Ход урока: Калейдоскоп познавателных историй
Методы, используемые на уроке:
1) теоретические и практические задания;
2) эвристическая беседа;
3) объяснение;
4) иллюстрация.
1. Понятие GPS и принципы работы устройства
Система глобального позиционирования GPS (Global Positioning System) – это спутниковая система, разработанная и обслуживаемая Министерством Обороны США. GPS предоставляет возможность точного определения местоположения объекта на земной поверхности с помощью специального GPS-приемника. Координаты объекта предоставляются не зависимо от времени суток, погоды или любых других факторов. Принцип работы системы достаточно прост. GPS-приемник опрашивает группу спутников, имеющихся в видимости прибора (для определения координат достаточно 3х спутников) и на основе полученной информации выдает положение на местности: GPS-приемник посылает сигнал на каждый из трех спутников, и получает расстояние до каждого. По этим расстояниям определяются три сферы. Пересечение этих сфер дает 2 точки, но так как одна из них будет находиться либо над, либо под землей, то остается одна точка, которая и является координатой человека на поверхности земли. Для того чтобы GPS-приемник мог определять координаты, он, очевидно, должен иметь возможность обращаться к спутникам, а значит, в помещениях система работать не может. Современные приемники, как правило, опрашивают до 12 спутников. Так что основным отличием приемников между собой являются их встроенные картографические возможности, а так же интерфейс и дизайн. Очевидно, что чем больше спутников приемник имеет возможность опросить и чем больше разнесены эти спутники на небесной полусфере, тем более точными будут его показания. На данный момент точность определения координат любыми GPS-приемниками при нормальных условиях составляет не более 5-15 метров. Для того чтобы система функционировала, необходимо чтобы в видимой полусфере находилось не менее трех спутников. В настоящее время система состоит из 24 спутников. Министерство обороны США постоянно отслеживает показания часов спутников и высоту орбит, и периодически станции слежения посылают корректирующие сигналы на спутники.
2. Появление GPS
Толчок к развитию навигации с использованием космических аппаратов дал запуск в СССР первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Это событие произошло в 1957 году. Не секрет, что в любом подобном действии американцы видели угрозу для своей страны. Была поставлена задача следить за советским ИСЗ. Сигнал со спутника принимали на наземном пункте с известными координатами. Появился интерес к обратной задаче: расчет координат приемника на основе принятых со спутника сигналов. Так и возникла идея создания GPS. Система разрабатывалась в военных целях, однако позже стала понятна возможность ее бытового использования. И 1 мая 2000 года Президент Клинтон сделал заявление об отмене режима "selective availability". Правительство США признало GPS как популярную технологию, которая необходима во всем мире и в самых разных областях, от городской "скорой помощи" до разведки полезных ископаемых. С отменой ограничений пользователи GPS-приемников получили возможность определять координаты в 10 раз точнее, чем раньше.
3. Применение GPS
Погодные условия на GPS не влияют. Приемник способен одинаково хорошо "видеть" спутники и в туман, и в дождь. Поэтому одно из направлений использования GPS-приемников – туризм.
Применение в туризме
1. Определить расстояние до нужной точки и направление на нее.
Предположим, тропа уходит в лес, где-то в глуши которого находится озеро, а на берегу озера -наша цель. Ведет ли данная тропа к озеру, неизвестно. Может, да, а может, нет. Идти в густом лесу по компасу, строго придерживаясь одного и того же направления, тяжело (зачастую просто невозможно). Возьмем карту, по ней измерим расстояние и азимут до озера от той точки, в которой мы находимся сейчас. Введем эти данные в GPS, создадим точку (waypoint) "Озеро" и включим функцию движения к заданной точке (Goto). Теперь, как далеко мы бы ни отклонились от курса, GPS будет показывать направление на точку "Озеро" и расстояние до нее. Обращение к учащимся: Итак, давайте определим последовательность действий (алгоритм) для определения с помощью GPS-навигатора расстояния до нужной точки и направление на нее. Запишите самостоятельно предполагаемые действия.
После того, как ребята записали последовательность необходимых действий для решения нашей задачи, мы обсуждаем их и приходим к выводу, что она должна выглядеть так:
Шаг 1. загрузить карту
Шаг 2. найти нужную нам точку на карте
Шаг 3. исходя из нашего местоположения и местоположения нужной нам точки, система предложит несколько маршрутов, также система посчитает расстояние по каждому маршруту и укажет направление движения
2. Определить свое местоположение на местности.
Допустим, Вы находитесь на тропе, видимых ориентиров нет, но есть предыдущие координаты, измеренные по GPS и привязанные к карте (например, место ночевки у слияния двух рек). Нужно определить, сколько вы прошли и где находитесь. Для этого с помощью GPS определите текущие координаты, создайте точку и примените функцию Goto от этой точки к точке, соответствующей месту ночевки. GPS покажет расстояние и азимут. Вам остается отложить на карте расстояние в обратном направлении от места ночевки, и задача решена.
Обращение к учащимся: Итак, давайте определим последовательность действий (алгоритм) для определения с помощью GPS-навигатора свое местоположение на местности. Запишите самостоятельно предполагаемые действия.
После того, как ребята записали последовательность необходимых действий для решения нашей задачи, мы обсуждаем их и приходим к выводу, что она должна выглядеть так:
Шаг 1. загрузить карту
Шаг 2. система автоматически покажет точку на карте, где мы в данный момент находимся, и определит координаты, по которым можно сделать вывод о своем местоположении на местности
3. Определить точку возврата.
Очень часто в походе необходимо вернуться к нужной точке. Например:
1) "Радиалка". Нужно сходить и вернуться в лагерь.
2) Заброска/закладка. Часть продуктов (а иногда и снаряжения) прячется где-то на маршруте, чтобы забрать их, когда группа будет снова проходить поблизости.
3)Разведка. Вернуться к оставленному рюкзаку.
Не всегда можно полагаться на память. Рюкзаки, оставленные среди крупных камней или в таежной глуши ("под большим кедром"), легко потерять, особенно если вы возвращаетесь не по тому пути, по которому шли вначале. Это особенно актуально в одиночных походах, при плохой видимости, при неустойчивой погоде. Частный случай - запись участка пути (трека, track) во время разведки. Сбившись с пути или сделав кольцо, можно, используя GPS, легко вернуться на тропу. Особенно важно, если тропа малозаметна и/или видимость затруднена. Еще один хороший пример использования GPS - отметка по ходу движения удобных мест для стоянки, если вы собираетесь возвращаться тем же путем.
Обращение к учащимяся: Итак, давайте определим последовательность действий (алгоритм) для определения с помощью GPS-навигатора точки возврата. Запишите самостоятельно предполагаемые действия.
После того, как ребята записали последовательность необходимых действий для решения нашей задачи, мы обсуждаем их и приходим к выводу, что она должна выглядеть так:
Шаг 1. загрузить карту
Шаг 2. открыть список сохраненных маршрутов и выбрать нужный маршрут
Шаг 3. найти на этом маршруте точку к которой нужно возвратиться
Шаг 4. исходя из нашего местоположения и местоположения нужной нам точки, система предложит несколько маршрутов, также система посчитает расстояние по каждому маршруту и укажет направление движения
Применение в автомобильной отрасли
Охрана и слежение за передвижением автотранспортных средств
Различные производители охранных систем предлагают свои варианты систем, предназначенных для охраны и слежения за передвижением автотранспортных средств посредством глобальной спутниковой системы позиционирования GPS . Установка такой системы на автомобили позволяет контролировать передвижения автомобиля. Главное для частных автомобилистов, это возможность отследить передвижения автомобиля в случае угона, и благодаря информации о координатах машины, остается довольно большая вероятность того, что автомобиль вернется к своему владельцу. Другая возможность применения подобных систем может использоваться в логистике, где происходит перемещение большого количества товаров. Один из вариантов использования GPS в логистике – оснащение автомобилей перевозчиков GPS-приемника, и таким образом отслеживать движение товара и грузов. С помощью такой системы можно контролировать перемещение грузов и всегда иметь информацию о том, как скоро ожидаемый груз доедет до точки назначение. Система также призвана дисциплинировать водителей, оберегая их от соблазна задержаться где бы то ни было или использовать автомобиль в личных целях.
4. Подведение итогов урока
Итак, подведем итоги нашего урока. Погодные условия на GPS не влияют. Приемник способен одинаково хорошо "видеть" спутники и в туман, и в дождь. Таким образом, сфера применения систем на основе глобальной системы позиционирования достаточно широк, но наиболее целесообразно их использовать во всех сферах, связанных с перемещением объектов, будь то автомобили, суда, пассажиры, грузы и пр.
Давайте ответим на несколько вопросов (фронтальный опрос):
1) Дайте определение GPS;
2) Как работает GPS?
3) Что послужило толчком к развитию навигации с использованием космических аппаратов?
4) С какими целями первоначально разрабатывалась система GPS?
5) Когда GPS технология перешла в так называемое бытовое использование?
6) Где применяют GPS?
7) Как влияют на работу GPS погодные условия?
5. Домашнее задание
Разделиться на группы и в течение недели подойти к школьному лаборанту, который покажет вам на практике основные принципы работы с GPS-навигатором. Ваша задача – выполнить все шаги, которые мы сегодня записали:
1) для определения расстояния до нужной точки и направления на нее;
2) для определения своего местоположения на местности;
3) для определения точки возврата.
