Test přesnosti GPS chytrých hodinek – Výsledky a způsob testování

Tagy: Testy | Chytré

Dominik Hok | 21.5.2024 | 5 MIN | 2x komentář

Které chytré hodinky na trhu mají nejpřesnější GPS přijímač? Těžko říct, proto jsme se rozhodli je postupně testovat. V tomto článku najdete výsledky testů, způsob, jak jsou chytré hodinky testovány a která hlediska jsme při tvorbě testu brali v potaz.

V tomto článku najdete:

• Výsledky testů GPS chytrých hodinek
• Jak probíhá testování?
• Jak vyhodnocujeme přesnost?
• Jaké další aspekty jsme brali v potaz?

Výsledky testů přesnosti GPS chytrých hodinek

Jak probíhá testování?

Testování probíhá na 18kilometrovém okruhu v horách, který má různorodé jak přírodní podmínky, tak přístup GPS signálu.

Na této trase překonáme přes 600 výškových metrů a simuluje se tím taková "průměrná" trasa trailového běžce či turisty. Vybíháme v alespoň polojasném počasí, aby nebylo výrazně ovlivněno měření.

Po konzultaci s několika geografy a geoinformatiky jsme se rozhodli využít přesné referenční zařízení, které se jevilo jako nejlepší možnost. Použili jsme jedno z nejpřesnějších dostupných GPS zařízení na trhu – Garmin GPSMap67. Toto zařízení má za normálních podmínek přesnost na několik metrů téměř 100 % času.

Co se týče samotného nastavení chytrých hodinek, vždy máme nastavený nejlepší možný příjem GPS signálu. Pokud tedy hodinky mají vícesystémový příjem (např. GPS + GLONASS + Galileo), nastavíme jej. To stejné platí i pro multifrekvenční polohování. A obdobně pro aktualizace firmwaru – vždy před zahájením testování nainstalujeme nejnovější aktualizaci.

Při vytváření záznamu trasy tedy používáme souběžně jak testované hodinky, tak ruční GPS a tyto dvě zařízení jsou poté srovnány. Pak jsou vypočteny odchylky.

1.8.2023 - Dominik Hok
GPS přijímač – Proč je v chytrých hodinkách a jak funguje?

Jak vyhodnocujeme přesnost?

Po uběhnutí trasy získáme tisíce a tisíce bodů jak z chytrých hodinek, tak referenčního zařízení a následně vypočítáváme odchylku.

Ta se vypočítává pomocí algoritmu, jež vezme jeden bod naměřený chytrými hodinkami, dohledá dva nejbližší body a vytvoří kolmici, která vede od srovnávaného bodu trasy (naměřený chytrými hodinkami) do spojnice dvou nejbližších bodů referenčního zařízení.

Žlutá čára je naměřená odchylka. Černé čáry jsou spojnice dvou nejbližších bodů referenční trasy od bodu trasy testovaných hodinek. (zelená – trasa naměřená hodinkami, červená – referenční).

Pokud jsou hodinky opravdu nepřesné a kolmice by nezasahovala do spojnice těchto bodů, jako odchylka se bere vzdálenost od nejbližšího bodu.

Žlutočerná čára je jednou ze spojnic bodů referenčních tras s bodem testovaných hodinek a zároveň je i naměřenou odchylkou (zelená – trasa naměřená hodinkami, červená – referenční).

Takto se spočítá odchylka u všech bodů trasy, ta se následně zprůměruje a vypočteme tak celkovou průměrnou odchylku testovaného zařízení od toho referenčního.

Jaké další aspekty jsme brali v potaz?

Při tvorbě testu jsme promýšleli spoustu možností a tady jsou všechna hlediska, která jsme brali v potaz.

Místo testování

K testování se vybízí atletický ovál, jelikož by stačilo vypočítat odchylku od dokonalých elips a vzdálenost by byla úplně přesná. Hodinky jsme ale chtěli testovat na místě, kde by měly zhoršené podmínky a výsledky by byly diferenciovanější. Zároveň spousta značek používá algoritmy, které rozpoznají, že běžíte na atletickém oválu a výsledky podle toho upraví.

Jednou z možností bylo i místo s extrémně málo dostupným signálem GPS (roklina aj.), ale dávalo nám větší smysl hodinky testovat na místě, kde je pravděpodobnější, že skutečně budou využívány. Asi se nenajde moc lidí, kteří by se v takových místech pravidelně pohybovali.

Brali jsme v potaz i to, že roční období může ovlivňovat měření, proto se vybízelo využít k testování jehličnatý les, který má konstantnější podmínky než les listnatý či smíšený. Takový les je ale v dnešní době opravdu těžké najít a už vůbec se nedá najít trasa, která by procházela pouze jehličnatým lesem, měla délku přes 15 km a byla relativně dostupná.

Téměř zcela konstantní podmínky pro testování má hustá městská zástavba. Tady se ale signál GPS může chovat neplánovaně, protože se může různě odrážet a něco jej může ovlivňovat.

Způsob testování

Nejpřesnější možností vyhodnocení trasy by bylo ji ručně vyklikat v mapách a poté vypočítat odchylku naměřené trasy od té "vyklikané". Tady jsme ale nemohli zaručit, že trasu budeme vždy dokonale kopírovat a zároveň ani mapy nemusí být dokonalé přesné.

Opravdu přesný výpočet odchylky vzdálenosti bychom získali v případě použití měřícího kolečka. V tomto případě sice získáme přesně naměřenou vzdálenost, nikoliv vykreslenou trasu. Měli bychom tedy přesné porovnání naměřené vzdálenosti, ale nemohli bychom porovnat odchylku od záznamu trasy.

Samozřejmě, že existují přesnější GPS zařízení jako třeba geodetická GPS, ale ta slouží spíše pro měření ve statické poloze. Naměří tedy polohu s obrovskou přesností, ale pro měření v pohybu není ideální.

Vyhodnocení přesnosti

Zkoušeli jsme také srovnávání bodů souřadnic každou vteřinu, kdy hodinky před zahájením testu nastavíme podle atomových hodin, aby jak testované, tak referenční zařízení měly naprosto totožný čas. Toto se jevilo jako nejlepší možnost, protože by se vzala konkrétní vteřina a porovnaly by se souřadnice referenčního a testovaného zařízení.

Nicméně, některé chytré hodinky mají při záznamu polohy lehkou latenci, takže vzniká neustále vzrůstající rozdíl, která ale nemusí znamenat, že hodinky jsou nepřesné, ale prostě jsou v konkrétní vteřinu o pár metrů (a následně desítky a stovky metrů) dál než referenční zařízení. Jsou na trase, ale tam, kde referenční zařízení bylo už před nějakou dobou.

Současně porovnáváme odchylku bodu testovaného zařízení od referenční trasy. Původně jsme srovnávali bod s bodem, kde jsme ale narazili na to, že testované zařízení může zaznamenávat polohu v meziintervalech referenčního zařízení, a tak by vznikala permanentní odchylka až v několika metrech.

Představte si: běžec běží z kopce rychlostí 17 km/h. Za jednu sekundu tedy urazí 4,72 metru. Kdyby chytré hodinky zaznamenaly polohu vždy o 0,5 s dříve nebo později než referenční, znamenalo by to, že vzniká permanentní odchylka 2,36 m.

Zamysleli jsme se také nad možným zakřivením spojnice bodů trasy. Od bodu trasy zaznamenaného se totiž svádí kolmice ke spojnici dvou bodů a ano, může nastat situace, že spojnice nebude rovná, ale zakřivená, a tudíž odchylka nemusí perfektně sedět. Během té jedné vteřiny je ale šance zakřivení trasy minimální, a tak jsme se rozhodli to brát jako přijatelnou odchylku od odchylky.