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.

[Guest_@Ark_*]

Вы прямо противоречите Дрейдеру. А это асс бегающий по 160 км.
У него частота шага постоянна, а меняться должна длина шага...

Это подтверждено измерениями? Может просто частота изменяется не так сильно, по сравнению с шагом,
(как результат целенаправленных тренировок), и это не очень заметно, без точных измерений?

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.

На мой взгляд, нужно использовать специфику движения бегуна. Если акселерометры разместить в обуви спортсмена, то можно очень точно определять момент постановки ноги (по максимуму ускорения). Скорость движения (датчика) этот момент обнуляется. Возможно определять скорость между шагами интегрированием ускорения, без накопления систематической ошибки. Заодно, вести подсчет шагов для определения темпа... Даже очень упрощенный вариант ИНС должен дать неплохие результаты по скорости и пройденному пути, если отбросить собственно задачу навигации.

Сообщение отредактировал @Ark - Oct 8 2012, 21:14