כיצד להקליט רצועות GPS נקיות?

אם אי פעם הסתכלת מקרוב על ה-GPS שלך, בטח ראית שהוא עמוס בהגדרות תצורה. אתה עשוי להיות מופתע גם כאשר ניסית להציג לראשונה על המפה את המסלול האחרון שנרשם על ידי כל הנקודות ה"לא יציבות" שנוצרו.

מוזר, מוזר. אמרת מוזר?

ובכן, זה לא כל כך מוזר, אבל פתאום זה אומר הרבה על היכולת של GPS לשחזר במדויק את המציאות.

למעשה, עם GPS, המאפשר לנו להגדיר את תדירות רישום הנתונים, תהיה לנו האינטואיציה לבחור את המדגם המהיר ביותר. אנחנו אומרים לעצמנו: כמה שיותר נקודות, יותר טוב!

אבל האם זו באמת בחירה טובה להגיע לשביל כמה שיותר קרוב למציאות? 🤔

בואו נסתכל מקרוב, זה קצת טכני (ללא אינטגרלים, אל דאגה...), ואנחנו נהיה אתכם.

השפעת מרווח הטעות

בעולם הדיגיטלי, למושג כימות תמיד יש השפעה מעורפלת פחות או יותר.

למרבה האירוניה, מה שעשוי להיראות כבחירה טובה יותר, כלומר שימוש בקצב הקלטה גבוה יותר עבור נקודות מסלול, יכול להועיל.

הגדרה: FIX היא היכולת של GPS לחשב מיקום (קו רוחב, קו אורך, גובה) מלוויינים.

[פרסום מעבר לאוקיינוס ​​האטלנטי לאחר מסע המדידה] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) מצביע על כך שהוא כחול תכלת בתנאים הנוחים ביותר. שמיים 🌞 ו-GPS ממוקמים באופק שדה ראייה של 360°, ** דיוק התיקון הוא 3,35 מ' ב-95% מהמקרים,**

⚠️ באופן ספציפי, עם 100 תיקונים רצופים, ה-GPS שלך מאתר אותך גיאוגרפי בין 0 ל-3,35 מ' מהמיקום האמיתי שלך 95 פעמים ו-5 פעמים בחוץ.

אנכית, השגיאה נחשבת לפי 1,5 מהשגיאה האופקית, כך שב-95 מקרים מתוך 100 הגובה הנרשם יהיה +/- 5 מ' מהגובה בפועל בתנאי קליטה אופטימלית, שלעיתים קשה ליד הקרקע.

בנוסף, פרסומים שונים זמינים מראים כי קליטה ממספר קבוצות כוכבים 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) אינה משפרת את דיוק ה-GPS האופקי.

מצד שני, למקלט GPS המסוגל לפרש את האות של מספר קבוצות לוויינים יהיו השיפורים הבאים:

1. צמצום משך ה-FIX הראשון, מכיוון שככל שיותר לוויינים, המקלט שלהם יהיה גדול יותר לאחר שיגורו,
2. שיפור דיוק המיקום בתנאי קליטה קשים. זה המצב בעיר (קניונים עירוניים), בתחתית עמק באזורים הרריים או ביער.

אתה יכול לנסות את זה עם ה-GPS שלך: התוצאה ברורה וגמורה.

שבב ה-GPS מגדיר FIX כל שנייה לגמרי.

כמעט כל מערכות ה-GPS לרכיבה על אופניים או חיצוניות מאפשרות לך להתאים את התדירות של הקלטות FIX למעקב (GPX). או שכולם מתועדים, הבחירה היא פעם אחת בשנייה, או שה-GPS לוקח 1 מתוך N (לדוגמה, כל 1 שניות), או שהכוונון נעשה ממרחק.

כל תיקון נועד לקבוע את המיקום (קו רוחב, קו אורך, גובה, מהירות); המרחק בין שני FIXes מתקבל על ידי חישוב קשת המעגל (הממוקמת על היקף הגלובוס 🌎) העוברת דרך שני FIXs עוקבים. מרחק הריצה הכולל הוא הסכום של מרווחי המרחקים הללו.

בעיקרון, כל ה-GPS עושים את החישוב הזה כדי לקבל את המרחק שעבר מבלי לקחת בחשבון את הגובה, ואז הם משלבים את התיקון כדי לקחת בחשבון את הגובה. חישוב דומה נעשה עבור הגובה.

אז: ככל שיש יותר FIX, כך ההקלטה עוקבת יותר אחר הנתיב בפועל, אך חלק השגיאות של המיקום האופקי והאנכי ישולבו יותר.

איור: בירוק הוא הנתיב האמיתי בקו ישר כדי לפשט את ההיגיון, באדום הוא ה-GPS FIX ב-1 הרץ עם אי ודאות מיקום מתממשת סביב כל FIX: המיקום האמיתי הוא תמיד במעגל הזה, אבל לא במרכז. , ובכחול התרגום ל-GPX אם הוא נעשה כל 3 שניות. סגול מציין שגיאת גובה כפי שנמדדה על ידי GPS ([ראה הדרכה זו כדי לתקן אותה] (/blog/altitude-gps-strava-לא מדויק).

אי הוודאות במיקום היא פחות מ-4 מ' 95% מהזמן בתנאי קליטה אידיאליים. המשמעות הראשונה היא שבין שני FIXs עוקבים, אם הקיזוז קטן מאי הוודאות במיקום, הקיזוז שנרשם על ידי אותו FIX מכיל חלק גדול מאי הוודאות הזו: הוא רעש מדידה.

לדוגמה, במהירות של 20 קמ"ש אתה זז 5,5 מ' בכל שנייה; למרות שהכל מושלם, ה-GPS שלך יכול למדוד היסט של 5,5 מ' +/- Xm, ערך ה-X יהיה בין 0 ל-4 מ' (עבור אי ודאות של 4 מ'), כך שהוא יציב את ה-FIX החדש הזה עם מיקום בין 1,5 מ' ל 9,5 מ' מהקודם. במקרה הגרוע, השגיאה בחישוב מדגם זה של המרחק הנסע יכולה להגיע ל-+/- 70%, בעוד שדרגת ביצועי ה-GPS מצוינת!

בטח כבר שמתם לב שבמהירות קבועה במישור ובמזג אוויר טוב, נקודות המסלול שלכם אינן מרווחות באופן שווה: ככל שהמהירות נמוכה יותר, כך הן מתפצלות. ב-100 קמ"ש השפעת השגיאה מצטמצמת ב-60%, וב-4 קמ"ש מהירותו של הולך רגל מגיעה ל-400%, מספיק לצפות במסלול ה-GPX של התייר, רק כדי לראות שהוא תמיד מאוד "מורכב".

כתוצאה מכך :

• ככל שקצב ההקלטה גבוה יותר,
• וככל שהמהירות נמוכה יותר,
• ככל שהמרחק והגובה של כל תיקון יהיו שגויים.

על ידי הקלטת כל התיקונים ב-GPX שלך, תוך שעה אחת או 3600 רשומות צברת פי 3600 משגיאת ה-GPS האופקית והאנכית, לדוגמה, על ידי הפחתת התדירות פי 3. להיות מעל 1200 פעמים.

👉 נקודה נוספת: הדיוק האנכי של GPS אינו גבוה, תדירות הקלטה גבוהה מדי תגדיל את הפער הזה 😬.

ככל שהמהירות עולה, בהדרגה המרחק שנסע בין שני FIX עוקבים הופך לשולט ביחס לאי הוודאות במיקום. המרחקים והגבהים המצטברים בין כל ה-FIX עוקבים שתועדו במסלול שלך, כלומר המרחק הכולל והפרופיל האנכי של אותו מסלול, יושפעו פחות ופחות מאי ודאות המיקום.

כיצד ניתן לנטרל את ההשפעות הלא רצויות הללו?

נתחיל בהגדרת שיעורי המהירות לניידות:

1. 🚶🚶‍♀טיולים קבוצתיים, המהירות הממוצעת נמוכה כ-3-4 קמ"ש או 1 מ'/ש'.
2. 🚶 במצב נסיעה ספורטיבית, דרגת המהירות הממוצעת היא 5 עד 7 קמ"ש, כלומר כ-2 מ' לשנייה.
3. 🏃 במצבי שביל או ריצה, דרגת המהירות הרגילה היא בין 7 ל-15 קמ"ש, כלומר כ-3 מ' לשנייה.
4. 🚵 באופני הרים נוכל לקחת מהירות ממוצעת של 12 עד 20 קמ"ש, או כ-4 מ' לשנייה.
5. 🚲 בנסיעה על הכביש, המהירות גבוהה יותר מ-5 ל-12 מ'/ש'.

כי טיול רגלי לכן, יש צורך להקצות הקלטה במרווחים של 10 עד 15 מ', שגיאת אי דיוק ה-GPS תילקח בחשבון רק 300 פעמים בשעה (בערך) במקום 3600, וההשפעה של שגיאת המיקום, שעולה מ- מקסימום 4 מ' ל-1 מ' עד 4 מ' לכל היותר ל-15 מ', יופחתו פי 16. המסלול יהיה הרבה יותר חלק ונקי, ורעש המדידה נלקח בחשבון. חלקי הפקטור 200! הקצה כל 10-15 מ' לא ימחק את שחזור הסיכות בשרוכים, הוא רק יהיה קצת יותר מפולח ופחות רועש.

כי שבילים בהנחה של מהירות ממוצעת של 11 קמ"ש, הקלטה בצעד זמן שמשתנה מ-1 בכל שנייה ל-1 כל 5 שניות מפחית את מספר ההקלטות מ-3600 ל-720 לשעה, והשגיאה המקסימלית (האפשרית) היא 4 מ' כל 3 מ' הופך ל-4 מ' כל 15 מ' (כלומר מ-130% ל-25%!). חשבונאות השגיאות לפי העקיבה שנרשמה מצטמצמת בכ-25 פעמים. החיסרון היחיד הוא שבילים בסיכון לעקמומיות חמורה מפולחים מעט. « סיכון "**, כי למרות שזה שביל, המהירות על העקומות תרד בהכרח, ולכן שני FIX רצופים יתקרבו, מה שיחליש את אפקט הפילוח.

אופני הרים נמצא בצומת בין מהירויות נמוכות (<20 קמ"ש) למהירויות בינוניות (> 20 קמ"ש), במקרה של מסלול עם פרופיל איטי עד מאוד (<15 קמ"ש) איטי - התדירות היא 5 ס. היא פשרה טובה (כולל טרייל), אם מדובר בפרופיל מסוג XC (>15 קמ"ש), שמירה על 3s נראית כמו פשרה טובה. לפרופיל שימוש במהירות גבוהה יותר (DH), בחר שנייה אחת או שתיים כמהירות הכתיבה.

עבור מהירות של 15 קמ"ש, הבחירה בתדירות הקלטת המסלול מ-1 עד 3 שניות מפחיתה את חשבון השגיאות ב-GPS בכ-10 פעמים. מכיוון שבאופן עקרוני רדיוס הסיבוב קשור למהירות, לא תיפגע התאוששות מסלול מדויקת בסיכות ראש או בפניות צרות.

מסקנה

הגרסאות העדכניות ביותר של GPS הזמינות לפעילויות חוצות ורכיבה על אופניים מספקות את דיוק המיקום שנראה במחקר שצוטט בתחילת המאמר.

על ידי אופטימיזציה של קצב ההקלטה למהירות הנהיגה הממוצעת שלך, תפחית משמעותית את שגיאת המרחק והגובה של מסלול ה-GPX שלך: המסלול שלך יהיה חלק יותר, ויחזיק היטב במסלולים.

ההדגמה מבוססת על תנאי קליטה אידיאליים כאשר תנאי קליטה אלו מתדרדרים 🌧 (עננים, חופה, עמק, עיר). אי הוודאות במיקום גדלה במהירות, וההשפעות הלא רצויות של קצב הקלטת FIX גבוה במהירות נמוכה יוגברו.

התמונה למעלה מציגה כידון העובר בשדה פתוח ללא מסיכה כדי לראות רק את ההשפעה של תדר השידור של FIX בקובץ GPX.

מדובר בארבעה מסלולים שתועדו במהלך אימון שבילים (ריצה) במהירות של 10 קמ"ש. הם נבחרו באקראי במהלך השנה. שלוש רשומות (עקבות) נטענות על ידי FIX כל 3 שניות ותיקון אחד כל 5 שניות.

תצפית ראשונה: התאוששות המסלול במהלך מעבר הכידון אינה מתדרדרת, מה שהיה צריך להדגים. תצפית שנייה: כל הסטיות הצידיות ה"קטנות" שנצפו נמצאות בשבילים ה"נבחרים" לאחר 3 שניות. אותה תצפית מתקבלת כאשר משווים את העקבות שנרשמו בתדרים של 1 ש' ו-5 ש' (עבור טווח מהירות זה), המסלול המתוכנן באמצעות FIX בהפרש של 5 שניות זה מזה (עבור טווח מהירות זה) נקי יותר, המרחק והגובה הכוללים יהיו נקיים יותר. קרוב יותר לערך האמיתי.

לכן, באופני הרים, קצב רישום מיקום ה-GPS יקבע בין 2 שניות (DH) ל-5 שניות (רכיבה).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS