pro gps

background image

GPS-Protokoły

5

Jak wykonać pomiary przy pomocy GPS?
Protokół: Podstawowe pomiary prowadzone przy pomocy GPS
Protokół: Pośredni pomiar przy pomocy GPS

background image

GPS-Protokoły

6

Jak wykonać pomiary przy pomocy GPS

Przygotowanie

Miejsce prowadzenia badań

Uczniowie muszą określić szerokość, długość geograficzną oraz wysokość nad poziomem

morza w miejscach, gdzie znajduje się szkoła, która jest centrum Obszaru Badawczego
Programu GLOBE, dla badań atmosfery, biologii, hydrologii, wilgotności gleby, pokrycia
terenu oraz charakterystyki gleby. Program GLOBE zapewnia dostęp do satelitarnego,
ręcznego odbiornika GPS. Patrz Rys. GPS-P-1. Zanim pożyczysz odbiornik powinieneś
określić położenie stanowisk, w których uczniowie będą przeprowadzać pomiary
w nadchodzącym roku.
Tabela GPS-1: Miejsca wykonywania pomiarów za pomocą GPS

Miejsce prowadzenia badania

Miejsce pomiarów z GPS

Szkoła

Główne wejście

Miejsce prowadzenia badania atmosfery

Miejsce ustawienia klatki meteorologicznej i
deszczomierza

Miejsce prowadzenia badań hydrologicznych Miejsce pobierania próbek wody
Miejsce prowadzenia badań biologicznych

Środek obszaru 30m

×30m gdzie wykonywane

są systematyczne pomiary biometryczne

Miejsce prowadzenia badania pokrycia terenu Środek każdego obszaru 90m

×90m gdzie

dokonuje się oceny pokrycia terenu

Miejsce prowadzenia badania charakterystyki
gleby

Miejsce gdzie znajduje się profil glebowy

Miejsce prowadzenia badania wilgotności
gleby

Położenie środka gwiazdy lub środka
transektu

Lokalizacja Miejsc prowadzenia badań atmosfery i wilgotności gleby powinna być na

terenie o dobrej widoczności, tam odbiór satelitarny będzie na ogół dobry, natomiast Miejsca
prowadzenia badań hydrologicznych i biologicznych mogą być przysłonięte gęstymi
koronami drzew, a zatem mieć słaby odbiór sygnału GPS. Położenie szkoły jest wyznaczone
przez ścianę frontową lub główne wejście, zwykle budynek blokuje do pewnego stopnia
odbiór satelitarny. Aby rozwiązać ewentualne problemy złego odbioru sygnału GPS należy
zastosować protokół Pośredni pomiar GPS.

Częstotliwość

Szerokość i długość geograficzną oraz wysokość każdego miejsca badania należy zmierzyć

tylko raz i wyniki przesłać do Programu GLOBE.

Przyrządy do pomiarów GPS

Program GLOBE posiada odbiorniki GPS, którymi na co dzień opiekuje się University

Navstar Consortium w skrócie UNAVCO. Szkoły w Polsce, które uczestniczą w Programie
GLOBE, mogą prosić krajowego koordynatora o wypożyczenie GPS:

Kontakt: e-mail:

globe@gridw.pl.;

tel.: (022) 6274623

Można również znaleźć dostęp do innych odbiorników GPS np. u lokalnych badaczy lub

pożyczyć je od Straży Pożarnej czy służb leśnych. Należy jednak pamiętać, że muszą one
spełniać wymogi podane w Instrumentarium. Niektóre szkoły kupują własne odbiorniki GPS,

background image

GPS-Protokoły

7

ceny tych urządzeń maleją. Z powodu ograniczonej liczby odbiorników w naszym
posiadaniu, akceptujemy dane uzyskane przy pomocy innych odmian GPS. Dlatego zawsze
należy podać nazwę odbiornika GPS, podczas wpisywania danych do Internetowego arkusza
danych.

Rysunek GPS-P-1: Przykładowy ręczny odbiornik GPS. Program GLOBE nie rekomenduje
żadnych konkretnych rodzajów, czy modeli GPS.

System lokacyjny używany w Programie GLOBE musi odpowiadać specyfikacji

rządowego serwisu GPS Stanów Zjednoczonych pozwalającej na osiągnięcie dokładności do
100 metrów. Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje można obejrzeć listę
dydaktycznych stron Internetowych poświęconych GPS. UNAVCO stwierdziło, że średnia
z 15 pomiarów wykonanych z pomocą odbiorników GPS w odstępach jednominutowych
z reguły redukuje błąd pomiaru do wartości mniejszej niż 30 metrów.

Inżynierowie, którzy zbudowali i zaprogramowali twój odbiornik GPS określają położenie

na podstawie odległości do czterech lub więcej satelitów. Odległości te można wyznaczyć
znając położenie satelitów i mierząc w miliardowych częściach sekundy różnice czasu
przebiegu sygnałów nadawanych z tych satelitów. Wiele szczegółów działania systemu GPS
zostanie przedstawione w trakcie przeprowadzania doświadczeń.

background image

GPS-Protokoły

8

Protokół:
Podstawowe pomiary prowadzone przy

pomocy GPS

Cel

Określenie szerokości i długości geograficznej oraz wysokości n.p.m. głównego wejścia

do szkoły lub drzwi frontowych oraz miejsc badania Programu GLOBE, gdy odbiór
sygnałów satelitarnych nie jest blokowany przez budynki lub drzewa
Przegląd

Do pomiaru szerokości i długości geograficznej oraz wysokości n.p.m. będzie używany

odbiornik GPS
Czas

Pomiar trwa od 15 do 60 minut na każdym stanowisku

Poziom nauczania

Wszystkie

Częstotliwość

Pomiar jednorazowy

Główne pojęcia

Odwzorowanie długości i szerokości geograficznej

Umiejętności

Czytanie mapy
Posługiwanie się odbiornikiem GPS
Używanie szerokości i długości geograficznej do sporządzania map

Środki dydaktyczne

Jeden odbiornik GPS
Arkusz roboczy protokołu GPS

Przygotowanie

Wybranie miejsca i przyniesienie na nie odbiornika GPS i arkusza do rejestrowania

wyników
Uwarunkowania

Nie ma

Procedura

Każdy pomiar powinien zostać wykonany średnio w ciągu 25 minut po przybyciu na

stanowisko pomiarowe

Przed pomiarami

Należy zdecydować, gdzie chcemy wykonać pomiary, pamiętając o tym, że przeszkody

takie, jak drzewa mogą pogarszać jakość sygnału satelitarnego.

background image

GPS-Protokoły

9

Podczas pomiarów

1. Co najmniej dwóch uczniów powinno wykonywać pomiary. Muszą mieć ze sobą arkusz

do zapisywania wyników i odbiornik GPS. Jeden będzie obsługiwał GPS, a drugi zapisywał
wyniki.

2. Instrukcja obsługi odbiornika GPS: Naciśnij jeden raz guzik on/off aby włączyć

odbiornik. Obróć antenę tak, żeby pokazały się dane oznaczające szerokość, długość
i wysokość. Możesz trzymać w ręku odbiornik lub położyć go, ale pamiętaj, żeby nie
zasłaniać antenie nieboskłonu. Schemat odbiornika GPS pokazany jest na rysunku GPS-P-2.

3. Należy poczekać, aż odbiornik wskaże, że ma łączność z co najmniej czterema

satelitami, co umożliwi dobry pomiar (z ekranu znikną wtedy “2D” i ikona sygnalizująca
stan). Ikona stanu odbiornika pokazana jest na Rys. GPS-P-3. W innych modelach ikony te
mogą wyglądać inaczej.

4. Dokonaj 15 pomiarów w jednominutowych odstępach. W tym czasie nie przesuwaj

odbiornika więcej, niż o jeden metr. Na Arkuszu do notowania danych położenia stanowisk
badawczych zapisz wszystkie cyfry i symbole następujących wyświetlających się wartości:
szerokości geograficznej, długości, czasu, wysokości, ikon stanu

5. Wyłącz odbiornik

Po pomiarach

6. Uśrednij wszystkie 15 pomiarów szerokości, długości i wysokości.

W Działaniach poznawczych GPS, w rozdziale Praca z kątami pokazane jest jak uśredniać
kąty uzyskane w pomiarach. Ponadto strona WWW, gdzie wprowadza się dane z pomiarów
GPS, odsyła do innej strony, gdzie można takie uśrednianie wykonać.

7. Upewnij się czy twoje wyniki mają sens.
Powinieneś być w stanie mniej więcej określić twoją szerokość i długość geograficzną

patrząc na globus lub mapę terenu. Chociaż jest właściwie niemożliwe, żeby GPS wyświetlał

Rysunek GPS-P-2: Schematyczny rysunek
przykładowego odbiornika GPS

background image

GPS-Protokoły

10

nieprawdziwe dane, chyba, że jest popsuty. Jeżeli jesteś przekonany, że jest uszkodzony,
skontaktuj się z UNAVCO, w celu wymiany odbiornika. Pragniemy, abyś mógł
przeprowadzić pomiary bez trudu i skutecznie. Nie chcielibyśmy, żebyś się zniechęcił do
badań z powodu wadliwych narzędzi.

8. Zanotuj wszystkie dane dotyczące położenia twojego stanowiska badawczego, które

uzyskałeś przy pomocy GPS i prześlij je do Uczniowskiego Servera Danych Programu
GLOBE.

Postępuj zgodnie z tym protokołem na każdym stanowisku badawczym. Wskazówki są

dostosowane do specyfiki odbiorników GPS, które aktualnie są udostępniane przez GLOBE.
Miej na uwadze, że różne odbiorniki GPS mogą mieć inne instrukcje. Z powodu różnic
w czasie lokalnym w różnych strefach czasowych, odbiorniki UNAVCO są dostrojone do
Czasu Uniwersalnego (UT), który jest taki sam, jak Średni Czas Greenwich (GMT), czyli
czas na ziemskim południku 0. Bez względu na to jakim odbiornikiem GPS się posługujesz,
zawsze zapoznaj się z dołączoną przez producenta instrukcją, żeby dowiedzieć się, jakie
cechy ma dany instrument i jak można sobie poradzić z problemami, o których tutaj nie
piszemy.

Jeśli masz inny odbiornik GPS, dopasuj go, na ile to możliwe, do naszych wskazówek, ale

zrób to w sposób konsekwentny. Odbiornik inny, niż GPS dostarczany przez Program
GLOBE powinien być ustawiony tak, żeby:

– Wyrażał długość i szerokość w całych stopniach, minutach, dziesiątych i setnych

częściach minuty (tzw. „minutach decymalnych” w odróżnieniu od zwykłej miary kątowej
podawanej w minutach i sekundach kątowych) z dokładnością do 0,01 minuty.

– Pokazywał Czas Uniwersalny (UT) w godzinach, minutach i sekundach.
– Używał danych z mapy WGS-84 i wskazywał wysokość w metrach.

Co zrobić, jeśli pojawiają się problemy?

Czas potrzebny do odebrania sygnałów z niezbędnej liczby satelitów

Po włączeniu odbiornika GPS potrzebuje on od trzech (z reguły) do 20 (w najgorszym

przypadku) minut, aby odebrać satelitarne sygnały z takiej liczby satelitów, które gwarantują
dobre pomiary. Odbiorniki UNAVCO są wyposażone w baterie. Jeśli GPS nie włącza się po
naciśnięciu guzika on/off, wtedy trzeba je wymienić na nowe.

Odbiornik nie wyświetla szerokości i długości

Odbiornik oprócz „Położenie 1” ma wiele innych funkcji, więc początkowo po

uruchomieniu GPS mogą wyświetlać się inne dane. Zajrzyj do załączonej instrukcji obsługi
i użyj tych funkcji po wykonaniu pomiarów położenia. „Położenie 1” dostarczy ci
niezbędnych informacji do wykonania pomiarów twojej pozycji. Po eksperymentowaniu
z wyświetlaniem innych danych, wciśnij guzik LOC, żeby powrócić do funkcji „Położenie 1”
(Location 1).

Rysunek GPS-P-3: Ikony stanu na wyświetlaczu odbiornika GPS dostarczanego przez
UNAVCO

background image

GPS-Protokoły

11

Pokazuje się ikona stanu lub ikona złej jakości sygnału

Nie rejestruj danych jeśli pojawiają się ikony pokazane na Rys. GPS-P-3. Prawdopodobnie

ikony znikną, jeśli odbiornik nie jest przesłonięty i „widzi” satelity. Musisz chwilę zaczekać
lub nieznacznie się przesunąć. Jeżeli osoba wykonująca pomiar stoi zbyt blisko odbiornika
lub grupa osób się nad nim nachyla, to odbiór satelitarny jest zakłócony. Może to
spowodować chwilową utratę sygnału i pojawienie się ikony. Odsuń się lub trzymaj odbiornik
wyżej. Jeśli stanowisko znajduje się pod drzewami lub jest zadaszone odbiornik może nie być
w stanie połączyć się z wymaganymi czterema satelitami. Jako że, satelity poruszają się po
niebie, warto ponowić próbę później, być może otrzymamy lepsze wyniki. Jeśli z powodu
przeszkód problemy utrzymują się wykonaj Protokół pośredniego pomiaru GPS.

Wiele szkół na całym świecie korzysta z niewielkiej liczby naszych odbiorników GPS.

Eksperymentuj i baw się, kiedy jesteś w posiadaniu tych instrumentów, ale zwracaj
pożyczone GPS w terminie, żeby umożliwić przeprowadzenie badań następnej szkole.

Przekazywanie wyników pomiarów uzyskanych z pomocą GPS

Po wykonaniu w terenie pomiarów za pomocą GPS i uśrednieniu danych dotyczących

położenia, prześlij uzyskane wyniki na Arkuszu przekazywania danych. Wzory arkuszy są
zawarte w Przewodniku dla nauczycieli w części Załączniki do odpowiednich badań.
W załączniku to tego badania znajduje się Arkusz przekazywania danych określających
położenie szkoły. Szerokość i długość powinny być zaokrąglone do najbliższej 0,01 minuty
tak jak wyświetla odbiornik. Prosimy, żeby dane każdego Miejsca badania zawierały:

Notowane wartości

Jednostki

Uśredniona długość

Stopnie, minuty

Uśredniona szerokość

Stopnie, minuty, np. 35 stopni 20,27 minut Płn.

Uśredniona wysokość

Metry

Czas rozpoczęcia pomiarów

Rok, miesiąc, dzień, czas uniwersalny (UT), minuty

Typ odbiornika

Numer UNAVCO lub producenta, numer modelu i serii

Inne

Informacje zgodne z wymaganiami

background image

GPS-Protokoły

11

Badania przy pomocy GPS

Arkusz danych roboczych

Rysunek GPS-P-4: Przykładowy Arkusz danych roboczych GPS

background image

GPS-Protokoły

13

Protokół:
Pośredniego pomiaru przy pomocy GPS

Cel

Określenie szerokości i długości geograficznej stanowiska, na którym nie można

dokonać dokładnego pomiaru GPS
Przegląd

Jeśli dla wybranego przez nas stanowiska badawczego nie możemy za pomocą GPS

określić jego długości i szerokości geograficznej, prosimy uczniów, aby przesunęli się na
południe lub na północ do takiego miejsca, gdzie dokładny pomiar będzie możliwy. Po
zarejestrowaniu szerokości i długości geograficznej tego miejsca, uczniowie zmierzą
odległość, która dzieli ich od stanowiska badawczego. Na tej podstawie obliczą jakie jest
położenie wybranego wcześniej stanowiska badawczego.
Przewidywany czas

Jedna jednostka lekcyjna

Częstotliwość

Jeden raz dla każdego stanowiska

Poziom nauczania

Średni i zaawansowany

Główne pojęcia

Obliczanie szerokości i długości geograficznej danego miejsca znając położenie punktu

znajdującego się w pobliżu

Deklinacja magnetyczna

Umiejętności

Ustalanie lokalnej deklinacji magnetycznej
Posługiwanie się kompasem w celu wyznaczenia geograficznej północy i południa
Mierzenie długości przy pomocy taśmy
Wyznaczanie położenia danego miejsca na podstawie położenia innego punktu
Dodawanie i odejmowanie kątów mierzonych w stopniach i minutach

Środki dydaktyczne

Odbiornik GPS
Kompas
Taśma miernicza
Ołówek i pióro
Arkusz danych roboczych pośredniego pomiaru GPS służący do notowania pomiarów i

obliczenia wyników
Przygotowanie

Wybranie tych miejsc badania, dla których chcemy określić położenie za pomocą GPS,

ale z powodu słabego sygnału nie możesz wykonać bezpośredniego pomiaru.

Określenie lokalnej deklinacji magnetycznej (patrz niżej).

Uwarunkowania

Rozumienie protokołu pomiarów GPS
Znajomość geometrii

background image

GPS-Protokoły

14

Wprowadzenie

Co zrobić jeśli nie można wykonać pomiarów szerokości i długości geograficznej miejsca

badania, ponieważ satelitarne sygnały GPS są zakłócane przez gęste listowie lub budynek?
Patrz Rysunek GPS-P-5.

Możesz przenieść się niedaleko poza stanowisko badawcze, gdzie twój odbiornik będzie

odbierał sygnały satelitarne. Wtedy po zmierzeniu kierunku kompasowego i odległości
pomiędzy twoim stanowiskiem badawczym, a miejscem dokonania pomiarów z GPS,
będziesz mógł określić położenie stanowiska badawczego. W zasadzie, żeby określić
położenie twojego stanowiska potrzebna ci będzie wiedza z zakresu trygonometrii. Jeśli
jednak skierujesz się dokładnie na północ lub południe, będziesz mógł wyznaczyć szerokość
i długość geograficzną stanowiska odwołując się jedynie do arytmetyki i podstawowych
wiadomości o naszej planecie.

Nasza planeta jest prawie kulą. Wszystkie koła na obwodzie przechodzące przez równik

i oba bieguny są tej samej rozmiaru wielkości i nazywają się południkami. Dzieląc obwód
Ziemi wynoszący 40 074 kilometrów przez 360 stopni, przekonamy się, że na jeden stopień
obwodu przypada 111,32 kilometrów. Dzieląc to ponownie przez 60, stwierdzimy ile
kilometrów lub metrów przypada na jedną minutę obwodu (1,855 km/min czyli 1855 m/min).
Odbiorniki GPS z reguły podają położenie z dokładnością do najbliższej 0,01 minuty, co
odpowiada 18,55 metrom szerokości na Ziemi. Dlaczego GPS podają wyniki z dokładnością
do 0,01 minuty? Patrz GPS Działania poznawcze Praca z kątami.

Jeśli przesunęliśmy się dokładnie na północ lub południe, to znając odległość między

naszym stanowiskiem badawczym a miejscem przeprowadzania pomiarów, możemy określić
różnicę ich szerokości geograficznej.

Dla typowego dystansu będzie to ułamek minuty kątowej.

Deklinacja magnetyczna

Bieguny magnetyczne Ziemi nie pokrywają się dokładnie z biegunami geograficznymi.

Bieguny magnetyczne powoli się przemieszczają. Obecnie północny biegun magnetyczny jest
zlokalizowany na Terytoriach Północnych Kanady w odległości około 11 stopni kątowych od
północnego bieguna geograficznego. Ponadto, właściwości magnetyczne skorupy ziemskiej
nie są wszędzie jednakowe. Te różnice powodują lokalne zaburzenia pola magnetycznego
Ziemi.

W konsekwencji, kierunek północy magnetycznej, który pokazuje nam igła magnetyczna

kompasu na ogół różni się o kilka stopni od kierunku północy geograficznej. Tę różnicę
nazywamy deklinacją magnetyczną.

Deklinacja magnetyczna zależy od twojego położenia. Na przykład blisko wybrzeża

atlantyckiego w Północnej Karolinie w USA, igła magnetyczna wskazuje kierunek około 8,5

Rysunek GPS-P-5: Miejsce z widokiem na
satelitę GPS i miejsce osłonięte

background image

GPS-Protokoły

15

stopni na zachód od północy geograficznej. W Wisconsin w USA ciągu bieżącego roku
deklinacja magnetyczna zmieniła się o około jedną dziesiątą stopnia, co pokazuje, że w czasie
twojego życia mogą nastąpić znaczące zmiany, a wtedy współczesne wykresy i mapy

Rysunek GPS-P-6 Południki, wymiary, równoleżniki

Jak ważne jest dokonywanie korekty tego potencjalnego źródła błędu? Gdybyś posługując

się kompasem chciał przejść 100 metrów na północ wzdłuż wybrzeża Północnej Karoliny,
bez skompensowania wynoszącej 8,5 stopnia lokalnej deklinacji magnetycznej, znalazłbyś się
około 15 metrów na zachód od linii geograficznej północy. Jeśli chciałbyś ustalić, w którym
pikselu o wymiarach 30 na 30 metrów na obrazie z Landsata w danej chwili się znajdujesz, to
pomijając deklinację magnetyczną mógłbyś się pomylić o cały piksel.

Możesz poznać wartość i kierunek lokalnej deklinacji magnetycznej pytając naukowców

lub kogoś kto zajmuje się topografią albo posługuje się mapami morskimi lub lotniczymi.
Możesz też sam odczytać deklinację magnetyczną z map nawigacyjnych.

Rysunek GPS-P-7: Uczniowie robią pomiary i wypełniają Arkusz danych roboczych
pośredniego pomiaru GPS

Południki

Promień

Średnica

Obwód

background image

GPS-Protokoły

16

Jak określić położenie stanowiska badawczego na podstawie
pośrednich pomiarów GPS

1. Udaj się na wybrane stanowisko i zaznacz je. Spróbuj wykonać protokół GPS.

Sprawdź, czy dobry pomiar z pomocą GPS jest wykonalny.

2. Posługując się kompasem wyznacz północ magnetyczną. Następnie korygując kierunek

o lokalną deklinację magnetyczną wyznacz północ geograficzną.

3. Przesuń się na północ lub południe do najbliższego punktu na otwartej przestrzeni,

gdzie będziesz mógł dokonać poprawnego pomiaru GPS. To będzie twoje miejsce
zastępcze.

4. Wykonaj Protokół Pomiarów GPS i zanotuj szerokość oraz długość geograficzną.

Zaznacz, że są to pomiary wykonane w miejscu zastępczym.

5. Zanotuj czy miejsce zastępcze znajduje się na północ czy na południe od twojego

stanowiska badawczego.

6. Zmierz i zanotuj odległość pomiędzy miejscem zastępczym, a twoim stanowiskiem

badawczym. Upewnij się czy dobrze wykonałeś pomiar taśmą mierniczą stosując
technikę mierzenia krokami opisaną w dziale Pokrycie terenu/Badanie biologiczne w
procedurze Wyznaczanie długości kroku.

7. Podziel otrzymany dystans przez 1855m/minutę, żeby uzyskać w minutach kątowych

różnicę szerokości geograficznych miejsca zastępczego i stanowiska badawczego.

8. Dodaj lub odejmij tą wartość od zmierzonej wartości szerokości, aby otrzymać

szerokość stanowiska badawczego. Patrz Dzałania poznawcze – Praca z kątami.
Długość geograficzna stanowiska badawczego i miejsca zastępczego są takie same.

Rysunek GPS-P-8: Przykładowy Arkusz danych roboczych pośredniego pomiaru GPS


Document Outline


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:

więcej podobnych podstron