专访 Apple Watch 团队：GPS 不起眼，但几乎决定一切

源自：爱范儿

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　　如果不是一个关注户外运动的人，你很难感知 GPS 在一块手表中的重要性。
　　2014年末，我在一家运动 app 公司负责运营工作，经常收到来自用户的吐槽：「我竟然会横穿湖面？」「我的轨迹比周杰伦还会漂？」「明明跑了 21 公里，凭什么吞我 1 公里，给我吐出来！」
　　不是软件算法差劲，问题出在定位上──一部分手机通过 LBS 基站定位，而非更为精确的 GPS。

　　使用 LBS 基站定位的手机，只要信号塔覆盖的区域，运营商就能通过三角定位确定你的位置。
　　走到信号区域外呢？就出现了「人在海上跑」的漂移轨迹。
　　相比之下 GPS 覆盖信号更广泛，只需搜索到 4 颗卫星，就能实现约 10米精度的定位。手机结合 GPS 和基站双重定位，算法能呈现出更精准的轨迹。

　　Apple Watch Series 8 与 Apple Watch Ultra
　　两年后，Apple Watch Series 2 第一次把 GPS 绑在了用户手腕上。
　　这一代起，出门运动不带手机进入了用户的生活。经过七年迭代，Apple Watch 不再是一款简单的运动智能手表，GPS 作用的场景也从运动延伸到了生活的方方面面。

GPS，关乎一切
　　当苹果产品营销总监 Eric Jue 向我介绍起 Apple Watch 上的 GPS，他说：
　　如今 Apple Watch 上的 GPS 关乎着你一整天的信息，甚至包括挽救生命。
　　比如你一打开手表，就能看到今日的天气状况；走到对应的位置，日历就会提醒你相关的备忘信息。
　　还有触发摔倒或车祸检测时，Appel Watch 会第一时间调用你的精确位置；还有在开发者端口，GPS 也带来了很多好玩的体验。

　　回忆 Apple Watch 的进化历程，GPS 一直小步慢跑但又很必要。
　　尽管 Series 2 中首次集成了 GPS，但它只是单模嵌入的设计，在楼宇密集的街道上仍然存在定位不准确的问题。所以，2017年苹果在 Series 3 上整合了 GLONASS、Galileo 和 QZSS多星定位系统，让定位速度和精度有所提升。
　　不过采用多星定位是一种妥协，多星意味着这块手表上的电老虎更贪婪。

　　图片来自 unsplash
　　不少全程马拉松选手佩戴 Series 3 记录跑步运动时，跑到第四小时左右，人还未到达终点，Apple Watch 就电量耗尽，无法继续记录数据了。
　　多星的必要在于，当你走在 CBD 密布的街道或是树荫遮挡的城中公园，Apple Watch 可以搜索更多的卫星信号，从而加快搜星成功的速度。同时融合不同卫星的定位，也能剔除掉一些不合常理的信号。
　　至此，Apple Watch 的定位系统打好了底层基础。

　　2017年爱范儿也分享了 Apple Watch Series 3 的体验
　　从 Series 4 到 Series 7，苹果不再往 GPS 的硬件上堆料，而是从算法下手，融合传感器在健康领域发光发热。
　　比如心率监测，它跟 GPS 不直接相关，但往往配合 GPS 技术一起使用。
　　通过 GPS 监测用户的位置、路线和距离，结合心率监测，Apple Watch 可以判断用户的运动状态。在高强度运动时，如果用户的心率超过预设阈值，Apple Watch 会发出警告信息，提示用户避免过度运动或过度疲劳。

　　还有摔倒检测与撞车检测，它们挽救生命的关键一步，就是依靠 GPS 信号发射的坐标信息。
　　而且让我印象深刻的是撞车检测。
　　去年我们用卡丁车撞击测试了这一功能，在实验结束回程的 1 小时里，Apple Watch 依然时刻监测被撞人的位置，并持续向紧急联系人发送坐标信息。

　　Eric Jue 对我说：
　　GPS 之所以能贯穿在 Apple Watch 的各项体验中，最主要的原因在于我们会将硬件配置与软件体验无缝融合。
　　无论是查看天气、设置提醒，还是求救坐标，Apple Watch 都离不开 GPS 的支持。而在 Apple Watch Ultra 面对更苛刻的户外和更专业的运动，GPS 的核心价值更加凸显。

强化，应对极限
　　去年 9月，苹果拿出第一个真正强化 GPS 的智能手表──Apple Watch Ultra，而这种强化也是软硬兼有。

　　硬件层面，Ultra 部署了双频 GPS。
　　最早应用于智能终端的 GPS 有两个频率：L1 用于公共用途，L2 用于军事用途。
　　后来出现的 L5 频段是为了航空安全而开发的，也是目前最先进的民用信号。相比 L1 它更能抵抗多径效应，精确码更快。

　　利用 L5 频段的优势，Ultra 可以在更极限的户外环境中，获得快且迅速的定位，另外还支持中国的北斗定位系统。
　　以可用的卫星数量来算，全球目前已经有 70多个轨道卫星可供 Ultra 定位使用。

　　Apple Watch Series8 也支持北斗定位
　　这也使得介绍到 Apple Watch Ultra 在 GPS 有何升级时，苹果的定位技术总监 Rob Mayor 表现出十足的信心。
　　越是挑战比较大环境，越能凸显 Apple Watch Ultra 定位能力。
　　在我的实际体验里，感知最明显的经历在去年 10月。
　　戴着 Apple Watch Ultra 徒步滇西进入梅里雪山，每天行进路线环境复杂，有森林茂密的山林，也有荒凉得只有碎石的无人之境。
　　四天的行程几乎一路无信号，但 Ultra 上每日记录的轨迹精细，甚至能看到我在休息点乱窜的样子。

　　定位快且精准的另一面，是软件上的调试。
　　Apple Watch Ultra 可以把 GPS 信息缓存在设备上面，而且维持长达一周的时间。这样一来就可以达到非常快速的定位。因为它已经缓存在设备上面，所以跳过了接收、解码卫星讯号的复杂过程。
　　Rob Mayor 说，Ultra 还继承了 iPhone 上的定位讯号融合的方式，结合 WiFi、蜂窝等多个信号源提高它的精确性。
　　像是在 GPS 信号无法进入的室内，或者从室内走向室外的变化环境里，缓存的定位信息也能减少 GPS 信号突然中断，对记录轨迹的影响。

　　为了让轨迹更精准，苹果研究了运动融合的算法。
　　Rob Mayor 解释道：
　　利用惯性传感器可以检测用户的行动动态，判断出他是在步行、跑步、骑行还是游泳。然后将这些运动模式与 GPS 信息进行融合，以进一步微调健身数据和定位准确度。
　　不同的运动，运动融合的算法也有不同，Rob Mayor 用跑步与游泳两项运动做了举例。
　　专业的跑者会在意双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。苹果会在识别跑步姿势后，用相应的算法微调记录数据。

　　游泳记录又是另一种方式。
　　虽然水下没有 GPS 信号，但大多人户外游泳时会选择自由泳，自由泳的姿势里手臂会有一半时间浮在水面。
　　只要 Apple Watch 识别出你的游泳动作，一旦手表在水面上，就会搜星跟踪及时定位。

　　对户外玩家来说，更精准的定位能带来极强的信心。
　　一方面是轨迹与付出保持一致，无论训练还是比赛都能得到诚实的反馈。另一方面是心底能有最后的保障，有如遇危险还能自救。

　　Ultra 推出的同时，还改版了指南针应用，并增加了回溯功能。
　　回溯功能可以记录用户走过的路线，返程时实时指引寻回原路。特别是在没有信号的情况下，GPS 会自动打开后台记录。即便用户忘记手动开启，也可以跟着自动记录的路线找回原路，确保安全下山。
　　上个月在竹林迷路的我，正是跟着回溯找回路线的用户之一。

　　应对这些更极限的场景，GPS 成了必不可少的核心需求。
　　采访的最后，Rob Mayor 说：
　　其实我们很早就开始了 GPS 技术的研究，每一代的 Apple Watch 中都有针对这一功能的创新。能推出 Ultra 这样一个定位能力是核心的产品，正是得力于我们往年累积的经验和技术研究的创新。
　　的确，苹果一直是家不求速度的公司，就如库克在推出初代 Apple Watch 后所说：
　　我们不是推出 MP3 播放器的第一家公司，不是推出平板电脑的第一家公司，也不是推出智能手机的第一家公司。但我们推出了第一款当代智能手机，也将推出第一款当代智能手表。
　　Apple Watch Ultra 自然不是第一个户外智能表，也不是首个部署双频 GPS 的智能手表。然而它留住了苹果骨子里的健康 DNA，也突破了智能手表难有的极限属性。
　　而这种继承与突破，离不开 GPS 作为底层支持的一切关联。