Co kryje ślad GPS? Jakie dane zawierają pliki GPX i KML?
Skoro już wiemy czym (jakim sprzętem) zapisać przebieg trasy w formie śladu GPS, wypada teraz coś napisać o samych plikach przechowujących dane z przebiegu wycieczki.
Nasze odbiorniki turystyczne/samochodowe odbierają sygnały z satelitów i na podstawie odpowiednich algorytmów (geodezyjnych i czasowych) ustalają naszą pozycję. Jeśli włączymy zapis trasy (śladu), urządzenie będzie zapisywać kolejne punkty naszego położenia (współrzędne geograficzne) co pewien, określony czas. Będzie również zapisywać wysokość n.p.m. każdego punktu, która zostanie sczytana bądź to z sygnały GPS bądź z barometrycznego czujnika wysokości (o ile nasze urządzenie taki czujnik posiada). Do tego mogą dojść różnorodne dane z dodatkowych czujników np. czujnika kadencji czy pulsometru. W trakcie rejestracji śladu urządzenie zapisuje poszczególne punkty naszego położenia na osi upływającego czasu w określonym przedziale (np. co 5 sekund). Zbiór tych punktów to nasz ślad, czyli log przebytej trasy. W zależności od wewnętrznego oprogramowania urządzenia (naszej nawigacji turystycznej, licznika GPS czy loggera GPS) zostanie on zapisany w formie mniej lub bardziej popularnego pliku.
Duża grupa urządzeń zapisuje log w jednym z popularnych formatów: GPX; KLM; NMEA; PLT; TRK; TXT, inne wymagają (dołączonego) oprogramowania lub internetowej aplikacji (strony www) do odczytu danych z rejestratora i eksportu do bardziej "zjadliwej" formy, zazwyczaj do pliku GPX lub KML. Wspomniane "popularne" formaty śladu GPS mają ogromną zaletę - są to pliki tekstowe, z których dane możemy bezproblemowo podglądnąć i modernizować za pomocą dowolnego edytora np. notatnika w Windowsie. Niestety są urządzenia, które ślad GPS zapisują w różnych tajemniczych formatach, które są kodem napisanym/stworzonym w jakimś języku programowania. W takim przypadku używając "notatnika" do podglądu, zamiast usystematyzowanych danych zobaczymy jedną wielką sieczkę. Tego typu pliki wymagają programu - kompilatora, który "przetłumaczy" tajemniczy zapis na bardziej ludzką postać. Takie programy zazwyczaj są dołączane do urządzeń, choć nie zawsze. Producenci idą na łatwiznę i jedyną możliwością odszyfrowania tajemniczych plików jest specjalnie stworzona strona producenta urządzenia, tam się rejestrujemy, wrzucamy nasz ślad i dopiero z poziomu portalu internetowego możemy go wyeksportować np. do pliku GPX lub KML. Niestety takie rozwiązanie ma sporo wad. Po pierwsze musimy mieć dostęp do netu, po drugie portal producenta musi działać stabilnie i ciągle (a z tym jest różnie), po trzecie plik wgrywany z naszego rejestratora na portal jest mocno i bezpowrotnie kastrowany z punktów (aby serweru zbytnio nie obciążać).
Na szczęście w dobie Internetu i dzięki ludziom, którzy chcą coś zrobić bezinteresownie dla tego świata są darmowe narzędzia, które potrafią odczytać najbardziej egzotyczne formaty i zapisać je (bez kastracji) na format GPX czy KML.
Wracamy do tematu :-)
Pomimo różnych rodzajów plików, zasada zapisu informacji jest taka sama. Plik zawiera współrzędne punktu (współrzędne geograficzne) X i Y rejestrowane w funkcji czasu oraz współrzędną Z czyli wysokość nad poziom morza.
O ile z określeniem pozycji (współrzędne geograficzne = X i Y) amatorskie urządzenia do nawigacji radzą sobie naprawdę dobrze a błąd pozycji nie przekracza kilku metrów (3-10m - przy dobrych warunkach meteorologicznych: bezchmurne niebo i warunkach terenowych: na otwartej przestrzeni z widocznym nieboskłonem ;-)) o tyle z wysokością już nie jest tak kolorowo.
Po pierwsze błąd GPS w pomiarze wysokości (w pionie) jest dużo większy niż w przypadku określenia położenia (w poziomie). Po drugie większość markowych i niemarkowych odbiorników GPS określa wysokość na podstawie pomiaru geometrycznego, czyli odległości w pionie między danym punktem a poziomem morza. Wszystko byłoby OK, gdyby pozom morza był rzeczywistym poziomem morza :-) W praktyce ten poziom morza do którego odwołują się wspomniane urządzenia GPS to elipsoida wg. modelu WGS84, która może odbiegać od prawdziwego poziomu morza nawet o 100m! W Europie (również w Polsce) elipsoida ta jest zawyżona o około 30m w stosunku do rzeczywistego poziomu morza. Tak więc proste liczniki rowerowe GPS czy rejestratory śladu są obarczone pewnym błędem we wskazaniach wysokości.
Niektóre z tych urządzeń posiadają barometryczne czujniki wysokościowe, które można ręcznie skalibrować, znając wysokość n.p.m. swojej aktualnej pozycji. Jeśli nie dokonamy ręcznej kalibracji czujnika barometrycznego, to po złapaniu sygnału GPS zostanie ona automatycznie wyznaczona (wykalibrowana) wysokością odczytaną z GPS czyli obarczoną błędem elipsoidy WGS84.
W takim przypadku z pomocą przychodzą różnorodne portale internetowe pozwalające użytkownikom gromadzić i dzielić się przebytymi trasami. Owe portale mają wbudowane mechanizmy korzystające z tzw. map reliefowych (czyli map ukształtowania terenu), które dokonują korekty w naszej trasie i wysokość już nie jest tą wysokością zarejestrowaną przez nasz odbiornik GPS ale wysokością określoną (na podstawie współrzędnych poszczególnych punktów trasy) z map wysokościowych.
Bardziej zaawansowane urządzenia (np. firmowe nawigacje turystyczne z wyższej półki) posiadają niejako wbudowane (wgrane) mapy ukształtowania terenu w związku z czym wysokość z GPS korygowana jest na bieżąco.
Dokładność tych map również nie powala na kolana bo wynosi 90m (30m na terenie USA) co przy bardzo urozmaiconym terenie (wysokie góry ze stromymi zboczami, wąwozy i szczyty w bliskim sąsiedztwie) może wprowadzać poważniejsze błędy.
Barometryczne czujniki też nie są bez wad, przecież mierzone ciśnienie zależy również od gęstości powietrza a ona z kolei od temperatury.
Oczywiście nie chodzi o to, aby doktoryzować się nad daną wysokością lecz o to, aby pomiary były w miarę wiarygodne i porównywalne. Przykładowa historia. Trzech kolegów posiadających trzy różne urządzenia rejestrujące ślad GPS, pokonuje identyczną, górską trasę. Pierwszy korzysta z wysokości GPS (obarczonej błędem elipsoidy ~+30), drugi korzysta z nawigacji turystycznej posiadającej wbudowane mapy reliefowe a trzeci wykalibrował ręcznie wysokościomierz barometryczny. Każdy z nich otrzyma różne parametry wysokościowe w tym sumę pokonanych przewyższeń CA (climbing altitude). Siądą razem przy izotonic'u i będą rozmyślać skąd te różnice :-)
Podobną sytuację (czyli różne wyniki) otrzymamy umieszczając ten sam log z trasy (obojętnie jakim urządzeniem zapisanej) w kilku internetowych portalach bądź używając różnych narzędzi (programów komputerowych) do odczytu naszego śladu.
Każde urządzenie jak i programy czy strony www stosują różne (odmienne) mechanizmy i zawsze będą mniejsze lub większe różnice w końcowych wynikach.
Najbardziej wiarygodne wyniki byłyby jakby wszyscy korzystali z tego samego rejestratora, z tego samego programu bądź portalu internetowego a na świecie byłaby stała temperatura i inne zjawiska fizyczne, które wpływają pośrednio lub bezpośrednio na ciśnienie atmosferyczne.
Traktujmy pewne wartości z dużym dystansem i nie bierzmy wszystkiego dosłownie, jeśli sami korzystamy z jednego urządzenia i jednego softu to nasze wyniki (te dla nas) będą wiarygodne i będziemy obserwować swoją niemoc lub postęp w osiągach :-)
Powracając jeszcze do dokładności odbiorników GPS w poziomie - czyli przy zapisie współrzędnych, warto zwrócić uwagę na wartość przedziału czasowego z jaką urządzenie zapisuje poszczególne punkty śladu.
Niektóre z rejestratorów mają ustawialny interwał czasowy zapisu kolejnych punktów, wynosi on zazwyczaj 1-10s. Który wybrać, który jest najlepszy?
Niektórzy od razu wybiorą najkrótszy odstęp w rejestracji kolejnych punktów czyli 1s będąc przekonanym, że otrzymają najdokładniejszy zapis przebytej trasy. Mają częściowo rację, ale niestety nie wszystko wygląda tak różowo.
Przykład: dokładność naszego rejestratora GPS wynosi 5m (zakładając otwarty teren i bezchmurne niebo), zapis punktów dokonujemy z maksymalną częstotliwością czyli co 1s. Mamy szlak górski, jedziemy, bądź idziemy (pchamy rower;-)) z prędkością 3,5 km/h czyli pokonujemy około 1m do przodu w ciągu sekundy. GPS zapisuje co sekundę położenie punktu, który od naszej rzeczywistej pozycji różni się o max +/- 5m. Zobaczcie jak zapisany ślad przez nasz GPS będzie wyglądał w stosunku do realnie przebytej trasy o długości 10m! (dziesięciu metrów).
Na poniższym rysunku:
• szare strzałki to kolejne metry realnie przebytej trasy
• błękitne punkty pokazują moment zapisu naszej aktualnej pozycji przez GPS
• błękitne okręgi wyznaczają pole dopuszczalnego błędu zapisu aktualnej pozycji
• czerwone punkty przedstawiają pozycję zaką zarejestrował GPS a która mieści się w polu dopuszczalnego błędu
• zielona linia łącząca czerwone punkty to ślad zapisany przez GPS
Przy zapisie pozycji co 1s w trakcie niedużej prędkości łatwo zauważyć, że realną trasę przebytych 10m do przodu, nasz GPS zapisał jakbyśmy latali zygzakiem i pokonali dużo dłuższy dystans.
Nietrudno się domyślić jakie błędy powstaną przy takich ustawieniach parametrów zapisu śladu po przebyciu w tym tempie 15km! Sytuacja się diametralnie zmienia jeśli jedziemy szosą z prędkością 20-30km/h - w takiej sytuacji ustawienie cyklu zapisu punktów na "co 1s" jest jak najbardziej poprawne. Warto więc zastanowić się jakich ustawień dokonać, aby nasza nadgorliwość nie wyszła nam bokiem :-).
Wróćmy do naszego pliku z zapisem trasy. Najpopularniejsze formaty plików z zapisem śladu GPS to GPX i KML. Bezproblemowo radzą sobie z nimi wszystkie programy komputerowe do zarządzania śladami oraz portale internetowe, gdzie użytkownicy mogą umieszczać i udostępniać trasy wycieczek. GPX to taki "wzorzec" (podobnie KML).
Jeśli nasze urządzenie zapisuje ślad GPS w bliżej nam nie znanym formacie a chcemy skorzystać z programów czy portali internetowych akceptujących wyłącznie pliki GPX czy KLM możemy użyć darmowego konwertera plików należącego do internetowego narzędzia GPSVisualizer. Konwerter akceptuje różnorodne pliki wejściowe, nawet te bardzo egzotyczne
Użytkownikom liczników GPS firmy B'Twin (Decathlon), model: Satcount i Satcount+, którzy nie chcą korzystać z portalu mygeonaute.com (amputującym 80% zapisanych punktów) polecam arkusz Excella GEP to GPX/KML converter, który konwertuje pliki *GEP na *GPX i *KML (Tu duże podziękowania dla kolegi Wojtka z forum rowerowego), no i uwaga! Makra w Excelu muszą być włączone aby arkusz działał!
Na podstawie danych zapisanych przez rejestrator programy (te na komputerze domowym i te zaimplementowane w portalach internetowych) wykonują dla nas wszelkiej maści statystyki i zasypują nas mnóstwem parametrów z przebiegu trasy. Mechanizmy te liczą nam pokonane odległości, czasy podróży i postojów, prędkości na trasie, sumują podjazdy i zjazdy, wyliczają tempo, określają kadencję, pokazują nam statystyki z pulsometru, przedstawiają nam siłę sygnału GPS i ilość satelitów, liczą spalone kalorie, sprawdzają postępy w treningu itp.
Warto wspomnieć, że zawsze największą ilość danych zawiera plik zapisany przez nasze urządzenie rejestrujące. Ślady, które zostały udostępnione na portalach internetowych są zazwyczaj już mocno wykastrowane z części danych i z części punktów przebiegu trasy (są uproszczone). Warto więc archiwizować nasze oryginalne pliki z zapisem śladu bo ponowne ich pobranie z internetowego portalu na nasz komputer będzie się wiązało z utratą części danych, które zawierał nasz oryginał.
Warto zapoznać się z prostym i darmowym programem GPX Editor do zarządzania plikami GPX. Możemy edytować istniejący plik jak i tworzyć nowy, mając za podkład jedną z kilku map online (Google maps/satelit, OSM, Mapnik, MapQuest itp.)
