Comment enregistrer des traces GPS propres ?

Si vous avez déjà regardé attentivement votre GPS, vous avez dû constater qu'il est encombré de paramètres de configuration. Vous pourriez également être surpris lorsque vous avez essayé pour la première fois de visualiser sur la carte la dernière trace enregistrée par tous les points « instables » générés.

Étrange, étrange. Vous avez dit étrange ?

Eh bien, ce n'est pas si étrange, mais du coup, cela en dit long sur la capacité du GPS à reproduire fidèlement la réalité.

En fait, avec le GPS, qui nous permet de définir la fréquence d'enregistrement des données, nous aurons l'intuition de choisir l'échantillon le plus rapide. On se dit : plus il y a de points, mieux c'est !

Mais est-ce vraiment un bon choix pour obtenir un trail le plus proche possible de la réalité ? 🤔

Regardons de plus près, c'est un peu technique (pas d'intégrales, rassurez-vous...), et nous serons avec vous.

Influence de la marge d'erreur

Dans le monde numérique, le concept de quantification a toujours un impact plus ou moins vague.

Ironiquement, ce qui peut sembler être un meilleur choix, à savoir utiliser un taux d'enregistrement plus élevé pour les points de suivi, peut être contre-productif.

Définition : FIX est la capacité du GPS à calculer la position (latitude, longitude, altitude) à partir des satellites.

[Posting Across the Atlantic After the Measurement Campaign] (https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/13658816.2015.1086924) précise que dans les conditions d'accueil les plus favorables il s'agit d'un bleu azur. ciel 🌞 et GPS positionné dans le champ de vision horizon 360°, ** La précision FIX est de 3,35 m 95% du temps, **

⚠️ Concrètement, avec 100 FIXes consécutifs, votre GPS vous géolocalise entre 0 et 3,35m de votre position réelle 95 fois et 5 fois à l'extérieur.

Verticalement, l'erreur est considérée comme 1,5 fois supérieure à l'erreur horizontale, donc dans 95 cas sur 100 la hauteur enregistrée sera de +/- 5 m de la hauteur réelle dans des conditions de réception optimale, ce qui est souvent difficile près du sol .

De plus, diverses publications disponibles montrent que la réception de plusieurs constellations (GPS + GLONASS + Galileo) n'améliore pas la précision horizontale du GPS.

En revanche, un récepteur GPS capable d'interpréter le signal de plusieurs constellations de satellites aura les améliorations suivantes :

1. Réduire la durée du premier FIX, car plus il y a de satellites, plus leur récepteur sera gros une fois lancé,
2. améliorer la précision du positionnement dans des conditions de réception difficiles. C'est le cas en ville (canyons urbains), au fond d'une vallée en zone montagneuse ou en forêt.

Vous pouvez l'essayer avec votre GPS : le résultat est clair et fini.

La puce GPS définit FIX toutes les secondes.

Presque tous les systèmes GPS de cyclisme ou d'extérieur permettent à ces FIX de suivre les taux d'enregistrement (GPX). Soit ils sont tous enregistrés, la sélection est à 1 fois par seconde, soit le GPS prend 1 sur N (par exemple toutes les 3 secondes), soit le réglage se fait à distance.

Chaque FIX sert à déterminer la position (latitude, longitude, altitude, vitesse) ; la distance entre deux FIX est obtenue en calculant l'arc de cercle (situé sur la circonférence du globe 🌎) qui passe par deux FIX successifs. La distance parcourue totale est la somme de ces intervalles de distance.

En gros, tous les GPS font ce calcul pour obtenir la distance parcourue sans tenir compte de l'altitude, puis ils intègrent la correction pour tenir compte de l'altitude. Un calcul similaire est effectué pour la hauteur.

Donc : plus il y a de FIX, plus l'enregistrement suit le chemin réel, mais plus la partie erreur de position horizontale et verticale sera intégrée.

Illustration : en vert c'est la trajectoire réelle en ligne droite pour simplifier le raisonnement, en rouge c'est le FIX GPS à 1 Hz avec une incertitude de position matérialisée autour de chaque FIX : la position réelle est toujours dans ce cercle, mais non centrée. , et en bleu la traduction en GPX si elle se fait toutes les 3 secondes. Le violet indique une erreur d'altitude telle que mesurée par le GPS ([voir ce tutoriel pour le corriger] (/blog/altitude-gps-strava-inaccurate).

L'incertitude de position est inférieure à 4 m 95% du temps dans des conditions de réception idéales. La première implication est qu'entre deux FIX successifs, si le décalage est inférieur à l'incertitude de position, le décalage enregistré par ce FIX contient une grande partie de cette incertitude : il est bruit de mesure.

Par exemple, à une vitesse de 20 km/h, vous vous déplacez de 5,5 mètres toutes les secondes ; bien que tout soit parfait, votre GPS peut mesurer un déport de 5,5m +/- Xm, la valeur X sera comprise entre 0 et 4m (pour une incertitude de position de 4m), il placera donc ce nouveau FIX avec une position entre 1,5m et 9,5 m du précédent. Dans le pire des cas, l'erreur de calcul de cet échantillon de distance parcourue peut atteindre +/- 70 %, alors que la classe de performance GPS est excellente !

Vous avez sans doute déjà remarqué qu'à vitesse constante en plaine et par beau temps, les points de votre tracé ne sont pas régulièrement espacés : plus la vitesse est faible, plus ils s'écartent. A 100 km/h, l'impact de l'erreur est réduit de 60%, et à 4 km/h, la vitesse d'un piéton atteint 400%, il suffit d'observer la trace GPX du touriste, pour constater qu'elle est toujours très "complexe".

Par conséquent :

• plus le taux d'enregistrement est élevé,
• et plus la vitesse est faible,
• plus la distance et la hauteur de chaque repère seront erronées.

En enregistrant toutes les CORRECTIONS dans votre GPX, en une heure ou 3600 enregistrements, vous avez accumulé 3600 fois l'erreur GPS horizontale et verticale, par exemple, en diminuant la fréquence de 3 fois. être plus de 1200 fois.

👉 Encore un point : la précision verticale du GPS n'est pas élevée, une fréquence d'enregistrement trop élevée augmentera cet écart 😬.

Au fur et à mesure que la vitesse augmente, progressivement la distance parcourue entre deux FIX successifs devient prépondérante par rapport à l'incertitude de position. Les distances et hauteurs cumulées entre tous les FIX successifs enregistrés sur votre trace, c'est-à-dire la distance totale et le profil vertical de ce parcours, seront de moins en moins affectées par l'incertitude de localisation.

Comment contrecarrer ces effets indésirables ?

Commençons par définir les classes de vitesse pour la mobilité :

1. 🚶🚶‍♀Randonnées en groupe, la vitesse moyenne est faible, environ 3-4 km/h soit 1 m/s.
2. 🚶 En mode déplacement sportif, la classe de vitesse moyenne est de 5 à 7 km/h, soit environ 2 m/s.
3. En mode Trail ou Running, la classe de vitesse normale est comprise entre 7 et 15 km/h, soit environ 3 m/s.
4. 🚵 En VTT, on peut prendre une vitesse moyenne de 12 à 20 km/h, soit environ 4 m/s.
5. Lors de la conduite sur route, la vitesse est supérieure de 5 à 12 m/s.

Que randonnée il faut donc affecter un enregistrement par pas de 10 à 15 m, l'erreur d'imprécision GPS ne sera prise en compte que 300 fois par heure (environ) au lieu de 3600, et l'effet de l'erreur de position, qui augmente d'un maximum de 4 m par 1 m à un maximum de 4 m par 15 m, sera réduit 16 fois. La piste sera beaucoup plus lisse et plus propre, et le bruit de mesure est pris en compte. divisé par le facteur 200 ! La pointe tous les 10-15 m n'effacera pas la restauration des picots dans les lacets, elle sera juste un peu plus segmentée et moins bruyante.

Que sentiers En supposant une vitesse moyenne de 11 km/h, l'enregistrement avec un pas de temps qui passe de 1 toutes les secondes à 1 toutes les 5 secondes réduit le nombre d'enregistrements de 3600 à 720 par heure, et l'erreur maximale (possible) est de 4 m toutes les 3 m. Devient 4 m tous les 15 m (soit de 130 % à 25 % !). La comptabilisation des erreurs par la trace enregistrée est réduite d'environ 25 fois. Le seul inconvénient est que les chemins à risque de courbure sévère sont légèrement segmentés. « Risque "**, car bien qu'il s'agisse d'un trail, la vitesse sur les courbes va forcément baisser, et donc deux FIX consécutifs vont se rapprocher, ce qui va affaiblir l'effet de segmentation.

vélo de montagne se trouve à la jonction entre les vitesses faibles (<20 km/h) et les vitesses moyennes (> 20 km/h), dans le cas d'une voie avec un profil lent à très (<15 km/h) lent – ​​la fréquence est de 5 s. est un bon compromis (y compris Trail), si c'est un profil type XC (>15 km/h), garder 3s semble être un bon compromis. Pour un profil d'utilisation à vitesse plus élevée (DH), sélectionnez une ou deux secondes comme vitesse d'écriture.

Pour une vitesse de 15 km/h, le choix de la fréquence d'enregistrement des traces de 1 à 3 s permet de réduire d'environ 10 fois la comptabilisation des erreurs GPS. Étant donné que, en principe, le rayon de braquage est lié à la vitesse, la récupération précise de la trajectoire dans les virages en épingle à cheveux étroits ne sera pas compromise.

Conclusion

Les dernières versions de GPS disponibles pour les activités de plein air et le cyclisme fournissent la précision de localisation vue dans l'étude citée au début de l'article.

En optimisant le taux d'enregistrement à votre vitesse moyenne de conduite, vous réduirez considérablement l'erreur de distance et de hauteur de votre tracé GPX : votre tracé sera plus fluide, et tiendra bien sur les pistes.

La démonstration repose sur des conditions d'accueil idéales lorsque ces conditions d'accueil se dégradent 🌧 (nuages, canopée, vallée, ville). L'incertitude de position augmente rapidement et les effets indésirables d'un taux d'enregistrement FIX élevé à faible vitesse seront amplifiés.

L'image ci-dessus montre une baïonnette traversant un champ ouvert sans masque pour n'observer que l'effet de la fréquence de transmission FIX dans le fichier GPX.

Il s'agit de quatre tracés enregistrés lors d'une séance d'entraînement de trail (course à pied) à une vitesse de 10 km/h. Ils ont été sélectionnés au hasard tout au long de l'année. Trois enregistrements (traces) sont chargés par FIX toutes les 3 secondes et un FIX toutes les 5 secondes.

Premier constat : la reprise de la trajectoire lors du passage de la baïonnette ne se dégrade pas, ce qui devait être démontré. Deuxième observation : toutes les « petites » déviations latérales observées sont présentes sur les trajectoires « sélectionnées » après 3 secondes. Le même constat est obtenu en comparant les traces enregistrées à des fréquences de 1 s et 5 s (pour cette plage de vitesse), la trace tracée avec des FIX espacés de 5 secondes (pour cette plage de vitesse) est plus nette, la distance totale et l'altitude seront plus proche de la valeur réelle.

Ainsi, sur un VTT, la cadence d'enregistrement de la position GPS sera réglée entre 2 s (DH) et 5 s (balade).

📸 ASO / Aurélien VIALATTE – Cristian Casal / TWS