Gebruik van GPS voor bepalen van afstand en snelheid bij roeien. 

Doel:

Doel was om te onderzoeken of eenvoudige GPS apparatuur (handheld) voldoende nauwkeurig de afgelegde afstand en snelheid van een roeiploeg kan bepalen in vergelijking met andere methodes.

Subdoel. Het registreren van afstand en snelheid in overige sporten. 

Methode.

- Een handheld GPS ontvanger (Garmin 12) werd geplaatst in een boot, tijdens trainingen en in wedstrijden. Positie en tijdstip werden met interval van enkele seconden opgeslagen.
- De gegevens werden na afloop met behulp van een link met een computer en software gedownload en verder verwerkt tot afgelegde afstand en snelheid. (postprocessing)
- De resultaten werden vergeleken met afstand (km palen) en met stopwatch opgemeten tijd.
- Verder werd vergeleken met bestaande apparatuur o.a. de Pace Coach. 

Resultaten

De eerste resultaten geven aan dat deze methode redelijk nauwkeurig is en bruikbaar is voor analyse van trainingsresultaten.  

Bestaande meetmethodes

Het nauwkeurig bepalen van de snelheid van een boot in de roeisport is belangrijk bij wedstrijdploegen. Traditioneel heeft de coach de beschikking over een stopwatch en met de aanwezigheid van kilometer paaltjes is de snelheid te bepalen. Dit is uiteraard niet overal mogelijk of heeft beperkingen.

Er bestaat apparatuur die in de boot moet worden gemonteerd en die de snelheid t.o.v het water meet door middel van propellers of op basis van het principe van het verstoren van een opgewekt magnetisch veld
De firma Nielsen Kellerman heeft de Speedcoach (propellor) en de Pace coach geproduceerd, de laatste maakt gebruik van een hulpvin met daarin sensoren. Dit apparaat wordt echter sinds een aantal jaren niet meer geproduceerd.
Een nauwkeurigheid van 0,5 % - 1% kan met de Pace coach kan worden bereikt. ( 5 a 10 meter per 1000m ), evenals de Speedcoach.
Bij het in gebruik nemen van de Pace Coach  is een nauwkeurige calibratie nodig voor ieder boottype en iedere boot. Een aantal calibraties (5) kan worden opgeslagen.

GPS techniek.
(Global Positioning System) 

GPS is een positie bepalingssysteem gebaseerd op een netwerk van satellieten, die sinds de jaren 80 door de Amerikaanse (militaire) overheid in de ruimte is gebracht.
Van de huidige 27 satellieten kunnen er op ieder moment tot wel 8 gelijk worden waargenomen.
De satellieten bevatten naast zenders en ontvangers uiterst precieze atoomklokken die dagelijks up to date worden gehouden. Door een uiterst ingenieuze bepaling van de tijd die het signaal van een viertal satellieten tot de gps ontvanger erover doet kan de positie (horizontaal en vertikaal) worden bepaald.
Uit eigen waarneming en literatuur blijkt dat de (horizontale) positie  een fout vertoond van 4 meter met uitschieters tot 10 a 15 m. bij een goede ontvangst en een goede satelliet constelatie.
Deze gegevens hebben betrekking op de periode na 1 mei 2000. Op dat moment is de SA (Selective availability) opgeheven, een systeem om de positiebepaling wat minder nauwkeurig te maken om militaire redenen. 

GPS wordt al sinds jaren gebruikt in militaire en maritieme omgeving.

Recenter zijn allerlei toepassingen zichtbaar in o.a automobiel navigatie systemen, landbouw en door het steeds kleiner worden van de componenten en krachtiger zendapparatuur van de satellieten zijn de ontvangers ook in apparaatjes in te bouwen van minder dan 500 gr.

GPS is tot op heden gratis beschikbaar. 

De waarnemingen:

De GPS werd geplaatst in een houdertje in de boot. (op de dwarstang bij de slagplaats). Het apparaat werd op het vlot reeds aangezet zodat een satellietfix verzekerd was. De tracklog ( De posities van het afgelegde traject) werd ingesteld op een registratie iedere 5 of 10 seconden. (Instelling is mogelijk met vaste intervallen vanaf 1 seconde of een automatische interval waarbij alleen registratie plaatsvinden bij verplaatsingen groter dan een bepaalde afstand of bij een richtingsverandering

Weliswaar is de snelheid tijdens het roeien reeds af te lezen in km/uur in 1 decimaal nauwkeurig,echter door de kleine display is dit voor roeiers of stuurman slecht te lezen.

Ook hebben roeiers moeite met de afwijkende eenheid m/sec. Gebruikelijk bij roeien en ergometer is een snelheid in tijd per 500meter b.v. 1m.40s .

Overigens is de getoonde snelheid iets nauwkeuriger dan de methode van “postprocesing”.
Dit komt doordat gebruikt wordt gemaakt van een andere methode (Doppler effect). Helaas worden deze gegevens niet bewaard.
Deze snelheidindicatie verschijnt iedere seconde op de dispay. 

Postprocessing van de tracklog

Na afloop wordt de GPS unit met een speciaal kabeltje aan de Compoort van een computer verbonden.Met behulp van diverse software programma’s is het mogelijk de positiebepalingen met de daarbij behorende tijdstippen op de pc te downloaden. De software biedt vaak nog wat extra functie zoals het tonen van een kaartje en een snelheidgrafiek. (Voor de overdracht zijn het protocol van de fabrikant Garmin en het door alle fabrikanten van GPS apparatuur ondersteunde NMEA  protocol gebruikt. 

De Garmin 12 heeft in het geheugen ruimte voor 1024 trackpoints. Bij een instelling van 5 seconden geeft dit een registratie van ruim 1 uur en 20 minuten. Net voldoende voor een standaard training. Bij grotere intervallen wordt de registartie uiteraard evenveel langer.  

Een voorbeeld van zo’n tracklog is: 

afbeelding 1 

 Na bewerking in bijvoorbeeld MS Excel, waarbij steeds de afstand tot het volgende punt wordt berekend, kunnen de volgende gegevens worden verkregen: 

Afbeelding 2

 De tracklog geeft van ieder vastgelegd punt de plaats en de tijd. zie afbeelding 1 

Hoewel de tijd is ingesteld om de 5 seconden, is het volgende tijdstip soms na 6 seconden (Idem 11 seconde bij instelling voor 10 seconden). Blijkbaar is de interne klokcyclus iets meer dan een seconde.

Voor de bepaling van afstand en snelheid maakt dit niets uit.

Echter het tijdstip wordt wel afgerond tot een hele seconde, dit geeft wel een onnauwkeurigheid van snelheid.  

The stream of NMEA data isn't synchronized to the beginning of each second, and each sentence
that contains the time has only one-second resolution, so the time via NMEA is also some unknown fraction of a second late by the time you get it (and you can't correct for that because the delay is variable). 

Observaties 

Ontvangst wordt beïnvloed door “zicht” op de satellieten en de stand die ze t.o.v. elkaar innemen. Op het water is het zicht meestal uitstekend. Er zijn geen obstakels . Regen en wolken lijken niet veel invloed te hebben. In de stad en in het bos kan ontvangst minder worden en zelfs tijdelijk weggevallen. De stand van de satellieten t.o.v. van elkaar heeft gevolgen voor de nauwkeurigheid. Met heeft hier een maat voor nl. EPE (Estimated Position Error) uitgedrukt in meters. De EPE is zichtbaar op de display.

Waardes van EPE 4 – 6 zijn vaak genoteerd. Echter ook wel 15 a 20 meter wat mindere resultaten gaf.

De GPS is bij ontbreken van de houder ook wel op de bodem van de boot gelegd. De resultaten waren iets minder. Of dit lag aan de lagere positie of het omringende materiaal; kevlar, epoxy, aluminium riggers roeiers etc.  is niet bekend. 

Wedstrijd deel van snelheidsgrafiek De Hoop 6 km (wedstrijd op de Amstel) Zwevend gemiddelde (7 punten). Ontvangst was matig door GPS op bodem boot.

Registraties overige sporten 

Een aantal registraties zijn gemaakt tijdens een racefiets tocht van ongeveer 37 km in de Ardennen en een mountainbike tocht. 

Vooral de racefiets gaf een mogelijkheid vooral de gemeten afstand van de fietscomputer te vergelijken met de GPS bepaling.

Het verschil tussen de cumulatieve GPS afstanden (per 5 seconden) en de fietscomputer bleek minder dan 100 meter te zijn . De grafiek van de kaart en de snelheid zijn duidelijk toegevoegde waarden.

De mountainbiketocht vertoond wat hiaten in de kaart maar door interpolatie van de ontbrekende trajecten is dit redelijk op te vangen. 

(Hard)Lopen.

Ook hier soms wat hiaten in de registratie door dichte begroeiing, maar meestal is redelijk een afstand en snelheid te bepalen. 

Conclusies 

GPS kan een simpel te gebruiken methode zijn voor afstand en snelheidsbepaling bij roeien. Tot apparatuur is ontwikkeld die direct aflezen tijdens en na de training mogelijk maakt zal postprocessing nodig blijven.

Verbetering kan nog gevonden worden in het gebruikt van DGPS/WAAS oplossingen en apparatuur met een betere tijdregistratie.

Ook voor andere sporten kan GPS een nuttige instrument voor de training zijn.

W.R. Muller

Breda 11 februari 2001