Error de gestión con rutas GPS (marco teórico?)

Estoy buscando el marco teórico apropiado o la especialidad que me ayude a tratar de entender cómo lidiar con los errores que tiene el sistema GPS, especialmente cuando se trata de rutas.

Básicamente, estoy buscando los requisitos sobre los datos y cualquier algoritmo que pueda usar para poder establecer la longitud de un camino. La respuesta debe ser confiable.

Un amigo mío era el director de carrera de una carrera que se facturó como 160 km, pero el Garmin observa que todo el mundo tiene más de 190 km. Causó bastante dolor en la línea de meta, ¡déjame decirte!

Entonces mi amigo volvió al curso con varios dispositivos GPS para reasignarlo y los resultados son interesantes.

Usando un Garmin Oregon 300 de mano, obtuvo 33.7 km por una pierna. Para la misma pierna en un reloj de pulsera Garmin Forerunner 310xt, salió a 38,3 km.

Cuando obtuve los datos del Oregon, era obvio que solo registraba datos cada 90 segundos más o menos. El Forerunner lo hace cada dos segundos.

Cuando tracé los datos del Oregon, pude ver que algunos cambios lo confundieron y puse una línea recta a través de ellos y se hizo una curva un poco menos.

Sin embargo, considero que la diferencia en la frecuencia de grabación es gran parte de la explicación. es decir, al grabar cada par de segundos, el Forerunner está más cerca de la ruta real. Sin embargo, habrá una cantidad de error debido a la forma en que funciona el GPS. Si los puntos registrados se extienden alrededor de la ruta real al azar (debido al error), la distancia total será mayor que la ruta real. (Una línea de meneo que va a ambos lados de una línea recta es más larga que la línea recta).

Entonces, mis preguntas: 1. ¿Hay alguna técnica que pueda usar en un solo conjunto de datos para reducir el error de manera válida? 2. ¿Mi teoría sobre la diferencia en la frecuencia de grabación retiene el agua? 3. Si tengo varias grabaciones de las mismas rutas, ¿hay alguna técnica válida para combinarlas para acercarse a la ruta real?

Como digo, realmente no sé qué buscar para encontrar alguna ciencia útil sobre esto. Estoy buscando formas de establecer qué tan largo es un trozo de sendero dado y es muy importante para las personas. Un extra de 30 km en una carrera son más de 5 horas extra que no esperábamos.

Según lo solicitado aquí hay algunos datos de muestra:

Datos de muestra detallados de alta frecuencia

Datos de muestra de baja frecuencia

Gracias por cualquier consejo que puedas dar.

Este es un problema bien estudiado en la ciencia geoespacial; puede encontrar discusiones sobre él en los foros de SIG.

$2 \sqrt{50^2 + 5^2} = 100.5$, un error del 0.5%.

Es difícil comparar dos caminos arbitrarios de manera objetiva. Creo que uno de los mejores métodos es una forma de arranque: submuestra (o generalizar) la ruta más detallada que tiene. Trace su longitud en función de la cantidad de submuestreo. Si expresa el submuestreo como una distancia típica de vértice a vértice, puede extrapolar un ajuste a una distancia cero, lo que puede proporcionar una excelente estimación de la longitud de la ruta.

Con múltiples grabaciones, puede crear un núcleo 2D suave de cada uno, sumar los suavizados y someterlo a un análisis topográfico para buscar una "línea de cresta". Por lo general, no obtendrá una sola línea conectada, pero a menudo puede conectar las crestas juntas en una ruta continua. La gente ha usado este método para promediar huellas de huracanes, por ejemplo.

1. Dentro de un único conjunto de datos, puede suavizar los resultados, pero esto no siempre es una reducción en el error (un sesgo consistente es atractivo al ver una trayectoria o series de tiempo continuas desde un solo receptor).

2. Sí, las muestras de mayor frecuencia pueden conducir a un mejor rendimiento si el dispositivo realmente observa a frecuencias más altas. En este nivel de comparación, los conjuntos de chips, el firmware y el filtrado de bajo nivel pueden diferenciar los módulos GPS baratos.

Considere el uso de mediciones encuestadas profesionalmente para sus cálculos de ruta de verdad sobre el terreno. Las imágenes orto-aéreas (como en los mapas de Google) deben mantener un registro cercano a la realidad que un reloj de pulsera GPS. Use esas herramientas para encontrar la distancia 2d en lugar de uno o dos experimentos utilizando un módulo gps de bajo costo en un reloj de pulsera con una antena pobre.

En el caso de que la ruta no esté predefinida, indíquelo en la pregunta; de lo contrario, está incompleta.