A resposta curta: com céu limpo, celulares modernos leem a velocidade dentro de meia milha por hora. A resposta longa envolve relógios atômicos, desvios Doppler e um truque de física dos anos 1970 que faz o seu celular ser surpreendentemente bom em te dizer a que velocidade você está. Aqui vai o quadro completo.
O número em que dá pra confiar
Para dirigir, pedalar ou correr no dia a dia com vista aberta para o céu, a velocidade por GPS mostrada em um iPhone ou Android recente é precisa em torno de ±0,5 mph (cerca de ±0,8 km/h). Isso é significativamente melhor do que o erro de 3 a 5 mph embutido em todo velocímetro de carro de fábrica, e muito melhor do que as pessoas presumem quando ouvem "GPS no celular".
A precisão vem de duas medições independentes que o celular combina. A maioria das explicações sobre GPS só descreve a primeira, por isso muita gente pensa que a velocidade por GPS é bem mais grosseira do que ela realmente é.
Método 1: posição ao longo do tempo
O jeito ingênuo de calcular velocidade a partir do GPS é registrar duas posições com um segundo de intervalo, calcular a distância entre elas usando a fórmula de haversine (a fórmula adequada para distâncias em uma esfera) e dividir pelo tempo decorrido. Distância sobre tempo é igual a velocidade.
Funciona, mas é barulhento. Cada leitura de posição tem o próprio erro de alguns metros. Quando o celular faz a diferença entre duas leituras desse tipo, ele amplifica esse erro. Um tremor de 3 metros em duas leituras consecutivas, com um segundo de intervalo, produz uma velocidade fantasma de aproximadamente 6,7 mph que não tem nada a ver com a sua velocidade real. Apps de GPS antigos que dependiam só desse método eram famosamente nervosos em baixas velocidades.
Método 2: o desvio Doppler
Todo satélite de GPS transmite em uma frequência portadora conhecida, 1575,42 MHz para a banda L1. Conforme você se aproxima ou se afasta de um satélite, a frequência chega no seu celular um pouco comprimida ou esticada, exatamente do jeito que uma sirene de ambulância muda de tom quando passa por você. A quantidade de desvio de frequência, medida contra a velocidade orbital conhecida do satélite, dá ao seu celular o componente radial do seu movimento em relação àquele satélite.
Com desvios medidos a partir de quatro ou mais satélites simultaneamente, seu celular consegue resolver diretamente o vetor tridimensional da sua velocidade. Crucialmente, esse cálculo não depende da posição do celular estar precisa. Depende da frequência, que o celular mede com precisão muito melhor do que a posição. A velocidade derivada do Doppler costuma ter precisão de 0,1 m/s, cerca de 0,2 mph.
Chips de GPS modernos calculam os dois números e reportam o mais confiável. Em uma cruzeira estável de rodovia, os dois métodos batem de perto. Parado, o método de posição é basicamente ruído, mas o método Doppler reporta zero corretamente.
O que corrói a precisão
O valor de ±0,5 mph pressupõe condições ideais. A precisão no mundo real depende de cinco fatores, em ordem mais ou menos decrescente de impacto:
- Visibilidade do céu. O celular precisa de linha de visão direta para pelo menos quatro satélites para calcular uma posição, e sete ou mais para uma solução robusta de velocidade. Em ambientes fechados, a precisão cai bruscamente ou falha por completo.
- Reflexão multipath. Em uma cidade com prédios altos, sinais de satélite quicam em vidro e metal antes de chegar até você. Os sinais refletidos percorreram um caminho mais longo, então o celular calcula uma distância maior e sua posição aparente oscila. É o clássico problema do "cânion urbano".
- Atraso atmosférico. Sinais viajam mais devagar pela ionosfera e troposfera do que pelo vácuo. O celular aplica um modelo para compensar, mas em dias de tempestade solar o modelo pode estar errado por um metro ou dois.
- Número de satélites. Celulares modernos ouvem GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou e QZSS, muitas vezes travando em 10 a 20 satélites de uma vez. A precisão melhora com mais satélites porque a geometria da solução fica melhor.
- Partida fria vs. fixação morna. Quando seu celular ficou desligado por muito tempo ou guardado em um ambiente tipo gaiola de Faraday, a primeira leitura de GPS depois de ligar pode levar 30 a 90 segundos para convergir. Uma vez que o chip tem uma fixação morna, as leituras seguintes atualizam muitas vezes por segundo.
O que "precisão" realmente significa na API
Quando uma página web ou um app chama a API de Geolocalização
do navegador, toda leitura de posição vem com um valor de
accuracy declarado em metros. Essa é a
semi-largura de um círculo de confiança de 68 por cento. Uma
precisão de 5 metros significa que sua posição verdadeira
está quase certamente dentro de 5 metros da leitura; uma
precisão de 50 metros significa que sua posição é mais ou
menos conhecida, mas não precisa.
O GPS Speedometer trata qualquer coisa abaixo de 25 metros de precisão como "GPS Pronto" e mostra um indicador verde de status. Acima de 25 metros, ele mostra "Adquirindo" e espera por uma fixação mais apertada. Na prática, você chega no estado verde em 5 a 30 segundos depois de sair ao ar livre.
Como os celulares se comparam a receptores de GPS dedicados
Um GPS automotivo dedicado, um receptor para topografia ou uma caixa de telemetria de corrida custam muitas vezes o que um celular custa e muitas vezes são só marginalmente mais precisos em velocidade. A antena menor do celular é compensada pelo processamento agressivo de sinal no chip e pelo acesso ao sistema multi-constelação. Para um usuário casual conferindo o velocímetro do carro ou registrando um passeio de bicicleta, a diferença entre um celular e uma caixa de GPS dedicada é desprezível.
Onde os receptores dedicados ganham é em precisão para topografia (centímetros, não metros), em operação contínua sob cobertura densa de árvores e em banda bruta (registrando a 100 Hz ou mais para arrancada). Conferência casual de velocidade não precisa de nada disso.
Como o GPS do celular se compara ao do carro
Um velocímetro de carro de fábrica marca 2 a 5 mph a mais por padrão. A velocidade por GPS do celular marca o valor verdadeiro dentro de 0,5 mph. Então, quando os dois discordam, o GPS é o honesto. Cobrimos isso em detalhe em por que o velocímetro do seu carro mostra um valor diferente do GPS.
Como o GPS do celular se compara a uma trena
Para um teste caseiro divertido: dirija a 30 mph estáveis por exatamente um minuto. Anote a leitura do hodômetro no começo e no fim. A distância esperada é de 0,5 milhas. Se o hodômetro do seu carro está calibrado de forma honesta, a distância derivada do GPS, vinda de um app de registro, vai bater dentro de uns poucos por cento. Carros mais antigos com pneus desgastados ou fora do original podem mostrar vários por cento de erro. Carros modernos costumam concordar dentro de 1 por cento.
Quando o GPS do celular erra
Existem modos reais de falha que vale a pena conhecer:
- Saídas de túnel. O chip de GPS do celular guarda em cache a última velocidade conhecida. Quando você sai do túnel, a velocidade do cache é mostrada por um ou dois segundos antes da nova fixação chegar. Se você freou bruscamente dentro do túnel, a velocidade mostrada fica alta demais até a nova fixação chegar.
- Viagens de trem. Dentro de um vagão metálico com vidros de janela que refletem sinal, o celular pode reportar sua velocidade como muito menor que a velocidade real do trem. O mesmo se aplica a elevadores e a estacionamentos de teto metálico.
- Paradas súbitas em descidas longas. O desvio Doppler assume um modelo de movimento contínuo. Mudanças muito súbitas de velocidade podem produzir um breve overshoot em qualquer direção antes de o chip estabilizar.
- Aparelhos mais antigos. Um celular com mais de 5 anos pode ter um chipset de GPS mais antigo que não suporta multi-constelação ou Doppler preciso. Esses celulares são notavelmente piores em baixas velocidades.
A conclusão prática
Para todos os casos do dia a dia (dirigir, pedalar, correr, fazer caminhada, navegar de barco com visibilidade do céu), um celular moderno rodando GPS é preciso o bastante para se confiar. Ele vai te dizer sua velocidade real dentro de meia milha por hora, em tempo real, sem precisar de calibração. O velocímetro web em gpsspeedometer.io usa exatamente o valor que o navegador entrega vindo do stack de GPS do sistema operacional, suavizado um pouco para não tremer.
Para o mergulho técnico em como o navegador expõe a velocidade do GPS para a página, veja como um navegador mede sua velocidade. Para conferir o velocímetro do seu carro contra o GPS, veja nosso guia para testar a precisão do velocímetro.