깨끗한 GPS 트랙을 기록하는 방법은 무엇입니까?

GPS를 자세히 살펴본 적이 있다면 구성 설정으로 어수선한 것을 보았을 것입니다. 또한 생성된 모든 "불안정한" 지점에 의해 기록된 마지막 트랙을 지도에서 처음 보려고 시도했을 때 놀랄 수도 있습니다.

이상해, 이상해. 이상하다고 했어?

글쎄요, 그렇게 이상하지는 않지만 갑자기 현실을 정확하게 재현하는 GPS의 능력에 대해 많은 것을 말해줍니다.

실제로 데이터 로깅 빈도를 설정할 수 있는 GPS를 사용하면 가장 빠른 샘플을 선택할 직관을 갖게 됩니다. 우리는 스스로에게 말합니다. 포인트가 많을수록 좋습니다!

그러나 가능한 한 현실에 가까운 트레일을 얻는 것이 정말 좋은 선택입니까? 🤔

좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 약간 기술적인 부분이 있습니다(통합 항목이 없으므로 걱정하지 마세요...).

오차 범위의 영향

디지털 세계에서 정량화의 개념은 항상 다소 모호한 효과가 있습니다.

이상하게도 최선의 선택처럼 보이는 것, 즉 더 높은 트랙포인트 기록 속도를 사용하는 것이 비생산적일 수 있습니다.

정의: FIX는 위성에서 위치(위도, 경도, 고도)를 계산하는 GPS의 기능입니다.

[Publication across the Atlantic after the measurement campaign](https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924)은 가장 유리한 수신 조건에서 하늘색임을 나타냅니다. 하늘 🌞과 수평선의 360° 시야에 배치된 GPS, ** FIX 정확도는 3,35%의 경우에서 95m입니다., **

⚠️ 구체적으로, 100개의 연속 FIX를 통해 GPS는 실제 위치에서 0~3,35m 사이에 95번, 외부에서 5번 위치를 찾습니다.

수직적으로는 오차가 수평 오차의 1,5배로 간주되어 95의 100배는 기록된 높이가 최적의 수신 조건에서 실제 높이에서 +/- 5m가 되어 지면 근처에서는 어려운 경우가 많습니다.

또한 사용 가능한 다양한 간행물에 따르면 여러 별자리 🛰(GPS + GLONASS + Galileo)에서 수신해도 GPS 수평 정확도가 향상되지 않습니다.

반면에 여러 위성군 신호를 해석할 수 있는 GPS 수신기는 다음과 같이 개선됩니다.

1. 일단 발사되면 위성이 많을수록 수신기가 더 커지기 때문에 첫 번째 FIX의 지속 시간을 줄입니다.
2. 어려운 수신 조건에서 포지셔닝의 정확도를 향상시킵니다. 이것은 도시 (도시 협곡), 산간 지역의 계곡 바닥 또는 숲의 경우입니다.

GPS로 시도해 볼 수 있습니다. 결과는 명확하고 완전합니다.

GPS 칩은 일반적으로 매초마다 FIX를 설정합니다.

거의 모든 사이클링 또는 실외 GPS를 사용하면 이러한 FIX가 트랙(GPX)에 기록되는 빈도를 조정할 수 있습니다. 모두 기록되거나 초당 1회 선택하거나 GPS가 N 중 1회(예: 3초마다)를 취하거나 조정이 멀리서 수행됩니다.

각 FIX는 위치(위도, 경도, 고도, 속도)를 결정합니다. 두 FIX 사이의 거리는 두 개의 연속된 FIX를 통과하는 원호(지구본 🌎에 위치)를 계산하여 구합니다. 총 주행 거리는 이러한 거리 간격의 합입니다.

기본적으로 모든 GPS는 이 계산을 수행하여 고도 없이 이동한 거리를 얻은 다음 고도 보정을 통합합니다. 높이에 대해서도 비슷한 계산이 이루어집니다.

따라서 FIX가 많을수록 레코드가 실제 경로를 따르지만 수평 및 수직 위치 오류 부분이 더 많이 통합됩니다.

그림: 녹색은 추론을 단순화하기 위한 직선의 실제 경로이고, 빨간색은 각 FIX 주위에 구체화된 위치 불확실성이 있는 1Hz의 GPS FIX입니다. 실제 위치는 항상 이 원 안에 있지만 중앙에 있지는 않습니다. , 파란색은 3초마다 수행되는 GPX로의 변환입니다. 보라색은 GPS로 측정한 고도 오류를 나타냅니다([수정하려면 이 튜토리얼 참조](/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

위치 불확실성은 이상적인 수신 조건에서 4%의 경우 95m 미만입니다. 첫 번째 결과는 두 개의 연속적인 FIX 사이에서 변위가 위치 불확실성보다 작은 경우 해당 FIX에 의해 기록된 변위가 해당 불확실성의 많은 부분을 포함한다는 것입니다. 측정 노이즈.

예를 들어, 20km/h의 속도로 5,5초에 5,5m를 이동합니다. 모든 것이 완벽하지만 GPS는 0m +/- Xm의 변위를 측정할 수 있으며 X 값은 4에서 4m 사이(1,5m의 위치 불확실성의 경우)이므로 9,5m 사이의 위치에 이 새로운 FIX를 배치합니다. 이전 것에서 70m. 최악의 경우 이 거리 이동 샘플의 계산 오류는 +/- XNUMX%에 도달할 수 있지만 GPS 성능 등급은 우수합니다!

날씨가 좋은 평지에서 일정한 속도로 주행할 때 트랙의 포인트 간격이 고르지 않다는 것을 이미 눈치채셨을 것입니다. 속도가 낮을수록 포인트가 더 많이 갈라집니다. 100km/h에서는 오류의 영향이 60% 감소하고 4km/h에서는 보행자의 속도가 400%에 도달하므로 관광객의 GPX 트랙을 관찰하는 것으로 충분합니다. 매우 "복잡하다".

결과적으로 :

• 녹음 빈도가 높을수록
• 그리고 속도가 낮을수록
• 각 FIX의 거리와 높이가 더 잘못될 것입니다.

GPX에 모든 FIXES를 기록함으로써 3600시간 또는 3600개의 기록 내에서 수평 및 수직 GPS 오류의 3배를 누적했습니다. 예를 들어 주파수를 1200배 줄였습니다. XNUMX배 이상이어야 합니다.

👉 한 가지 더: GPS 수직 정확도는 높지 않으며 너무 높은 기록 빈도는 이 간격을 증가시킵니다 😬.

속도가 증가함에 따라 위치 불확실성과 관련하여 두 개의 연속적인 FIX 사이의 이동 거리가 점차 지배적이 됩니다. 트랙에 기록된 모든 연속적인 FIXES 사이의 총 거리와 높이, 즉 해당 코스의 총 거리와 수직 프로필은 위치 불확실성의 영향을 점점 덜 받게 됩니다.

이러한 바람직하지 않은 영향에 대응하는 방법은 무엇입니까?

이동성을 위한 속도 등급의 정의부터 시작하겠습니다.

1. 🚶🚶‍♀단체 하이킹, 평균 속도는 약 3-4km/h 또는 1m/s로 낮습니다.
2. 🚶 스포츠 하이킹 모드에서 평균 속도 등급은 5~7km/h, 즉 약 2m/s입니다.
3. 🏃 트레일 또는 러닝 모드에서 일반 속도 등급은 7 ~ 15km/h, 즉 약 3m/s입니다.
4. 🚵 산악자전거에서 우리는 12~20km/h 또는 약 4m/s의 평균 속도를 고려할 수 있습니다.
5. 🚲 도로 주행 시 속도가 5에서 12m/s로 높아집니다.

그 등산 따라서 10~15m 단위로 기록을 할당해야 하며, GPS 부정확성 오류는 시간당 300번이 아닌 약 3600번으로 간주되며 위치 오류의 영향은 최대 4번에서 증가합니다. m x 1m에서 최대 4m x 15m까지, 16배로 축소됩니다. 트랙이 훨씬 더 부드럽고 깨끗해지며 측정 노이즈가 고려됩니다. 200의 인수로 나눕니다! 10-15m마다 가리키면 끈의 핀 복구가 지워지지 않고 조금 더 세분화되고 소음이 줄어듭니다.

그 산책로 평균 속도를 11km/h로 가정하면 초당 1에서 1초마다 5로 변경되는 시간 단계 기록은 시간당 기록 수를 3600에서 720으로 줄이고 최대(가능한) 오류는 4m마다 3m가 4가 됩니다. 15m마다 m(즉, 130%에서 25%로!). 기록된 추적에 의한 오류 설명은 약 25배로 줄어듭니다. 유일한 단점은 강한 곡률의 위험이 있는 경로가 약간 분할된다는 것입니다. « 위험 '**, 트레일이지만 곡선의 속도는 필연적으로 떨어지기 때문에 두 개의 연속 FIX가 가까워져 세분화 효과가 약해집니다.

산악 자전거 저속(<20km/h)과 중속(>20km/h) 사이의 교차점에 있으며, 프로필이 매우 느린(<15km/h) 매우 느린 트랙의 경우 빈도는 5입니다. 에스. XC 유형 프로필(>15km/h)인 경우 3s를 유지하는 것이 좋은 타협처럼 보입니다. 고속(DH) 사용 프로필의 경우 쓰기 속도로 XNUMX초 또는 XNUMX초를 선택합니다.

15km/h의 속도에서 트랙 기록 빈도를 1~3초로 선택하면 GPS 오류가 약 10배 감소합니다. 선회 반경은 원칙적으로 속도와 관련이 있기 때문에 좁은 헤어핀이나 회전에서 정확한 궤적 회복이 손상되지 않습니다.

결론

야외 활동 및 자전거 타기에 사용할 수 있는 최신 버전의 GPS는 기사 시작 부분에 인용된 연구에서 볼 수 있는 위치 정확도를 제공합니다.

기록 주파수를 평균 이동 속도로 최적화하면 GPX 트랙의 거리와 높이 오류를 크게 줄일 수 있습니다. 트랙이 더 부드러워지고 트랙에 잘 붙습니다.

데모는 이러한 수신 조건이 악화될 때(구름, 캐노피, 계곡, 도시) 🌧 이상적인 수신 조건을 기반으로 합니다. 위치 불확실성이 급격히 증가하고 저속에서 높은 FIX 기록 주파수의 원치 않는 효과가 악화됩니다.

위의 이미지는 GPX 파일에서 FIX 전송 주파수의 영향만 관찰하기 위해 마스크 없이 개활지에서 총검의 통과를 보여줍니다.

10km/h의 트레일(달리기) 운동 중에 기록된 3개의 트랙으로, 5년 동안 무작위로 선택되었습니다. FIX는 XNUMX초마다 XNUMX개의 레코드(추적)를 로드하고 XNUMX초마다 하나의 FIX를 로드합니다.

첫 번째 관찰 : 총검 통과 중 궤적의 회복이 악화되지 않아 시연해야했습니다. 두 번째 관찰: 관찰된 모든 "작은" 측면 편차가 3초 후에 "선택된" 트레이스에 나타납니다. 1초와 5초(이 속도 범위의 경우)의 빈도로 기록된 트랙을 비교할 때 동일한 관찰이 얻어지며, 5초(이 속도 범위의 경우)로 분리된 FIX로 구축된 트랙이 더 깨끗하고 총 거리와 높이 차이 실제 가치에 더 가까워질 것입니다.

따라서 산악 자전거에서 GPS 위치 기록 빈도는 2초(DH)에서 5초(라이드) 사이로 설정됩니다.

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – 크리스티안 카살 / TWS