Wie Ihr GPS Sie anlügt

Warum Ihr Gerät selbst bei derselben Fahrt einen anderen Kilometerstand anzeigt als das eines Freundes – und was Sie dagegen tun können

Haben Sie schon einmal eine Jahrhundertfahrt hinter sich gebracht, nur um zu sehen, dass Ihr GPS 99 Meilen anzeigt? Oder fragen Sie sich, warum die Durchschnittsgeschwindigkeit und der Gesamthöhenunterschied bei Ihrer Strava-Aktivität anders sind als bei einem Freund, obwohl Sie die gleiche Fahrt gemacht haben?

Du bist nicht allein. Von Fahrradforen bis hin zu Social-Fitness-Apps wie Strava und Garmin Connect wünschen sich Radfahrer Antworten darauf, warum GPS-Geräte, die alle auf denselben satellitengestützten Ortungssystemen basieren, so oft zu variieren scheinen.

Unsere Kollegen von Runner's World haben kürzlich über solche GPS-Fehler geschrieben und sich dabei auf eine aktuelle Zeitschriftenstudie konzentriert, die zeigte, dass GPS-Geräte im Grunde immer Ihre tatsächliche Distanz überschätzen – aber diese Fehler sind nur ein Teil der Geschichte.

GPS-Lügen, wenn wir sie so nennen wollen, sind auf eine Reihe von Problemen zurückzuführen und beeinflussen Messwerte von der Entfernung über die Durchschnittsgeschwindigkeit bis hin zum Höhenunterschied. „Jeder Unterschied hat einen anderen Fahrer“, erklärt Profi-Cyclocross-Rennfahrerin Elle Anderson, die sich als Teil des Kundensupport-Teams von Strava täglich mit diesen Fragen beschäftigt. Durch die Verwendung von GPS „operieren wir mit einem System, das bis zu einem gewissen Grad ungenau ist“, sagt sie.

Wenn Sie die Gründe verstehen, warum GPS-Diskrepanzen auftreten, können Sie möglicherweise Fehler beseitigen oder lernen, damit zu leben, bis eine bessere Alternative verfügbar ist.

So funktioniert GPS-Tracking GPS-Geräte sammeln Daten von einer Gruppe von 27 Satelliten, die zweimal täglich die Erde umkreisen und dabei exakten Flugbahnen folgen, so dass zu jedem Zeitpunkt an jedem beliebigen Ort auf der Erde mindestens vier sichtbar sind.

Diese Satelliten senden Radiowellensignale aus, die von Ihrem Gerät empfangen werden. Anhand der Zeitdifferenz zwischen dem Senden und Empfangen der Welle ermittelt ein GPS-Gerät, wie weit jeder Satellit entfernt ist, und verwendet diese Informationen, um Ihren Standort zu bestimmen – ein Vorgang, der als Trilateration bezeichnet wird.

DistanzfehlerMessfehler: Wenn Sie jemals eine GPS-Datei heruntergeladen haben und dann festgestellt haben, dass Ihr Weg auf der Karte parallel zu einer Straße verläuft, aber nicht tatsächlich auf dieser, handelt es sich um einen Messfehler, wie in dieser Garmin Connect-Datei von einer kürzlichen Fahrt zum Testen der GPS-Genauigkeit gezeigt.

Satellitensignale breiten sich durch unsere Atmosphäre aus, was sie etwas verlangsamt. Hersteller von GPS-Geräten kompensieren dies mit Algorithmen, aber selbst dann können die fortschrittlichsten unter ihnen Ihre Position nur auf drei bis fünf horizontale Meter genau annähern; Die meisten sind nur auf einen Durchmesser von 10 Metern genau.

Interpolationsfehler: Wenn Sie jemals eine GPS-Datei heruntergeladen haben, die Ihren Weg um eine Kurve als eine seltsame Reihe ruckartiger gerader Linien darstellt, ist ein Interpolationsfehler aufgetreten. GPS-Geräte messen Ihren Standort nur in bestimmten Abständen, sodass Ihr Weg letztendlich aus einer Reihe diskreter Punkte besteht. Die Software verbindet diese Punkte normalerweise mit geraden Linien, auch wenn Ihre Route kurvig ist. Die meisten Softwareprogramme wie Strava oder Garmin Connect können Korrekturen durchführen, um bekannten Straßen zu folgen. Wenn Ihr Abtastintervall jedoch nicht schnell genug ist, kann der Weg die Entfernung falsch berücksichtigen.

Andere Fehler: Die GPS-Genauigkeit hängt auch von der Signalstärke, der Hardware-Integrität und sogar davon ab, ob Ihre Firmware aktualisiert ist. Auch bestimmte Einstellungen können die Genauigkeit beeinträchtigen: Wenn Sie Ihr Gerät auf automatische Pause einstellen, wenn Sie mit der Bewegung aufhören, müssen Sie sich eine bestimmte Strecke kontinuierlich bewegen, bevor das System erneut mit der Messung beginnt. Es gibt auch Datenkorruption. Jeder, der eine .fit-Datei hochgeladen hat, weiß, dass sie manchmal nicht lesbar ist, und selbst wenn sie lesbar ist, gibt es Rauschen – Daten fallen aus oder werden an seltsamen Stellen hinzugefügt (nein, Sie haben bei einem ansonsten 35 Meilen pro Stunde langen Abstieg nicht sofort und vorübergehend auf 5 Meilen pro Stunde abgebremst). ).

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HöhenfehlerBarometrische Drift: GPS-Geräte können die Höhe auf zwei Arten ablesen. Am gebräuchlichsten sind Fahrradcomputer mit einem eingebauten barometrischen Höhenmesser, der Änderungen des barometrischen Drucks (auch Luftdruck genannt) zur Berechnung von Höhenänderungen verwendet. Aber der Luftdruck ändert sich auch je nach Wetter und Temperatur, sodass er immer leicht abweichen wird. „Höhengewinne sind relativ, nicht absolut“, betont Anderson. „[Und] wenn Sie Ihr Garmin aus Ihrem warmen Haus nehmen und bei 30 Grad rausgehen und fahren, flippt es in den ersten paar Minuten aus.“

Ein GPS ohne barometrischen Höhenmesser verwendet wie eine Telefon-App Ihre Position und einen Wert, der als Referenzellipsoid bezeichnet wird, um die Höhe zu berechnen. Diese ist jedoch häufig ungenau – einer der Hauptgründe, warum Garmin Connect und Strava beim Herunterladen einer Datei Höhenkorrekturen anbieten.

Datenbank-Allgemeinheit: Höhenkorrekturfunktionen vergleichen Ihre Route mit einer Liste bekannter Höhen. Strava nutzt beispielsweise Daten des US Geological Survey, sagt Anderson: Es überlagert eine Karte im Wesentlichen mit einem Raster aus 10 Quadratmeter großen Kacheln, denen jeweils ein Höhenwert zugewiesen wird, der auf der durchschnittlichen Höhe ihrer Gesamtfläche basiert. In besonders steilem Gelände ist die tatsächliche Höhe daher wahrscheinlich höher (oder niedriger) als der Kachelwert. Deshalb deaktivieren Strava und Garmin Connect Höhenkorrekturen beim Herunterladen von einem Gerät mit barometrischem Höhenmesser: Die gesammelten Daten sind in der Regel genauer.

Das Ergebnis Aufgrund all dieser Fehler erzeugt Ihr GPS jedes Mal, wenn Sie eine bestimmte Fahrt unternehmen, leicht unterschiedliche Datensätze. Und wenn Sie und ein Freund die gleiche Fahrt machen, werden Ihre Dateien unterschiedlich sein. Jeder Fehler sei einzeln klein, bemerkt Anderson, „aber alles hat einen verstärkenden Effekt aus kleinen Variablen, die sich überlappen, sodass der kumulative Fehler am Ende der Aktivität ein paar Minuten oder sogar ein paar Zehntel einer Meile betragen kann.“

Die Entfernung ist der häufigste Fehler, und laut einem Artikel, der letzten Herbst im International Journal of Geographic Information Science veröffentlicht wurde, bedeutet die Art und Weise, wie GPS auf Interpolation setzt, fast immer, dass Ihre aufgezeichnete Entfernung länger ist als Ihre tatsächliche Entfernung.

Höhendaten variieren typischerweise stärker. Ein Teil davon hängt von der individuellen Hardware ab, einschließlich der Anwesenheit oder Abwesenheit eines barometrischen Höhenmessers. Das Ergebnis können Höhenprofile sein, die über eine Reihe von Anstiegen hinweg Hunderte von Fuß voneinander entfernt sind – eine ziemlich wichtige Sache, wenn Sie beispielsweise jemals versuchen, den Everest mit dem Fahrrad zu besteigen.

Aber was ist mit meinen Segmenten, Bruder?! Die größte Sorge der Menschen ist wahrscheinlich, dass GPS-Fehler ihre QOM/KOM-Ergebnisse beeinflussen könnten. Entspannen Sie sich, sagt Anderson: Erstens sind die Abschnitte normalerweise so kurz, dass der Messfehler viel geringer ist als der, der beispielsweise bei einer 60-Meilen-Bergfahrt auftritt.

Und die Interpolation funktioniert gut für eine Schlüsselmetrik: Segmente. Für die Segmentzeiten analysiert Strava Ihre Aktivitätsdatei und wählt die beiden GPS-Interpolationspunkte aus, die am ehesten mit dem Beginn und dem Ende eines Segments übereinstimmen (insgesamt vier Punkte). Von jedem Punktpaar verwendet Strava den Punkt als Start- und Endpunkt, der der Position des Segmentanfangs und des Segmentendes am nächsten liegt. Ihre Zeit basiert nur auf den Zeitstempeln dieser beiden Punkte, nicht auf den kumulativen Messfehlern aller Interpolationspunkte dazwischen, wie es bei einer vollständigen Aktivität der Fall ist. Da gibt es immer noch eine Fehlerquote, aber sie liegt in der Größenordnung von ein paar horizontalen Metern – und manchmal sind das ein paar Meter zu Ihren Gunsten. Wiederholen Sie einen Abschnitt oft genug, und es ist im Wesentlichen eine Wäsche; nichts, worüber man sich aufregen könnte.

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Immer noch besorgt? Laut Anderson befindet sich Strava in einem sehr frühen Stadium eines Projekts, das die meisten GPS-Fehler beseitigen könnte. Durch die Verwendung von Dateien aus den Millionen von Aktivitäten, die Benutzer hochgeladen haben, handelt es sich im Wesentlichen um das Crowdsourcing einer riesigen Datenbank von Benutzern. „Es ist so wichtig, dass wir, wenn wir diese Änderung vornehmen, hundertprozentig sicher sein müssen, dass es sich um eine Verbesserung handelt“, sagt Anderson. „Aber wenn es passiert, bedeutet das, dass es keine Rolle spielt, ob du alleine oder in einer Gruppe gefahren bist, ob du die gleiche Fahrt an verschiedenen Tagen gemacht hast oder sie mit Freunden mit unterschiedlichen Geräten gemacht hast; wenn wir die gleiche Strecke fahren, werden wir es tun.“ alle bekommen die gleichen Daten.“

Wenn das passiert, kann es natürlich immer noch zu geringfügigen Fehlern kommen. Aber zumindest spielen wir dann alle auf dem gleichen Feld.

Was man dagegen tun kann „Ich bin immer wieder erstaunt, wie sehr sich unsere Benutzer um die Sekunden, die Fuß und die Zehntel (einer Meile) kümmern“, sagt Anderson. Wenn Sie die genauesten Daten wünschen, finden Sie hier einige bewährte GPS-Praktiken:

• Aktualisieren Sie Ihre Firmware: Für meinen obigen GPS-Test habe ich absichtlich einen älteren Garmin Edge 500 herausgeholt, den ich seit Jahren nicht mehr aktualisiert habe. Es gibt mehrere Gründe, warum die resultierende Datei eine mit Fehlern gefüllte Route hatte, aber alte Firmware ist einer davon.

• Holen Sie sich einen Geschwindigkeitssensor: Wenn Sie einen Sensor mit einem GPS-Gerät koppeln, wird die Datenerfassung fast immer standardmäßig vom Geschwindigkeitssensor und nicht vom GPS übernommen. Stellen Sie bei Bedarf sicher, dass die Radgrößenkalibrierung korrekt ist.

• Upgrade: Bei neueren GPS-Geräten ist möglicherweise die WAAS-Navigationshilfe der Federal Air Administration im Hintergrund aktiviert und sie können auch auf das russische GLONASS-Satellitennetzwerk zugreifen. Mehr Satelliten bedeuten eine präzisere Ortung.

• Ändern Sie Ihre Abtastrate: Die meisten GPS-Geräte verfügen über eine Standardeinstellung von „Auto“ oder „Intelligent“ für das Abtastintervall, Sie können sie jedoch so einstellen, dass sie den Satelliten bis zu einmal pro Sekunde anpingen. Nachteile? Schnellere Batterieentladung und größere Dateigrößen mit möglicherweise mehr Lärm.

• Geben Sie bekannte Höhenpunkte ein: Wenn Sie eine Reihe von Punkten in Ihr GPS eingeben, hilft dies dabei, die barometrische Drift auszugleichen, denn wenn Sie Ihr GPS an einem Ausgangspunkt einschalten, den Sie häufig besuchen, erfasst es den gespeicherten Höhenpunkt und kalibriert ihn barometrischen Höhenmesser auf den bekannten Wert einzustellen, was leicht zu bewerkstelligen ist. Auf älteren GPS-Geräten können Sie eine bestimmte Anzahl bekannter Punkte speichern; Wenn Sie eine Fahrt beginnen, prüft das Gerät automatisch, ob es sich in der Nähe eines der von Ihnen eingegebenen Punkte befindet, und kalibriert sich darauf. Bei neueren GPS-Geräten mit herunterladbaren Karten stammen die Höhenpunkte normalerweise von diesen Karten.

Ein Tipp zum Auswählen bekannter Punkte: Verwenden Sie kein Ortsbegrenzungsschild, auf dem die Höhe angegeben ist. Normalerweise handelt es sich um einen zufälligen Punkt irgendwo anders in der Stadt oder einfach um die durchschnittliche Höhe der Stadt. Sie können jedoch markierte Stellen wie die Passhöhe nutzen.

Fahren Sie jetzt mit dem Fahrrad, mit oder ohne GPS.

Joe Lindsey ist ein langjähriger freiberuflicher Journalist, der über Sport und Natur, Gesundheit und Fitness sowie Wissenschaft und Technik schreibt, insbesondere dort, wo sich die drei Elemente in diesem Venn-Diagramm überschneiden.

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