所有地图都是错误的

主要观点:因看到 AllTrails 和 Strava 等服务的追踪质量负面反馈而对该主题感兴趣,用户常抱怨路线、映射、海拔、距离等不准确,实际是对 GPS 工作原理、精度预期及数据接口等存在很多误解,现深入探讨数字地图系统构建和 GPS 工作原理。
关键信息:

  • 所有地图都是对“真相”的简化和有用扭曲,数字地图需在不同技术间转换以恰当呈现可理解和使用的内容。
  • GPS 通过卫星网络向接收器传输信号,接收器 triangulate 至少四颗卫星距离来计算位置,数据传给软件追踪运动并记录信息,但精度在不同规模下有差异,现代智能手机在最佳条件下位置精度为 5 - 10 米。
  • 活动追踪和映射应用会对原始 GPS 数据应用平滑算法,不同应用平滑程度不同,且存在很多边缘情况难以确定为真实错误,导致不同平台间距离、海拔等数据存在差异。
  • GPS 可进行海拔计算,但多数应用使用 DEM 更准确,一些手表有 barometers 可覆盖海拔计算,不同平台利用不同 DEM 数据,如 Strava 用自家基于过去用户数据的 DEM,还介绍了 LiDAR 映射技术及相关应用。
    重要细节:
  • USGS 地图精度标准在 1:24000 规模下 90%点需在 0.05 厘米内,即 40 英尺,最紧规模下仍为 20 英尺,这只是地图本身精度,未计追踪误差。
  • 原始 GPS 数据在追踪路线时像常变的锯齿状,平滑算法会根据已知路线调整数据,不同应用平滑程度不同,如 Apple 和 Nike 偏重,Strava 和 Garmin 较少。
  • DEM 是由超级紧密网格组成的地图层,每个单元格有特定海拔值,可从多种数据源构建,精度不同,如 Strava 用自家基于 barometric 追踪器的 DEM。
  • LiDAR 利用激光创建地球表面详细地图,可创建 DEM 模型和 Digital Terrain 模型,虽时间和成本高但越来越多区域被映射,CalTopo 已整合更多 LiDAR 数据。
    结论:地图和追踪很复杂且有趣,难以确定“正确”的海拔变化或距离,各平台在地图和追踪的权衡上有不同哲学决策,无需过于纠结,享受运动即可。
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