GPS trên smartwatch theo dõi quãng đường thế nào?

Tốc độ cũng được suy ra từ sự thay đổi vị trí theo thời gian. Một số hệ thống còn sử dụng thông tin dịch chuyển tần số Doppler của tín hiệu vệ tinh để ước tính vận tốc, giúp tốc độ ổn định hơn so với việc chỉ lấy hai tọa độ rồi chia cho thời gian.

GPS trên smartwatch xác định vị trí bằng cách nào?

Smartwatch sử dụng bộ thu GNSS để nhận tín hiệu vô tuyến từ các vệ tinh định vị. GPS là một hệ thống GNSS, bên cạnh các hệ thống như Galileo, GLONASS hoặc BeiDou mà nhiều thiết bị hiện đại có thể hỗ trợ.

Mỗi vệ tinh phát tín hiệu chứa thông tin về thời gian phát và vị trí của vệ tinh. Đồng hồ so sánh thời điểm tín hiệu đến với thời điểm phát để ước tính khoảng cách tới từng vệ tinh.

Khi có tín hiệu từ nhiều vệ tinh, bộ thu có thể giải bài toán xác định vị trí của đồng hồ. Về nguyên tắc, việc định vị cần đồng thời xử lý vị trí không gian và sai lệch đồng hồ của thiết bị, vì vậy hệ thống thường sử dụng ít nhất bốn vệ tinh để có nghiệm đầy đủ.

Kết quả không phải là một điểm hoàn toàn cố định. Trong thực tế, vị trí GPS luôn có một mức sai số nhất định và có thể dao động nhẹ giữa các lần đo.

Smartwatch biến các điểm GPS thành quãng đường như thế nào?

Giả sử đồng hồ ghi lại chuỗi vị trí:

·         Điểm A tại thời điểm 1

·         Điểm B tại thời điểm 2

·         Điểm C tại thời điểm 3

·         Điểm D tại thời điểm 4

Thiết bị tính khoảng cách từ A đến B, B đến C và C đến D, sau đó cộng các đoạn này:

Tổng quãng đường = AB BC CD …

Vì vậy, quãng đường GPS thực chất là tổng chiều dài của đường đi được tái tạo từ nhiều vị trí liên tiếp.

Cách này giải thích vì sao đường GPS không nhất thiết trùng hoàn toàn với đường bạn thực sự chạy. Nếu tín hiệu bị che khuất hoặc vị trí bị lệch, một đoạn đường có thể bị ghi nhận dài hơn, ngắn hơn hoặc lệch khỏi tuyến thực tế.

Tần suất cập nhật vị trí cũng ảnh hưởng đến kết quả. Nếu các điểm được ghi nhận thưa hơn, thiết bị phải tái tạo một đoạn đường dài hơn giữa hai lần đo. Nếu thuật toán xử lý nhiễu không tốt, những dao động nhỏ của vị trí có thể làm tổng quãng đường tăng lên không đúng với chuyển động thực.

Tốc độ GPS được tính từ vị trí và thời gian ra sao?

Về cách tính cơ bản, tốc độ được xác định từ mức thay đổi vị trí trong một khoảng thời gian:

Tốc độ = Quãng đường / Thời gian

Ví dụ, nếu thiết bị xác định bạn đã di chuyển 100 m trong 20 giây thì tốc độ trung bình của khoảng đó là 5 m/s, tương đương 18 km/h.

Tuy nhiên, smartwatch không nhất thiết chỉ lấy hai vị trí rồi thực hiện phép chia đơn giản. Bộ thu GNSS có thể khai thác sự thay đổi tần số của tín hiệu do hiệu ứng Doppler để ước tính vận tốc trực tiếp. Cách này đặc biệt hữu ích khi cần theo dõi tốc độ tức thời.

Đó cũng là lý do tốc độ GPS trên đồng hồ có thể thay đổi liên tục dù bạn đang chạy với nhịp khá đều. Nhiễu vị trí, thời gian cập nhật, khả năng thu tín hiệu và thuật toán lọc đều có thể khiến con số dao động.

Với chạy bộ, pace thường được biểu thị bằng phút/km và là đại lượng nghịch đảo của tốc độ. Khi tốc độ GPS dao động, pace hiển thị tức thời cũng có thể nhảy lên xuống. Pace trung bình trên một quãng đường thường ổn định và dễ diễn giải hơn.

Vì sao GPS có thể đo sai quãng đường hoặc tốc độ?

GPS không phải hệ thống đo khoảng cách tuyệt đối chính xác trong mọi môi trường. Chất lượng dữ liệu phụ thuộc đáng kể vào điều kiện thu tín hiệu.

Các yếu tố thường gây sai lệch gồm:

·         Tòa nhà cao tầng: Tín hiệu có thể bị che khuất hoặc phản xạ trước khi đến đồng hồ

·         Cây cối dày: Làm giảm chất lượng tín hiệu vệ tinh

·         Hẻm hoặc khu vực bị che phủ: Đồng hồ có thể khó duy trì vị trí ổn định

·         Tín hiệu phản xạ: Tín hiệu đến từ nhiều đường khác nhau có thể làm sai lệch phép tính vị trí

·         Thời gian bắt tín hiệu: Khi đồng hồ chưa có dữ liệu định vị tốt, những điểm GPS đầu tiên có thể kém ổn định hơn

·         Tần suất ghi nhận: Khoảng cách giữa các lần lấy mẫu ảnh hưởng đến cách thiết bị tái tạo đường đi

Trong điều kiện trời quang và ít vật cản, thiết bị định vị dân dụng hiện đại có thể đạt độ chính xác vị trí ở mức vài mét trong điều kiện thuận lợi. Nhưng con số này không có nghĩa quãng đường chạy thực tế luôn sai đúng vài mét, bởi sai số của nhiều điểm được cộng dồn và còn phụ thuộc vào thuật toán xử lý.

Đặc biệt, một sai lệch vị trí nhỏ nhưng liên tục có thể làm đường GPS “ngoằn ngoèo”. Nếu thiết bị coi các dao động đó là chuyển động thật, tổng quãng đường có thể bị tăng.

Smartwatch làm gì để dữ liệu GPS ổn định hơn?

GPS trên smartwatch thường không chỉ phụ thuộc vào một phép đo đơn lẻ. Thiết bị có thể kết hợp nhiều kỹ thuật để cải thiện dữ liệu.

Thứ nhất là đa hệ thống GNSS. Đồng hồ có thể nhận tín hiệu từ nhiều hệ thống vệ tinh khác nhau, qua đó tăng số nguồn tín hiệu có thể sử dụng.

Thứ hai là lọc và làm mượt dữ liệu. Thuật toán có thể loại bỏ hoặc giảm ảnh hưởng của những điểm vị trí bất thường thay vì coi mọi thay đổi nhỏ là chuyển động thực.

Thứ ba là kết hợp cảm biến. Trong một số thiết bị, GPS có thể được sử dụng cùng gia tốc kế, con quay hồi chuyển, cảm biến bước hoặc các cảm biến chuyển động khác. Những dữ liệu này giúp thiết bị hiểu trạng thái chuyển động tốt hơn, đặc biệt khi tín hiệu vệ tinh tạm thời không ổn định.

Tuy nhiên, lọc dữ liệu luôn là sự cân bằng. Lọc quá mạnh có thể làm đường đi mượt hơn nhưng bỏ qua những thay đổi thực; lọc quá ít có thể giữ lại nhiều nhiễu.

Khi nào nên tin quãng đường và tốc độ GPS trên smartwatch?

GPS phù hợp nhất để theo dõi hoạt động ngoài trời trong những khu vực có tầm nhìn tương đối thoáng tới bầu trời. Với chạy đường dài, đạp xe hoặc đi bộ ngoài trời, dữ liệu GPS có thể cung cấp một bức tranh hữu ích về tuyến đường, tổng quãng đường, tốc độ và pace.

Tuy nhiên, nên phân biệt độ chính xác của vị trí với độ chính xác của quãng đường và tốc độ. Một thiết bị có thể xác định vị trí khá tốt nhưng vẫn cho tổng quãng đường lệch nếu nhiều điểm liên tiếp bị nhiễu hoặc đường đi có nhiều đoạn ngoặt.

Trong thực tế, có thể đọc dữ liệu theo thứ tự:

1.    Tuyến đường GPS: Kiểm tra xem đường ghi nhận có bám tương đối sát tuyến thực tế không

2.    Quãng đường tổng: Phù hợp để so sánh các buổi tập trong điều kiện tương tự

3.    Tốc độ hoặc pace trung bình: Thường hữu ích hơn con số tức thời khi GPS dao động

4.    Tốc độ tức thời: Nên xem như giá trị tham khảo, đặc biệt ở khu vực nhiều vật cản

5.    Dữ liệu nhiều buổi: Có giá trị hơn một lần đo đơn lẻ khi đánh giá tiến bộ tập luyện

Điểm quan trọng là GPS đo chuyển động trong không gian dựa trên vị trí theo thời gian, chứ không trực tiếp “biết” bạn đã chạy bao nhiêu mét. Quãng đường và tốc độ là các đại lượng được tính từ dữ liệu định vị đó. Vì thế, chất lượng tín hiệu, tần suất lấy mẫu và thuật toán xử lý đều có thể ảnh hưởng đến con số cuối cùng.

Nếu bạn thấy smartwatch báo quãng đường hơi khác so với cung đường thực tế, điều đó không nhất thiết có nghĩa GPS bị hỏng; cần xem cả môi trường thu tín hiệu, hình dạng tuyến đường và cách thiết bị xử lý dữ liệu.