La georeferenziazione, questa sconosciuta

Nelle mie seghe mentali riferite alle misurazioni dei percorsi, al GPS, al passo medio e istantaneo e blablabla, mi sono accorto che non si è mai parlato della precisione della georeferenziazione delle mappe (e analogamente delle ortofoto).

La geo cosa? Un attimo e ci arrivo!

Si da per scontato che le mappe e le ortofoto di Google siano perfette, ben geolocalizzate e sulle quali si possa “mettere la mano sul fuoco”.
Ma siamo sicuri di questa cosa?
In realtà, facendo un po’ di prove, si vede che le mappe (e analogamente le foto) di Google sono georeferenziate col lato B . Continua a leggere se vuoi sapere perché!

Garmin e il “passo” istantaneo

Da felice possessore di un Garmin Forerunner 610 mi sono molto appassionato alla tecnologia GPS e a come funzionino questi aggeggi infernali.

In due parole, il Forerunner è un ricevitore di segnale GPS, che oltre a fornire la sua posizione istantanea, registra il tracciato percorso e calcola un certo numero (parecchi, in realtà) di parametri in base a spazio percorso e tempo impiegato: velocità, pendenza, velocità media…

Il 610, tra l’altro, ha una miriade di campi (almeno una trentina!) e di schermate configurabili e spesso non è immediato capire il significato di un campo o di un altro: se parliamo di distanza, di tempo o di frequenza cardiaca, non ci sono grossi dubbi.

Ma quando si inizia a leggere di passo, passo medio o passo sul giro le cose si complicano un pochino.

Innanzi tutto cos’è il passo? Sostanzialmente è un modo diverso di rappresentare la misura di velocità.
Se io dico che sto andando a 10 km/h tutti capiscono cosa intendo. Nella corsa, invece, la velocità viene  espressa con il “passo”, cioè i minuti che impieghi per fare un chilometro. Per cui se dico che ho un passo di 6’00” /km, è lo stesso che dire  una velocità di 10 km/h.
Esprimere la velocità come passo è più facile da controllare per un runner: basta un orologio e i segnali dei km sulle strade ed è possibile calcolare il passo.

Per gli orologi GPS, il passo viene calcolato come velocità media in un certo tempo o distanza. Il GPS misura tempi e spostamenti (quindi spazio e tempo) e calcola la velocità derivandola da questi parametri.

Sul Forerunner 610 ci sono 4 diverse modalità con cui viene calcolato questo dato, che corrispondono ai 4 campi “passo” selezionabili nelle varie schermate:

  • Passo: è il passo “istantaneo”. Per calcolare il passo istantaneo il Garmin fa una media del passo sull’ultimo secondo di registrazione, ed è evidente che se il dato dell’ultima posizione è un po’ impreciso (anche solo di 1 metro) la qualità di questa informazione è molto bassa e soggetta a una forte variabilità.
  • Passo – giro: è il passo calcolato sul giro corrente. Il giro può essere impostato su una distanza fissa (il cosiddetto Autolap) o registrato manualmente, ma la cosa importante per questo dato è che viene calcolato come rapporto (inverso) tra la distanza registrata per il giro (quella preimpostata per i giri fissi o quella rilevata quando si preme il pulsante “giro”) e il tempo impiegato per percorrerla. Più è breve il giro, più questa informazione si avvicina al passo istantaneo. Se non si preme mai il tasto “giro” e non è impostato l’autolap, questa informazione coincide con il Passo – media (vedi punto successivo)
  • Passo – media: è il passo medio calcolato su tutta la distanza percorsa dall’inizio della registrazione. Come detto, se non si usano le funzioni “giro” corrisponde con il dato precedente. Altrimenti è il dato più “lento” a variare.
  • Passo – ultimo giro: è sostanzialmente il passo – giro del giro precedente, memorizzato per poterlo comparare con il giro attuale.

E’ evidente che il passo istantaneo è un informazione molto ballerina: mediando su un solo secondo, la misura di distanza potrebbe essere imprecisa per tanti motivi; per esempio se il dato dell’ultima posizione è un po’ sballato (anche solo di 1 metro) il risultato è molto influenzato da questa imprecisione.

Questa cosa è molto evidente alle velocità di un runner. Già solo in bicicletta questo “ballerinismo” si riduce di molto, proprio perché in un secondo si fa molta più strada e le eventuali imprecisioni sulla posizione si compensano.

Altri GPS mediano su 5 secondi (tipo il Timex), così l’informazione è meno soggetta alle fluttuazioni nella rilevazione della posizione.
In effetti in altri GPS della serie Forerunner (per esempio il 205 e il 305) c’era un impostazione definita “livellamento passo” che permetteva di variare il periodo di tempo su cui viene calcolata la media: infatti nel manuale c’è scritto:

La funzione di livellamento del passo calcola la media della vostra andatura su un certo lasso di tempo. Questo serve ad evitare possibili errori nel rilevamento GPS della posizione e della velocità dovuti a variazioni della ricezione dei segnali dai satelliti. Quando attivate o aumentate il livellamento del passo, il passo mostrato sul vostro Forerunner è più regolare (meno salti rilevanti).

A parte la traduzione dall’inglese un po’ maccheronica, ribadisce il concetto che esprimevo sopra, cioè che mediando su un tempo più lungo il dato è meno soggetto a salti.

Strano che nelle versioni recenti del Forerunner (610 e anche del nuovissimo 910xt) questa funzione sia stata rimossa…

Credo di aver confuso molto di più le idee…

[AGGIORNAMENTO]

Dopo aver scritto questo articolo, ho letto diverse discussioni sull’argomento, in particolare su Running Forum.
Ho fatto allora qualche test con il mio 610, mettendo nella stessa schermata il passo istantaneo (Passo) e il passo medio sul giro (Passo – giro).
Quello che ho constatato facendo alcune prove, sia camminando che correndo è questo:

  1. il passo istantaneo viene ricalcolato ad ogni secondo ma apparentemente fa una media della velocità negli ultimi 4 secondi. Infatti quando mi sono fermato e ho lasciato il tempo al passo di adattarsi, questo si aggiorna a 0 dopo 3-4 secondi dallo stop. Sembra quindi che per il 610 un minimo di “livellamento” del passo sia stato introdotto nel firmware, senza possibilità però di modificare “l’intensità” del livellamento.
  2. la registrazione intelligente o ogni secondo non influisce sul calcolo del passo istantaneo.
    Ho fatto 3 prove con ciascuna delle modalità di registrazione ma il dato mostrato a display non è cambiato significativamente.
    Inoltre il passo istantaneo viene mostrato anche quando non è attiva la registrazione (GPS attivato ma cronometro fermo), quindi sembrerebbe un dato calcolato “live”.
  3. Passo e Passo – giro sono molto simili se si registrano giri brevi.
    Ho cercato di correre o camminare a velocità costante (cosa non sempre facile), e su giri dai 20 ai 50 secondi lo scostamento tra passo istantaneo e passo sul giro è di pochi secondi.

In conclusione,  con il firmware attuale (2.70 nel mio caso) il ForeRunner 610 si comporta discretamente nella visualizzazione del passo istantaneo.

Il ForeRunner 910xt, invece, soffre ancora di questo problema, segnalato anche nel forum ufficiale Garmin.

[AGGIORNAMENTO DOPO LA PUBBLICAZIONE]

Dopo aver pubblicato questo post, ho trovato questa interessante discussione sul forum Garmin: Track accuracy che riguarda un argomento diverso (l’accuratezza della misurazione della lunghezza di una pista di atletica con un GPS), ma dove si dice che

Every data metric that shows up in a once per second data file is processed at that rate regardless of the recording setting. The data processing on the device is not changed when the recording setting is changed between smart and once per second. When once per second is selected, that data is always written to the file. When smart recording is selected, a point is written to the file if an event that justifies doing so is triggered during that second. This is the only difference between the two modes.

che con una traduzione spannometrica vuol dire:

Ogni campo dati che viene mostrato in un file di dati è processato una volta per secondo, non importa quale impostazione di salvataggio viene utilizzata. La frequenza di calcolo dei dati sull’apparechio non viene modificata quando l’impostazione di salvataggio cambia da “registrazione intelligente” a “ogni secondo”. Quando “ogni secondo” è selezionato, il dato calcolato viene sempre scritto nel file. Quando è selezionata “registrazione intelligente”, il dato viene salvato nel file se un evento che giustifica tale salvataggio è stato “lanciato” durante quel secondo. Questa è l’unica differenza tra le due modalità di registrazione.

Questo conferma quanto ho scritto nel punto 2 del precedente aggiornamento.

La precisione dei GPS

Sono sempre stato un maniaco della tecnologia (un “geek” come si dice), e per qualche anno ho posseduto un “GPS da polso”, un Garmin ForeTrex 101, che definire da polso quel padellone enorme è sicuramente pretenzioso.

Però per parecchio tempo l’ho utilizzato per misurare dislivelli, velocità e distanze durante le mie uscite in Mountain Bike o le escursioni in montagna.

All’inizio del 2011, quando ho iniziato a correre con costanza, ho sentito l’esigenza di uno strumento più adatto alla corsa, magari con cardio integrato (l’ho già detto che sono un maniaco dei gadget tecnologici?), e dopo averci provato con uno smartphone ma senza esserne particolarmente soddisfatto, mi sono un po’ documentato e alla fine ad agosto ho comprato un Garmin di nuova generazione, un Garmin ForeRunner 610, con tutti i sacri crismi (fascia cardio, schermo touch, virtual partner, virtual racer, virtual qualunque-cosa) ma soprattutto con un fattore di forma da orologio normale.

Sono molto soddisfatto dell’oggetto, ha un buon software e fa egregiamente il suo dover. Purtroppo ho dovuto mandarlo in assistenza per un problema fisico (la cassa si è corrosa dopo soli 2 mesi di utilizzo, cosa molto antipatica).

Durante tutto il tempo speso a cercare l’oggetto più adatto a me, per poi comprare il top di gamma, anche se ha funzioni che non userò mai, mi sono anche documentato su come funziona il sistema GPS e sulla sua accuratezza e precisione.

La cosa più strana è come viene indicata l’accuratezza del segnale GPS sugli strumenti: spesso il modo in cui viene indicata porta a dei fraintendimenti.

Cosa vuol dire che il ricevitore ha un accuratezza di 4 metri?

Accuracy of position determinationQuesta informazione si riferisce al cosiddetto 50% CEP (Circular Error Probable). Cioè significa che il 50% di tutte le misure è compreso in un raggio di 4 metri. E ovviamente che il restante 50% cade al di fuori di questo cerchi di 4 metri! Inoltre significa che il 95% di tutte le posizioni misurate rientra in un cerchio di raggio doppio, e il 98,9%  di tutte le posizioni è compreso in un raggio di 2,55 volte il raggio indicato.

Nell’esempio dei 4 metri, praticamente tutte le posizioni rilevate sono comprese in un raggio di 10 metri. O, detta in altro modo, che nel caso peggiore, la posizione determinata è accurata ai 10 metri.

Ma accuratezza e precisione sono due cose diverse: lo strumento può essere accurato, ma segnalare che la mia posizione è a Palermo mentre io sono a Clusone. Fortunatamente con i Garmin anche la precisione è buona e posso ragionevolmente affermare che se il GPS diche che ho corso per 10 km, non siano poi così tanti in meno (o in più!).

More info:
http://www.kowoma.de/en/gps/accuracy.htm