GPS位置の2D精度を向上させるために、(lat、lon)サンプルを平均化することはどの程度意味がありますか?


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このような、またはこのようないくつかのGPSアプリケーションは、GPSユニットが移動していないと仮定して、特定の場所の複数の(lat、lon)サンプルを取得し、サンプルの平均を取得して「より正確な"2Dロケーション。

(ここでは、標高/高度の位置は気にしません!)

2番目のアプリ(GPS Averaging)は、各サンプルに関連付けられた精度値を現在の場所の重みとして使用し、それに応じて加重平均を計算します。また、平均位置の精度の推定値も提供します。

質問:

1)常識は、平均化が精度の向上につながると信じるように私たちを押し付けますが、電話のようなハンドヘルドユニット(つまり、差動GPSを使用しない単純なデバイス)にはどれだけの意味がありますか?

2)GPS Averagingの方法とは別の方法で平均位置を計算することをお勧めしますか?

3)平均位置の精度の推定値を計算する方法は?

4)特定の場所の複数の(lat、lon)サンプルを取得することにより、より良い2Dポジショニングを得るために平均化とは異なる方法がありますか?


更新1: 2台のハンドヘルドGPSユニット(ソニーの電話機モデルST15iおよびST17i)を使用した予備調査の結果、4.5時間の間に同じ位置で3mの精度修正を取得すると、次のデータが得られました。

ST15iの結果 ST17iの結果

=>修正の想定精度は3メートルでしたが、ST17iモデルには中央値/平均から3メートル以上離れた点がたくさんあったことに注意するのは非常に興味深いです。

=>また、ST15iモデルの経度の単調なドリフトも注目に値します。

(ST15iよりも修正のために平均3つ多くの衛星で使用された分析できるように、ST15iはST17iよりも敏感なアンテナを持っているようです!)


更新2:まだ同じデータセットからのいくつかのさらなる統計と数値

ST15iのまとめ ST17iのまとめ 組み合わせたPプロット

=>データは間違いなく正常ではありません

=>また、ST15iの中央位置とST17iの中央位置の間の距離も計算しました。使用されたすべての修正の精度が3メートル以上であったため、あたかも3メートルです。これは、各GPSユニットの精度について有意義な結論を導き出すために、既知のリファレンスを使用するという以下の提案を確実に検証します!


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最近、多くの黒点活動がありました。電離層のGPS信号への影響を考えると、サンプリングするために選択した日付が偏っていると思います。言い換えれば、多分あなたは11年以上平均する必要があるだろう-完全な太陽サイクル
カーククイケンダル

1
キャリブレーションに使用できる既知の正確な座標を持つCORSまたはその他の場所の近くにいるのでしょうか?キャリブレーションの場所がないと、精度が向上するだけで、精度は向上しません。あなたのチャートは素晴らしいと思います!もっと結果があれば、ここに追加するだけでいいと思います。
カーククイケンドール

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アップデートは興味深く、貴重です。ただし、当然、中央値からの距離は正規分布しません!距離を負にすることはできません。ドリフトが2変量正規分布である場合、理論は(平均位置までの)距離がスケーリングされたカイ分布を持つことを示します。ここに示されているようなパターンが明らかな間、短時間で、高い正の時間相関のアーティファクトが表示されます。したがって、ヒストグラムと確率プロットは新しいことを教えてくれません。
whuber

2
すべてのすべてで、私は、GPSの位置精度のすべての複雑さを理解し始めています:それは方法より複雑な私が最初に思ったよりも。本当の位置はさておき、地形調査中に定期的に戻ることができる基準点を使用すると、修正する意味がありますか?つまり、調査の精度を(線形近似によって)向上させることは意味がありますか?基準点位置のドリフトに応じた位置および/または経路?答えがすばやく簡単で、誰かがここに投稿しない限り、その質問に対して新しい質問を開く必要があります!
ジョンドアノー

3
(2)強い時間相関があるため、比較的短い期間にわたって非正規性を期待しますが、ジョンですが、長い期間にわたってヒストグラムは対称になり、おそらく通常にかなり近いはずです(通常の付随する外れ値で、間違いなく)。信号の受信が困難な場所では、信号がどのように侵害されるかに応じて、この一般的な規則の例外が生じる場合があります。(1)(以前のコメントについて)差分補正を再発明したように思えます:-)。
whuber

回答:


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平均化は、位置測定の「ノイズ」がほぼ対称的であると仮定した場合にのみ意味があります-あらゆる方向に均等に分布しています。つまり、どの測定でも、特定の方向で間違っている可能性が等しくあります。

対称ではないノイズ分布が得られる可能性があります。たとえば、GPSデバイスが体系的にすべての衛星までの距離を過小評価し、特定の方向からより多くの衛星を使用している場合(おそらく崖の底に立っている場合)、すべての測定値はその点で偏っている可能性が高くなります方向。この場合、平均化により精度は向上しますが、バイアスの問題は解決しません。

このような過大評価/過小評価が一般的かどうかはわかりませんが、ほとんどのデバイスでは平均化の有用性を低下させるのに十分な重要性があるとは思いません。おそらく、それは少しバイアスを導入するかもしれませんが、精度の増加はまだ信頼性を改善します(例えば、ジオキャッシングのため)

4つの質問について:

  1. 1つの場所に立ち、余分な測定を待つ時間に対して信頼性をどの程度評価するかによって異なります。
  2. そのアプリはメソッドであることに言及していませんが、おそらく単純な平均化を使用しています。中央値を取得する方が信頼性は高いかもしれませんが、ノイズの分布がわからなければ、言うのは難しいでしょう。ガウスノイズを仮定します。この場合、十分な測定値が得られれば、それらはほぼ同じになります。より良い方法は、複数のデバイスを使用し、各デバイスで多くの測定を行ってから、セット全体を平均することです。これにより、デバイス固有のバイアスが削除されますが、明らかに迅速または簡単ではありません(デバイスが自分で平均化する場合は、平均化するだけで同じ結果になります)。
  3. 推定できるのは精度であり、バイアスではありません。ガウスノイズを仮定すると、標準誤差に基づいて、推定値(平均)の信頼区間を計算できます。このライブの一部のユニットは(衛星の数に基づいて)位置を囲む円で信頼区間を表します。
  4. お使いのデバイスで発生する特定の系統的エラーを知っていない限り、おそらくそうではありません。2.をご覧ください。

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+ 1--良い分析とアドバイス。ただし、ノイズの非対称性とバイアスの欠如は異なるものであることに注意してください。ノイズの分布は、原則として、非常に非対称でありながら正確である可能性があります。(4)に関しては、「ノイズ」が時間の経過とともに正に相関する成分(ゆっくりと移動する「ドリフト」)を持っていることを認識すると、さらに多くのアプローチが利用できます。これは、修正を取得するまでの待ち時間を長くすると、平均の精度が向上する可能性があることを意味します。また、短い修正から推定される標準誤差は、通常、精度を楽観的に過大評価することを意味します。
whuber

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naught101に感謝します。これは私が期待していた種類の回答であり、特にここで入手できるGPS精度に関する素晴らしい記事を見つけて読んだ後、私の考えを確認しまし。実際、すべてが自分のGPSの特性にリンクされており、他のGPSチップやメーカーによって状況が変わる可能性があることを理解しています。私の仮定を確認するために、可能であれば数日間、修正の膨大なデータセットを収集しようとするでしょう。
ジョン・ドアノー

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@whuber興味深い点。GPSドリフトについて話していると思いますか?もしそうなら、それは単調に起こる何かですか、それとも新しい衛星が見えてきたときにそれ自体がいくらか正しいのでしょうか?つまり、単調である場合、1か所で長く立つほど、平均もドリフトします。それをどのように説明しますか?
naught101

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@JohnDoisneau:実験は素晴らしいアイデアのように聞こえます。私の理解では、すべてのデータポイントは同じ分布から引き出されるため(ドリフトに関するwhuberのポイントを説明する場合)、個々の測定の不確実性は測定間の不確実性に似ており、多かれ少なかれ個々の測定値の信頼半径を無視し、データセット全体に対して新しいものを計算するだけです。
naught101

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@naught、これらはあなたの最新のコメントで素晴らしい質問です。簡単に言えば、エラーをランダムなプロセスと見なすことができますが、時間的に連続していると想定する必要はありません。あなたが提案するように、ジャンプする可能性があります。GPSは、長期間にわたって、整頓された場所での誤差が平均してゼロになるように設計されています。(これは、大陸移動の速度を測定するために固定局で長期測定値を取得する理由です。)「ドリフト」は、エラープロセスの正の自己相関コンポーネントです。自己相関とは、エラーがすぐに平均化されないことを意味しますが、最終的にはそうなるはずです。
whuber

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既知の場所にある2つの同一のgpsデバイスを使用します。各GPS読み取りのエラーを解決し、そのエラーデータを2番目のGPSユニットに渡し、それを使用してデータを修正することはできませんか?


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これはコメントですか、それとも新しい質問ですか?その場合は、ヘルプセンターで投稿の作成に関するガイダンスを参照してください。それが答えとして意図されている場合、より完全な説明を提供するためにそれを増強してもよいですか?
whuber
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