クリーンなGPSトラックを記録する方法は？
GPS をよく見たことがあれば、構成設定が散らかっていることに気付いたはずです。 また、生成されたすべての「不安定な」ポイントによって記録された最後のトラックをマップ上で最初に表示しようとしたときに驚くかもしれません。
奇妙な、奇妙な。 変だと言いましたか？
まあ、それはそれほど奇妙ではありませんが、現実を正確に再現する GPS の能力について突然多くのことが語られています。
実際、GPS を使用すると、データ記録の頻度を設定できるため、最速のサンプルを直感的に選択できます。 私たちは自分自身にこう言い聞かせます。ポイントが多ければ多いほど良いのです。
しかし、可能な限り現実に近いトレイルを取得することは本当に良い選択でしょうか? 🤔
少し専門的になりますが (積分はありません。心配しないでください...)、詳しく見てみましょう。
誤差の影響
デジタルの世界では、定量化の概念は常に多かれ少なかれ漠然とした影響を与えます。
奇妙なことに、より高いトラック ポイント記録レートを使用するという最良の選択のように見えることは、逆効果になる可能性があります。
定義: FIX は、衛星から位置 (緯度、経度、高度) を計算する GPS の機能です。
[測定キャンペーン後の大西洋横断の出版物](https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) は、最も良好な受信条件下では紺碧であることを示しています。 空 🌞 と地平線の 360° の視野に配置された GPS、 ** FIX 精度は 3,35% のケースで 95 m です。、**
⚠️ 具体的には、100 回の FIX を連続して行うと、GPS は実際の場所から 0 から 3,35 m の間で 95 回、屋外で 5 回地理的位置を特定します。
垂直誤差は水平誤差の 1,5 倍であると考えられているため、記録される高さは、最適な受信条件下では 95 回中 100 回、実際の高さから +/- 5 m になりますが、地上付近ではこれが困難なことがよくあります。
さらに、入手可能なさまざまな出版物は、複数の星座 🛰 (GPS + GLONASS + Galileo) からの受信によって GPS の水平精度が向上しないことを示しています。
一方、複数の衛星群からの信号を解釈できる GPS 受信機には、次のような改善点があります。
- 最初の FIX の期間を短縮します。衛星の数が増えると、打ち上げ後の受信機も大きくなるからです。
- 困難な受信状況での位置特定の精度が向上します。 これは、都市部（都市部の峡谷）、山岳地帯の谷底、または森林の場合に当てはまります。
GPS を使用してこれを試すことができます。結果は明確で完全です。
GPS チップは全体的に XNUMX 秒ごとに FIX を設定します。
ほとんどすべての自転車または屋外用 GPS では、これらの FIX をトラック (GPX) に記録する頻度を調整できます。 1 秒あたり 1 回を選択してすべてが記録されるか、GPS が N 回のうちの 3 回を取るか (たとえば、XNUMX 秒ごと)、離れた場所で調整が行われます。
各 FIX は、位置 (緯度、経度、高度、速度) を決定します。 XNUMX つの FIX 間の距離は、XNUMX つの連続する FIX を通過する (地球の円周上にある) 円弧を計算することによって得られます。 総走行距離は、これらの距離間隔の合計です。
基本的に、すべての GPS は高度を考慮せずに移動距離を取得するためにこの計算を実行し、高度を考慮した補正を統合します。 高さについても同様の計算が行われます。
つまり、FIX が多ければ多いほど、レコードは実際のパスに従いますが、水平および垂直位置エラー部分がより多く統合されます。
図: 緑は推論を単純化するための直線の実際のパス、赤は 1 Hz での GPS FIX であり、各 FIX の周りで位置の不確実性が具体化されています: 実際の位置は常にこの円の中にありますが、中心にはありません。 、青は 3 秒ごとに実行される場合の GPX 変換です。 紫は、GPS で測定された高度エラーを示します ([修正するには、このチュートリアルを参照してください] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate)。
位置の不確かさは、理想的な受信条件下では 4% のケースで 95 m 未満です。 最初の結果は、XNUMX つの連続する FIX の間で、変位が位置の不確実性よりも小さい場合、その FIX によって記録された変位にはこの不確実性のより大きな部分が含まれていることです。 測定ノイズ.
たとえば、時速 20 km では毎秒 5,5 m 移動します。 すべてが完璧ですが、GPS は 5,5m +/- X m のオフセットを測定する可能性があり、X 値は 0 ～ 4m の間になるため (位置の不確実性が 4m の場合)、この新しい FIX は 1,5 の間の位置に配置されます。前のものよりmと9,5mです。 最悪の場合、この移動距離サンプルの計算誤差は最大 +/- 70% になる可能性がありますが、GPS のパフォーマンス クラスは優れています。
平地で一定の速度を保ち、天気の良い日には、トラックのポイントが均等に配置されていないことに既にお気付きでしょう。速度が遅いほど、ポイントの間隔が広がります。 時速 100 km ではエラーの影響が 60% 減少し、時速 4 km では歩行者の速度が 400% に達します。観光客の GPX トラックを観察するのに十分ですが、常に非常に「複雑」。
その結果 ：
- 録音周波数が高くなるほど、
- そして速度が遅くなればなるほど、
- 各 FIX の距離と高さの誤差が大きくなります。
すべての補正を GPX に記録すると、3600 時間または 3600 エントリにわたって、GPS の水平誤差と垂直誤差の割合が 3 倍蓄積され、たとえば周波数が 1200 分の XNUMX に減少します。 XNUMX回以上になります。
👉 もう XNUMX つのポイント: GPS の垂直精度は低いため、記録頻度が高すぎるとこのギャップが大きくなります 😬。
速度が増加するにつれて、位置の不確実性に関しては、連続する XNUMX つの FIX 間の移動距離が徐々に支配的になります。 トラック上に記録されたすべての連続する FIXES 間の合計距離と高度、つまり、そのコースの合計距離と垂直プロファイルは、位置の不確実性による影響がますます少なくなります。
これらの望ましくない影響を打ち消すにはどうすればよいでしょうか?
まず、モビリティのスピード クラスを定義します。
- 🚶🚶♀グループハイキング、平均速度は低く、時速3〜4キロまたは秒あたり1メートル程度です。
- 🚶 スポーツハイキングモードでは、平均速度クラスは 5 ～ 7 km/h、つまり約 2 m/s です。
- 🏃 トレイルまたはランニング モードでは、通常の速度クラスは 7 ～ 15 km/h、つまり約 3 m/s です。
- 🚵 マウンテンバイクの場合、平均速度は 12 ～ 20 km/h、つまり約 4 m/s であると考えられます。
- 🚲 道路を走行する場合、速度は 5 ～ 12 m/s と高くなります。
その ハイキング したがって、10 ～ 15 m の増分で記録を割り当てる必要があり、GPS の不正確さエラーは 300 時間あたり 3600 回ではなく (約) 4 回のみ考慮され、位置エラーの影響は最大値から増加します。 1mで4m、15mで最大16mまで200倍に軽減されます。 測定ノイズを考慮すると、トラックはよりスムーズでクリーンになります。 10 で割ります! 15〜XNUMXメートルごとのポイントでは、靴紐のピンの回復が消えるわけではなく、もう少しセグメント化され、ノイズが少なくなるだけです。
その トレイル 平均速度が 11 km/h であると仮定すると、1 秒ごとに 1 から 5 秒ごとに 3600 に変化する時間ステップで記録すると、720 時間あたりの記録数が 4 から 3 に減少し、最大 (可能性のある) 誤差は 4 m ごとに減少します。 15 メートルは 130 メートルごとに 25 メートルになります (つまり、25% から XNUMX%!)。 記録されたトレースによるエラーの考慮は、約 XNUMX 分の XNUMX に削減されます。 唯一の欠点は、強い曲がりの危険性のある軌道がわずかに分割されていることです。 « リスク「**」は、トレースではあるが、カーブ上での速度が必然的に低下するため、XNUMXつの連続したFIXが接近し、セグメンテーション効果が弱まるためです。
マウンテンバイク 低速 (<20 km/h) と中速 (> 20 km/h) の分岐点にあり、低速プロファイルから非常に低速 (<15 km/h) のトラックの場合 – 頻度は 5秒。 XC タイプのプロファイル (>15 km/h) の場合は、3 秒を維持するのが適切な妥協点のようです。 高速 (DH) 使用プロファイルの場合は、書き込み速度として XNUMX 秒または XNUMX 秒を選択します。
速度が 15 km/h の場合、トラック記録頻度を 1 ～ 3 秒から選択すると、GPS エラー アカウンティングが約 10 分の XNUMX に減少します。 回転半径は原理的に速度に関係するため、狭いヘアピンやコーナーでの正確な軌道回復には影響しません。
まとめ
アウトドア アクティビティやサイクリングに利用できる最新バージョンの GPS は、記事の冒頭で引用した研究で観察された位置精度を提供します。
平均運転速度に合わせて記録頻度を最適化することで、GPX トラックの距離と高さの誤差が大幅に減少します。トラックはよりスムーズになり、トラック上にしっかりと留まります。
このデモンストレーションは、受信条件が悪化した場合の理想的な受信条件に基づいています 🌧 (雲、林冠、谷、都市)。 位置の不確実性が急速に増加すると、低速での高周波 FIX 記録の望ましくない影響が増幅されます。
上の画像は、GPX ファイル内の FIX 送信周波数の影響のみを観察するために、マスクなしで開けた地面を「銃剣」が通過する様子を示しています。
これらは時速 10 km でのトレイル ワークアウト (ランニング) 中に記録された 3 つのトラックで、5 年間にわたってランダムに選択されました。 XNUMX つのレコード (トレース) が、XNUMX 秒ごとに FIX によってロードされ、XNUMX 秒ごとに XNUMX つの FIX によってロードされます。
最初の観察: 銃剣が通過しても弾道復元が悪化しないことを実証する必要がありました。 3 番目の観察: 観察されたすべての「小さな」横方向の偏差は、1 秒後に「選択された」パス上に存在します。 5 秒と 5 秒の頻度 (この速度範囲の場合) で記録されたトレースを比較すると、同じ観察が得られます。FIX を使用して XNUMX 秒間隔で構築されたトレース (この速度範囲の場合) はより鮮明で、全体の距離と高さの差は小さくなります。より実際の価値に近づきます。
したがって、マウンテン バイクでは、GPS 位置の記録頻度は 2 秒 (DH) から 5 秒 (乗車) の間に設定されます。
📸 ASO / Aurélien VIALATTE – クリスチャン・カザル / TWS
