كيفية تسجيل مسارات GPS نظيفة؟

إذا سبق لك أن نظرت عن كثب إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بك ، فلا بد أنك لاحظت أنه مليء بإعدادات التكوين. قد تتفاجأ أيضًا عندما حاولت أولاً عرض المسار الأخير على الخريطة الذي سجلته جميع النقاط "غير المستقرة" التي تم إنشاؤها.

غريب، غريب. هل قلت غريب؟

حسنًا، الأمر ليس غريبًا، لكنه فجأة يخبرنا الكثير عن قدرة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على إعادة إنتاج الواقع بدقة.

في الواقع، باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الذي يسمح لك بضبط وتيرة تسجيل البيانات، سيكون لدينا الحدس لاختيار أسرع عينة. نقول لأنفسنا: كلما زادت النقاط، كلما كان ذلك أفضل!

ولكن هل هو حقًا اختيار جيد للحصول على أثر أقرب ما يكون إلى الواقع؟ 🤔

دعونا نلقي نظرة فاحصة، إنه أمر تقني بعض الشيء (لا توجد تكاملات، لا تقلق...) وسنكون معك.

تأثير هامش الخطأ

في العالم الرقمي، يكون لمفهوم القياس الكمي دائمًا تأثير غامض إلى حد ما.

ومن الغريب أن ما قد يبدو الخيار الأفضل، وهو استخدام معدل تسجيل أعلى لنقاط التتبع، يمكن أن يؤدي إلى نتائج عكسية.

التعريف: FIX هو قدرة GPS على حساب الموقع (خطوط الطول والعرض والارتفاع) من الأقمار الصناعية.

يشير [المنشور عبر المحيط الأطلسي بعد حملة القياس] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) إلى أنه في ظل ظروف الاستقبال الأكثر ملاءمة يكون لونه أزرق سماوي. السماء 🌞 ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) موضوعان في مجال رؤية الأفق بزاوية 360 درجة، ** دقة FIX تبلغ 3,35 م في 95% من الحالات, **

⚠️ على وجه التحديد ، مع 100 إصلاح متتالي ، يحددك GPS الخاص بك بين 0 و 3,35 مترًا من موقعك الحقيقي 95 مرة و 5 مرات بالخارج.

عموديًا، يعتبر الخطأ 1,5 مرة الخطأ الأفقي، لذلك 95 مرة من 100 سيكون الارتفاع المسجل +/- 5 أمتار من الارتفاع الفعلي في ظل ظروف الاستقبال المثالية، والتي غالبًا ما تكون صعبة بالقرب من الأرض.

بالإضافة إلى ذلك، تظهر العديد من المنشورات المتاحة أن الاستقبال من كوكبات متعددة 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) لا يحسن الدقة الأفقية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

ومن ناحية أخرى، فإن جهاز استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) القادر على تفسير إشارة مجموعات متعددة من الأقمار الصناعية سيكون له التحسينات التالية:

1. تقليل مدة الفيكس الأول، لأنه كلما زاد عدد الأقمار الصناعية كلما زاد حجم جهاز الاستقبال الخاص بها، بمجرد إطلاقها،
2. تحسين دقة تحديد المواقع في ظروف الاستقبال الصعبة. وهذا هو الحال في المدينة (الأودية الحضرية) أو في قاع الوادي في المناطق الجبلية أو في الغابة.

يمكنك تجربتها باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS): النتيجة واضحة وكاملة.

تقوم شريحة GPS بضبط الإصلاح في كل ثانية بشكل عام.

تتيح لك جميع أجهزة تحديد المواقع العالمية (GPS) المخصصة لركوب الدراجات أو الخارجية تقريبًا ضبط عدد مرات كتابة هذه التصحيحات على المسار (GPX). إما أن يتم تسجيلها جميعًا، أو يكون الاختيار مرة واحدة في الثانية، أو يأخذ GPS 1 من N (على سبيل المثال، كل 1 ثوانٍ)، أو يتم التعديل من مسافة.

كل FIX هو تحديد الموقع (خط العرض ، خط الطول ، الارتفاع ، السرعة) ؛ يتم الحصول على المسافة بين اثنين من المثبتات من خلال حساب قوس الدائرة (الموجودة على محيط الكرة الأرضية 🌎) التي تمر عبر اثنين من الإصلاحات المتتالية. إجمالي مسافة الجري هو مجموع فترات المسافة هذه.

في الأساس، تقوم جميع أجهزة تحديد المواقع (GPS) بهذا الحساب للحصول على المسافة المقطوعة بدون ارتفاع، ثم تقوم بدمج تصحيح الارتفاع. يتم إجراء حساب مماثل للارتفاع.

لذلك: كلما زاد عدد الإصلاحات، كلما اتبع السجل المسار الفعلي، ولكن كلما زاد دمج جزء خطأ الموضع الأفقي والرأسي.

رسم توضيحي: باللون الأخضر هو المسار الحقيقي في خط مستقيم لتبسيط التفكير ، باللون الأحمر هو GPS FIX عند 1 هرتز مع عدم اليقين في الموضع الذي يتجسد حول كل إصلاح: الموضع الحقيقي دائمًا في هذه الدائرة ، ولكن ليس في المنتصف. ، واللون الأزرق هي الترجمة إلى GPX إذا تم إجراؤها كل 3 ثوانٍ. يشير اللون الأرجواني إلى خطأ في الارتفاع كما تم قياسه بواسطة GPS ([راجع هذا البرنامج التعليمي لإصلاحه] (/ blog / altitude-gps-strava-inaccurate).

ويكون عدم اليقين في الموقع أقل من 4 أمتار في 95% من الحالات في ظل ظروف الاستقبال المثالية. النتيجة الأولى هي أنه بين اثنين من الإصلاحات الثابتة المتعاقبة، إذا كانت الإزاحة أقل من عدم اليقين في الموقع، فإن الإزاحة المسجلة بواسطة هذا الإصلاح تحتوي على جزء كبير من عدم اليقين هذا: ضجيج القياس.

على سبيل المثال، بسرعة 20 كم/ساعة، أنت تتحرك 5,5 م كل ثانية؛ على الرغم من أن كل شيء على ما يرام، يمكن لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بك قياس إزاحة تبلغ 5,5 م +/- Xm، وستكون قيمة X بين 0 و4 م (لحالة عدم اليقين في الموضع تبلغ 4 م)، لذلك سيضع هذا FIX الجديد في موضع يتراوح بين 1,5 م و 9,5 م عن السابق. في أسوأ الحالات، يمكن أن يصل الخطأ الحسابي لهذه العينة للمسافة المقطوعة إلى +/- 70%، في حين أن فئة أداء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ممتازة!

ربما تكون قد لاحظت بالفعل أنه عند السرعة الثابتة في السهل وفي الطقس الجيد ، لا تكون نقاط المسار الخاص بك متباعدة بشكل متساوٍ: فكلما انخفضت السرعة ، زاد تباعدها. عند 100 كم / ساعة ، يتم تقليل تأثير الخطأ بنسبة 60٪ ، وعند 4 كم / ساعة ، تصل سرعة المشاة إلى 400٪ ، يكفي مراقبة مسار GPX للسائح ، فقط لترى أنه دائمًا "معقدة للغاية".

بالتالي :

• كلما زاد تردد التسجيل
• وكلما انخفضت السرعة
• كلما زادت المسافة والارتفاع لكل FIX سيكون خاطئًا.

من خلال كتابة جميع التصحيحات إلى جهاز GPX الخاص بك، خلال ساعة واحدة أو 3600 سجل، تكون قد تراكمت لديك 3600 ضعف حصة خطأ GPS الأفقي والرأسي، على سبيل المثال، تقليل التردد بمقدار 3 مرات. يكون أكثر من 1200 مرة.

👉 نقطة أخرى: الدقة الرأسية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ليست عالية، وسيؤدي تردد التسجيل المرتفع جدًا إلى زيادة هذه الفجوة 😬.

مع زيادة السرعة، تدريجيًا تصبح المسافة المقطوعة بين اثنين من الإصلاحات الثابتة المتعاقبة هي المهيمنة فيما يتعلق بعدم اليقين في الموقع. سيصبح إجمالي المسافات والارتفاعات بين جميع الإصلاحات المتعاقبة المسجلة على المسار الخاص بك، أي المسافة الإجمالية والملف الرأسي لهذا المسار، أقل تأثرًا بعدم اليقين في الموقع.

كيفية مواجهة هذه الآثار غير المرغوب فيها؟

لنبدأ بتعريف فئات السرعة للتنقل:

1. 🚶🚶‍♀النزهات الجماعية، متوسط ​​السرعة منخفض حوالي 3-4 كم/ساعة أو 1 م/ث.
2. 🚶 في وضع المشي لمسافات طويلة الرياضية، يتراوح متوسط ​​السرعة من 5 إلى 7 كم/ساعة، أي حوالي 2 م/ث.
3. 🏃 في وضع المسار أو الجري، تتراوح فئة السرعة العادية بين 7 و15 كم/ساعة، أي حوالي 3 م/ث.
4. 🚵 على الدراجة الجبلية يمكننا أن نعتبر سرعة متوسطة من 12 إلى 20 كم/ساعة أو حوالي 4 م/ث.
5. 🚲 عند القيادة على الطريق تكون السرعة أعلى من 5 إلى 12 م/ث.

أن التنزه لذلك من الضروري تعيين سجل بزيادات تتراوح من 10 إلى 15 مترًا، وسيتم اعتبار خطأ عدم دقة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) 300 مرة فقط في الساعة (تقريبًا) بدلاً من 3600، وتأثير خطأ الموضع، الذي يزيد من 4 كحد أقصى م في 1 م إلى حد أقصى 4 م في 15 م، سيتم تقليلها بمقدار 16 مرة. سيكون المسار أكثر سلاسة ونظافة، مع أخذ قياس الضوضاء في الاعتبار. اقسم على 200! إن الإشارة كل 10-15 مترًا لن تؤدي إلى مسح استعادة الدبوس في الأربطة، بل ستكون أكثر تجزئة وأقل ضوضاء.

أن مسارات بافتراض متوسط ​​سرعة 11 كم/ساعة، فإن تسجيل الخطوة الزمنية الذي يتغير من 1 كل ثانية إلى 1 كل 5 ثوانٍ يقلل عدد التسجيلات من 3600 إلى 720 في الساعة، والحد الأقصى (المحتمل) للخطأ هو 4 أمتار كل 3 أمتار يصبح 4 م كل 15 م (أي من 130% إلى 25%!). يتم تقليل حساب الأخطاء من خلال التتبع المسجل بنحو 25 مرة. الجانب السلبي الوحيد هو أن المسارات التي تنطوي على خطر الانحناء القوي تكون مجزأة قليلاً. « خطر '**، لأنه على الرغم من كونه مسارًا، إلا أن السرعة على المنحنيات ستنخفض حتمًا، وبالتالي سيقترب إصلاحان متتاليان، مما سيضعف تأثير التجزئة.

ركوب الدراجات في الجبل عند التقاطع بين سرعات منخفضة (<20 كم / ساعة) وسرعات متوسطة (> 20 كم / ساعة) ، في حالة مسار ذو ملف تعريف بطيء إلى بطيء جدًا (<15 كم / ساعة) - التردد 5 س. يعد حل وسط جيد (بما في ذلك Trail) ، إذا كان ملف تعريف من نوع XC (> 15 كم / ساعة) ، فإن الاحتفاظ بـ 3 ثوانٍ يبدو وكأنه حل وسط جيد. للحصول على ملف تعريف استخدام عالي السرعة (DH) ، حدد ثانية واحدة أو ثانيتين كسرعة كتابة.

بالنسبة لسرعة 15 كم/ساعة، يؤدي اختيار تردد تسجيل المسار من 1 إلى 3 ثوانٍ إلى تقليل حساب خطأ GPS بحوالي 10 مرات. نظرًا لأن نصف قطر الدوران يرتبط من حيث المبدأ بالسرعة، فلن يتم المساس بالاسترداد الدقيق للمسار في دبابيس الشعر أو المنعطفات الضيقة.

اختتام

توفر أحدث إصدارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المتوفرة للأنشطة الخارجية وركوب الدراجات دقة الموقع الموضحة في الدراسة المذكورة في بداية المقالة.

من خلال تحسين تردد التسجيل إلى متوسط ​​سرعة الحركة لديك، ستقلل بشكل كبير خطأ المسافة والارتفاع لمسار GPX الخاص بك: سيكون المسار الخاص بك أكثر سلاسة، وسيلتصق جيدًا بالمسارات.

يعتمد العرض التوضيحي على ظروف الاستقبال المثالية عندما تتدهور ظروف الاستقبال هذه 🌧 (السحب، المظلة، الوادي، المدينة). يزداد عدم اليقين في الموضع بسرعة، وستتفاقم التأثيرات غير المرغوب فيها لتردد تسجيل FIX العالي بسرعة منخفضة.

الصورة أعلاه توضح مرور حربة في أرض مفتوحة بدون قناع لملاحظة تأثير تردد الإرسال FIX فقط في ملف GPX.

هذه هي أربعة مسارات تم تسجيلها أثناء تمرين الجري بسرعة 10 كم/ساعة، وقد تم اختيارها عشوائيًا على مدار عام. يتم تحميل ثلاثة سجلات (آثار) بواسطة FIX كل 3 ثوانٍ وFIX واحد كل 5 ثوانٍ.

الملاحظة الأولى: استعادة المسار أثناء مرور الحربة لا يتدهور، وهو ما كان لا بد من إثباته. الملاحظة الثانية: جميع الانحرافات الجانبية "الصغيرة" المرصودة موجودة على الآثار "المختارة" بعد 3 ثواني. يتم الحصول على نفس الملاحظة عند مقارنة المسارات المسجلة بترددات 1 ثانية و5 ثوانٍ (لنطاق السرعة هذا)، ويكون المسار المبني بـ FIX، والمفصول بـ 5 ثوانٍ (لنطاق السرعة هذا)، أكثر نظافة، وإجمالي المسافة وفرق الارتفاع سيكون أقرب إلى القيمة الحقيقية.

لذا، على الدراجة الجبلية، سيتم ضبط تردد تسجيل موضع GPS بين 2 ثانية (DH) إلى 5 ثوانٍ (ركوب).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE - كريستيان كاسال / TWS