GPS-Uhren - wie sie funktionieren und warum sie nicht immer genau sind

Wie GPS-Uhren funktionieren, um Daumen zu sehenSuunto Sie sind geschnürt und bereit zu gehen, aber Ihre GPS-Uhr lässt Sie ungeduldig an Ort und Stelle joggen, während sie nach einem Signal sucht. Oder vielleicht feiern Sie nach einem Rennen und bemerken, dass die Uhren Ihrer Freunde etwas andere Entfernungen aufweisen als Ihre eigenen. Unabhängig von den Details haben Sie sich wahrscheinlich irgendwann das Fitnessgerät angesehen, das an Ihrem Handgelenk befestigt ist, und sich gefragt: "Was zum Teufel ist da überhaupt los?"

Wir sind genau dort mit dir. Um diesen Rätseln auf den Grund zu gehen, haben wir Top-Experten der Fitnessuhrenbranche gebeten, die Macken und Komplexitäten dieser Wearables zu erklären, damit Sie - der Benutzer - die beste Erfahrung auf diesem Gebiet haben.

Was ist GPS und wie funktioniert es?

Beginnen wir mit den Grundlagen. Ihre Fitnessuhr verwendet GPS - oder Global Positioning System -, um Ihren genauen Standort durch einen als Triangulation bezeichneten Prozess zu bestimmen.

„Durch Triangulation können Sie den Unterschied zwischen der Zeit, zu der Ihre Laufuhr ein GPS-Signal empfängt, und der Zeit, zu der das GPS-Signal an Ihre Laufuhr gesendet wurde, bestimmen. Der Unterschied zwischen dem Senden und Empfangen eines GPS-Signals bestimmt, wie weit der Satellit entfernt ist “, erklärte Dan Lund, Product Marketing Manager von TomTom, Digital Trends.

Dieser Vorgang wird mit Satelliten wiederholt, die weiter vom Uhrenempfänger entfernt sitzen. Dieser legt die genaue Position fest und verfolgt den Empfänger während der gesamten Aktivität weiter.

„Durch die Integration der GPS-Technologie in eine Fitness- oder Sportuhr misst die Uhr eine Reihe von Punkten, mit denen Metriken wie Entfernung, Geschwindigkeit und Tempo genau abgeleitet werden. Diese Metriken geben Läufern in Echtzeit Einblick in ihre Laufleistung “, fügte Lund hinzu.

Was ist mit der Höhe?

Höheninformationen sind über GPS verfügbar, genau wie die horizontale Position. Laut Joe Heikes, Produktmanager von Lund und Garmin, sind die Daten jedoch normalerweise sehr verrauscht und werden normalerweise über eine Website oder App mithilfe eines digitalen Höhenmodells berechnet.

Für genauere Höhenmessungen verwenden viele Fitnessuhren barometrische Höhenmesser, um die Druckänderungen auf verschiedenen Höhenstufen während des Trainings zu messen und Echtzeitdaten zur Höhenänderung bereitzustellen. "Dies ist 3D-Abstand vs. 2D-Abstand", erklärte Lund Digital Trends.

"Wir setzen ein Barometer in immer mehr unserer tragbaren Produkte ein, weil es die Funktion" Kletterböden "ermöglicht", sagte Heikes. "Ich denke jedoch, dass Kunden verstehen sollten, dass diese Messung für die überwiegende Mehrheit der Läufer nur einen sehr geringen Nutzen hat."

Wie viel Distanz geht verloren, wenn die Höhe nicht berücksichtigt wird?

Offensichtlich nicht viel. Heikes lieferte einige Zahlen, um seinen Standpunkt zu veranschaulichen.

„Eine schnelle mathematische Überprüfung zeigt, dass eine Steigung von 10 Prozent über eine Meile nur eine zusätzliche Entfernung von acht Metern schafft, verglichen mit einer Meile über einer Ebene. Während eine 10-Prozent-Note nicht viel klingt, liegt das daran, dass man nicht wirklich versucht hat, eine Meile über eine 10-Prozent-Note zu laufen! “

Das Fazit ist, dass in den meisten Fällen der Abstand, der mit einer 2D- statt einer 3D-Messung verloren geht, wahrscheinlich nur einen Bruchteil eines Prozent beträgt.

„Bei den meisten [Garmin] -Produkten berücksichtigen wir Höhenänderungen bei den Entfernungsberechnungen nicht. Außer in seltenen Fällen spielt es wirklich keine Rolle “, betonte Heikes.

Warum zeigt meine Uhr eine andere Entfernung als die meiner Freunde, obwohl wir dieselbe Route gefahren sind?

Dies kann verschiedene Gründe haben. Der Hauptfaktor ist wahrscheinlich, dass Sie alle unterschiedliche Geräte tragen, die unterschiedliche Methoden zum Empfangen, Protokollieren und Filtern des GPS-Signals verwenden.

Möglicherweise stellen Sie auch größere Abweichungen über größere Entfernungen fest. Dies ist auf geringfügige Unterschiede bei GPS-Fehlern zurückzuführen, die sich über die Entfernung angesammelt haben.

"Die in einigen Geräten verfügbare Batteriesparoption kann die Genauigkeit der GPS-Messung beeinträchtigen", sagte Markus Kemetter, Produktmanager und Triathlet von Suunto, gegenüber Digital Trends. "Heutzutage hat sich die GPS-Technologie als sehr gut entwickelt, und die Entfernungsschwankungen zwischen Geräten liegen häufig unter einem Prozent."

Verschiedene auf die Daten angewendete Algorithmen führen ebenfalls zu geringfügigen Abweichungen. "Durch das Ausführen von Anwendungen werden die Daten geglättet, um die Genauigkeit von GPS zu erhöhen", erklärte Lund. "Das kann sich auf die angezeigte Entfernung auswirken."

Offensichtlich gibt es auch ein enormes Potenzial für Unterschiede zwischen Menschen. Alle zusätzlichen Schritte, die Sie unternehmen - ob zu einer Hilfsstation oder zu einem Boxenstopp im Gebüsch - zählen direkt auf Ihrer Uhr. Das heißt, es sei denn, Sie pausieren.

Wenn Sie Ihre Uhr anhalten, erhalten Sie keine GPS-Signale mehr. Der einzige Weg, um verlorene Entfernungen auszugleichen, wenn Sie vergessen, die Pause aufzuheben, besteht darin, die Aktivität in der App manuell zu bearbeiten.

"Wir sind sehr zuversichtlich in Bezug auf die von unseren Garmin-Vorläufern berechneten Laufstrecken, und meiner Erfahrung nach beträgt unser Entfernungsfehler normalerweise weniger als etwa 0,7 Prozent, was etwa 11 Metern pro Meile entspricht", sagte Heikes und erklärte weiter, dass 11 Meter führen bis zu einem Unterschied von drei Sekunden zwischen dem Signalton Ihrer Uhr und dem Signalton eines anderen an der 1-Meilen-Markierung.

Wie stark ist ein GPS-Signal?

"Für Benutzer an Land oder auf See ist ein GPS-Signal ungefähr so ​​stark wie eine Glühbirne für Ihr Auge, wenn es nur wenige Kilometer entfernt ist", sagte Simon Loe, Leiter Marketing Solutions & Services bei Spirent, gegenüber Digital Trends. Darüber hinaus ist Spirent ein Unternehmen, das Geräte herstellt, die Bedingungen simulieren, die möglicherweise GPS-Geräte stören können.

Von 32 Satelliten im GPS-System muss laut Loe ein Empfänger mindestens vier am Himmel „sehen“ können, um ordnungsgemäß zu funktionieren. "Wenn Sie jedoch mehr Satelliten sehen, ist es einfacher, eine genauere Position zu ermitteln", sagte Loe.

Da das Signal schwach ist, wird es durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst, von natürlichen Effekten bis hin zu Interferenzen durch andere Signale, die in der Region übertragen werden.

Welche Arten von Dingen verursachen Störungen?

Die größte Bedrohung für ein GPS-Signal ist ganz einfach „Zeug im Weg“. Dies schließt hohe Gebäude in städtischen Gebieten und dichten Baumbestand in der Wildnis ein.

"In Laubwäldern kann eine Uhr, wenn die Blätter im Winter fallen, einen anderen Weg als die gleiche Route im Sommer aufzeichnen", sagte Loe.

Hindernisse wie schweres Laub und Wolkenkratzer reduzieren oder blockieren GPS-Satellitensignale ebenfalls vollständig. "Sie verursachen auch andere Probleme, z. B. wenn das Signal von einem Gebäude abprallt, bevor es die Uhr erreicht. In diesem Fall glaubt der GPS-Empfänger in der Uhr, dass es weiter von den Satelliten entfernt ist als es tatsächlich ist", fügte Heikes hinzu.

Dieses Phänomen wird als Mehrweg-Phänomen bezeichnet, und obwohl es Algorithmen gibt, die versuchen, Mehrweg-Interferenzen zu behandeln, entstehen dennoch Fehler.

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Experten sind sich einig, dass die beste Methode zur Vermeidung von Störungen darin besteht, in einem klaren, weit geöffneten Bereich zu laufen. Sie wissen jedoch, dass dies für viele keine Option ist, weshalb einige Fitnessuhren mit einer zusätzlichen Funktion namens GLONASS ausgestattet sind, einem russischen System zur globalen Positionierung, das dem amerikanischen GPS ähnelt.

Mit der GLONASS-Funktion kann die Uhr die zusätzlichen russischen Satelliten sehen, wodurch der potenzielle Effekt blockierter GPS-Satelliten verringert wird. Benutzer sollten bedenken, dass diese Funktion die Akkulaufzeit der Uhr beeinträchtigt, da sie ein zweites Signal senden muss und für Personen mit klarer Sicht auf den Himmel keinen Vorteil bietet.

Warum dauert es manchmal länger, bis meine Uhr ein Signal findet als andere?

Wenn Sie Ihre Uhr zum ersten Mal in einem neuen Bereich verwenden, kann es länger dauern, Sie zu finden, als an einem Ort, an dem Sie bereits eine Aktivität verfolgt haben.

"Die Geschwindigkeit, mit der Sie Ihren ersten Fix erhalten, hängt davon ab, wie gut das Gerät die aktuelle Satellitenkonstellation um Sie herum kennt", sagte Kemetter. Die meisten Geräte merken sich den zuletzt verwendeten Speicherort und finden Sie daher beim Einschalten schneller.

"Viele Geräte verwenden auch Satellitenumlaufbahnvorhersagen", fügte Kemmeter hinzu und bezog sich dabei auf globale Vorhersagen, wo Satelliten zu einem bestimmten Zeitpunkt umkreisen. "Diese Vorhersagedaten sind für kurze Zeit gültig und können über eine Datenverbindung zum Gerät aktualisiert werden."

Das bedeutet, dass Sie Ihre Uhr häufig mit der entsprechenden App auf Ihrem Telefon synchronisieren - z. B. Garmin Connect oder SuuntoLink -, damit sie sich so verhält, wie Sie es möchten.

Kann ich mein Telefon nicht einfach benutzen?

Ja absolut. Aber es wird Ihre Batterie ziemlich schnell entladen, und Sie möchten wahrscheinlich etwas Saft für Notfälle oder die Bestellung eines Wiederherstellungs-Burritos sparen.

Unternehmen entwickeln speziell GPS-Uhren, um Ihre Outdoor-Aktivitäten zu verfolgen. Dies bedeutet, dass sie normalerweise über kleinere, leichtere, langlebigere und langlebigere Batterien verfügen.

„Bei Mobiltelefonen liegt der Schwerpunkt der Entwicklung normalerweise nicht auf der Optimierung der Antennenlösung und der GPS-Software für eine gute Leistung im Outdoor-Sport“, betonte Kemetter.

Unternehmen wie Suunto, TomTom und Garmin priorisieren Entfernungs- und Tempomessungen in ihren Fitnessuhren, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, als dies mit einer App auf einem Smartphone möglich wäre.

"Unsere Produkte wurden im Gegensatz zu Mobiltelefonen speziell für sportliche Anwendungen entwickelt", sagte Heikes. „Das bedeutet, dass sogar die GPS-Implementierung für diese Anwendungen optimiert ist. Wir nehmen nicht einfach die Rohdaten vom GPS-Empfänger, sondern fügen unsere eigenen Smarts hinzu, wenn wir Entfernung, Tempo oder Geschwindigkeit berechnen. “