跑步记录的软件 专访 Apple Watch 团队：GPS 不起眼，但几乎无所不能
如果你不是一个注重户外运动的人，很难感知到GPS在手表中的重要性。
2014年底，我在一家体育APP公司负责运营，经常接到用户的投诉：“我居然能过湖？” 吞我一里，吐出来！”
不是软件算法差，问题出在定位上——有些手机是通过LBS基站定位的，而不是更精准的GPS。
对于使用LBS基站定位的手机，只要是信号塔覆盖的区域，运营商就可以通过三角测量确定你的位置。
走出信号区怎么办？ 接着出现了“人在海上奔跑”的漂移轨迹。
相比之下，GPS覆盖的信号范围更广，只需要搜索4颗卫星就可以实现定位，精度在10米左右。 手机结合GPS和基站双定位，算法可以呈现更精准的轨迹。
▲ Apple Watch 8 和 Apple Watch Ultra
两年后，Apple Watch 2 首次将 GPS 绑在了用户的手腕上。
从这一代开始，不带手机出门锻炼就进入了用户的生活。 经过七年的迭代，Apple Watch不再是单纯的运动型智能手表，GPS功能的场景也从运动延伸到生活的方方面面。
全球定位系统，一切
当 Apple 产品营销总监 Eric Jue 向我介绍 Apple Watch 上的 GPS 时，他说：
Apple Watch 上的 GPS 现在与您的一天息息相关，甚至可以挽救生命。
例如，一打开手表，就可以看到今天的天气情况； 当你走到相应位置时，日历会提醒你相关提醒信息。
此外，当触发跌倒或车祸检测时，Appel Watch会第一时间呼叫您的精确位置； 而在开发者端口，GPS也带来了很多好玩的体验。
回顾 Apple Watch 的演变历程，GPS 一直在慢跑但又是必要的。
虽然首次集成了GPS 2，但只是单模嵌入式设计，在楼宇密集的街道上依然存在定位不准确的问题。 因此，2017年，苹果在3上集成了多星定位系统，QZSS多星定位系统，提升了定位速度和精度。
不过采用多星定位是一种妥协，多星意味着这只表上的电老虎更加贪心。
▲ 图片来自
许多全程马拉松赛跑者会佩戴 3 来记录他们的跑步记录。 当他们跑到大约第四个小时，还未到达终点时，Apple Watch 就会没电，无法继续记录数据。
多卫星的需求在于，当你走在CBD人口稠密的街道或阴凉的城市公园时，Apple Watch可以搜索到更多的卫星信号，从而加快搜索成功的速度。 同时，通过整合不同卫星的定位，也可以消除一些不合理的信号。
至此，Apple Watch的定位系统已经奠定了基础。
▲ 2017年，爱范儿也曾分享过Apple Watch 3的使用体验
从4到7，苹果不再在GPS硬件上堆砌，而是从算法入手，融合传感器在健康领域大放异彩。
例如，心率监测与 GPS 没有直接关系，但通常与 GPS 技术结合使用。
通过GPS监测用户的位置、路线和距离跑步记录的软件，结合心率监测，Apple Watch可以判断用户的运动状态。 在高强度运动过程中，如果用户的心率超过预设阈值，Apple Watch 会发出警告信息，提醒用户避免过度运动或过度疲劳。
还有坠落检测和碰撞检测，这是挽救生命的关键步骤，依赖于 GPS 信号传输的坐标信息。
真正让我印象深刻的是碰撞检测。
我们去年用卡丁车撞车测试了这个功能。 在实验结束后的 1 小时返程中，Apple Watch 仍在监测被击中者的位置，并持续向紧急联系人发送坐标信息。
Eric Jue对我说：
GPS之所以能够贯穿Apple Watch的每一次体验，主要是因为我们将硬件配置和软件体验无缝融合。
无论是查看天气、设置提醒，还是呼叫求救坐标，Apple Watch 都离不开 GPS 的支持。 面对Apple Watch Ultra上要求更高的户外、更专业的运动，GPS的核心价值就更加凸显。
强化，应对极限
去年 9 月，苹果推出了第一款真正增强 GPS 的智能手表——Apple Watch Ultra，而这种增强也是软硬兼备。
在硬件层面，Ultra采用了双频GPS。
最早应用于智能终端的GPS有两个频率：L1公用，L2军用。
后来出现的L5频段是为航空安全而开发的，是目前最先进的民用信号。 比L1更能抵抗多径，精确编码更快。
利用L5频段优势，Ultra可以在更极端的室外环境中获得快速快速的定位，同时还支持中国的北斗定位系统。
从可用卫星数量来看，目前全球有70多颗轨道卫星可供Ultra定位。
▲ Apple Watch 也支持北斗定位
这也让苹果定位技术总监 Rob Mayor 在介绍 Apple Watch Ultra 的 GPS 升级时表现出了十足的信心。
越是具有挑战性的大环境，越能凸显Apple Watch Ultra的定位能力。
在我的实际体验中，最明显的观感体验是在去年10月份。
戴着Apple Watch Ultra，徒步走进云南西部的梅里雪山。 每一天，我都在复杂的环境中穿梭，从森林茂密的山峦，到只有碎石的荒凉无人区。
四天的行程一路几乎没有信号，但Ultra上的日常轨迹记录还算可以，甚至在休息点都能看到我在东奔西跑。
快速准确定位的另一面是软件调试。
Apple Watch Ultra 可以在设备上缓存 GPS 信息长达一周。 这可以实现非常快速的定位。 因为它已经缓存在设备上，所以跳过了接收和解码卫星信号的复杂过程。
Rob Mayor表示，Ultra还继承了互联网上的定位信号融合方式，将Wi-Fi、蜂窝等多种信号源结合起来，提高其精度。
例如在GPS信号无法进入的室内，或者从室内到室外不断变化的环境中，缓存的定位信息也可以减少GPS信号突然中断对记录轨迹的影响。
为了让轨迹更准确，苹果研究了运动融合的算法。
Rob Mayor 解释说：
惯性传感器可以检测用户的运动动态，判断他是在步行、跑步、骑车还是游泳。 然后将这些运动模式与 GPS 信息融合，以进一步微调健身数据和定位精度。
不同的运动有不同的运动融合算法。 Rob Mayor 以跑步和游泳为例。
专业跑者会关心手臂的摆动是否会影响GPS信号，进而影响跑步轨迹和姿势测量的准确性。 苹果在识别跑步姿势后，会使用相应的算法对记录数据进行微调。
游泳记录是另一种方式。
虽然水下没有GPS信号，但大多数人在户外游泳时都会选择自由泳。 在自由泳姿势中，手臂有一半时间会浮在水面上。
只要 Apple Watch 识别出你的游泳动作，一旦手表在水面上，它就会搜索卫星跟踪并及时定位。
对于户外玩家来说，更精准的定位能带来极大的信心。
一方面，轨迹和努力是一致的，无论训练还是比赛都能得到诚实的反馈。 另一方面，心里也能有最后的保障，遇到危险可以自救。
随着 Ultra 的推出， 应用程序也进行了改进并添加了回溯功能。
回溯功能可以记录用户走过的路线，返回时实时引导用户返回原路线。 特别是在没有信号的情况下，GPS会自动开启后台录制。 即使用户忘记手动开启，也可以按照自动记录的路线寻找原路，确保安全下降。
上个月我在竹林迷了路，我是跟随回溯寻找路线的用户之一。
为了应对这些更极端的场景，GPS成为必不可少的核心需求。
在采访的最后跑步记录的软件，Rob Mayor 说：
其实我们很早就开始了GPS技术的研究，每一代Apple Watch都有针对这个功能的创新。 能够推出Ultra这款以定位能力为核心的产品，得益于我们多年来积累的经验和技术研发的创新。
的确，苹果一直是一家不求速度的公司，正如库克在推出初代 Apple Watch 后所说：
我们不是第一家推出 MP3 播放器的公司，也不是第一家推出平板电脑的公司，也不是第一家推出智能手机的公司。 但我们推出了第一款现代智能手机，我们还将推出第一款现代智能手表。
Apple Watch Ultra 当然不是第一款户外智能手表，也不是第一款部署双频 GPS 的智能手表。 但它保留了苹果骨子里健康的DNA，也突破了智能手表难得一见的极限属性。
而这种传承与突破，离不开各协会GPS作为底层支撑。