Dlaczego zegarek i telefon pokazują inny dystans? GPS w bieganiu

Biegniesz z kolegą tę samą pętlę. Twój zegarek pokazuje 10,24 km, jego 9,91 km, a aplikacja w telefonie jeszcze coś innego. Na maratonie po przekroczeniu mety widzisz 42,6 km i zastanawiasz się, czy organizator źle zmierzył trasę. Spokojnie: w zdecydowanej większości przypadków wszystko działa tak, jak powinno.

W tym tekście wyjaśniamy, jak naprawdę działa GPS w bieganiu, skąd biorą się różnice w dystansie i dlaczego zawody zawsze „wychodzą" trochę dłuższe. Na końcu dostajesz tabelę typowych sytuacji i konkretne sposoby na dokładniejszy pomiar.

Jak telefon i zegarek wiedzą, gdzie jesteś

GPS to tylko jeden z kilku globalnych systemów nawigacji satelitarnej. Ogólna nazwa to GNSS. Dziś odbiorniki w telefonach i zegarkach zwykle korzystają naraz z kilku systemów:

• GPS (USA),
• Galileo (Unia Europejska),
• GLONASS (Rosja),
• BeiDou (Chiny).

Każdy satelita nadaje sygnał z bardzo dokładnym znacznikiem czasu. Odbiornik mierzy, ile ten sygnał leciał, i z tego wylicza odległość do satelity. Mając pomiary z co najmniej czterech satelitów, może wyznaczyć swoją pozycję i dokładny czas. Im więcej satelitów widzi i im lepiej są rozłożone na niebie, tym pewniejszy wynik.

Problem w tym, że sygnał satelitarny jest bardzo słaby. Łatwo go zasłonić albo odbić. Każda przeszkoda między Tobą a niebem: budynek, korona drzew, wiadukt, a nawet Twoje własne ciało i plecak, pogarsza pomiar.

Dwie częstotliwości, czyli multi-band

Nowsze zegarki i część telefonów mają odbiorniki dwuczęstotliwościowe (często opisywane jako dual-band albo multi-band, np. L1 + L5). Odbierają od satelity dwa różne sygnały, co pomaga odróżnić sygnał bezpośredni od odbitego i ograniczyć część błędów. Największą różnicę widać w mieście i w gęstym terenie. Kosztem jest zwykle nieco wyższe zużycie baterii.

Jak dokładny jest GPS w telefonie

Każda pozycja GPS to nie punkt, tylko raczej „kółko", w którym prawdopodobnie jesteś. Według amerykańskiej rządowej strony o GPS smartfon pod otwartym niebem zwykle mieści się w promieniu kilku metrów (gps.gov). To dobre warunki: pole, szeroka ulica, nadmorski bulwar.

Gorzej robi się w trudnym terenie:

• Miasto z wysoką zabudową („miejskie kaniony"): sygnał odbija się od ścian, a pozycja potrafi „uciekać" o kilkanaście, a czasem kilkadziesiąt metrów.
• Las i gęste drzewa: liście, zwłaszcza mokre, tłumią sygnał. Ślad robi się poszarpany.
• Tunele, przejścia podziemne, mosty i wiadukty: przez chwilę sygnału może nie być wcale. Urządzenie zgaduje albo łączy punkty linią prostą.
• Głębokie doliny i strome zbocza: widać tylko kawałek nieba, więc mniej satelitów.

Kilka metrów błędu na pojedynczym punkcie brzmi niewinnie. Ale dystans to suma tysięcy odcinków między punktami. Jeśli każdy punkt „drga" w losową stronę, ślad zaczyna zygzakować, a zygzak jest dłuższy od prostej. Dlatego w trudnym terenie GPS częściej zawyża dystans.

Częstotliwość zapisu i ścinanie zakrętów

Drugi powód różnic to to, jak często urządzenie zapisuje punkt. Wiele zegarków zapisuje pozycję co sekundę. Niektóre w trybie oszczędzania baterii robią to rzadziej. Telefony też różnie dozują GPS, zależnie od systemu i ustawień.

Gdy punktów jest mało, urządzenie łączy je prostymi odcinkami. Na krętej ścieżce taka linia ścina zakręty, więc dystans wychodzi krótszy niż w rzeczywistości. Na szlaku z serpentynami różnica bywa wyraźna.

Mamy więc dwa przeciwne zjawiska:

1. szum i zygzaki dodają metry,
2. rzadkie punkty i ścinanie zakrętów odejmują metry.

To, które wygra, zależy od trasy, urządzenia i ustawień. Dlatego dwie osoby biegnące obok siebie mogą mieć różne wyniki, czasem w przeciwnych kierunkach.

Wygładzanie i filtrowanie: co robi oprogramowanie

Surowe dane z odbiornika są zbyt „nerwowe", żeby liczyć z nich dystans wprost. Każdy producent stosuje więc filtry: odrzuca punkty o słabej dokładności, wygładza ślad, czasem łączy dane GPS z czujnikami ruchu w urządzeniu.

Każdy robi to jednak trochę inaczej. Mocniejsze wygładzanie usuwa zygzaki, ale może też ściąć prawdziwe zakręty. Słabsze zostawia więcej szumu. Nie ma jednego „prawdziwego" algorytmu, jest tylko kompromis. To kolejny powód, dla którego Garmin, Apple, Polar, Coros i aplikacja w telefonie rzadko pokazują identyczny wynik.

Liczy się też sposób obliczania odległości między punktami. Ziemia jest kulą (a dokładniej elipsoidą), więc poprawne programy liczą dystans geograficznie, a nie jak na płaskiej kartce z różnic współrzędnych.

Dlaczego na zawodach zawsze wychodzi więcej

To najczęstsze pytanie po maratonie. Odpowiedź tkwi w tym, jak mierzy się trasę atestowaną.

Trasy biegów ulicznych z atestem (np. według zasad World Athletics i AIMS) mierzy się skalibrowanym rowerem z licznikiem obrotów koła. Mierzący jedzie po najkrótszej możliwej linii, którą mógłby pobiec zawodnik: ścina zakręty po stycznych, tuż przy krawężniku, łączy łuki w linie proste. Do tego dolicza się niewielki zapas bezpieczeństwa, żeby trasa na pewno nie była za krótka.

A Ty? Biegniesz środkiem ulicy, omijasz innych zawodników, zbaczasz do punktu z wodą, wybierasz szerszy łuk na nawrocie. Każdy taki ruch dodaje metry. Do tego dochodzi zwykły błąd GPS, zwłaszcza w centrum miasta.

Efekt: na atestowanej trasie GPS zwykle pokazuje mniej więcej 0,5-1,5% więcej, a w mieście z wysoką zabudową bywa i więcej. Na maratonie 1% to ponad 400 metrów.

Praktyczny wniosek: nie planuj tempa startowego co do sekundy według zegarka. Jeśli celujesz w konkretny czas, zostaw sobie mały zapas albo kontroluj międzyczasy na oznaczeniach kilometrów. Więcej o planowaniu tempa znajdziesz w przewodniku po tempie biegu, a o strategii na trasie w tekście o pierwszym maratonie.

Bieżnia lekkoatletyczna i bieżnia mechaniczna

Stadion: 400 m to tylko tor 1

Okrążenie 400 m dotyczy toru 1, mierzonego 30 cm od wewnętrznej krawędzi. Każdy kolejny tor jest dłuższy. Na torze 2 okrążenie ma około 407 m, na torze 8 ponad 450 m. Jeśli robisz interwały na zewnętrznych torach, rzeczywisty dystans jest większy niż „400".

Sam GPS na stadionie też ma pod górkę: ciasne łuki, często trybuny i drzewa wokół. Ślad wygląda jak kartofel zamiast owalu. Niektóre zegarki mają specjalny tryb bieżni, który dopasowuje ślad do toru. Bez niego lepiej po prostu liczyć okrążenia.

Bieżnia mechaniczna: GPS nic tu nie wie

Na bieżni mechanicznej stoisz w miejscu, więc GPS pokaże prawie zero. Zegarki szacują wtedy dystans z ruchu ręki lub czujnika na bucie, co wymaga kalibracji i bywa dalekie od ideału. Wyświetlacz bieżni też nie zawsze jest precyzyjny. Do treningu na bieżni mechanicznej najrozsądniej trzymać się czasu i odczuć wysiłku.

Tabela: sytuacja, typowy błąd, co zrobić

Jak mierzyć dokładniej: praktyczne wskazówki

Kilka prostych nawyków robi większą różnicę niż zmiana zegarka:

1. Poczekaj na sygnał przed startem. Wyjdź na otwartą przestrzeń, włącz lokalizację i odczekaj, aż pozycja się ustabilizuje. Ruszenie od razu kończy się często dziwnym pierwszym kilometrem.
2. Daj telefonowi widok na niebo. Najlepiej w górnej kieszeni kamizelki biegowej lub w uchwycie na klatce piersiowej, a nie na dnie plecaka. Ciało i woda w bidonach też tłumią sygnał. Porównanie sposobów noszenia znajdziesz w tekście o noszeniu telefonu podczas biegu.
3. Włącz dokładną lokalizację. Na iPhonie sprawdź, czy przeglądarka lub aplikacja ma włączoną opcję „Dokładna lokalizacja". Na Androidzie upewnij się, że dokładność lokalizacji Google jest włączona.
4. Wyłącz agresywne oszczędzanie baterii na czas biegu. Tryby oszczędzania potrafią ograniczać GPS. Na długich wybieganiach lepiej zabrać powerbank.
5. Sprawdź się na stadionie. Przebiegnij 4-5 okrążeń torem 1 (1600-2000 m) i porównaj wynik. To najprostszy test Twojego zestawu.
6. Porównuj podobne z podobnym. Ta sama trasa, to samo urządzenie, ten sam sposób noszenia. Wtedy postęp w tempie jest wiarygodny.
7. Nie ufaj chwilowemu tempu w mieście. Patrz na średnie tempo okrążenia lub kilometra, a nie na liczbę, która skacze co sekundę.

W górach i na szlakach dochodzą jeszcze zasięg i bezpieczeństwo. O tym, jak przygotować wybieg z linkiem na żywo dla bliskich, piszemy w tekście o bieganiu po górach i szlakach na żywo.

Podsumowanie: który dystans jest „prawdziwy"

Żaden pomiar GPS nie jest idealny. Zegarek, telefon i oficjalna trasa mierzą trochę inne rzeczy na trochę inne sposoby. Różnice rzędu 1-2% na normalnym treningu to codzienność, a na atestowanej trasie Twój GPS prawie zawsze pokaże więcej niż oficjalny dystans.

Zamiast gonić za idealną liczbą, zadbaj o dobry sygnał, porównuj treningi w podobnych warunkach i traktuj chwilowe skoki z dystansem. A jeśli chcesz, żeby bliscy widzieli Twój bieg na mapie na żywo, z dystansem i tempem liczonymi z odfiltrowanych punktów, możesz założyć darmowe konto i sprawdzić to na najbliższym treningu.