Как точнее восстановить траекторию, используя координаты GPS-навигатора, а также вычислить скорость и ускорение Опции

[Виктория]

"Серьезные бегуны по шоссе" (потенциальные заказчики ) подкинули мне вот такую задачу разработки мобильного приложения для контроля параметров движения с использованием доступных и недорогих GPS-навигаторов:
Данный апплет предназначен для измерения параметров движения легкоатлета при тренировке на стадионе или в лесу, а также самоконтроля этих параметров в соревновательных забегах (шоссейный бег от 10 до 42 км, горный бег).
Измеряемые параметры в реальном времени - пройденный путь (текущее значение и траектория в координатах), средняя и мгновенная скорость, среднее ускорение (мое мнение по поводу последнего параметра лишку дают! ишь, чего захотели!).
Частота отображения информации в реале - некритичная, один раз в 10 секунд. Я думаю после предпроектного анализа попробовать уговорить их на 30 секунд.
Требуется также регистрация перечисленных параметров для пост-анализа работы спортсмена с использованием компьютера с целью выработки рекомендации по совершенствованию тренировочного процесса.

С одной стороны, вроде всё прозрачно и несложно. Недорогих устройств в продаже не замечено.
С другой стороны меня сильно смущают возможности дешевых навигаторов для измерения скорости с приемлемой точностью. Слишком уж явная неопределенность входных данных в гражданских навигаторах (Источники погрешностей GPS навигаторов). Даже вот некоторые радиолюбители c хабрыхабры сомневаются в результатах измерения Спутниковый спидометр на STM32F1 и FreeRTOS
по сравнению с автомобилем у меня ведь сложнее задача, так как реальный масштаб времени другой. И аттестацию, говорят, надо.
Пока вот на системном уровне анализирую задачу. Стоит ли овчинка выделки?

[Guest_@Ark_*]

Я думаю, можно обговорить с заказчиками несколько режимов измерения средней и мгновенной скорости для достижения консенсуса.
+-2 км/ч это не для каких бегунов не подойдет, не то что для "серьезных" wink.gif
Хочется примерно достичь таких показателей:
- погрешность измерения времени +-0.1 с (конечно можно использовать секундомер);
- погрешность измерения расстояния в пути ... пока затрудняюсь, думаю порядка +-1 м ; можно предложить свою, бегуны не использовали этот показатель и ещё не знают его полезности rolleyes.gif
- максимальная погрешность измерения средней скорости определяется из терминологического показателя "время пробега 1 км", погрешность времени пробега 1 км для бега по шоссе +-3 с, при выполнении тренировочных заданий на стадионе +-0.5 с;
- мгновенную скорость тоже ещё никто не прочувствовал, думаю тоже можно предложить свои точностные границы;
- ускорение... хочется отбросить, отложить в дальний ящик.

Я думаю, что данном случае, не следует идти по пути решения проблемы, предложенным заказчиком - использовать GPS-навигатор. Заказачик смотрит на задачу "со своей колокольни", и предлагает решения, кажущиеся ему "прогрессивными", что может быть далеко не так...

1) Если бегун желает таскать с собой GPS-навигатор - это его право. Будет знать примерную траекторию движения и текущее положение на местности, чтобы не заблудиться в лесу. На этом использование навигатора можно ограничить.

2) Если для анализа требуются какие-либо медицинские измерения - частота пульса, частота дыхания, кровяное давление и пр.- то лучше поискать отдельные решения в этой области, желательно готовые.

3) Таким образом задача сводиться к измерению и журналированию трех параметров движения - мгновенной скорости, мгновенного ускорения и пройденного пути. Хотя понятие "мгновенное", как я понял, вполне возможно и нужно заменить на "среднее по времени" за 10-30 сек.

4) Понятие "темпа движения" (о котором говорят спортсмены), с моей точки зрения, состоит из двух величин - частоты шага и длинны шага. И это не совсем одно и то же, что "текущая скорость", хотя очевидно, что эти понятия взаимосвязаны....

5) Среднестатистическая длина шага спортмена при заданном темпе для данного индивидуума - вещь весьма и весьма постоянная, мало от чего зависящая - только от темпа (частоты шагов) и , возможно, рельефа местности. Теоретически, для оценки пройденного пути, достаточно секундомера и шагомера, при известной зависимости длины шага от темпа (частоты шагов).

6) Для более точных измерений потребуется измерение текущей длины шага спортсмена, непосредственно в процессе движения. Это может быть выделенно в отдельную задачу и решено различными способами. Наверное, именно их и имеет смысл анализировать в этой задаче...

Сообщение отредактировал @Ark - Oct 8 2012, 18:18

[AlexandrY]

5) Среднестатистическая длина шага спортмена при заданном темпе для данного индивидуума - вещь весьма и весьма постоянная, мало от чего зависящая - только от темпа (частоты шагов) и , возможно, рельефа местности. Теоретически, для оценки пройденного пути, достаточно секундомера и шагомера, при известной зависимости длины шага от темпа (частоты шагов).

Вы прямо противоречите Дрейдеру. А это асс бегающий по 160 км.
У него частота шага постоянна, а меняться должна длина шага.
Поэтому на постоянную длину шага закладываться никак нельзя.

Задача определения точной траектории (точнее чем +-1 м) бегуна используя дополнительные датчики вычислительно очень сложная .
Как вариант можно было бы использовать GPS модули uBlox NEO-6V где есть программный интерфейс датчика скорости и гироскопа.
Датчик скорости в данном случае мог бы заменить акселерометр с процедурой интегрирования во вспомогательном микроконтроллере.
В принципе достаточно простое решение, а результаты судя по рисункам на сайте ublox не уступают прецизионным измерениям.