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Sportwatch, sistemi satellitari e nuoto in acque libere: cosa è necessario sapere?

Sportwatch, sistemi satellitari e nuoto in acque libere: cosa è necessario sapere?

Come si comportano gli sportwatch in acque libere? Il tracking funziona bene o il sistema satellitare perde il segnale? Quali accorgimenti prendere per registrare correttamente l’attività? Rispondere a queste domande serve per capire che spesso non è colpa dell’azienda che produce un prodotto ma dell’utilizzatore che non lo utilizza in maniera opportuna.

Dai vari gruppi online dedicati agli sportwatch molti utenti hanno lamentato nel corso del tempo, da brand a brand e nel corso dei vari modelli la perdita di segnale satellitare durante l’attività di nuoto in acque libere. Per comprendere il motivo bisognerebbe conoscere come si propaga un segnale nel mezzo (riflessione, rifrazione, diffusione, assorbimento) e quali sono le fonti di attenuazione durante la propagazione dell’onda elettromagnetica. Ma non essendo in un corso di fisica avanzato la facciamo breve (ma non troppo) e alla portata di tutti senza perdita di generalità.

TEORIA DELLA PROPAGAZIONE (il minimo necessario)

1- Il tipo di propagazione del segnale satellitare nel mezzo e nell’interfaccia influenza la precisione della posizione. In particolare in acque libere abbiamo 2 mezzi di propagazione: acqua e aria. Di conseguenza abbiamo l’interfaccia acqua-aria o viceversa dove vi sono particolari condizioni al contorno quando si risolvono gli integrali nell’analisi della propagazione. Mentre l’aria non è un problema, l’acqua a causa delle sue caratteristiche fisiche è un grosso problema. Ma lo è ancor di più l’acqua salmastra perché ha una maggiore conduttività! Prima conclusione da tenere in mente: nuotate in acqua dolce è meglio rispetto a nuotare in mare perché il segnale si attenua meno, non vi intimorite adesso capirete.

2- Il segnale satellitare viene teoricamente perso ogni volta che l’orologio è sott’acqua (seconda conclusione: tanto maggiore è la profondità di immersione dell’orologio dal pelo dell’acqua e tanto maggiore è il tempo di permanenza, tanto maggiore sarà la probabilità di perdita del segnale). Il mezzo acqua infatti per le sue caratteristiche intrinseche, che adesso vediamo, attenua molto. Il video che dovrebbe passarvi in testa per capire il concetto e ricordarvi è la differenza di velocità tra aria e acqua quando si spara: il proiettile va molto veloce in aria e molto lento in acqua. Perché? Perché l’attenuazione dell’oggetto è maggiore. L’attenuazione del segnale elettromagnetico (EM) diminuisce con l’aumento della conduttività del mezzo ma anche con l’aumento della frequenza del segnale. Formalmente:

Se guardate in tabella l’attenuazione dovuta all’acqua marina capite bene il problema ingegneristico. A meno che non nuotate in acqua distillata (risatina stupida)!

Legando anche la variazione dell’attenuazione in funzione della frequenza abbiamo un’ulteriore attenuazione poiché i segnali satellitari lavorano nell’ordine dei GHz e l’attenuazione aumenta all’aumentare della frequenza (siamo cioè fottuti alla grande):

Questo spiega anche il motivo per cui quando si deve lavorare in acqua si lavora a basse frequenze nella banda degli ultrasuoni. Ma aimhè per altri motivi i satelliti devono lavorare ad alte frequenze e perciò il problema persiste qualunque sportwatch di qualunque marca e modello acquistiate.

3- Gli algoritmi delle varie aziende sono tanto migliori quanto più riescono a minimizzare la perdita di segnale con sistemi di processing/fitting. Perciò tipicamente la differenza tra un Suunto, un Polar, un Garmin etc.. in acque libere è spesso dettata dal firmware piuttosto che dall’hardware.

ACCORGIMENTI DA RISPETTARE PRIMA DI INIZIARE LA REGISTRAZIONE

1- Entrate nelle impostazioni di sistema e scegliete la rilevazione GPS dei dati ogni secondo, per ottenere un disegno più accurato della vostra traccia dopo che avrete scaricato i dati. Attivate più reti satellitari per migliorare la registrazione, come GPS+GLONASS e se disponibile dal vostro modello anche GALILEO

2- Attendi che l’orologio trovi i segnali satellitari prima di iniziare l’attività. Cioè vai sull’attività senza iniziarla e aspetta l’aggancio dei satelliti. Se possibile, dopo che il segnale è stato trovato aspetta ancora qualche minuto prima di iniziare l’attività. Questo permetterà di “completare l’avvio” e consentirà all’orologio di scaricare le informazioni necessarie dai satelliti.

3- Se non esiste l’attività nuoto outdoor nel tuo modello di sportwatch utilizza un’altra attività che fa uso dei satelliti come la corsa, o bici outdoor e poi successivamente potrai cambiare il tipo di attività una volta fatta la sincronizzazione.

4- Durante la nuotata, assicurati che il braccio su cui indossi l’orologio fuoriesca nettamente dall’acqua [1].
Nota: alcuni stili di nuoto, come ad esempio il nuoto a rana, potrebbero non essere adatti per l’attività natatoria in acque libere poiché l’orologio resterà principalmente sotto la superficie dell’acqua, bloccando il segnale GPS

5- Per ottenere risultati di monitoraggio migliori, è consigliabile mettere l’orologio attaccato ad una boa a noi collegata (quelle che utilizzano i sub vanno bene e migliorano anche visibilità e di conseguenza la sicurezza), in modo che rimanga sempre sul mezzo di propagazione aria ed utilizzare una fascia cardio toracica per monitorare la frequenza cardiaca.

6- Il sensore della frequenza cardiaca al polso infatti potrebbe non fornire letture accurate poiché l’acqua che passa sotto l’orologio influisce sulla capacità del sensore di rilevare con precisione la frequenza cardiaca. Per il nuoto consigliamo vivamente di utilizzare un sensore toracico di frequenza cardiaca.  N.B: Il sensore ELEVATE del Fenix 6, nella stessa versione presente anche su Forerunner 245 e 945funziona anche in acqua.

QUALI SONO I BRAND e MODELLI MIGLIORI IN TERMINI DI PRECISIONE DEL GPS?

Quanto è preciso il segnale GPS in generale? Uno studio scientifico del 2020 [2] ha messo in comparazione diversi modelli durante un’ultramaratona:

Garmin serie Fenix (GFX), serie: 1, 2, 3
Garmin XT (GXT), serie: 305, 310, 735, 910, 920
Garmin Forerunner (GFR), serie: 25, 35, 220, 225, 230, 235, 610, 620, 630
Activity watches (ACT), modelli: Garmin VivoActive, Fitbit Surge, Samsung Gear 2 and 3, Apple Watch)
Suunto (STO): Ambit 2, 2R, 2S; Ambit 3 Sport, Peak, Run; Spartan
TomTom (TOM): TomTom
Polar (PLR): Runner 1, 2, 3; Multisport
Smartphone (CEL): cell phones

Ai partecipanti è stato chiesto di avviare l’attività del proprio dispositivo contemporaneamente al colpo di pistola di partenza. I loro tempi di gara sono stati registrati mentre attraversavano i tappetini di cronometraggio alle seguenti distanze: 16 km, 28 km, 42,2 km, 50 km e 56 km. I dati sono stati comparati per ogni segmento. I risultati sono stati che: GXT, GFR, STO TOM e PLR presentano errori complessivi inferiori rispetto a CEL and GFX. Ovvero la serie Fenix (GFX) serie 1, 2, 3 non è così precisa come ci si sarebbe aspettati!! (non sempre il costo giustifica il risultato). In terzo luogo, gli errori sembrano essere maggiori nelle sezioni collinari della corsa con più curve (segmenti 3, 4 e 5) rispetto alla sezione più piatta e rettilinea (segmento 2). Chiaramente questo studio valuta la serie ma non i singoli modelli su cui sarebbe interessante disquisire. Ma vi sono altri studi [3] che valutano l’errore dei vari dispositivi durante una maratona addirittura su 85 modelli GPS.
Ecco quindi che la risposta alla domanda qual’è il miglior sportwatch da comprare è: DIPENDE. Tutto dipende dallo scopo principale, e per trovare quello migliore bisogna leggersi la letteratura scientifica (se proprio vogliamo essere rigorosi) o affidarsi all’esperienza empirica dei vari utenti nel web (se vogliamo essere spartani).

REFERENCES

[1] Downey, David J., and Kristin M. Massoth. “Swim watch.” U.S. Patent No. 7,889,085. 15 Feb. 2011. https://patents.google.com/patent/US8638229B2/en

[2] Kuiken, Todd A., M. M. Lowery, and N. S. Stoykov. “The effect of subcutaneous fat on myoelectric signal amplitude and cross-talk.” Prosthetics and orthotics international 27.1 (2003): 48-54. https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1747954119899880

[3] J. Lluch, M. Rebollo, A. Calduch and R. Molla, “Precision of Wearable GPS in Marathon Races,” in IEEE Consumer Electronics Magazine, doi: 10.1109/MCE.2020.2986820.

TEST PRATICO

Nel primo test molto improvvisato e poco attento ai consigli che vi abbiamo dato è stato utilizzato il Garmin Forerunner 235 con attivo GPS + Glonass, senza rilevazione al secondo, senza boa e senza fascia toracica. Il risultato dal punto di vista del tracking è stato positivo e non vi è stata perdita di segnale (o meglio se c’è stata è stata ben compensata dagli algoritmi). Sono stati registrati anche i battiti ma non avendo indossato una fascia toracica non sappiamo quanto siano attendibili. Nei prossimi test saremo più accurati. Qual’è stata la vostra esperienza con il vostro sportwatch? Siamo curiosi! Scrivetelo nei commenti.

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