Stejně uběhnutá vzdálenost, ale kolega na mobilu má naměřeno jinak než vy na hodinkách. Co vše ovlivňuje přesnost vašeho přístroje a jak si zkusit pomoci? Záleží na čipu, okolnostech i systému.
Co to je GPS?
GPS (global positioning system) je označení pro globální družicový polohový systém vlastněný USA, který prostřednictvím elektronického přijímače dokáže určit přesnou polohu na Zemi.
Správným označením systému satelitní navigace je GNSS (Global Navigation Satellite System). Ačkoliv podobnými systémy jako např. GLONASS (Rusko), Galileo (EU) a BeiDou (Čína) disponují i další velmoci, zkratka GPS ve světě natolik zdomácněla, že je veřejnosti vnímána jako označení celého systému (podobně jako je např. Maggi obecně přijímaným označením pro polévkové koření).
Rozdíly mezi jednotlivými systémy spočívají v počtu satelitů, počtu oběžných drah anebo rozsahem a kvalitou pokrytí, princip jejich fungování však zůstává stejný.
Jak vlastně GNSS (GPS) funguje?
GPS (jako modelový příklad GNSS) je systém satelitů poháněných sluneční energií, které obíhají Zemi ve výšce 20200 km. Počet oběžných drah je 6, počet satelitů 31. Satelity vysílají rádiový signál a jsou rozmístěny tak, aby jejich signál pokryl co největší území. Pro lokalizaci je nutná přímá viditelnost minimálně na čtyři satelity. Zařízení (hodinky, cyklocomputer, mobilní telefon, navigace), jež umožňuje mapovat vaší polohu nebo pohyb, přijímá signál, který každý ze satelitů vysílá pod svým vlastním kódem nebo frekvenci v pravidelných časových intervalech.
Radiový signál se pohybuje určitou rychlostí. GPS lokátor na základě časové prodlevy mezi příjmem a vysláním signálu vypočítá vzdálenost od satelitu, ze kterého byl signál vyslán. Výsledkem výpočtu z jednoho signálu je oblast označující všechny body vyskytující se v dané vzdálenosti od satelitu. Nic jiného než aktuální vzdálenost od satelitu z jednoho signálu vaše zařízení nezjistí. K lokalizaci polohy je proto zapotřebí signál alespoň ze tří satelitů. V prostoru, kde se povrchy třech oblastí protnou, se s největší pravděpodobností nacházíte. Čtvrtý satelit je pak zapotřebí pro určení nadmořské výšky a kontrolní upřesňující výpočet.
Přesnost určení vaší polohy se pak v závislosti na podmínkách v drtivé většině případů pohybuje od dvou do deseti metrů. Samozřejmě platí pravidlo, že čím větší počet satelitů “na dohled”, tím větší přesnost.
Co způsobuje rozdíly v měření?
Určitě se vám mnohokrát stalo, že absolvování stejné trasy skončilo pokaždé jiným výsledkem měření. Tyto rozdíly jsou výsledkem kumulace nepřesností ve výpočtech, které mohou být ještě ovlivněny i meteorologickými podmínkami, případně umístěním anebo zaneprázdněním zařízení.
V praxi to znamená, že z vnějších vlivů mají na přesnost vašeho přístroje současný vliv teplota, vlhkost, případně tlak vzduchu, vysoká zástavba, stromy, profil okolního terénu a v neposlední řadě také aktuální dostupnost satelitů obíhajících kolem Země. Stručně řečeno – všechny překážky ovlivňující rychlost šíření radiového signálu.
Nejznatelnější bývají tyto rozdíly v nastoupané výšce, kde může odchylka dosáhnout desítek procent. Je to logické, protože nastoupaných metrů bývá mnohonásobně méně než těch ujetých nebo uběhnutých, zatímco chyby ve výpočtech se kumulují stejně bez ohledu na směr vašeho pohybu.
Z pohledu satelitu – při špatném signálu nebo podmínkách neběžíte, ale skáčete jako blecha. Zpětně poznáte kvalitu signálu při rozkliknutí výškového profilu vaší trasy. Pokud jsou jednotlivé úseky zubaté jako pilový list, můžete si být jisti, že nastoupané metry nebudou odpovídat realitě.
Mobily nebo chytré hodinky?
Tím se dostáváme i k odpovědi na častou otázku, proč měří aplikace v mobilu jinak než hodinky nebo sporttestery? Hodinky ani sporttestery nemají v danou chvíli nic jiného na práci, zatímco kvalitu příjmu signálu GPS v mobilu může ovlivnit množství dalších aplikací, které tuto prioritu mohou dočasně upozadit.
Hodinky a sporttestery navíc bývají nošeny na zápěstí, odkud je přímá viditelnost na oblohu lepší než z kapsy anebo batohu.
Dalším zdrojem nepřesností může být kvalita navigačního čipu ve vašem zařízení. Ta je oproti mobilním telefonům standardně vyšší ve specializovaných zařízeních jako jsou navigace, sporttestery, cyklocomputery anebo chytré hodinky.
Dají se nepřesnosti v měření zpětně korigovat?
Ano dají. Systém GPS má u jednotlivých souřadnic uloženou jejich přesnou nadmořskou výšku i vzdálenost mezi nimi. Některé aplikace jako např. Strava při rozkliknutí detailu aktivity (pouze na webovém prohlížeči) nabízí možnost korekce vzdálenosti i nastoupané výšky. Po zadání příkazu načte ze souřadnic skutečné hodnoty a uvede výsledek vašeho snažení na pravou míru.
Barometr, spolehlivý ukazatel nastoupaných metrů
Přístroje bez barometru dopočítávají počet nastoupených metrů z topografických map podle toho, kudy jste šli. Proto když vám signál ustřelí deset metrů vedle cesty ve svahu, po které jdete, „jste“ najednou o několik metrů výše/níže, než je skutečnost.
Chcete-li mít v nastoupaných metrech absolutní jistotu, pořiďte si přístroj, který má kromě přijímače GPS zabudován také barometr. Ten na základě měření tlaku vzduchu s vysokou přesností určí vaše nastoupané metry i v místech, kde GPS vlivem nepřesností naprosto selhává.
Typickým příkladem může být chůze do schodů v panelovém domě, ve kterém GPS nemusí zaregistrovat váš pohyb anebo změnu nadmořské výšky, zatímco barometr eviduje doslova každé patro.
Přístroj s barometrem vám průběžně zobrazuje i nastoupané výškové metry, kdežto GPS pouze aktuální nadmořskou výšku. Součet nastoupaných metrů se vám u měření pomocí GPS ukáže až po nahrání dat do příslušné aplikace.
Musím mít pro signál GPS připojení k internetu?
Příjem signálu GPS není závislý na připojení k internetu. Může se vám stát, že v případě, kdy se nacházíte mimo signál, se vám v mobilu nechce spustit aplikace, protože vyžaduje připojení k internetu z důvodu např. načtení map. Hodinky, sporttestery, cyklocomputery anebo další GPS zařízení pracují s již uloženými mapami anebo bez nich, jejich činnost tak kvalita mobilního signálu nijak nelimituje.
Který navigační systém je nejlepší?
Pomineme-li rozdíly technických parametrů, jsou z uživatelského hlediska pro nás důležitými vlastnostmi dostupnost, přesnost a spolehlivost. Zde se jednotlivé systémy liší v závislosti na tom, ve které části světa se zrovna nacházíte. V tomto ohledu představuje celosvětový standard systém GPS, nicméně v našich zeměpisných šířkách je už mnohými překonaný. Koho tedy doporučit?
GLONASS
Ruský GLONASS (GLObalnaja NAvigacijonnaja Sputnikova Sistěma) dokáže na severní polokouli oproti GPS lokalizovat zhruba o dva metry přesněji, je stabilnější, takže nepotřebuje dodatečné korekce. Hlavním problémem je výrazně kratší životnost satelitů. Ani GLONASS však nezaručuje stoprocentní pokrytí. Ideální je proto kombinace příjmu signálu obou systémů (GPS+GLONASS), kterou oceníte zejména v hůře přístupných oblastech. Obecně platí, že čím více od rovníku na sever, tím více GLONASS.
BeiDou
BeiDou (Velká medvědice) je systém Čínské lidové republiky donedávna pokrývající výhradně její domácí teritorium. V posledních letech však zaznamenává doslova raketovou expanzi a v současné době již dosáhl celosvětové působnosti. Na orbitu krouží již 35 čínských satelitů, přičemž jen v roce 2018 jich bylo uvedeno do provozu 18. Nejvíce obíhá nad asijsko-pacifickým regionem. Přesnost v (z pohledu Číny) odlehlejších částech světa prozatím kolísá, nicméně v budoucnu lze očekávat stejnou kvalitu jako od ruského GLONASSU anebo americké GPS.
Galileo
Pro Evropana je zásadní změnou uvedení do provozu navigačního systému Galileo. Tato síť zaměřená výhradně na Evropu poskytuje uživatelskou přesnost s odchylkou do jednoho metru. Oproti ostatním systémům mu nečiní potíže překážky jako zástavba, stromy, tunely. Detekce polohy je oproti konkurenci čtyřikrát rychlejší. Vzhledem k nedávnému spuštění (2016) se však potýká s občasnými výpadky.
Pro dosažení maximální přesnosti je ideální kombinace všech zmiňovaných systémů společně s barometrem. Dokážou se navzájem doplňovat. Cenou za kvalitnější příjem je ovšem vyšší spotřeba baterie. O tom, jaké systémy satelitní navigace vaše zařízení podporuje, se dočtete v technické specifikaci produktu.
Systém Galileo pak nabízí vlastní sezname kompatibilních zařízení.