Hoe maak je schone GPS-tracks op?
Als je ooit goed naar je GPS hebt gekeken, moet je hebben gezien dat het vol staat met configuratie-instellingen. Je zou ook verrast kunnen zijn toen je voor het eerst probeerde om op de kaart het laatste spoor te bekijken dat werd geregistreerd door alle gegenereerde "onstabiele" punten.
Vreemd, vreemd. Zei je vreemd?
Nou, dat is niet zo vreemd, maar ineens zegt het veel over het vermogen van GPS om de werkelijkheid nauwkeurig weer te geven.
Met GPS, waarmee we de datalogging-frequentie kunnen instellen, hebben we zelfs de intuïtie om de snelste steekproef te kiezen. We zeggen tegen onszelf: hoe meer punten, hoe beter!
Maar is het echt een goede keuze om een trail zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid te krijgen? 🤔
Laten we het van dichterbij bekijken, het is een beetje technisch (geen integralen, maak je geen zorgen ...), en we zullen bij je zijn.
Invloed van de foutmarge
In de digitale wereld heeft het begrip kwantificering altijd een min of meer vage impact.
Ironisch genoeg kan wat een betere keuze lijkt, namelijk het gebruik van een hogere opnamesnelheid voor trackpoints, contraproductief zijn.
Definitie: FIX is het vermogen van GPS om de positie (breedtegraad, lengtegraad, hoogte) van satellieten te berekenen.
[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) stelt dat het onder de gunstigste opvangomstandigheden azuurblauw is. hemel 🌞 en GPS gepositioneerd in de horizon 360 ° gezichtsveld, ** FIX-nauwkeurigheid is 3,35 m 95% van de tijd, **
⚠️ Concreet, met 100 opeenvolgende FIXes, geoloceert uw GPS u 0 keer tussen 3,35 en 95 m van uw werkelijke locatie en 5 keer daarbuiten.
Verticaal wordt de fout geacht 1,5 keer groter te zijn dan de horizontale fout, dus in 95 van de 100 gevallen zal de geregistreerde hoogte +/- 5 m zijn van de werkelijke hoogte bij optimale ontvangst, wat vaak moeilijk is nabij de grond .
Daarnaast blijkt uit diverse beschikbare publicaties dat ontvangst vanuit meerdere sterrenbeelden 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) de horizontale GPS-nauwkeurigheid niet verbetert.
Aan de andere kant zal een GPS-ontvanger die het signaal van verschillende constellaties van satellieten kan interpreteren de volgende verbeteringen hebben:
- De duur van de eerste FIX verkorten, want hoe meer satellieten er zijn, hoe groter hun ontvanger zal zijn zodra deze is gelanceerd,
- het verbeteren van de nauwkeurigheid van positionering in moeilijke ontvangstomstandigheden. Dit is het geval in de stad (urban canyons), op de bodem van een vallei in bergachtige gebieden of in het bos.
Je kunt het proberen met je GPS: het resultaat is duidelijk en klaar.
De GPS-chip stelt FIX in totaal elke seconde in.
Bijna alle fiets- of outdoor GPS-systemen laten deze FIX toe om (GPX) opnamesnelheden te volgen. Of ze worden allemaal geregistreerd, de selectie is 1 keer per seconde, of de GPS neemt 1 op N (bijvoorbeeld elke 3 seconden), of de afstemming gebeurt op afstand.
Elke FIX is om de positie te bepalen (breedtegraad, lengtegraad, hoogte, snelheid); de afstand tussen twee FIXen wordt verkregen door de boog van een cirkel te berekenen (op de omtrek van de wereldbol 🌎) die door twee opeenvolgende FIXen gaat. De totale loopafstand is de som van deze afstandsintervallen.
In principe voeren alle GPS-systemen deze berekening uit om de afgelegde afstand te berekenen zonder rekening te houden met de hoogte, waarna ze de correctie integreren om rekening te houden met de hoogte. Voor de hoogte wordt een soortgelijke berekening gemaakt.
Dus: hoe meer FIX er is, hoe meer het record het eigenlijke pad volgt, maar hoe meer het horizontale en verticale positiefoutgedeelte zal worden geïntegreerd.
Illustratie: in groen is het echte pad in een rechte lijn om de redenering te vereenvoudigen, in rood is de GPS FIX op 1 Hz met positie-onzekerheid gematerialiseerd rond elke FIX: de echte positie is altijd in deze cirkel, maar niet gecentreerd. , en in blauw is de vertaling naar GPX als dit elke 3 seconden wordt gedaan. Paars geeft een hoogtefout aan zoals gemeten door GPS ([zie deze tutorial om het op te lossen] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
De positie-onzekerheid is 4% van de tijd minder dan 95 m onder ideale ontvangstomstandigheden. De eerste implicatie is dat tussen twee opeenvolgende FIX's, als de offset kleiner is dan de positie-onzekerheid, de offset die door die FIX wordt geregistreerd een groot deel van die onzekerheid bevat: het is meetruis.
Bij een snelheid van 20 km/u beweeg je bijvoorbeeld 5,5 meter per seconde; hoewel alles perfect is, kan uw GPS een afwijking van 5,5 m +/- Xm meten, de X-waarde zal tussen 0 en 4 m zijn (voor een positieonzekerheid van 4 m), dus het zal deze nieuwe FIX plaatsen met een positie tussen 1,5 m en 9,5 m van de vorige. In het ergste geval kan de fout bij het berekenen van dit monster van de afgelegde afstand +/- 70% bedragen, terwijl de GPS-prestatieklasse uitstekend is!
Je hebt waarschijnlijk al gemerkt dat bij een constante snelheid op de vlakte en bij mooi weer de punten van je baan niet gelijk verdeeld zijn: hoe lager de snelheid, hoe meer ze uiteenlopen. Bij 100 km/u wordt de impact van de fout met 60% verminderd en bij 4 km/u bereikt de snelheid van een voetganger 400%, het volstaat om het GPX-parcours van de toerist te observeren, alleen om te zien dat het altijd erg "ingewikkeld".
Bijgevolg :
- hoe hoger de opnamesnelheid,
- en hoe lager de snelheid,
- hoe meer de afstand en hoogte van elke fix onjuist zal zijn.
Door alle CORRECTIES in je GPX op te nemen, heb je binnen een uur of 3600 records 3600 keer de horizontale en verticale GPS-fout verzameld, bijvoorbeeld door de frequentie met 3 keer te verlagen. meer dan 1200 keer zijn.
👉 Nog een punt: de verticale GPS-nauwkeurigheid is niet hoog, een te hoge opnamefrequentie zal deze kloof vergroten 😬.
Naarmate de snelheid toeneemt, wordt geleidelijk de afstand die wordt afgelegd tussen twee opeenvolgende FIX's overheersend in relatie tot de positieonzekerheid. De cumulatieve afstanden en hoogten tussen alle opeenvolgende FIX's die op je baan zijn geregistreerd, dat wil zeggen de totale afstand en het verticale profiel van die baan, worden steeds minder beïnvloed door locatieonzekerheid.
Hoe kunnen deze ongewenste effecten worden tegengegaan?
Laten we beginnen met het definiëren van de snelheidsklassen voor mobiliteit:
- 🚶🚶♀Groepswandelingen, de gemiddelde snelheid is laag, ongeveer 3-4 km / u of 1 m / s.
- 🚶 In de sportmodus is de gemiddelde snelheidsklasse 5 tot 7 km/u, dat wil zeggen ongeveer 2 m/s.
- 🏃 In de Trail- of Running-modus ligt de normale snelheidsklasse tussen 7 en 15 km / u, dat is ongeveer 3 m / s.
- 🚵 Op een mountainbike kunnen we een gemiddelde snelheid halen van 12 tot 20 km/u, of ongeveer 4 m/s.
- 🚲 Bij het rijden op de weg is de snelheid hoger van 5 tot 12 m/s.
Dat hiking daarom is het noodzakelijk om een opname toe te wijzen in stappen van 10 tot 15 m, de GPS-onnauwkeurigheidsfout wordt slechts 300 keer per uur (ongeveer) in aanmerking genomen in plaats van 3600, en het effect van de positiefout, die toeneemt van een maximaal 4 m per 1 m tot maximaal 4 m per 15 m, wordt 16 keer verlaagd. De baan wordt veel gladder en schoner en er wordt rekening gehouden met de meetruis. gedeeld door de factor 200! De punt om de 10-15 m zal het herstel van de pinnen in de veters niet wissen, het zal alleen iets meer gesegmenteerd en minder luidruchtig zijn.
Dat trails Uitgaande van een gemiddelde snelheid van 11 km/u, vermindert de opname met een tijdstap die verandert van 1 elke seconde naar 1 elke 5 seconden het aantal opnames van 3600 naar 720 per uur, en de maximale (mogelijke) fout is 4 m elke 3 m. Wordt elke 4 m 15 m (d.w.z. van 130% tot 25%!). De foutregistratie door het geregistreerde spoor wordt ongeveer 25 keer verminderd. Het enige nadeel is dat paden met een risico op ernstige kromming enigszins gesegmenteerd zijn. « Risico "**, want hoewel dit een spoor is, zal de snelheid op de bochten onvermijdelijk dalen, en daarom zullen twee opeenvolgende FIX's dichterbij komen, wat het segmentatie-effect zal verzwakken.
Mountain biking bevindt zich op de kruising tussen lage snelheden (<20 km/u) en gemiddelde snelheden (> 20 km/u), in het geval van een baan met een langzaam profiel tot zeer (<15 km/u) langzaam – de frequentie is 5 S. is een goed compromis (inclusief Trail), als het een XC-type profiel is (>15 km/u), lijkt het behouden van 3s een goed compromis. Selecteer voor een gebruiksprofiel met een hogere snelheid (DH) één of twee seconden als schrijfsnelheid.
Bij een snelheid van 15 km/u reduceert de keuze van de trackregistratiefrequentie van 1 tot 3 s de GPS-foutregistratie met ongeveer 10 keer. Aangezien de draaicirkel in principe gerelateerd is aan de snelheid, zal nauwkeurig trajectherstel in nauwe haarspeldbochten of bochten niet in gevaar komen.
Conclusie
De nieuwste versies van GPS die beschikbaar zijn voor buitenactiviteiten en fietsen bieden de locatienauwkeurigheid die wordt gezien in de studie die aan het begin van het artikel wordt geciteerd.
Door de opnamesnelheid te optimaliseren voor uw gemiddelde rijsnelheid, verkleint u de afstand en hoogtefout van uw GPX-track aanzienlijk: uw track wordt soepeler en blijft goed op tracks liggen.
De demonstratie is gebaseerd op ideale opvangomstandigheden wanneer deze opvangomstandigheden verslechteren 🌧 (bewolking, bladerdak, vallei, stad). De positieonzekerheid neemt snel toe en de ongewenste effecten van een hoge FIX-opnamesnelheid bij een lage snelheid worden versterkt.
De afbeelding hierboven toont een bajonet die door een open veld gaat zonder een masker om alleen het effect van de FIX-transmissiefrequentie in het GPX-bestand te observeren.
Dit zijn vier tracks die tijdens een trail (hardloop)training zijn opgenomen met een snelheid van 10 km/u en die het hele jaar door willekeurig zijn geselecteerd. Drie records (sporen) worden elke 3 seconden door FIX geladen en elke 5 seconden één FIX.
Eerste constatering: het herstel van het traject tijdens de passage van de bajonet verslechtert niet, wat moest worden aangetoond. Tweede observatie: alle waargenomen "kleine" laterale afwijkingen zijn na 3 seconden aanwezig op de "geselecteerde" paden. Dezelfde waarneming wordt verkregen bij het vergelijken van de geregistreerde sporen met frequenties van 1 s en 5 s (voor dit snelheidsbereik), het spoor dat is uitgezet met FIX op een onderlinge afstand van 5 seconden (voor dit snelheidsbereik) is schoner, de totale afstand en hoogte zullen zijn dichter bij de werkelijke waarde.
Daarom wordt op een mountainbike de opnamesnelheid van de GPS-positie ingesteld tussen 2 s (DH) en 5 s (rijden).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
