Jak obliczamy długości nagranych i zaplanowanych tras?

Pytania o nagrane trasy i o zagadnienia z nimi związane to jedne z najczęstszych jakie nam zadajecie. W tym artykule wyjaśniamy najczęściej poruszane przez was kwestie oraz odpowiadamy m.in. na te pytania:

  • Jak działa GPS?
  • Jak są liczone długości tras w serwisie i aplikacji Mapa Turystyczna?
  • Dlaczego trasa nagrana w aplikacji Mapa Turystyczna jest zazwyczaj dłuższa niż ta zaplanowana?
  • Z czego wynikają różnice długości tras nagrywanych w różnych aplikacjach i przy pomocy różnych odbiorników GPS?

Jak działa GPS?

GPS (Global Positioning System) jest to system lokalizacji oparty o trzy elementy: system satelitów na orbicie, stacje naziemne i odbiorniki użytkownika. Odbiornikiem użytkownika może być np. moduł GPS w telefonie czy zegarku sportowym lub dedykowane urządzenie GPS. Odbiorniki różnią się parametrami technicznymi, co wpływa na ich dokładność. Ponadto odbierany sygnał podlega zakłóceniom spowodowanym obecnością skał, wysokich budynków czy nawet liści drzew. Średnia dokładność odbiorników to paręnaście metrów, np. dla urządzeń Garmin jest to 15 m dla 95% próbek.

Na podstawie GPS otrzymujemy nie tylko dane o współrzędnych geograficznych, ale również o wysokości n.p.m. Ich dokładność jest jednak ok. trzykrotnie mniejsza niż dokładność danych o położeniu (jak podaje Wikipedia). Bardziej wiarygodne dane o wysokości n.p.m. można uzyskać z urządzeń posiadających wysokościomierz barometryczny, choć i ten potrafi zawieść w przypadku nagłych zmian pogody (a co za tym idzie – ciśnienia).

Warto jeszcze dodać, że działanie GPS jest niezależne od sieci telefonii komórkowej czy dostępu do Internetu.

Problemy z działaniem GPS

W tym miejscu warto wspomnieć o najczęstszych problemach, jakie miewacie z działaniem GPS.

Problem 1: Nagrywanie jest przerywane w trakcie wycieczki, ślad zawiera proste odcinki.
Przyczyna: System Android zatrzymuje proces nagrywania w celu oszczędzania baterii. Czytaj więcej na ten temat.
Rozwiązanie: Zmiana ustawień systemu Android dotyczących oszczędzania baterii w telefonie, dodanie aplikacji Mapa Turystyczna do wyjątków.

Problem 2: Moduł GPS gubi sygnał lub nie emituje próbek, nagrywany ślad zawiera proste odcinki.
Przyczyna: Błąd oprogramowania na poziomie systemu lub na poziomie biblioteki obsługi GPS.
Rozwiązanie: Ponowne uruchomienie aplikacji lub / i telefonu.

Co dzieje się z danymi GPS zanim powstanie z nich trasa?

Dane uzyskane z GPS są surowe i oprócz dobrych próbek mogą zawierać również te błędne, charakteryzujące się kiepską dokładnością. Aby można ich było użyć do dalszego przetwarzania, muszą zostać poddane obróbce.

W tym artykule opisujemy w jaki sposób oczyszczamy przebieg trasy i odsiewamy błędne próbki.

Jak jest liczony dystans i przewyższenia?

Dystans liczymy nieco inaczej dla zaplanowanej i nagranej trasy. Natomiast do obliczania przewyższeń w obu przypadkach wykorzystujemy zewnętrzne dane wysokościowe, konkretnie dane pochodzące z programu SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Mają one postać siatki o rozdzielczości ok. 30 m, więc pobierając wysokość dla danego punktu nie uzyskujemy dokładnej i rzeczywistej wartości, tylko jej przybliżenie policzone na podstawie sąsiednich próbek. Taki sposób liczenia nie wpływa praktycznie na wynik w Beskidach i innych górach o podobnym charakterze, ale w Tatrach może już powodować wynik zaniżony. Niestety dokładność obliczeń spada proporcjonalnie do nachylenia stoku, więc w przypadku skał, ostrych ścian i grani, wyliczenia mogą być zaniżone.

Dodatkowo do obliczania przewyższeń dla zaplanowanych tras uwzględniane są korekty pochodzące z wysokości znanych punktów, np. przełęczy czy szczytów leżących na trasie.

Dla zaplanowanej trasy

Dla tras planowanych w naszym serwisie dystans liczony jest z uwzględnieniem przewyższeń. Zależy on zatem od dwóch składowych: (1) dystansu „po płaskim” liczonego jako suma odległości pomiędzy kolejnymi punktami trasy, rzutowanymi na powierzchnię Ziemi oraz (2) ilości przewyższeń liczonej dla poszczególnych segmentów trasy.

W praktyce uwzględnienie przewyższeń nie jest tak istotne jak by się wydawało. Weźmy na przykład tatrzańską trasę Palenica Białczańska – Rysy: 1708 m podejść, 193 m zejść, dystans liczony po płaskim to 11,99 km, natomiast z uwzględnieniem przewyższeń 12,38 km. Jest to więc około 400 m różnicy w bardzo stromym terenie (różnica o ok. 3%).

Dla Beskidów, gdzie stoki są znacznie łagodniejsze różnica ta jest znacznie mniejsza. Dla przykładu trasa Węgierska Górka – Barania Góra: 1109 m podejść, 302 m zejść, dystans liczony po płaskim to 12,39 km, natomiast z uwzględnieniem przewyższeń 12,5 km. Jest to zatem różnica rzędu 1%.

Dla nagranej trasy

Trasy nagrane, w odróżnieniu od zaplanowanych, nie mają tak gładkich i „idealnych” przebiegów. Wiąże się to z faktem, że punkty składające się na takie trasy pochodzą z próbek GPS, a te z kolei, nawet po odrzuceniu próbek zupełnie błędnych, nadal charakteryzują się pewnym rozrzutem i nigdy nie są w 100% dokładne.

Z tego względu dla tras nagranych uwzględniamy tylko dystans liczony „po płaskim”. Sumując odległości między kolejnymi próbkami i tak uzyskujemy wynik większy niż w rzeczywistości, ponieważ uzyskane próbki zwykle odstają od teoretycznego „idealnego” przebiegu. Im dłuższa trasa, tym błąd będzie większy z uwagi na sumę błędów poszczególnych próbek.

Przy obliczaniu przewyższeń na podstawie danych z GPS błąd jest jeszcze bardziej widoczny. Różnice w odczytanej wysokości dla kolejnych próbek są na tyle duże, że gdybyśmy zsumowali je i uwzględnili w obliczeniach długości trasy, otrzymane wartości mogłyby nie mieć sensu.

Uwzględnianie przewyższeń dla nagrywanej trasy ma sens, jeśli dane o wysokości n.p.m. pozyskiwane są na przykład z zewnętrznych źródeł danych, takich jak wspomniany wyżej SRTM. W momencie nagrywania trasy nie mamy jednak dostępu do tych danych (ze względu na duży rozmiar nie są one przetrzymywane w pamięci telefonu), więc nanoszenie korekt na bieżąco jest niemożliwe. Natomiast uwzględnienie ich po zsynchronizowaniu trasy z serwerem mogłoby znacząco zmienić parametry trasy, co byłoby dość mylące.

Skoro ilość przewyższeń nie jest uwzględniona w obliczeniach długości nagranej trasy, cała „nadwyżka” spowodowana jest niedokładnościami danych o lokalizacji. Z naszych obserwacji wynika, że dystans nagranych tras jest o 5-10% większy niż tras zaplanowanych tą samą drogą i jest to całkowicie normalne.

Z czego wynikają różnice długości tras w różnych aplikacjach?

Nagrywając trasę jednocześnie w różnych aplikacjach można uzyskać różne wyniki. Chociaż moduł GPS jest jeden i przekazuje te same próbki do każdej aplikacji nagrywającej trasę, to już sposób ich obróbki w każdej z nich może być różny. Różnić się mogą chociażby:

  • zasady odfiltrowywania odstających próbek i uśredniania tych które pozostały,
  • uwzględnianie w obliczeniach danych wysokościowych i ich ewentualne korekty,
  • algorytm obliczania odległości między współrzędnymi geograficznymi (algorytmy w różnym stopniu uwzględniają kulistość Ziemi).

Przy tak dużej ilości czynników różnicujących działanie aplikacji, różnice w długościach nagranych tras są nieuniknione.

Zakończenie

Nagrywanie tras i sumowanie ilości przebytych kilometrów stało się dla wielu z nas nieodłącznym elementem górskich wędrówek. Sprawia nam satysfakcję, gdy możemy dołożyć kolejną trasę do puli tych przebytych, natomiast gdy telefon się wyładuje i nagrywana trasa nie zdąży się do końca nagrać odczuwamy lekki zawód.

Pamiętajmy jednak, że te elektroniczne zapisy naszych wycieczek trzeba traktować z pewną dozą dystansu i że są one jedynie dodatkiem do tego czego naocznie doświadczamy w trakcie wycieczki i jak przechowujemy ją w naszych wspomnieniach.

5 przemyśleń nt. „Jak obliczamy długości nagranych i zaplanowanych tras?

      1. A tak na przykładzie trasa z Palenicy Białczańskiej na Szpiglasowy wierch-następnie na Morskie Oko- i powrót do Palenicy Białczańskiej wychodzi 23,5 km zawsze sugeruje się na mapa-turystyczna 🙂 ale na forach i grupach fb ludzie piszą zę na róznych aplikacjach np krokomierz itp wychodzi bardzo duża różnica mi osobiscie na krokomierzu wyszło 32km skąd takie duże róznice?

        1. Krokomierz, jak sama nazwa wskazuje, służy do liczenia kroków a nie dystansu 🙂 Jeśli krokomierz nie korzysta z GPS, to dystans jest liczony na podstawie ilości kroków pomnożonej przez oszacowaną i uśrednioną długość kroku. Przez to kumulacja błędu jest bardzo duża, np. na wspomnianej trasie, na 23.5 km dla długości kroku wynoszącej 0.7 m otrzymamy 33500 kroków. Jeśli nasza średnia długość kroku oszacowana przez krokomierz wynosi 0.95 m, to otrzymamy już 32 km.

          1. Ok super w końcu mam to konkretnie wyjaśnione teraz wszystko jasne:) dziękuję za odpowiedź 🙂 Pozdrawiam.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *