如何记录干净的 GPS 轨迹？

如果您曾经仔细查看过您的 GPS，您一定已经看到它被配置设置弄得乱七八糟。 当您第一次尝试在地图上查看所有生成的“不稳定”点记录的最后轨迹时，您可能也会感到惊讶。

奇怪，奇怪。 你说奇怪吗？

嗯，这并不奇怪，但突然间它说明了很多关于 GPS 准确再现现实的能力。

事实上，通过 GPS，我们可以设置数据记录频率，我们将凭直觉选择最快的样本。 我们告诉自己：积分越多越好！

但是，获得尽可能接近现实的踪迹真的是一个好的选择吗？ 🤔

让我们仔细看看，它有点技术性（没有积分，别担心......），我们会和你在一起。

误差幅度的影响

在数字世界中，量化的概念总是或多或少具有模糊的影响。

具有讽刺意味的是，看似更好的选择，即对轨迹点使用更高的记录率，可能会适得其反。

定义：FIX是GPS从卫星计算位置（纬度、经度、高度）的能力。

【测量运动后跨大西洋发帖】（https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924）表示，在最有利的接收条件下，它是蔚蓝的。 天空🌞 和 GPS 定位在地平线 360° 视野中， ** FIX 精度为 3,35 m 95% 的时间，**

⚠️ 具体来说，连续 100 次 FIX，您的 GPS 将您定位在距离您的真实位置 0 到 3,35 米之间的位置有 95 次和 5 次在室外。

在垂直方向上，误差被认为是水平误差的 1,5 倍，因此在 95 种情况下，在 100 种情况下，在最佳接收条件下，记录的高度与实际高度相差 +/- 5 m，这在靠近地面的情况下通常很困难.

此外，各种可用的出版物表明，来自多个星座🛰（GPS + GLONASS + Galileo）的接收不会提高水平 GPS 精度。

另一方面，能够解释多个卫星星座信号的 GPS 接收器将有以下改进：

1. 减少第一次 FIX 的持续时间，因为卫星越多，一旦发射，它们的接收器就会越大，
2. 提高在困难接收条件下的定位精度。 在城市（城市峡谷）、山区或森林中的山谷底部就是这种情况。

您可以使用 GPS 进行尝试：结果清晰且完成。

GPS 芯片每秒设置一次 FIX。

几乎所有自行车或户外 GPS 系统都允许这些 FIX 跟踪 (GPX) 记录率。 要么全部记录下来，选择每秒1次，要么GPS取N中的1次（例如每3秒一次），要么从远处进行调谐。

每个FIX是确定位置（纬度、经度、高度、速度）； 两个 FIX 之间的距离是通过计算经过两个连续 FIX 的圆弧（位于地球🌎 的圆周上）得到的。 总跑步距离是这些距离间隔的总和。

基本上，所有 GPS 都会在不考虑高度的情况下进行此计算以获取行进距离，然后整合校正以考虑高度。 对高度进行了类似的计算。

所以：FIX 越多，记录遵循的实际路径就越多，但水平和垂直位置误差部分将被整合得越多。

插图：绿色是直线上的真实路径以简化推理，红色是 1 Hz 的 GPS FIX，每个 FIX 周围都有位置不确定性：真实位置始终在这个圆圈中，但不在中心。 ，如果每 3 秒完成一次，则蓝色是向 GPX 的转换。 紫色表示 GPS 测量的高度误差（[请参阅本教程修复它] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate)。

在理想的接收条件下，4% 的时间位置不确定性小于 95 m。 第一个含义是，在两个连续的 FIX 之间，如果偏移量小于位置不确定性，则该 FIX 记录的偏移量包含该不确定性的很大一部分： 测量噪声.

例如，以 20 公里/小时的速度，您每秒移动 5,5 米； 尽管一切都很完美，但您的 GPS 可以测量 5,5m +/- Xm 的偏移，X 值将在 0 到 4m 之间（对于 4m 位置不确定性），因此它将将此新 FIX 放置在 1,5m 和距离上一个 9,5 m。 在最坏的情况下，计算这个行驶距离样本的误差可以达到 +/- 70%，而 GPS 性能等级非常好！

您可能已经注意到，在平原上和天气好的情况下以恒定速度行驶时，轨迹点的间距并不均匀：速度越低，它们就越分散。 100km/h时，误差影响降低60%，4km/h时，行人速度达到400%，足以观察游客的GPX轨迹，只看到一直非常“复杂”。

最后 ：

• 记录率越高，
• 并且速度越低，
• 每个定位点的距离和高度越错误。

通过将所有更正记录到您的 GPX 中，在一小时或 3600 条记录内，您累积了 3600 倍的水平和垂直 GPS 误差，例如，将频率降低 3 倍。 超过 1200 次。

👉还有一点：垂直GPS精度不高，太高的记录频率会增加这个差距😬。

随着速度的增加，两个连续 FIX 之间的行进距离逐渐变得与位置不确定性有关。 轨迹上记录的所有连续 FIX 之间的累积距离和高度，即该路线的总距离和垂直剖面，受位置不确定性的影响将越来越小。

如何抵消这些不良影响？

让我们从定义移动速度等级开始：

1. 🚶🚶‍♀团体徒步，平均速度较低，约3-4公里/小时或1米/秒。
2. 🚶在运动出行模式下，平均速度等级为5至7公里/小时，即2米/秒左右。
3. 🏃 在 Trail 或 Running 模式下，正常速度等级在 7 到 15 km / h 之间，即大约 3 m / s。
4. 🚵在山地自行车上，我们可以采取12至20公里/小时的平均速度，或大约4 m / s。
5. 🚲在路上行驶时，速度从5到12 m / s更高。

该 远足 因此，需要以 10 到 15 m 的增量分配记录，GPS 不准确度误差将只考虑每小时 300 次（大约）而不是 3600 次，并且位置误差的影响从 a每 4 m 最多 1 m 到每 4 m 最多 15 m，将减少 16 倍。 轨道会更加平滑和干净，并且考虑了测量噪声。 除以因子 200！ 每 10-15 m 的尖端不会擦除鞋带中针脚的恢复，它只会多一点分段和更少的噪音。

该 步道 假设平均速度为 11 公里/小时，以从每秒 1 次变为每 1 秒 5 次的时间步长进行记录，将记录数从每小时 3600 次减少到 720 次，最大（可能）误差为每 4 次 3 m m. 每 4 m 变为 15 m（即从 130% 到 25%！）。 记录跟踪的错误记录减少了大约 25 倍。 唯一的缺点是有严重曲率风险的路径会被稍微分割。 « 风险“**”，因为虽然是trail，但是曲线上的速度不可避免地会下降，因此连续两次FIX会更接近，这会削弱分割效果。

山地骑行 处于低速 (<20 km/h) 和中速 (> 20 km/h) 的交界处，如果轨道的轮廓很慢到非常慢 (<15 km/h) – 频率为 5秒。 是一个很好的折衷方案（包括 Trail），如果它是 XC 类型的配置文件（>15 公里/小时），保持 3s 似乎是一个很好的折衷方案。 对于更高速度 (DH) 使用配置文件，请选择一秒或两秒作为写入速度。

对于 15 km / h 的速度，选择 1 到 3 s 的轨迹记录频率可将 GPS 误差计算减少约 10 倍。 由于原则上转弯半径与速度有关，因此在狭窄的发夹弯或转弯中的准确轨迹恢复不会受到影响。

结论

可用于户外活动和骑自行车的最新版 GPS 提供了本文开头引用的研究中所见的定位精度。

通过将记录速率优化为您的平均行驶速度，您将显着减少 GPX 轨道的距离和高度误差：您的轨道将更加平滑，并且在轨道上保持良好。

当这些接收条件恶化🌧（云、树冠、山谷、城市）时，演示基于理想的接收条件。 位置不确定性迅速增加，低速下高 FIX 记录速率的不良影响将被放大。

上图为刺刀在没有遮罩的情况下穿过开阔场地，仅观察GPX文件中FIX传输频率的影响。

这是在以 10 公里/小时的速度进行越野（跑步）训练期间记录的四条赛道。它们是全年随机选择的。 FIX 每 3 秒加载三条记录（跟踪），每 5 秒加载一条 FIX。

第一个观察：在刺刀通过期间轨迹的恢复没有恶化，这必须证明。 第二次观察：3 秒后，所有观察到的“小”横向偏差都出现在“选定”路径上。 比较以 1 s 和 5 s 频率（对于此速度范围）记录的轨迹时获得相同的观察结果，以 FIX 间隔 5 秒（对于此速度范围）绘制的轨迹更清晰，总距离和高度将是更接近真实值。

因此，在山地自行车上，GPS 位置记录速率将设置在 2 秒（DH）和 5 秒（骑行）之间。

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS