专访 Apple Watch 团队：GPS 不起眼，但几乎决定一切

快与精准保障一切

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 向爱范儿介绍起 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，Apple 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 年爱范儿分享过 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。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 上，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 Series 8 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。我戴着 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 Wi-Fi、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。

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