¿Cómo grabar pistas GPS limpias?
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Si alguna vez ha mirado de cerca su GPS, debe haber visto que está repleto de ajustes de configuración. También puede sorprenderse cuando intentó ver por primera vez en el mapa la última pista registrada por todos los puntos "inestables" generados.
Extraño, extraño. ¿Dijiste extraño?
Bueno, eso no es tan extraño, pero de repente dice mucho sobre la capacidad del GPS para reproducir la realidad con precisión.
De hecho, con el GPS, que nos permite establecer la frecuencia de registro de datos, tendremos la intuición de elegir la muestra más rápida. Nos decimos: ¡cuantos más puntos, mejor!
Pero, ¿realmente es una buena opción obtener un rastro lo más cercano posible a la realidad? 🤔
Echemos un vistazo más de cerca, es un poco técnico (sin integrales, no te preocupes ...), y estaremos contigo.
Influencia del margen de error
En el mundo digital, el concepto de cuantificación siempre tiene un impacto más o menos vago.
Irónicamente, lo que puede parecer una mejor opción, es decir, utilizar una velocidad de grabación más alta para los puntos de seguimiento, puede ser contraproducente.
Definición: FIX es la capacidad del GPS para calcular la posición (latitud, longitud, altitud) de los satélites.
[Publicación al otro lado del Atlántico después de la campaña de medición] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) afirma que en las condiciones de recepción más favorables es azul celeste. cielo 🌞 y GPS posicionado en el horizonte campo de visión de 360 °, ** La precisión de FIX es de 3,35 m el 95% del tiempo2
⚠️ En concreto, con 100 FIXes consecutivos, tu GPS te geolocaliza entre 0 y 3,35m de tu ubicación real 95 veces y 5 veces fuera.
Verticalmente, se considera que el error es 1,5 veces mayor que el error horizontal, por lo que en 95 de cada 100 casos, la altura registrada será de +/- 5 m de la altura real en condiciones de recepción óptima, lo que a menudo es difícil cerca del suelo. .
Además, varias publicaciones disponibles muestran que la recepción de múltiples constelaciones 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) no mejora la precisión del GPS horizontal.
Por otro lado, un receptor GPS capaz de interpretar la señal de varias constelaciones de satélites contará con las siguientes mejoras:
- Reduciendo la duración del primer FIX, porque cuantos más satélites haya, más grande será su receptor una vez que se lance,
- mejorando la precisión del posicionamiento en condiciones de recepción difíciles. Este es el caso de la ciudad (cañones urbanos), al fondo de un valle en zonas montañosas o en el bosque.
Puedes probarlo con tu GPS: el resultado es claro y acabado.
El chip GPS establece FIX cada segundo en total.
Casi todos los sistemas GPS para ciclismo o exteriores le permiten ajustar la frecuencia de estos FIX para rastrear (GPX). O están todos registrados, la selección es 1 vez por segundo, o el GPS toma 1 de N (por ejemplo, cada 3 segundos), o la sintonización se realiza a distancia.
Cada FIX es para determinar la posición (latitud, longitud, altitud, velocidad); la distancia entre dos FIX se obtiene calculando el arco de un círculo (situado en la circunferencia del globo 🌎) que pasa por dos FIX sucesivos. La distancia total recorrida es la suma de estos intervalos de distancia.
Básicamente, todos los GPS hacen este cálculo para obtener la distancia recorrida sin tener en cuenta la altitud, luego integran la corrección para tener en cuenta la altitud. Se realiza un cálculo similar para la altura.
Entonces: cuanto más FIX haya, más seguirá el registro la ruta real, pero más se integrará la parte de error de posición horizontal y vertical.
Ilustración: en verde el camino real en línea recta para simplificar el razonamiento, en rojo el GPS FIX a 1 Hz con incertidumbre de posición materializada alrededor de cada FIX: la posición real siempre está en este círculo, pero no centrada. , y en azul la traducción a GPX si se hace cada 3 segundos. El morado indica un error de altitud medido por el GPS ([consulte este tutorial para solucionarlo] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).
La incertidumbre de posición es inferior a 4 m el 95% del tiempo en condiciones ideales de recepción. La primera implicación es que entre dos FIX sucesivos, si el desplazamiento es menor que la incertidumbre de la posición, el desplazamiento registrado por ese FIX contiene una gran proporción de esa incertidumbre: es ruido de medición.
Por ejemplo, a una velocidad de 20 km / h, te mueves 5,5 metros por segundo; aunque todo es perfecto, tu GPS puede medir un offset de 5,5m +/- Xm, el valor de X estará entre 0 y 4m (para una incertidumbre de posición de 4m), por lo que colocará este nuevo FIX con una posición entre 1,5m y 9,5 m respecto al anterior. En el peor de los casos, el error al calcular esta muestra de la distancia recorrida puede alcanzar +/- 70%, ¡mientras que la clase de rendimiento del GPS es excelente!
Probablemente ya hayas notado que a una velocidad constante en la llanura y con buen tiempo, los puntos de tu recorrido no están espaciados uniformemente: cuanto menor es la velocidad, más divergen. A 100 km/h se reduce en un 60% el impacto del error, y a 4 km/h la velocidad de un peatón llega al 400%, basta con observar el track GPX del turista, solo para ver que siempre está muy "intrincado".
Como consecuencia :
- cuanto mayor sea la tasa de grabación,
- y cuanto menor sea la velocidad,
- cuanto más errónea será la distancia y la altura de cada punto.
Al registrar todas las CORRECCIONES en su GPX, en una hora o 3600 registros, ha acumulado 3600 veces el error de GPS horizontal y vertical, por ejemplo, al disminuir la frecuencia en 3 veces. ser más de 1200 veces.
👉 Un punto más: la precisión del GPS vertical no es alta, una frecuencia de grabación demasiado alta aumentará esta brecha 😬.
A medida que aumenta la velocidad, gradualmente la distancia recorrida entre dos FIX sucesivos se vuelve predominante en relación con la incertidumbre de posición. Las distancias y alturas acumuladas entre todos los FIX consecutivos registrados en su pista, es decir, la distancia total y el perfil vertical de ese curso, se verán cada vez menos afectados por la incertidumbre de la ubicación.
¿Cómo se pueden contrarrestar estos efectos no deseados?
Comencemos por definir las clases de velocidad para la movilidad:
- 🚶🚶♀ Caminatas en grupo, la velocidad promedio es baja, alrededor de 3-4 km / ho 1 m / s.
- 🚶 En el modo de viaje deportivo, la clase de velocidad media es de 5 a 7 km / h, es decir, unos 2 m / s.
- 🏃 En los modos Trail o Running, la clase de velocidad normal está entre 7 y 15 km / h, es decir, unos 3 m / s.
- 🚵 En una bicicleta de montaña, podemos llevar una velocidad media de 12 a 20 km / h, o unos 4 m / s.
- 🚲 Al conducir por la carretera, la velocidad es mayor de 5 a 12 m / s.
Que senderismo por lo tanto, es necesario asignar un registro en incrementos de 10 a 15 m, el error de inexactitud del GPS solo se tendrá en cuenta 300 veces por hora (aproximadamente) en lugar de 3600, y el efecto del error de posición, que aumenta de un máximo de 4 m por 1 m hasta un máximo de 4 m por 15 m, se reducirá 16 veces. La pista será mucho más suave y limpia, y se tiene en cuenta el ruido de medición. dividido por el factor 200! La punta cada 10-15 m no borrará la restauración de los alfileres en los cordones, solo será un poco más segmentada y menos ruidosa.
Que senderos Suponiendo una velocidad promedio de 11 km / h, la grabación con un intervalo de tiempo que cambia de 1 cada segundo a 1 cada 5 segundos reduce el número de grabaciones de 3600 a 720 por hora, y el error máximo (posible) es de 4 m cada 3 m. Se convierte en 4 m cada 15 m (es decir, ¡del 130% al 25%!). La contabilidad de errores por la traza registrada se reduce aproximadamente 25 veces. El único inconveniente es que los caminos con riesgo de curvatura severa están ligeramente segmentados. « Riesgo "**, porque aunque se trata de una estela, la velocidad en las curvas caerá inevitablemente, y por tanto se acercarán dos FIX consecutivos, lo que debilitará el efecto de segmentación.
Bicicleta de montaña se encuentra en el cruce entre velocidades bajas (<20 km/h) y velocidades medias (> 20 km/h), en el caso de una vía con perfil lento a muy (<15 km/h) lento – la frecuencia es 5 s. es un buen compromiso (incluyendo Trail), si es un perfil tipo XC (>15 km/h), mantener 3s parece un buen compromiso. Para un perfil de uso de mayor velocidad (DH), seleccione uno o dos segundos como velocidad de escritura.
Para una velocidad de 15 km / h, la elección de la frecuencia de grabación de la pista de 1 a 3 s reduce la contabilidad de errores de GPS en aproximadamente 10 veces. Dado que, en principio, el radio de giro está relacionado con la velocidad, la recuperación precisa de la trayectoria en horquillas o giros estrechos no se verá comprometida.
Conclusión
Las últimas versiones de GPS disponibles para actividades al aire libre y ciclismo proporcionan la precisión de ubicación observada en el estudio citado al principio del artículo.
Al optimizar la tasa de grabación a su velocidad de conducción promedio, reducirá significativamente la distancia y el error de altura de su pista GPX: su pista será más suave y se mantendrá bien en las pistas.
La demostración se basa en las condiciones ideales de recepción cuando estas condiciones de recepción se deterioran 🌧 (nubes, dosel, valle, ciudad). La incertidumbre de la posición aumenta rápidamente y se amplificarán los efectos no deseados de una alta tasa de grabación FIX a baja velocidad.
La imagen de arriba muestra una bayoneta pasando por un campo abierto sin máscara para observar solo el efecto de la frecuencia de transmisión FIX en el archivo GPX.
Se trata de cuatro recorridos registrados durante una sesión de entrenamiento de trail (running) a una velocidad de 10 km / h, seleccionados aleatoriamente a lo largo del año. FIX carga tres registros (trazas) cada 3 segundos y un FIX cada 5 segundos.
Primera observación: la recuperación de la trayectoria durante el paso de la bayoneta no se deteriora, lo que había que demostrar. Segunda observación: todas las desviaciones laterales "pequeñas" observadas están presentes en las trayectorias "seleccionadas" después de 3 segundos. La misma observación se obtiene al comparar las trazas registradas a frecuencias de 1 sy 5 s (para este rango de velocidad), la pista trazada con FIX espaciada 5 segundos (para este rango de velocidad) es más limpia, la distancia total y la altitud serán más cerca del valor real.
Por lo tanto, en una bicicleta de montaña, la velocidad de grabación de la posición GPS se establecerá entre 2 s (DH) y 5 s (paseo).
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS
