Làm thế nào để ghi lại đường đi GPS sạch?
nội dung
Nếu bạn đã từng xem xét kỹ GPS của mình, bạn hẳn đã thấy nó chứa đầy các cài đặt cấu hình. Bạn cũng có thể ngạc nhiên khi lần đầu tiên thử xem trên bản đồ đường đi cuối cùng được ghi lại bởi tất cả các điểm “không ổn định” đã tạo.
Kỳ lạ, kỳ lạ. Bạn có nói lạ không?
Chà, đó không phải là điều kỳ lạ, nhưng đột nhiên nó nói lên rất nhiều điều về khả năng tái tạo chính xác thực tế của GPS.
Trên thực tế, với GPS, cho phép chúng tôi đặt tần suất ghi dữ liệu, chúng tôi sẽ có trực giác để chọn mẫu nhanh nhất. Chúng tôi tự nhủ: càng nhiều điểm, càng tốt!
Nhưng nó có thực sự là một lựa chọn tốt để có được một con đường càng gần với thực tế càng tốt? 🤔
Hãy xem xét kỹ hơn, đó là một chút kỹ thuật (không có tích phân, đừng lo lắng ...), và chúng tôi sẽ đồng hành cùng bạn.
Ảnh hưởng của biên độ sai số
Trong thế giới kỹ thuật số, khái niệm định lượng luôn có tác động ít nhiều mơ hồ.
Trớ trêu thay, những gì có vẻ như là một lựa chọn tốt hơn, cụ thể là sử dụng tốc độ ghi cao hơn cho các điểm theo dõi, lại có thể phản tác dụng.
Định nghĩa: FIX là khả năng GPS tính toán vị trí (vĩ độ, kinh độ, độ cao) từ vệ tinh.
[Đăng bài Qua Đại Tây Dương Sau Chiến dịch Đo lường] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) tuyên bố rằng trong điều kiện tiếp nhận thuận lợi nhất, nó có màu xanh lam. bầu trời 🌞 và GPS được định vị trong trường nhìn 360 ° của đường chân trời, ** Độ chính xác của FIX là 3,35 m 95% thời gian, **
⚠️ Cụ thể, với 100 lần FIX liên tiếp, GPS sẽ định vị bạn trong khoảng từ 0 đến 3,35m so với vị trí thực của bạn 95 lần và 5 lần bên ngoài.
Theo chiều dọc, sai số được coi là lớn hơn 1,5 lần so với sai số theo chiều ngang, vì vậy trong 95 trường hợp trong số 100 trường hợp, chiều cao ghi được sẽ là +/- 5 m so với chiều cao thực trong điều kiện thu sóng tối ưu, điều này thường khó gần mặt đất. .
Ngoài ra, các ấn phẩm khác nhau có sẵn cho thấy rằng việc tiếp nhận từ nhiều chòm sao 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) không cải thiện độ chính xác của GPS theo phương ngang.
Mặt khác, một máy thu GPS có khả năng giải thích tín hiệu của một số chòm sao vệ tinh sẽ có những cải tiến sau:
- Giảm thời lượng của lần sửa lỗi đầu tiên, vì càng có nhiều vệ tinh, bộ thu của chúng sẽ càng lớn sau khi nó được phóng,
- cải thiện độ chính xác của định vị trong điều kiện tiếp nhận khó khăn. Đây là trường hợp xảy ra trong thành phố (hẻm núi đô thị), ở dưới cùng của một thung lũng ở các khu vực miền núi hoặc trong rừng.
Bạn có thể thử bằng GPS của mình: kết quả rõ ràng và đã hoàn thành.
Chip GPS thiết lập FIX hoàn toàn mỗi giây.
Hầu hết tất cả các hệ thống GPS đi xe đạp hoặc ngoài trời đều cho phép các FIX này theo dõi tốc độ ghi (GPX). Tất cả chúng đều được ghi lại, lựa chọn là 1 lần mỗi giây hoặc GPS lấy 1 trong N (ví dụ: 3 giây một lần) hoặc điều chỉnh được thực hiện từ xa.
Mỗi FIX là để xác định vị trí (vĩ độ, kinh độ, độ cao, tốc độ); khoảng cách giữa hai FIX có được bằng cách tính cung của một đường tròn (nằm trên chu vi của quả địa cầu 🌎) đi qua hai FIX liên tiếp. Tổng quãng đường chạy là tổng của các quãng đường chạy này.
Về cơ bản, tất cả các GPS đều thực hiện tính toán này để có được khoảng cách di chuyển mà không tính đến độ cao, sau đó chúng tích hợp hiệu chỉnh để tính đến độ cao. Một phép tính tương tự được thực hiện cho chiều cao.
Vì vậy: càng có nhiều FIX, bản ghi càng đi theo đường dẫn thực tế, nhưng phần lỗi vị trí ngang và dọc sẽ được tích hợp nhiều hơn.
Hình minh họa: màu xanh lá cây là đường thực theo đường thẳng để đơn giản hóa lý luận, màu đỏ là FIX GPS ở 1 Hz với độ không đảm bảo vị trí được cụ thể hóa xung quanh mỗi FIX: vị trí thực luôn nằm trong vòng tròn này, nhưng không ở giữa. và màu xanh lam là bản dịch sang GPX nếu nó được thực hiện 3 giây một lần. Màu tím cho biết lỗi độ cao do GPS đo được ([xem hướng dẫn này để khắc phục] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
Độ không đảm bảo về vị trí nhỏ hơn 4 m 95% thời gian trong điều kiện tiếp nhận lý tưởng. Hàm ý đầu tiên là giữa hai FIX liên tiếp, nếu độ lệch nhỏ hơn độ không đảm bảo về vị trí, thì độ lệch được ghi lại bởi FIX đó chứa một tỷ lệ lớn của độ không đảm bảo đó: đó là đo tiếng ồn.
Ví dụ, ở tốc độ 20 km / h, bạn di chuyển 5,5 mét mỗi giây; mặc dù mọi thứ đều hoàn hảo, nhưng GPS của bạn có thể đo được độ lệch 5,5m +/- Xm, giá trị X sẽ nằm trong khoảng từ 0 đến 4m (đối với vị trí không chắc chắn là 4m), vì vậy nó sẽ đặt FIX mới này với vị trí từ 1,5m đến 9,5 m so với cái trước. Trong trường hợp xấu nhất, sai số khi tính toán khoảng cách đã di chuyển của mẫu này có thể lên tới +/- 70%, trong khi loại hiệu suất GPS là tuyệt vời!
Bạn có thể đã nhận thấy rằng ở tốc độ không đổi trên đồng bằng và trong thời tiết tốt, các điểm trên đường đua của bạn không cách đều nhau: tốc độ càng thấp, chúng càng phân kỳ. Ở 100 km/h tác động của sai số giảm 60%, còn ở 4 km/h đi bộ đạt 400%, đủ để quan sát đường đua GPX của dân du lịch, chỉ thấy rằng nó luôn rất “ phức tạp”.
Hậu quả là :
- tỷ lệ ghi càng cao,
- và tốc độ càng thấp,
- càng nhiều khoảng cách và chiều cao của mỗi lần sửa chữa sẽ bị sai sót.
Bằng cách ghi lại tất cả các CHỈNH SỬA vào GPX của bạn, trong vòng một giờ hoặc 3600 bản ghi, bạn đã tích lũy được 3600 lần lỗi GPS ngang và dọc, ví dụ: bằng cách giảm tần số đi 3 lần. được hơn 1200 lần.
👉 Thêm một điểm nữa: độ chính xác của GPS dọc không cao, tần suất ghi quá cao sẽ làm tăng khoảng cách này 😬.
Khi tốc độ tăng lên, dần dần khoảng cách di chuyển giữa hai lần FIX liên tiếp trở nên chiếm ưu thế so với độ không đảm bảo của vị trí. Khoảng cách và độ cao tích lũy giữa tất cả các FIX liên tiếp được ghi lại trên đường đi của bạn, tức là tổng khoảng cách và đường thẳng đứng của đường đó, sẽ ngày càng ít bị ảnh hưởng bởi sự không chắc chắn về vị trí.
Làm thế nào để chống lại những tác dụng không mong muốn này?
Hãy bắt đầu bằng cách xác định các lớp tốc độ cho tính di động:
- 🚶🚶♀Đi bộ theo nhóm, tốc độ trung bình thấp, khoảng 3-4 km / h hoặc 1 m / s.
- 🚶 Ở chế độ di chuyển thể thao, tốc độ trung bình là 5 đến 7 km / h, tức là khoảng 2 m / s.
- 🏃 Ở chế độ Đường mòn hoặc Chạy bộ, tốc độ bình thường là từ 7 đến 15 km / h, tức là khoảng 3 m / s.
- 🚵 Trên xe đạp địa hình, chúng ta có thể đạt tốc độ trung bình từ 12 đến 20 km / h, hoặc khoảng 4 m / s.
- 🚲 Khi chạy xe trên đường với vận tốc lớn hơn từ 5 đến 12 m / s.
Đó đi bộ đường dài do đó, cần phải chỉ định một bản ghi với gia số từ 10 đến 15 m, sai số không chính xác của GPS sẽ chỉ được tính đến 300 lần mỗi giờ (gần đúng) thay vì 3600, và ảnh hưởng của sai số vị trí, tăng từ a tối đa là 4 m trên 1 m đến tối đa là 4 m trên 15 m, sẽ được giảm 16 lần. Bản nhạc sẽ mượt mà và sạch sẽ hơn nhiều, đồng thời tính đến tiếng ồn của phép đo. chia cho hệ số 200! Đầu nhọn cứ sau 10-15 m sẽ không xóa đi sự phục hồi của các chốt trong dây buộc, nó sẽ chỉ phân khúc hơn một chút và ít ồn ào hơn.
Đó đường mòn Giả sử tốc độ trung bình là 11 km / h, việc ghi với bước thời gian thay đổi từ 1 giây đến 1 sau mỗi 5 giây sẽ giảm số lần ghi từ 3600 xuống 720 mỗi giờ và sai số tối đa (có thể có) là 4 m cứ 3 giây m. Trở thành 4 m sau mỗi 15 m (tức là từ 130% đến 25%!). Việc hạch toán sai sót theo dấu vết đã ghi giảm được khoảng 25 lần. Hạn chế duy nhất là các con đường có nguy cơ bị cong nặng hơi bị phân đoạn. « Rủi ro "**, bởi vì mặc dù đây là đường nhỏ, tốc độ trên đường cong chắc chắn sẽ giảm và do đó hai lần FIX liên tiếp sẽ đến gần hơn, điều này sẽ làm giảm hiệu ứng phân đoạn.
đạp xe leo núi nằm ở điểm giao nhau giữa tốc độ thấp (<20 km/h) và tốc độ trung bình (> 20 km/h), trong trường hợp đường có dạng chậm đến rất chậm (<15 km/h) – tần suất là 5 S. là một thỏa hiệp tốt (bao gồm cả Trail), nếu đó là cấu hình loại XC (>15 km/h), giữ 3 giây có vẻ là một thỏa hiệp tốt. Đối với cấu hình sử dụng tốc độ cao hơn (DH), hãy chọn một hoặc hai giây làm tốc độ ghi.
Đối với tốc độ 15 km / h, việc lựa chọn tần số ghi đường từ 1 đến 3 s làm giảm khoảng 10 lần tính toán lỗi GPS. Vì về nguyên tắc, bán kính quay vòng có liên quan đến tốc độ, khả năng phục hồi quỹ đạo chính xác trong các kẹp tóc hẹp hoặc các ngã rẽ sẽ không bị ảnh hưởng.
Kết luận
Các phiên bản mới nhất của GPS có sẵn cho các hoạt động ngoài trời và đạp xe cung cấp độ chính xác của vị trí được thấy trong nghiên cứu được trích dẫn ở đầu bài báo.
Bằng cách tối ưu hóa tốc độ ghi theo tốc độ lái xe trung bình, bạn sẽ giảm đáng kể sai số về khoảng cách và độ cao của đường đua GPX: đường chạy của bạn sẽ mượt mà hơn và bám đường tốt.
Trình diễn dựa trên các điều kiện tiếp nhận lý tưởng khi các điều kiện tiếp nhận này xấu đi 🌧 (mây, tán cây, thung lũng, thành phố). Sự không chắc chắn về vị trí tăng lên nhanh chóng và các tác động không mong muốn của tốc độ ghi FIX cao ở tốc độ thấp sẽ được khuếch đại.
Hình ảnh trên cho thấy một lưỡi lê đi qua một cánh đồng mở mà không có mặt nạ để chỉ quan sát ảnh hưởng của tần số truyền FIX trong tệp GPX.
Đây là bốn đường đua được ghi lại trong một buổi tập (chạy) đường mòn với tốc độ 10 km / h và được chọn ngẫu nhiên trong suốt năm. Ba bản ghi (dấu vết) được FIX tải sau mỗi 3 giây và một lần sửa đổi sau mỗi 5 giây.
Quan sát đầu tiên: sự phục hồi của quỹ đạo trong quá trình di chuyển của lưỡi lê không xấu đi, điều này đã được chứng minh. Quan sát thứ hai: tất cả các sai lệch bên "nhỏ" quan sát được hiện diện trên các đường "đã chọn" sau 3 giây. Quan sát tương tự cũng thu được khi so sánh các dấu vết được ghi lại ở tần số 1 s và 5 s (đối với dải tốc độ này), đoạn đường được vẽ bằng FIX cách nhau 5 giây (đối với dải tốc độ này) sạch hơn, tổng khoảng cách và độ cao sẽ là gần hơn với giá trị thực.
Do đó, trên xe đạp leo núi, tốc độ ghi vị trí GPS sẽ được đặt trong khoảng từ 2 giây (DH) đến 5 giây (đạp xe).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal /TWS
