Jak działa zegarek z GPS?

Zegarki z GPS-em są na wyciągnięcie ręki. Chcesz, potrzebujesz? Kupujesz i masz. Oferta jest bardzo szeroka i przystępna. Dzięki temu każdy może znaleźć coś dla siebie. Takie urządzenie dodatkowo spełniają szereg popularnych funkcji, takich jak zegarek, monitor dziennej aktywności itd. Dlaczego o tym wspominam? Bo jeszcze dwie dekady temu ten segment rynku… nie istniał. Jak działa zegarek z GPS? Co wpływa na jakość sygnału? Czy bieganie na tempo chwilowe ma sens? O tym i wielu innych odpowiadam w poniższym materiale.

Tytuł jest ogólny, ale nie dajcie się tym zmylić. Głównym przedmiotem tego materiału jest działanie i zastosowanie systemu GPS w zegarkach sportowych. Nie zabraknie rysu historycznego, bo… historia musi być. Przecież to było całkiem niedawno! Nie da się tego oderwać od produktów, które mają ogromny udział w popularyzacji tej technologii. Dlatego podzieliłem historię na dwie części – technologiczną i produktową. Obie części jedynie zasygnalizują temat, bo to bardzo szeroki materiał. Jak kogoś to zaciekawi, to bez problemu znajdzie treści, które wyczerpują temat. No i kolejną kwestią jest fakt, że nie jest to blog technologiczny. 😉

Historia systemu GPS

Projekt GPS został utworzony w 1973 roku (ciekawe, kiedy naprawdę?) przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych. Jak wiele wspaniałych technologii powstał pierwotnie na potrzeby militarne. Pierwsza satelita trafiła na orbitę w 1978 roku. Potrzeba było kolejnych 15 lat, aby uruchomić pełną konstelację (24) satelitów. Zaś w lipcu 1995 system zyskał pełną operacyjność. To właśnie wtedy moduły odbierające sygnał GPS zaczęły być implementowane w ogólnodostępne urządzenia. W latach 90. sygnał GPS był zakłócany przez Amerykanów w ramach akcji „Selective Availability„. W maju 2000 roku projekt został zakończony, a jakość sygnału zyskała na jakości i stabilności [źródło].

Nie wspominam o tym przypadkowo, bo można przypuszczać z dużym prawdopodobieństwem, że zespół specjalistów Garmin (znacie markę, nie?) pracował wtedy nad zegarkiem dla sportowców. W 2001 marka zastrzegła nazwę „Forerunner” [źródło]. Zaś w 2003 roku światło dzienne ujrzał pierwszy zegarek z GPS-em. Właściwie to nie zegarek, a „odbiornik satelitarny” Garmin Forerunner 101. Z innej beczki – warto wiedzieć, że firma Garmin powstała w 1989 roku w USA. Obecnie to ponad 17 000 pracowników oraz 80 biur na całym świecie… Niezły rozwój.

Czy wiesz, że pierwszy „zegarek” z GPS-em był zasilany przez dwie baterie AAA? Producent deklarował od 14 do 15 godzin pracy w trybie GPS. Już wtedy była dostępna funkcja Wirtualnego Partnera. Urządzenie (odbiornik satelitarny, a nie platforma, której wtedy nie było!) archiwizowało dane treningowe do 2 lat wstecz. Użytkownicy zegarków Polar mogą być w szoku, ale już wtedy była dostępna funkcja powrotu do punktu startowego. 😉 Co nie zmienia faktu, że taki Garmin Fenix 6X to aktualnie niezły kombajn. Tutaj możecie znaleźć listę produktów od Garmina na osi czasu. Robi wrażenie.

Potrzeba było kolejnych trzech lat, aby urządzenie ewoluowało w coś przypominającego bardziej zegarek niż odbiornik GPS. Tym sposobem powstała odsłona Forerunner 205 i 305. Jako ciekawostkę dodam, że wersja 305 różniła się od 205 tym, że ta pierwsza była kompatybilna z paskiem do pomiaru tętna. Mój pierwszy zegarek z GPS-em to właśnie srebrno-pomarańczowy 305. A jaki był TWÓJ pierwszy zegarek do biegania z GPS-em?

Jak działa system GPS?

System GPS składa się z trzech elementów (więcej można o tym poczytać TUTAJ):

  1. Satelity GPS.
  2. Stacje naziemne.
  3. Odbiornik GPS (na przykład: zegarek sportowy).

Aby zacząć działać, odbiornik potrzebuje załapać sygnał z minimum trzech satelitów. Wtedy możliwe jest określenie naszego położenia. Jak połączymy się z czwartym satelitą, to będzie można wyznaczyć naszą wysokość. Obecnie łapiemy sygnał z minimum sześcioma satelitami. Z każdego miejsca na ziemi! Zazwyczaj jest to osiem lub dziewięć satelitów.

Posiadacze zegarków pewnie znają te nazwy, ale warto wiedzieć, kto za tym stoi. Na świecie funkcjonują różne systemy nawigacji satelitarnej, które równolegle ze sobą współdziałają. Ograniczę się do nazwy oraz kraju/regionu, który ten system założył [źródło].

  1. GPS (USA),
  2. GLONASS (Rosja),
  3. Galileo (Europa),
  4. Beidou (Chiny),
  5. DORIS (Francja),
  6. QZSS (Japonia).

Dokładność pomiaru GPS

Sporo czasu poświęciłem na research w kontekście dokładności pomiaru GPS. Widziałem różne wzory fizyczne, wyjaśnienia i skomplikowane zjawiska. Trafiłem nawet na prezentację z technikum datowaną na 2000 rok. W końcu stwierdziłem, że serwowanie zróżnicowanych wzorów może będzie mądrze wyglądało, ale nic poza tym. Sięgnąłem do źródła. Garmin podaje dokładność swoich urządzeń do 15 metrów (49 stóp) przez 95% czasu z dobrym dostępem do nieba. W normalnych warunkach użytkownicy powinni doświadczać dokładności do 5-10 metrów (16-33 stóp) [źródło]. Inne źródło ogranicza się nawet do 3 metrów! [źródło]. Wygląda nieźle, ale… Tak jest w idealnych warunkach (wręcz laboratoryjnych),a o takie trudno, bo poniżej przybliżę główne czynniki wpływające na jakość pomiaru GPS.

Jakość sygnału zależy od satelity, odbiornika, zakłóceń propagacyjnych, zjawisk geofizycznych. W telegraficznym skrócie oznacza to, że satelita może być poddawany oporowi atmosfery, odbiornik może mieć niestabilność wzorców częstotliwości, mogą występować szumy kosmiczne i atmosferyczne, a na to wszystko mogą nakładać się pływy oceaniczne. To wybrane czynniki, których jest naprawdę sporo [źródło]. Na większość nie mamy wpływu.

Jak to się ma do biegania? Jakie czynniki wpływają na jakość sygnału w trakcie treningu? Jestem przekonany, że mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że zwykłe trzymanie zegarka pod kurtką i/lub bielizną termoaktywną ma wpływ na jakość sygnału. Najlepiej by było mieć odbiornik na głowie – taka antenka powinna być skuteczniejsza. 😉 O chmurach nie będę wspominał, bo nie mamy na nie wpływu, ale one też nie pomagają. Podobnie jest z różnymi obiektami typu budynki, drzewa, które odbijają sygnał, a przez to traci on na precyzji. Tym sposobem można wyjaśnić obecność „czarnych punktów” (nazwa własna), czyli miejsc, gdzie GPS zawsze wariuje. Mam takie miejsca, przyzwyczaiłem się do nich, ale czasem powraca do mnie myśl, aby nabyć czujnik na buta i mieć ten problem z głowy. Wiem, że nie tylko ja mam takie rozterki. Warto również wiedzieć o ustawieniach zegarka. W moim Polarze Vantage V mam w ustawieniach opcję satelity pozycjonujące, gdzie mogę wybrać konkretny zestaw. Sam biegam w układzie GPS+GLONASS. Sprawdźcie sobie, jak to wygląda u Was.

Dlaczego korzystanie z tempa chwilowego jest bez sensu?

Na koniec zostawiłem zagadnienie, które wraca niczym bumerang na tapet dyskusji w mediach społecznościowych i nie tylko. W teorii jest to świetna opcja w każdym zegarku: tempo chwilowe. Założę się, że prawie każdy nowy użytkownik zegarka widzi to tak: zegarek będzie pokazywał mi tempo jak licznik prędkości w samochodzie! Genialne! W praktyce jest zgoła inaczej. Zacznijmy od tego, że satelita jest oddalony od zegarka (odbiornika) o jakieś 20 187 km. Sporo. Dla porównania, sam odbiornik jest wielkości dwóch ziarenek ryżu. Trzeba wziąć poprawkę na zakłócenia, o których wspomniałem wcześniej, a jest ich dużo. Sygnał GPS lubi ruch w jednym kierunku z wysoką prędkością. Jako biegacze nie poruszamy się szybko, a na dodatek często pokonujemy zakręty, robimy nawroty itp. To wszystko wpływa na to, że tempo chwilowe bazujące na pomiarze GPS nie ma sensu. Będzie „skakało” i nie ma w tym nic dziwnego. Jak masz znajomego, który biega na tempo chwilowe, to wyślij mu ten materiał. Może zmieni zdanie i zacznie biegać według średniego tempa z okrążenia (kilometra). Dużo skuteczniejszy parametr, ale również niegwarantujący doskonałego pomiaru.

Trzeba się zdystansować

Tym sposobem przechodzimy do końcowej myśli tego tekstu. Zegarki z GPS-em ułatwiają nam realizację codziennych treningów. Dostarczają nam danych, o których inni jeszcze ćwierć wieku temu mogli jedynie pomarzyć. Jednocześnie warto traktować sam pomiar jako narzędzie pomocnicze, a nie pewnik. Producenci sprzętu dwoją się i troją, aby ich produkty były coraz lepsze. Potwierdza to rynek, który obecnie jest wręcz zalany urządzeniami w zróżnicowanym przedziale cenowym. No i jak biegasz na stadionie, to pamiętaj, że bieżnia lubi stoper.

Jedno jest pewne – zegarek sportowy zdecydowanie ułatwia monitorowanie treningu biegowego. Aktualnie jest to wręcz ekosystem – odbiornik zbiera dane, które wrzuca się na platformę treningową, a ta znacznie ułatwia analizę. To elektroniczny dzienniczek treningowy. Nie wspominam o tym przypadkowo, bo kolejny tekst będzie na temat monitoringu. Kogo i czego? O tym dowiecie się już niebawem. Zawsze możecie próbować zgadywać w komentarzach pod tym tekstem. Jak ktoś trafi… To być może spotka go miła niespodzianka. Kto wie, kto wie… 🙂

No Comments Yet.

Leave a Reply

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.


Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.