på din GPX-bane markant: din bane vil være mere jævn og vil holde godt på sporene.

Demonstrationen er baseret på ideelle modtageforhold, når disse modtageforhold forringes 🌧 (skyer, baldakin, dal, by). Positionsusikkerheden øges hurtigt, og de uønskede effekter af en høj FIX-optagelseshastighed ved lav hastighed vil blive forstærket.

Billedet ovenfor viser en bajonet, der passerer gennem et åbent felt uden maske for kun at observere effekten af ​​FIX-transmissionsfrekvensen i GPX-filen.

Det er fire spor optaget under et trail (løbe) træningspas med en hastighed på 10 km/t. De blev tilfældigt udvalgt i løbet af året. Tre poster (spor) indlæses af FIX hvert 3. sekund og en FIX hvert 5. sekund.

Første observation: genopretningen af ​​banen under passagen af ​​bajonetten forringes ikke, hvilket skulle demonstreres. Anden observation: alle observerede "små" laterale afvigelser er til stede på de "valgte" stier efter 3 sekunder. Den samme observation opnås, når man sammenligner sporene registreret ved frekvenser på 1 s og 5 s (for dette hastighedsområde), sporet plottet med FIX, med 5 sekunders mellemrum (for dette hastighedsområde), er renere, den samlede afstand og højde vil være tættere på den reelle værdi.

Derfor vil GPS-positionsregistreringshastigheden på en mountainbike blive indstillet mellem 2 s (DH) og 5 s (tur).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS