چگونه مسیرهای GPS تمیز را ضبط کنیم؟

اگر تا به حال به دقت به GPS خود نگاه کرده باشید، حتماً دیده اید که تنظیمات پیکربندی آن درهم است. همچنین ممکن است وقتی برای اولین بار سعی کردید آخرین آهنگ ثبت شده توسط تمام نقاط "ناپایدار" تولید شده را روی نقشه مشاهده کنید، شگفت زده شوید.

عجیب، عجیب گفتی عجیبه؟

خوب، این همه چیز عجیب نیست، اما ناگهان چیزهای زیادی در مورد توانایی GPS برای بازتولید دقیق واقعیت می گوید.

در واقع، با GPS، که به ما امکان می دهد فرکانس ثبت داده ها را تنظیم کنیم، شهودی برای انتخاب سریع ترین نمونه خواهیم داشت. به خود می گوییم: هر چه امتیاز بیشتر، بهتر!

اما آیا واقعاً انتخاب خوبی است که دنباله ای را تا حد امکان به واقعیت نزدیک کنید؟ 🤔

بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم، کمی فنی است (بدون انتگرال، نگران نباشید...)، و ما با شما خواهیم بود.

تاثیر حاشیه خطا

در دنیای دیجیتال، مفهوم کمی سازی همیشه تأثیری کم و بیش مبهم دارد.

از قضا، چیزی که ممکن است انتخاب بهتری به نظر برسد، یعنی استفاده از نرخ ضبط بالاتر برای نقاط آهنگ، می تواند معکوس باشد.

تعریف: FIX توانایی GPS برای محاسبه موقعیت (طول جغرافیایی، طول جغرافیایی، ارتفاع) از ماهواره ها است.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) بیان می کند که در مطلوب ترین شرایط پذیرش، آبی لاجوردی است. آسمان 🌞 و GPS قرار گرفته در افق میدان دید 360 درجه، ** دقت FIX در 3,35 درصد مواقع 95 متر است، **

⚠️ به طور خاص، با 100 رفع متوالی، GPS شما شما را در فاصله 0 تا 3,35 متری از موقعیت مکانی واقعی 95 بار و 5 بار در خارج از زمین قرار می دهد.

به صورت عمودی، خطا 1,5 برابر بیشتر از خطای افقی در نظر گرفته می شود، بنابراین در 95 مورد از 100 مورد، ارتفاع ثبت شده +/- 5 متر از ارتفاع واقعی در شرایط دریافت بهینه خواهد بود، که اغلب در نزدیکی زمین دشوار است. .

علاوه بر این، انتشارات مختلف موجود نشان می دهد که دریافت از چند صورت فلکی 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) دقت GPS افقی را بهبود نمی بخشد.

از سوی دیگر، یک گیرنده GPS که قادر به تفسیر سیگنال چندین صورت فلکی از ماهواره ها باشد، پیشرفت های زیر را خواهد داشت:

1. کاهش مدت زمان اولین FIX، زیرا هرچه تعداد ماهواره‌ها بیشتر باشد، پس از پرتاب، گیرنده آنها بزرگتر خواهد شد.
2. بهبود دقت موقعیت یابی در شرایط سخت پذیرش. این مورد در شهر (دره های شهری)، در پایین دره در مناطق کوهستانی یا در جنگل است.

می توانید آن را با GPS خود امتحان کنید: نتیجه واضح و کامل است.

تراشه GPS به طور کلی FIX را در هر ثانیه تنظیم می کند.

تقریباً همه سیستم‌های GPS دوچرخه‌سواری یا فضای باز به این FIX اجازه می‌دهند تا نرخ ضبط (GPX) را ردیابی کنند. یا همه آنها ضبط می شوند، انتخاب 1 بار در ثانیه است، یا GPS 1 از N را می گیرد (مثلاً هر 3 ثانیه)، یا تنظیم از راه دور انجام می شود.

هر FIX برای تعیین موقعیت (طول جغرافیایی، طول جغرافیایی، ارتفاع، سرعت) است. فاصله بین دو فیکس با محاسبه قوس دایره ای (واقع در محیط کره 🌎) که از دو فیکس متوالی می گذرد به دست می آید. مجموع مسافت دویدن مجموع این فواصل مسافتی است.

اساساً همه جی پی اس ها این محاسبه را انجام می دهند تا مسافت طی شده را بدون در نظر گرفتن ارتفاع بدست آورند، سپس تصحیح را برای محاسبه ارتفاع ادغام می کنند. یک محاسبه مشابه برای ارتفاع انجام می شود.

بنابراین: هرچه FIX بیشتر باشد، رکورد بیشتر مسیر واقعی را دنبال می کند، اما قسمت خطای موقعیت افقی و عمودی بیشتر ادغام می شود.

تصویر: در رنگ سبز مسیر واقعی در یک خط مستقیم برای ساده کردن استدلال است، در قرمز ثابت GPS در 1 هرتز با عدم قطعیت موقعیت در اطراف هر ثابت است: موقعیت واقعی همیشه در این دایره است، اما در مرکز نیست. و اگر هر 3 ثانیه یک بار انجام شود، به رنگ آبی ترجمه به GPX است. بنفش نشان دهنده خطای ارتفاع است که توسط GPS اندازه گیری می شود ([برای رفع آن به این آموزش مراجعه کنید] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

عدم قطعیت موقعیت کمتر از 4 متر در 95٪ مواقع در شرایط پذیرش ایده آل است. مفهوم اول این است که بین دو ثابت متوالی، اگر آفست کمتر از عدم قطعیت موقعیت باشد، آفست ثبت شده توسط آن FIX دارای بخش زیادی از آن عدم قطعیت است: اندازه گیری نویز.

به عنوان مثال، با سرعت 20 کیلومتر در ساعت، شما در هر ثانیه 5,5 متر حرکت می کنید. اگرچه همه چیز عالی است، GPS شما می تواند افست 5,5 m +/- Xm را اندازه گیری کند، مقدار X بین 0 تا 4 متر خواهد بود (برای عدم قطعیت موقعیت 4 متر)، بنابراین این FIX جدید را با موقعیتی بین 1,5 متر و 9,5 متر از قبلی. در بدترین حالت، خطا در محاسبه این نمونه از مسافت طی شده می تواند به +/- 70٪ برسد، در حالی که کلاس عملکرد GPS عالی است!

احتمالاً قبلاً متوجه شده اید که در یک سرعت ثابت در دشت و در هوای خوب، نقاط مسیر شما به طور مساوی فاصله ندارند: هر چه سرعت کمتر باشد، بیشتر از هم جدا می شوند. در سرعت 100 کیلومتر بر ساعت، ضربه خطا 60 درصد کاهش می یابد و در 4 کیلومتر در ساعت، سرعت عابر پیاده به 400 درصد می رسد، کافی است مسیر GPX گردشگر را مشاهده کنید، فقط ببینید که همیشه این مسیر است. بسیار "پیچیده".

به عنوان یک نتیجه:

• هر چه میزان ضبط بالاتر باشد،
• و هر چه سرعت کمتر باشد،
• هر چه فاصله و ارتفاع هر تعمیر اشتباه باشد.

با ثبت تمام CORRECTION ها در GPX خود، در عرض یک ساعت یا 3600 رکورد، 3600 برابر خطای افقی و عمودی GPS را جمع آوری کرده اید، مثلاً با کاهش فرکانس 3 برابر. بیش از 1200 برابر باشد

👈یک نکته دیگر: دقت GPS عمودی زیاد نیست، فرکانس ضبط بسیار بالا این شکاف را افزایش می دهد.

با افزایش سرعت، به تدریج مسافت طی شده بین دو FIX متوالی در رابطه با عدم قطعیت موقعیت غالب می شود. فاصله ها و ارتفاعات تجمعی بین تمام FIX های متوالی ثبت شده در مسیر شما، یعنی کل مسافت و نمای عمودی آن مسیر، کمتر و کمتر تحت تأثیر عدم قطعیت مکان قرار می گیرند.

چگونه می توان با این اثرات ناخواسته مقابله کرد؟

بیایید با تعریف کلاس های سرعت برای تحرک شروع کنیم:

1. 🚶🚶‍♀پیاده روی های گروهی، سرعت متوسط ​​کم است، حدود 3-4 کیلومتر در ساعت یا 1 متر در ثانیه.
2. 🚶 در حالت سفر اسپرت میانگین کلاس سرعت 5 تا 7 کیلومتر در ساعت یعنی حدود 2 متر بر ثانیه است.
3. 🏃 در حالت Trail یا Running، کلاس سرعت معمولی بین 7 تا 15 کیلومتر در ساعت است، یعنی حدود 3 متر بر ثانیه.
4. 🚵 با دوچرخه کوهستان می توانیم سرعت متوسطی بین 12 تا 20 کیلومتر در ساعت یا حدود 4 متر بر ثانیه داشته باشیم.
5. 🚲 هنگام رانندگی در جاده، سرعت از 5 تا 12 متر بر ثانیه بیشتر است.

که پیاده روی بنابراین لازم است ضبط با افزایش 10 تا 15 متر تعیین شود، خطای عدم دقت GPS به جای 300 فقط 3600 بار در ساعت (تقریبا) در نظر گرفته می شود و اثر خطای موقعیت که از یک افزایش می یابد. حداکثر 4 متر در هر 1 متر تا حداکثر 4 متر در هر 15 متر، 16 برابر کاهش می یابد. مسیر بسیار صاف تر و تمیزتر خواهد بود و نویز اندازه گیری نیز در نظر گرفته می شود. تقسیم بر ضریب 200! نوک هر 10 تا 15 متر بازیابی پین ها را در توری ها پاک نمی کند، فقط کمی تقسیم شده تر و سر و صدای کمتری خواهد داشت.

که مسیرهای پیاده روی با فرض سرعت متوسط ​​11 کیلومتر در ساعت، ضبط با گام زمانی که از 1 در هر 1 ثانیه به 5 تغییر می کند، تعداد ضبط ها را از 3600 به 720 در ساعت کاهش می دهد و حداکثر خطای (ممکن) 4 متر در هر 3 است. متر در هر 4 متر 15 متر می شود (یعنی از 130٪ به 25٪!). محاسبه خطا توسط ردیابی ثبت شده حدود 25 برابر کاهش می یابد. تنها اشکال این است که مسیرهایی که در معرض خطر انحنای شدید قرار دارند کمی تقسیم بندی شده اند. « خطر "**، زیرا اگرچه این یک مسیر است، سرعت در منحنی ها به ناچار کاهش می یابد، و بنابراین دو FIX متوالی نزدیک تر می شوند، که باعث تضعیف اثر بخش بندی می شود.

دوچرخه سواری در کوهستان در محل اتصال بین سرعت های کم (<20 کیلومتر در ساعت) و سرعت های متوسط ​​(> 20 کیلومتر در ساعت) است، در مورد مسیری با مشخصات آهسته تا بسیار (<15 کیلومتر در ساعت) - فرکانس 5 است. س مصالحه خوبی است (از جمله Trail)، اگر پروفایل نوع XC (> 15 کیلومتر در ساعت) باشد، حفظ 3s مصالحه خوبی به نظر می رسد. برای مشخصات استفاده از سرعت بالاتر (DH)، یک یا دو ثانیه را به عنوان سرعت نوشتن انتخاب کنید.

برای سرعت 15 کیلومتر در ساعت، انتخاب فرکانس ضبط آهنگ از 1 تا 3 ثانیه، محاسبه خطای GPS را حدود 10 برابر کاهش می دهد. از آنجایی که اصولاً شعاع چرخش به سرعت مربوط می شود، بازیابی مسیر دقیق در گیره های موی باریک یا پیچ ها به خطر نمی افتد.

نتیجه

آخرین نسخه‌های GPS موجود برای فعالیت‌های خارج از منزل و دوچرخه‌سواری، دقت موقعیت مکانی را که در مطالعه ذکر شده در ابتدای مقاله مشاهده می‌شود، ارائه می‌کند.

با بهینه سازی نرخ ضبط به میانگین سرعت رانندگی خود، خطای مسافت و ارتفاع مسیر GPX خود را به میزان قابل توجهی کاهش می دهید: مسیر شما صاف تر خواهد بود و به خوبی در مسیرها نگه می دارد.

این نمایش بر اساس شرایط پذیرایی ایده آل است که این شرایط پذیرش بدتر می شود (ابرها، سایه بان، دره، شهر). عدم قطعیت موقعیت به سرعت افزایش می‌یابد، و اثرات ناخواسته نرخ ضبط FIX بالا در سرعت پایین تقویت می‌شود.

تصویر بالا سرنیزه ای را نشان می دهد که از یک میدان باز بدون ماسک عبور می کند تا فقط اثر فرکانس انتقال FIX را در فایل GPX مشاهده کند.

اینها چهار مسیر هستند که در طول یک جلسه تمرینی تریل (دویدن) با سرعت 10 کیلومتر در ساعت ثبت شده و به طور تصادفی در طول سال انتخاب شدند. سه رکورد (ردیابی) توسط FIX هر 3 ثانیه و یک FIX در هر 5 ثانیه بارگذاری می شود.

مشاهده اول: بازیابی مسیر در هنگام عبور سرنیزه بدتر نمی شود، که باید نشان داده می شد. مشاهده دوم: تمام انحرافات جانبی "کوچک" مشاهده شده پس از 3 ثانیه در مسیرهای "انتخابی" وجود دارد. همین مشاهدات هنگام مقایسه ردیابی های ثبت شده در فرکانس های 1 ثانیه و 5 ثانیه (برای این محدوده سرعت) به دست می آید، مسیر ترسیم شده با FIX با فاصله 5 ثانیه از هم (برای این محدوده سرعت) تمیزتر است، کل فاصله و ارتفاع خواهد بود. نزدیک تر به ارزش واقعی

بنابراین، در دوچرخه کوهستان، نرخ ثبت موقعیت GPS بین 2 ثانیه (DH) و 5 ثانیه (سواری) تنظیم می شود.

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS