[實際路測GO!] 智慧型手機GPS定位功能比較

現在的智慧型手機GPS定位功能已列為標準配備之一,只要開啟定位功能,透過地圖軟體走到哪都可知道目前身在何方,尤其開車時也要仰賴著手機GPS定位以免迷路,對很多使用者來說實在方便!但定位準確性仍有許多障礙需要克服,例如最關鍵的問題就是定位精準度。一般消費者在使用手機GPS時,常發現手機定位GPS不給力,抑或者是所在位置的環境周邊房屋高樓層且密度高,可能會發生GPS定位速度慢、定位錯誤(Position Error)、失去GPS定位訊號(Signal Lost),或者定位嚴重偏移路線(Position Shift),這時該怎麼辦呢?

為了提高定位精準度,手機和GPS業者無不在力求精進。百佳泰測試團隊也特別針對智慧型手機的GPS定位功能,設計出不同路測環境來進行GPS實際路測,藉此比較手機之間的GPS定位能力。除了在不同的路測環境下找出GPS定位的失敗路線(Failure Route),並分析其失敗率(Failure Rate),同時也比較各手機GPS定位偏移情況以及環境影響偏移的程度。

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實際路測GPS智慧型手機(DUTs)規格

現今市面上的Android智慧型手機層出不窮,各家品牌又分先後不同年份或硬體規格,再加上GPS定位導航App的選擇也有很多種,使得分析比較的任務難上加難。因此本文只針對Android智慧手機機種實際路測,比較各手機的GPS定位功能表現。(以下手機排序並非測試結果排序)

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根據環繞在地球四周的衛星訊號進行定點定位,是目前汽車導航和智慧型手機都有提供的定位方式。在戶外可以接收天空訊號處,只要訊號足夠時偵測到定位都很精準,但當有遮蔽物阻擋來自天空的訊號時就會發生定位的困難。而手機內的GPS晶片(天線)主要作用是從GPS衛星收到信號並利用傳來的資訊計算手機的三維位置及時間。

在進入實際情況的測試比較前,先簡單說明一下我們的實際路測方式:

  • 手機GPS衛星定位系統: 手機內建GPS搭配同一家電信系統業者
  • 手機GPS衛星定位軟體與軌跡紀錄軟體: 統一使用Google map作為路測時路徑規劃軟體,在背景透過分析軟體擷取GPS log (註:本文所介紹的App以實際路測安裝時之版本為主)
  • 手機Android系統: Android 5.0 & Android 6.0.1

會影響GPS定位的效益成因有很多種,因此不同手機的選用必須針對技術規格事先做一番基本瞭解及比較。而此次實際路測,我們採用準確性高的GPS Golden Sample,做為路測的比較對象。

實際路測設計之環境

在實際路測行程上的運作則採取市區(Downtown)快速公路(Highway)。市區的部分,我們分為五個路線: 一般道路上方有高架道路遮蔽高樓巷弄靜止於高樓旁,以及多重分岔路口,分別進行實際路測。而快速公路的部分選擇高速公路的路線進行路測。

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實際路測發現

一般駕駛者在行駛當中,使用手機GPS定位的功能,大多都會在市區內,由於都市地區高樓林立的環境下,GPS訊號常出現飄移的現象,且駛入高架道路下或有高樓的巷弄,會造成短暫的GPS訊號遮蔽而中斷,而當接收器被建築物和地形地物遮蔽,只有極少可偵測衛星訊號時,亦增加GPS導航正確性的困難。

以下為我們在各種環境下,所執行的實際路測中挑選出來的重點路段分析:

1. 一般道路 (Normal Road)

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從圖1.1我們發現在一般道路的路段,Normal Road 1路段,Phone 1、3定位往下偏移,且呈現曲線型路線,Phone 2則是較輕微偏移。同樣在Normal Road 2路段(圖1.2),車輛行經路口後,Phone 2、3定位突然往上偏移。初步研判,在行經這些路段時,GPS定位可能是受到周邊房屋樓層且建築物密度變化的影響,使能接收到的訊號相對變少,訊號強度也會跟著受到影響。

值得注意的是圖1.3在Normal Road 3路段,我們發現實測5次中,其中有1次Phone 1、3定位在市區內指標性建築物前突然嚴重往下偏移,尤其是Phone 3大概有近42公尺的偏移,Phone 2則是較輕微偏移。其失敗率(Failure Rate)為20%。研判這個環境可能存在一段訊號模糊的盲區,易失去導航資訊並發生進出道路系統誤判的嚴重問題,導致使用者繞路、迷路等額外負擔。

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另外在圖1.4 Normal Road 4路段,Phone 1、3定位出現嚴重偏移,Phone 1還呈現不規則形線路,Phone 2則是較輕微偏移。我們研判當車子駛入高架橋下,GPS可能被遮蔽而導致定位發生偏移、亂跳、停頓等現象。而在Normal Road 5路段,Phone 1、3定位都出現嚴重偏移,Phone 1還呈現不規則形線路,相比之下,Phone 2則是較輕微偏移。這說明了快到高架橋時,短暫的GPS訊號被橋梁遮蔽而中斷可能是此路段GPS訊號比較差的最大原因。

2. 上方有高架道路遮蔽 (Overhead Road)

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在圖2.1 Overhead Road 1路段,4支手機的定位都會偏移,迴轉後,也不會馬上定位到正確的位置,判斷是此一路段高架與樓層林立影響了定位能力。反觀圖2.2可明顯看出在Overhead Road 2路段,Phone 1、2定位突然偏移,而Phone 3則是在市民大道四段時就開始往上嚴重偏移。Phone 3與Golden Sample有約36公尺之距離偏移,在這樣偏移過大的情況下,初步判斷Phone 3的訊號可能是被高架道路遮蔽(水泥實體障礙物)破壞、產生反射或折射現象,甚至失去衛星訊號或完全收不到訊號。

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3. 有高樓的巷弄 (Narrow Lane)

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此外像是高樓的巷弄,也出現類似GPS訊號較差的問題。當移至有高樓的巷弄,如Narrow Lane 1路段,我們發現圖3.1 Phone 3的定位偏移最為嚴重,其它2隻手機則介於Golden Sample跟Poor之間。同樣在Narrow Lane 2 路段 ,Phone 1、2和3定位皆出現偏移,其中Phone 3最嚴重。在這個路段發生誤差值過大狀況,可能因為當地環境(有高樓的巷弄)限制所影響。

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在Narrow Lane 3路段,此處是巷口轉彎處 ,Phone 1、2、3定位都出現偏移,其中Phone 3最為嚴重。此外,實測5次有1次在轉彎處,Phone 1、3定位出現嚴重偏移。研判轉彎處可能是受到道路間差距相當密集的影響,造成定位不易甚至定位不準的問題。

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4. 靜止於高樓旁 (Static Tracking with Tall Building)

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在圖4.1 Static Tracking with Tall Building處,黑色框框代表車子停靠位置,Phone 1、2定位雖然幾乎都是在定點上,但離實際擺放手機位置卻有一點落差,Phone 3定位則是嚴重的亂跳。

5. 多重分岔路口 (Multi Directional Intersection)

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Multi Directional Intersection 1路段 (圖5.1)會經過上快速道路的交流道,當行經此路段時,Phone1、2都定位正確,Phone 3則是定位在上快速道路的交流道。反之,準備從快速道路下橋時,Phone 2、3定位則出現偏移(圖5.2)。推測是在天空開闊度較佳之快速道路移動的關係,準備下橋時附近有遮蔽建築物影響了收訊而導致定位偏移。

 

將重點路段數據整理如下,3隻手機在不同的路段各有優劣,依照真實使用情況來看,Normal road路段因為上方並無建築物遮蔽偏移量應該越低越佳,Overhead Road的部分因為有橋樑高架等建築物遮蔽住衛星訊號,在此路段產生的偏移誤差相對於一般路段較大,Narrow Lane路段的部分因為對空衛星接收部分被建築物和路寬限制因此也會有較大的實際偏移產生,Static Tracking部分因為是停留原地,衛星定位飄移在此一情況下期望是能維持在一個較低的水準,至於多重分岔路口路段對於衛星正確位置的判斷,也考驗到GPS效能的一個真實表現,總結來說Phone 2是這次路測中表現相對良好的產品。(手機排序並非測試結果排序)

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透過此次的實際路測,讓我們依路測之數據,進一步去分析、比較智慧型手機的GPS定位功能,包括各手機GPS定位偏移情況以及環境影響偏移的程度。百佳泰以專業實驗室的測試角度觀察到環境於高樓林立的都市中,手機GPS定位飄移的狀況倍增。在瞭解GPS使用環境限制下,手機之間的GPS定位能力,還有造成GPS定位偏移的原因以及環境影響偏移的程度後,如何克服一些訊號遮蔽問題,增強在開闊度較差的環境定位能力將成為智慧型手機和GPS業者的新課題。

導航精準度日趨重要,絕大部分智慧型手機用戶對GPS定位的期許為在任何的環境之下(包括在干擾或遮蔽),智慧型手機都必須能提供最佳的定位精確度和可靠度。透過百佳泰設計的不同路測環境,將協助業者克服障礙、更貼近消費者的使用行為,進而取得消費產品市場領先商機。除了提供產品本身的數據表現以及和其他競品的比較之外,百佳泰亦可進一步協助廠商進行行動裝置各階段的測試驗證。針對行動裝置產品提供客製化的測試服務,詳見行動裝置產品驗證。透過我們專業的測試驗證,將能有效找出潛在性問題,以確保產品的穩定性及效能。百佳泰期許為客戶帶來更完整的服務,成為客戶合作的最佳選擇!

行動裝置產品驗證: http://www.allion.com.tw/mobile_validation.html