Come registrare tracce GPS pulite?
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Se hai mai guardato da vicino il tuo GPS, devi aver visto che è ingombro di impostazioni di configurazione. Potresti anche essere sorpreso quando hai provato per la prima volta a visualizzare sulla mappa l'ultima traccia registrata da tutti i punti "instabili" generati.
Strano, strano. Hai detto strano?
Beh, non è poi così strano, ma improvvisamente dice molto sulla capacità del GPS di riprodurre accuratamente la realtà.
Infatti, con il GPS, che ci permette di impostare la frequenza di registrazione dei dati, avremo l'intuizione di scegliere il campione più veloce. Ci diciamo: più punti ci sono, meglio è!
Ma è davvero una buona scelta ottenere un percorso il più vicino possibile alla realtà? 🤔
Diamo un'occhiata più da vicino, è un po' tecnico (niente integrali, tranquilli...), e saremo con voi.
Influenza del margine di errore
Nel mondo digitale il concetto di quantificazione ha sempre un impatto più o meno vago.
Ironia della sorte, quella che può sembrare una scelta migliore, ovvero l'utilizzo di una velocità di registrazione più elevata per i punti traccia, può essere controproducente.
Definizione: FIX è la capacità del GPS di calcolare la posizione (latitudine, longitudine, altitudine) dai satelliti.
[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) afferma che nelle condizioni di ricezione più favorevoli è un azzurro. cielo 🌞 e GPS posizionato nell'orizzonte campo visivo a 360 °, ** La precisione FIX è di 3,35 m il 95% delle volte, **
⚠️ Nello specifico, con 100 FIX consecutivi, il tuo GPS ti geolocalizza tra 0 e 3,35m dalla tua posizione reale 95 volte e 5 volte all'esterno.
Verticalmente l'errore è considerato 1,5 volte maggiore dell'errore orizzontale, quindi in 95 casi su 100 l'altezza registrata sarà di +/- 5 m dall'altezza reale in condizioni di ricezione ottimale, spesso difficile vicino al suolo .
Inoltre, varie pubblicazioni disponibili mostrano che la ricezione da più costellazioni (GPS + GLONASS + Galileo) non migliora la precisione orizzontale del GPS.
D'altra parte, un ricevitore GPS in grado di interpretare il segnale di più costellazioni di satelliti avrà i seguenti miglioramenti:
- Riducendo la durata del primo FIX, perché più satelliti ci sono, più grande sarà il loro ricevitore una volta lanciato,
- migliorare la precisione del posizionamento in condizioni di ricezione difficili. È il caso della città (canyon urbani), del fondovalle nelle zone montuose o della foresta.
Puoi provarlo con il tuo GPS: il risultato è chiaro e finito.
Il chip GPS imposta FIX ogni secondo del tutto.
Quasi tutti i sistemi GPS per biciclette o per esterni consentono a questi FIX di tracciare le velocità di registrazione (GPX). O vengono tutti registrati, la selezione è 1 volta al secondo, oppure il GPS prende 1 di N (ad esempio, ogni 3 secondi), oppure la sintonizzazione viene eseguita a distanza.
Ogni FIX serve a determinare la posizione (latitudine, longitudine, altitudine, velocità); la distanza tra due FIX si ottiene calcolando l'arco di cerchio (situato sulla circonferenza del globo 🌎) che passa per due FIX successivi. La distanza totale di corsa è la somma di questi intervalli di distanza.
Fondamentalmente, tutti i GPS fanno questo calcolo per ottenere la distanza percorsa senza tener conto dell'altitudine, quindi integrano la correzione per tenere conto dell'altitudine. Un calcolo simile viene effettuato per l'altezza.
Quindi: più FIX c'è, più il record segue il percorso effettivo, ma più la parte dell'errore di posizione orizzontale e verticale sarà integrata.
Illustrazione: in verde è il percorso reale in linea retta per semplificare il ragionamento, in rosso è il GPS FIX a 1 Hz con incertezza di posizione materializzata attorno ad ogni FIX: la posizione reale è sempre in questo cerchio, ma non centrata. e in blu è la traduzione in GPX se viene eseguita ogni 3 secondi. Il viola indica un errore di altitudine misurato dal GPS ([guarda questo tutorial per correggerlo] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
L'incertezza di posizione è inferiore a 4 m il 95% del tempo in condizioni di ricezione ideali. La prima implicazione è che tra due FIX successivi, se l'offset è inferiore all'incertezza di posizione, l'offset registrato da quel FIX contiene una grande proporzione di tale incertezza: è rumore di misura.
Ad esempio, a una velocità di 20 km/h, ti muovi di 5,5 metri ogni secondo; anche se tutto è perfetto, il tuo GPS può misurare un offset di 5,5 m +/- Xm, il valore X sarà compreso tra 0 e 4 m (per un'incertezza di posizione di 4 m), quindi posizionerà questo nuovo FIX con una posizione tra 1,5 m e 9,5 m dal precedente. Nel peggiore dei casi, l'errore nel calcolo di questo campione della distanza percorsa può raggiungere +/- 70%, mentre la classe di prestazioni del GPS è eccellente!
Probabilmente avrai già notato che a velocità costante in pianura e con il bel tempo, i punti della tua traccia non sono equidistanti: più bassa è la velocità, più divergono. A 100 km/h l'impatto dell'errore si riduce del 60% e a 4 km/h la velocità di un pedone raggiunge il 400%, basta osservare la traccia GPX del turista, solo per vedere che è sempre molto "intricato".
Di conseguenza:
- maggiore è la velocità di registrazione,
- e minore è la velocità,
- tanto più la distanza e l'altezza di ogni fix saranno errate.
Registrando tutte le CORREZIONI nel tuo GPX, in un'ora o 3600 registrazioni hai accumulato 3600 volte l'errore GPS orizzontale e verticale, ad esempio diminuendo la frequenza di 3 volte. essere più di 1200 volte.
👉 Ancora un punto: la precisione del GPS verticale non è elevata, una frequenza di registrazione troppo alta aumenterà questo divario 😬.
All'aumentare della velocità, gradualmente la distanza percorsa tra due FIX successivi diventa predominante in relazione all'incertezza di posizione. Le distanze e le altezze cumulative tra tutti i FIX consecutivi registrati sulla traccia, ovvero la distanza totale e il profilo verticale di quel percorso, saranno sempre meno influenzati dall'incertezza della posizione.
Come si possono contrastare questi effetti indesiderati?
Iniziamo definendo le classi di velocità per la mobilità:
- 🚶🚶♀Escursioni di gruppo, la velocità media è bassa, circa 3-4 km/ho 1 m/s.
- 🚶 In modalità viaggio sportivo, la classe di velocità media è compresa tra 5 e 7 km/h, ovvero circa 2 m/s.
- 🏃 Nelle modalità Trail o Running, la classe di velocità normale è compresa tra 7 e 15 km/h, ovvero circa 3 m/s.
- 🚵 Su una mountain bike, possiamo percorrere una velocità media da 12 a 20 km/h, ovvero circa 4 m/s.
- 🚲 Durante la guida su strada, la velocità è maggiore da 5 a 12 m/s.
Che escursionismo quindi, è necessario assegnare una registrazione con incrementi da 10 a 15 m, l'errore di imprecisione GPS verrà preso in considerazione solo 300 volte all'ora (circa) invece di 3600 e l'effetto dell'errore di posizione, che aumenta da un massimo di 4 m per 1 m ad un massimo di 4 m per 15 m, sarà ridotto di 16 volte. La traccia sarà molto più liscia e pulita e il rumore di misurazione verrà preso in considerazione. diviso per il fattore 200! La punta ogni 10-15 m non cancellerà il ripristino dei perni nei lacci, sarà solo un po' più segmentata e meno rumorosa.
Che sentieri Ipotizzando una velocità media di 11 km/h, registrando con un passo temporale che varia da 1 ogni secondo a 1 ogni 5 secondi si riduce il numero di registrazioni da 3600 a 720 all'ora, e l'errore massimo (possibile) è di 4 m ogni 3 m. Diventa 4 m ogni 15 m (cioè dal 130% al 25%!). La contabilizzazione degli errori da parte della traccia registrata è ridotta di circa 25 volte. L'unico inconveniente è che i percorsi a rischio di grave curvatura sono leggermente segmentati. « Rischio "**, perché pur trattandosi di una scia, la velocità sulle curve inevitabilmente diminuirà, e quindi due FIX consecutivi si avvicineranno, il che indebolirà l'effetto di segmentazione.
andare in mountain bike è all'incrocio tra velocità basse (<20 km/h) e velocità medie (>20 km/h), nel caso di un tracciato con un profilo da lento a molto (<15 km/h) lento – la frequenza è 5 S. è un buon compromesso (incluso Trail), se si tratta di un profilo di tipo XC (>15 km/h), mantenere 3s sembra un buon compromesso. Per un profilo di utilizzo a velocità più elevata (DH), selezionare uno o due secondi come velocità di scrittura.
Per una velocità di 15 km/h, la scelta della frequenza di registrazione della traccia da 1 a 3 s riduce la contabilizzazione dell'errore GPS di circa 10 volte. Poiché, in linea di principio, il raggio di sterzata è correlato alla velocità, il recupero accurato della traiettoria nei tornanti o nelle curve strette non sarà compromesso.
conclusione
Le ultime versioni di GPS disponibili per le attività all'aperto e il ciclismo forniscono la precisione della posizione vista nello studio citato all'inizio dell'articolo.
Ottimizzando la velocità di registrazione alla tua velocità di guida media, ridurrai significativamente l'errore di distanza e altezza della tua traccia GPX: la tua traccia sarà più liscia e terrà bene sulle tracce.
La dimostrazione si basa su condizioni di ricezione ideali quando queste condizioni di ricezione peggiorano 🌧 (nuvole, tettoia, valle, città). L'incertezza di posizione aumenta rapidamente e gli effetti indesiderati di un'elevata velocità di registrazione FIX a bassa velocità saranno amplificati.
L'immagine sopra mostra una baionetta che passa attraverso un campo aperto senza maschera per osservare solo l'effetto della frequenza di trasmissione FIX nel file GPX.
Si tratta di quattro tracce registrate durante una sessione di allenamento di trail (running) a una velocità di 10 km/h e sono state selezionate casualmente durante tutto l'anno. Tre record (tracce) vengono caricati da FIX ogni 3 secondi e un FIX ogni 5 secondi.
Prima osservazione: il recupero della traiettoria durante il passaggio della baionetta non si deteriora, cosa che doveva essere dimostrata. Seconda osservazione: tutte le deviazioni laterali "piccole" osservate sono presenti sui percorsi "selezionati" dopo 3 secondi. La stessa osservazione si ottiene confrontando le tracce registrate alle frequenze di 1 s e 5 s (per questa gamma di velocità), la traccia tracciata usando FIX, a distanza di 5 secondi (per questa gamma di velocità), è più pulita, la distanza totale e l'altitudine sarà più vicino al valore reale.
Pertanto, su una mountain bike, la velocità di registrazione della posizione GPS sarà impostata tra 2 s (DH) e 5 s (corsa).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
