Como registrar trilhas de GPS limpas?
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Se você já olhou atentamente para o seu GPS, deve ter notado que ele está repleto de definições de configuração. Você também pode se surpreender ao tentar visualizar no mapa a última trilha registrada por todos os pontos “instáveis” gerados.
Estranho, estranho. Você disse estranho?
Bem, isso não é tão estranho, mas de repente diz muito sobre a capacidade do GPS de reproduzir a realidade com precisão.
Na verdade, com o GPS, que nos permite definir a frequência de registro de dados, teremos a intuição de escolher a amostra mais rápida. Dizemos a nós mesmos: quanto mais pontos, melhor!
Mas é realmente uma boa escolha fazer uma trilha o mais próximo possível da realidade? 🤔
Vamos dar uma olhada mais de perto, é um pouco técnico (sem integrais, não se preocupe ...), e estaremos com você.
Influência da margem de erro
No mundo digital, o conceito de quantificação sempre tem um impacto mais ou menos vago.
Ironicamente, o que pode parecer uma escolha melhor, ou seja, usar uma taxa de registro mais alta para pontos de trilha, pode ser contraproducente.
Definição: FIX é a capacidade do GPS de calcular a posição (latitude, longitude, altitude) dos satélites.
[Postando através do Atlântico após a campanha de medição] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) afirma que nas condições de recepção mais favoráveis, é um azul celeste. céu 🌞 e GPS posicionado no campo de visão de 360 ° do horizonte, ** A precisão FIX é de 3,35 m 95% do tempo, **
⚠️ Especificamente, com 100 FIXes consecutivos, seu GPS geolocaliza você entre 0 e 3,35m de sua localização real 95 vezes e 5 vezes fora.
Verticalmente, o erro é considerado 1,5 vezes maior do que o erro horizontal, portanto, em 95 casos de 100, a altura registrada será de +/- 5 m da altura real em condições de recepção ideal, o que muitas vezes é difícil perto do solo .
Além disso, várias publicações disponíveis mostram que a recepção de múltiplas constelações 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) não melhora a precisão horizontal do GPS.
Por outro lado, um receptor GPS capaz de interpretar o sinal de várias constelações de satélites terá as seguintes melhorias:
- Reduzindo a duração do primeiro FIX, pois quanto mais satélites houver, maior será o seu receptor quando for lançado,
- melhorando a precisão do posicionamento em condições de recepção difíceis. É o que acontece na cidade (desfiladeiros urbanos), no fundo de um vale nas zonas montanhosas ou na floresta.
Você pode tentar com seu GPS: o resultado é claro e acabado.
O chip GPS ajusta FIX a cada segundo.
Quase todos os sistemas GPS de bicicleta ou ao ar livre permitem que o FIX rastreie as taxas de gravação (GPX). Ou estão todos gravados, a seleção é 1 vez por segundo, ou o GPS leva 1 de N (por exemplo, a cada 3 segundos), ou a sintonia é feita à distância.
Cada FIX serve para determinar a posição (latitude, longitude, altitude, velocidade); a distância entre dois FIXes é obtida calculando o arco de um círculo (localizado na circunferência do globo 🌎) que passa por dois FIXes sucessivos. A distância total de corrida é a soma desses intervalos de distância.
Basicamente, todos os GPS fazem esse cálculo para obter a distância percorrida sem levar em conta a altitude, então integram a correção para contabilizar a altitude. Um cálculo semelhante é feito para a altura.
Portanto: quanto mais FIX houver, mais o registro segue o caminho real, mas mais a parte do erro de posição horizontal e vertical será integrada.
Ilustração: em verde é o caminho real em linha reta para simplificar o raciocínio, em vermelho é o GPS FIX em 1 Hz com incerteza de posição materializada em torno de cada FIX: a posição real é sempre neste círculo, mas não centrada. , e em azul está a tradução para GPX se for feita a cada 3 segundos. Roxo indica erro de altitude medido pelo GPS ([veja este tutorial para corrigi-lo] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
A incerteza da posição é inferior a 4 m 95% do tempo em condições ideais de recepção. A primeira implicação é que entre dois FIXs sucessivos, se o deslocamento for menor que a incerteza da posição, o deslocamento registrado por esse FIX contém uma grande proporção dessa incerteza: é ruído de medição.
Por exemplo, a uma velocidade de 20 km / h, você se move 5,5 metros a cada segundo; embora tudo esteja perfeito, seu GPS pode medir um deslocamento de 5,5m +/- Xm, o valor de X estará entre 0 e 4m (para uma incerteza de posição de 4m), então ele colocará este novo FIX com uma posição entre 1,5m e 9,5 m do anterior. No pior caso, o erro no cálculo dessa amostra da distância percorrida pode chegar a +/- 70%, enquanto a classe de desempenho do GPS é excelente!
Você provavelmente já notou que a uma velocidade constante na planície e com bom tempo, os pontos de sua trilha não são espaçados uniformemente: quanto menor a velocidade, mais eles divergem. A 100 km/h, o impacto do erro é reduzido em 60%, e a 4 km/h, a velocidade de um pedestre chega a 400%, basta observar a pista GPX do turista, para ver que ela está sempre muito “complexo”.
Consequentemente :
- quanto maior a taxa de gravação,
- e quanto menor a velocidade,
- mais a distância e a altura de cada correção serão errôneas.
Ao registrar todas as CORREÇÕES em seu GPX, em uma hora ou 3600 registros você acumulou 3600 vezes o erro GPS horizontal e vertical, por exemplo, diminuindo a frequência em 3 vezes. ser mais de 1200 vezes.
👉 Mais um ponto: a precisão vertical do GPS não é alta, a frequência de gravação muito alta aumentará essa lacuna 😬.
À medida que a velocidade aumenta, gradualmente a distância percorrida entre dois FIX sucessivos torna-se predominante em relação à incerteza da posição. As distâncias e alturas cumulativas entre todos os FIXs consecutivos registrados em sua pista, ou seja, a distância total e o perfil vertical desse percurso, serão cada vez menos afetados pela incerteza de localização.
Como esses efeitos indesejados podem ser neutralizados?
Vamos começar definindo as classes de velocidade para mobilidade:
- 🚶🚶♀ Caminhadas em grupo, a velocidade média é baixa, cerca de 3-4 km / h ou 1 m / s.
- 🚶 No modo de viagem esportiva, a classe de velocidade média é de 5 a 7 km / h, ou seja, cerca de 2 m / s.
- 🏃 Nos modos de trilha ou corrida, a classe de velocidade normal é entre 7 e 15 km / h, ou seja, cerca de 3 m / s.
- 🚵 Em uma mountain bike, podemos atingir uma velocidade média de 12 a 20 km / h, ou cerca de 4 m / s.
- 🚲 Ao conduzir na estrada, a velocidade é superior de 5 a 12 m / s.
Que caminhada portanto, é necessário atribuir uma gravação em incrementos de 10 a 15 m, o erro de imprecisão do GPS só será levado em consideração 300 vezes por hora (aproximadamente) em vez de 3600, e o efeito do erro de posição, que aumenta de um máximo de 4 m por 1 m a um máximo de 4 m por 15 m, será reduzido 16 vezes. A pista será muito mais lisa e limpa, e o ruído de medição é levado em consideração. dividido pelo fator 200! A ponta a cada 10-15 m não vai apagar a restauração dos pinos nos laços, ela só vai ficar um pouco mais segmentada e menos barulhenta.
Que trilhas Assumindo uma velocidade média de 11 km / h, a gravação com um intervalo de tempo que muda de 1 a cada segundo a 1 a cada 5 segundos reduz o número de gravações de 3600 para 720 por hora, e o erro máximo (possível) é de 4 m a cada 3 m. Torna-se 4 m a cada 15 m (ou seja, de 130% a 25%!). A contabilização de erros pelo traço registrado é reduzida em cerca de 25 vezes. A única desvantagem é que os caminhos com risco de curvatura severa são ligeiramente segmentados. « Risco "**, porque embora se trate de uma trilha, a velocidade nas curvas vai cair inevitavelmente e, portanto, dois FIX consecutivos se aproximarão, o que enfraquecerá o efeito de segmentação.
mountain bike fica na junção entre velocidades baixas (<20 km/h) e velocidades médias (> 20 km/h), no caso de uma via com perfil lento a muito (<15 km/h) lento – a frequência é 5 s. é um bom compromisso (incluindo Trail), se for um perfil do tipo XC (>15 km/h), manter 3s parece ser um bom compromisso. Para um perfil de uso de velocidade mais alta (DH), selecione um ou dois segundos como a velocidade de gravação.
Para uma velocidade de 15 km / h, a escolha da frequência de gravação da trilha de 1 a 3 s reduz a contabilização de erros do GPS em cerca de 10 vezes. Visto que, em princípio, o raio de giro está relacionado à velocidade, a recuperação precisa da trajetória em grampos estreitos ou curvas não será comprometida.
Conclusão
As versões mais recentes do GPS disponíveis para atividades ao ar livre e ciclismo fornecem a precisão de localização vista no estudo citado no início do artigo.
Ao otimizar a taxa de gravação para sua velocidade média de condução, você reduzirá significativamente o erro de distância e altura de sua pista GPX: sua pista será mais suave e se manterá bem nas pistas.
A demonstração é baseada em condições de recepção ideais quando essas condições de recepção se deterioram 🌧 (nuvens, copa, vale, cidade). A incerteza da posição aumenta rapidamente e os efeitos indesejados de uma alta taxa de gravação FIX em uma velocidade baixa serão amplificados.
A imagem acima mostra uma baioneta passando por um campo aberto sem máscara para observar apenas o efeito da frequência de transmissão FIX no arquivo GPX.
São quatro pistas registradas durante uma sessão de treinamento em trilha (corrida) a uma velocidade de 10 km / h, selecionadas aleatoriamente ao longo do ano. Três registros (rastreamentos) são carregados por FIX a cada 3 segundos e um FIX a cada 5 segundos.
Primeira observação: a recuperação da trajetória durante a passagem da baioneta não se deteriora, o que teve que ser demonstrado. Segunda observação: todos os "pequenos" desvios laterais observados estão presentes nos caminhos "selecionados" após 3 segundos. A mesma observação é obtida ao comparar os traçados registrados nas frequências de 1 se 5 s (para esta faixa de velocidade), a trilha traçada com FIX espaçada 5 segundos (para esta faixa de velocidade) é mais limpa, a distância total e altitude serão mais perto do valor real.
Portanto, em uma mountain bike, a taxa de registro da posição GPS será definida entre 2 s (DH) e 5 s (passeio).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
