如何記錄乾淨的 GPS 軌跡？

如果您仔細觀察過 GPS，您一定會發現它充滿了配置設定。 當您第一次嘗試查看地圖上所有產生的「不穩定」點記錄的最後軌跡時，您可能也會感到驚訝。

奇怪，奇怪。 你說奇怪嗎？

嗯，這並不奇怪，但突然間它充分說明了 GPS 準確再現現實的能力。

事實上，借助 GPS，您可以設定資料記錄的頻率，我們將憑直覺選擇最快的樣本。 我們告訴自己：積分越多越好！

但讓痕跡盡可能接近現實真的是個好的選擇嗎？ 🤔

讓我們仔細看看，這有點技術性（沒有積分，別擔心...），我們會和你在一起。

誤差幅度的影響

在數位世界中，量化的概念總是或多或少產生著模糊的影響。

奇怪的是，看似最佳的選擇，即使用更高的軌跡點來記錄速率，可能會適得其反。

定義：FIX是GPS從衛星計算位置（緯度、經度、高度）的能力。

[測量活動後橫跨大西洋的出版物](https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924)表明，在最有利的接收條件下，它是蔚藍色的。 天 🌞 和 GPS 放置在地平線 360° 視野中， ** 3,35% 的情況下 FIX 精度為 95 m, **

⚠️ 具體來說，連續 100 次 FIX 後，您的 GPS 會在您真實位置 0 到 3,35 m 的距離處定位您 95 次和超出 5 次。

垂直誤差被認為是水平誤差的 1,5 倍，因此在最佳接收條件下，記錄的高度中有 95 次中有 100 次與實際高度相差 +/- 5 m，這在地面附近通常很難實現。

此外，各種現有出版物表明，來自多個星座🛰（GPS + GLONASS + Galileo）的接收不會提高 GPS 的水平精度。

另一方面，能夠解釋來自多個衛星星座的訊號的 GPS 接收器將具有以下改進：

1. 減少第一次FIX的持續時間，因為衛星數量越多，一旦發射，它們的接收器就會越大，
2. 提高困難接收條件下定位的準確性。 城市（城市峽谷）、山區谷底或森林就是這種情況。

您可以使用 GPS 進行嘗試：結果清晰且完整。

GPS 晶片每秒設定一次 FIX。

幾乎所有自行車或戶外 GPS 都允許您調整將這些 FIX 記錄到賽道 (GPX) 的頻率。 要麼全部記錄下來，選擇每秒1次，要麼GPS取N次中的1次（例如每3秒一次），要麼在遠處進行調整。

每個FIX都是確定位置（緯度、經度、高度、速度）； 兩個 FIX 之間的距離是透過計算經過兩個連續 FIX 的圓弧（位於地球的圓週🌎）來獲得的。 總比賽距離是這些距離間隔的總和。

基本上，所有 GPS 都會進行這種計算，以獲得行駛距離，而不考慮海拔高度，然後整合校正以考慮海拔高度。 對高度進行類似的計算。

因此：FIX越多，記錄就越遵循實際路徑，但水平和垂直位置誤差部分將被整合越多。

圖解：綠色表示直線的實際路徑，以簡化推理，紅色表示 1 Hz 的 GPS 校正，每次校正周圍都會出現位置不確定性：實際位置始終位於該圓內，但不居中。 ，藍色 – 傳輸到 GPX（如果每 3 秒執行一次）。 紫色表示 GPS 測量的高度錯誤（[請參閱本教學來修復它] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate)。

在理想接收條件下，4% 的位置不確定度小於 95 m。 第一個結果是，在兩個連續的 FIX 之間，如果位移小於位置不確定性，則該 FIX 記錄的位移包含較大比例的這種不確定性： 測量噪音.

例如，以 20 km/h 的速度每秒移動 5,5 m； 儘管一切都很完美，但您的GPS 可能會測量到5,5m +/- X m 的偏移，X 值將在0 到4m 之間（對於4m 的位置不確定性），因此它將將此新FIX 放置在1,5 之間的位置與上一個相比增加了 9,5 m。 在最壞的情況下，計算該行駛距離樣本的誤差可能高達 +/- 70%，而 GPS 性能等級非常出色！

您可能已經注意到，在平原上且天氣好的情況下，以恆定速度行駛時，軌跡上的點位置不均勻：速度越低，它們的偏離就越大。 在100公里/小時時，誤差的影響減少了60%，在4公里/小時時，行人速度達到了400%；觀察一個遊客的GPX軌跡就足夠了，只會看到它總是很“錯綜複雜” 。

最後 ：

• 錄音頻率越高，
• 且速度越低，
• 每個FIX的距離和高度誤差越大。

透過將所有校正記錄到您的 GPX 中，在一小時或 3600 個條目的過程中，您已經累積了 GPS 水平和垂直誤差比例的 3600 倍，例如將頻率降低了 3 倍。 超過1200次。

👉還有一點：GPS的垂直精度較低；記錄頻率太高會加大這個差距😬。

隨著速度增加，兩個連續 FIX 之間的行進距離逐漸成為位置不確定性的主導因素。 軌跡上記錄的所有連續 FIXES 之間的總距離和高度，即該路線的總距離和垂直剖面，將越來越少受到位置不確定性的影響。

如何抵消這些不良影響？

讓我們先定義移動速度等級：

1. 🚶🚶‍♀團體徒步，平均速度較低，約3-4公里/小時或1公尺/秒。
2. 🚶 運動健行模式下，平均速度等級為 5 至 7 km/h，即 2 m/s 左右。
3. 🏃 在越野或跑步模式下，通常的速度等級為 7 至 15 km/h，即約 3 m/s。
4. 🚵 對於登山車，我們可以認為平均速度在 12 到 20 km/h 之間，即大約 4 m/s。
5. 🚲 在道路上行駛時，速度較高，為 5 至 12 m/s。

該 遠足 因此，需要以 10 至 15 m 的增量分配記錄，每小時僅考慮 300 次（大約）GPS 不準確誤差，而不是 3600 次，並且位置誤差的影響從最大值開始增加4 m處的1 m到4 m處的最大15 m，將減少16倍。 考慮到測量噪聲，軌道將變得更加平滑和乾淨。 除以200！ 每10-15m一個點不會消除鞋帶中銷釘的恢復，它只是多一點分段，少一點噪音。

該 步道 假設平均速度為 11 km/h，時間步長從每秒 1 次變為每 1 秒 5 次的記錄，記錄數量從每小時 3600 條減少到 720 條，最大（可能）誤差為每 4 m每3 m 4 m 變成15 m（即從130% 到25%！）。 記錄的追蹤錯誤減少了大約 25 倍。 唯一的缺點是具有強曲率風險的軌跡稍微分段。 « 風險」**，因為雖然是一條跡線，但曲線上的速度不可避免地會下降，因此連續的兩個 FIX 會靠得更近，削弱分割效果。

山地騎行 處於低速 (<20 km/h) 和中速 (>20 km/h) 之間的交界處，在軌道輪廓較慢至非常慢 (<15 km/h) 的情況下，頻率為 5 秒。 是一個很好的折衷方案（包括Trail），如果是XC型剖面（>15公里/小時），保持3s似乎是一個很好的折中方案。 對於更高速度 (DH) 使用設定文件，請選擇一秒或兩秒作為寫入速度。

對於15公里/小時的速度，選擇1至3秒的軌跡記錄頻率可將GPS誤差減少約10倍。 由於轉彎半徑原則上與速度相關，因此在急轉彎或彎道中準確的軌跡恢復不會受到影響。

結論

適用於戶外活動和騎自行車的最新版本的 GPS 提供了本文開頭引用的研究中觀察到的位置精度。

根據您的平均行駛速度優化記錄頻率，您將顯著減少 GPX 賽道的距離和高度誤差：您的賽道將更加平滑，並且能夠很好地保持在賽道上。

此示範基於理想的接收條件，當這些接收條件惡化時🌧（雲、樹冠、山谷、城市）。 位置不確定性迅速增加，低速高頻FIX記錄的不良影響將被放大。

上圖為在空曠地面上不戴面罩的「刺刀」通過，僅觀察GPX檔案中FIX傳輸頻率的影響。

這些是在以 10 公里/小時的速度進行越野訓練（跑步）時記錄的四個軌跡。它們是在一年內隨機選擇的。 FIX 每 3 秒載入 5 筆記錄（蹤跡），每 XNUMX 秒載入 XNUMX 筆記錄。

第一個觀察：當刺刀通過時，彈道恢復不會惡化，這需要證明。 第二次觀察：3 秒後，所有觀察到的「小」橫向偏差都出現在「選定」路徑上。 當比較以1 s 和5 s 的頻率記錄的軌跡（對於這個速度範圍）時，得到了相同的觀察結果，使用FIX 構建的間隔5 秒的軌跡（對於這個速度範圍）更乾淨，總距離和高度差將是更接近實際價值。

所以在登山車上，GPS位置記錄頻率會設定在2秒（DH）和5秒（騎行）之間。

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS