NOAA-National Ocean Service Bildung Ich weiß, wo Sie sind!

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Schlüsselwörter

Global Positioning System
GPS
Trilateration
Maßstab
Geocaching

Hintergrundinformation

Der Global Position System (GPS) ist ein System zur genauen die geographische Position eines Punktes auf der Erde zu bestimmen. GPS-Geräte sind Standard-Tools für die Navigation an Bord von Flugzeugen und Handelsschiffe und werden immer beliebter unter Rucksacktouristen, Sportfischer und in privaten Autos. GPS-Daten werden in vielen anderen Anwendungen, als auch, wie Vermessung, Raumplanung und Katastrophenvorsorge verwendet.

Die geographische Lage von einem bestimmten Ort auf der Erde wird durch die horizontalen Koordinaten (Breitengrad und Längengrad) und Elevation (siehe http://oceanservice.noaa.gov/education/lessons/meet_geodesy.html) für zusätzliche Diskussion über geographische Position definiert und zu koordinieren Systeme). Das Grundkonzept GPS Basiswert ist die Idee, dass die geografische Position eines unbekannten Ort kann durch Messung des Abstandes von dieser Stelle zu drei Referenzpunkte, deren Position bekannt ist, bestimmt werden. Diese Methode zur Positionsbestimmung wird als Trilateration bekannt (oft fälschlicherweise genannt “Triangulation,” Welches ist das Verfahren für die Suche nach Positionswinkel, wobei anstelle der Abstand zwischen einem unbekannten Punkt und zwei oder mehrere Referenzpunkte). Besuchen Sie http://en.wikipedia.org/wiki/Trilateration für eine ausführlichere Diskussion.

Die Referenzpunkte für GPS sind 24 Satelliten, ins Leben gerufen, betrieben und von der US-Luftwaffe gehalten (eigentlich 24 Satelliten ist die Mindestanzahl erforderlich, so dass mindestens vier Satelliten sind immer sichtbar von jedem Punkt auf der Erde, aber es gibt in der Regel ein einige Backup-Satelliten im Orbit als auch). Die anderen wesentlichen Komponenten des Systems sind ein globales Netz von Bodenüberwachungsstationen und Benutzer, die GPS-Empfänger haben, die Signale von den Satelliten und Prozessinformationen aus den Signalen Position zu berechnen erfasst werden. Die Standorte von Bodenüberwachungsstationen sind genau festgelegt, und diese Stationen liefern Daten zu den Satelliten über ihre exakte Position. In der US-GPS wird weiterhin durch ein Netzwerk von Hunderten von stationären, permanent der Einsatz von GPS-Empfängern erweitert kontinuierlich bekannt GPS-Referenzstationen (CORS) Betrieb. CORS kontinuierlich GPS-Funksignale empfangen und Positionsdaten an die nationale Raumbezugssystem (NSB) von NOAA betrieben übertragen’s National Geodetic Survey. CORS-Daten ermöglicht GPS-Benutzer Mit der Genauigkeit ihrer Koordinaten auf den Zentimeter Ebene zu bestimmen. Besuchen Sie http://www.ngs.noaa.gov/PUBS_LIB/develop_NSRS.html für weitere Informationen über CORS und der NSB.

Ein GPS-Empfänger berechnet die Entfernung zu einem auf Höhe der Zeit basierten Satelliten für ein Funksignal von dem Satelliten erforderlich, um den Empfänger zu erreichen. Die Satelliten und Empfängern enthalten beide genaue Uhren (die Satelliten enthalten eine Atomuhr, die viel genauer als die Empfänger ist,’ Uhr, jedoch) und in regelmäßigen Abständen sowohl sie ein Signal erzeugen, das zur gleichen Zeit beginnt. Wenn das Signal von dem Satelliten empfangen wird, jedoch scheint es, später als das Signal von dem Empfänger aufgrund der Zeit, die für das Signal vom Satelliten zum Empfänger zu reisen erzeugt zu beginnen. Diese Zeitverzögerung ist gleich dem Abstand zwischen dem Satelliten und dem Empfänger proportional. Es ist ähnlich wie jemand ihre Hände vor einem großen Gebäude Klatschen: Die Person hört das Echo von ihrem klatschen nach dem Klang des klatschen sich wegen der Zeit, für die Schallwellen erforderlich ist, um das Gebäude zu reisen und wieder zurück. Da der Abstand vom Gebäude zunimmt, nimmt auch die Zeitverzögerung zwischen dem ursprünglichen Klang des klatschen und das Echo. Der Empfänger berechnet die Zeitdifferenz zwischen den beiden Signalen, und wandelt diese in eine Entfernungsmessung. Das Signal von dem Satelliten enthält auch Informationen über seine Position sowie die Zeit des Signals’s-Übertragung von der Atomuhr bestimmt. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.trimble.com/gps/index.html.

Vier Satelliten werden typischerweise verwendet, um die dreidimensionale Position eines Standortes auf der Erde zu bestimmen. Ein Grund dafür ist, dass drei Satelliten aufzubauen tatsächlich zwei mögliche Positionen für ein Objekt; da aber eine davon in der Regel nicht möglich ist (beispielsweise eine Position, die in der Erde oder im Weltraum) kann die wahre Position oft aus drei Satelliten allein ausgearbeitet werden. Ein vierter Satellit, obwohl eliminiert die “unwahr” Position und bietet auch eine Möglichkeit für Fehler bei der Empfängertakt zu korrigieren, und verbessert damit die Genauigkeit der berechneten Position. Wenn mehr als vier Satellitensignalen zur Verfügung stehen, kann die Genauigkeit der berechneten Position weiter verbessert werden. Besuchen Sie http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_geodesy/geo09_gps.html für weitere Diskussion dieses Konzepts.

Die Höhe einer bestimmten Stelle auf der Erde ist in der Regel als die Höhe des Ortes über globale mittlere Meeresspiegel oder orthometrisch Höhe gegeben. Globale Meeresspiegel wird durch eine imaginäre Gestalt namens das Geoid definiert. Elevation von GPS gemessen wird, nicht mit dem Geoid referenziert, sondern stattdessen zu einer anderen mathematisch definierte Form ein Ellipsoid Referenz genannt. Der Referenz Ellipsoid ist eine Annäherung an das Geoid, so Höhe gemessen von GPS ist eine Annäherung von orthometrisch Höhe. Besuchen Sie http://www.oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_geodesy/geo03_figure.html für weitere Diskussion des Geoids.

Zusammen mit einer Vielzahl von praktischen Anwendungen hat sich die GPS-Technologie die Grundlage für eine neue Generation von Spielen im Freien geworden. “Geocaching” (ausgesprochen “geo-Einlösungen”) Ist im Grunde eine klassische “Schatzsuche” Spiel, in dem das Objekt ein GPS-Empfänger zu verwenden, um die spezifische Breite und Länge eines verborgenen Behälter (oder manchmal nur einen bestimmten Ort) zu navigieren. Seit der Gründung im Jahr 2000 haben geocaching Spiele in allen 50 Staaten entstanden und über 100 Ländern (besuchen Sie die offizielle Geocaching-Website unter http://www.geocaching.com für weitere Informationen). Einer der vielen Variationen von geocaching ist ein Spiel bekannt als “Benchmarking.”

Benchmarks sind Objekte, die Referenzpunkte auf der Erde markieren’Oberfläche. Diese Bezugspunkte sind Teil eines nationalen Koordinatensystem bekannt als National Spatial Reference System (NSB). Entwickelt und gepflegt von der NOAA’s Landesvermessung (NGS) stellt die NSB die Grundlage für Transport, Kommunikation, Mapping und eine Vielzahl von wissenschaftlichen und Engineering-Aktivitäten. Die wichtigsten Komponenten des NSB sind:

  • Ein einheitliches Koordinatensystem, die Breite, Länge definiert, Höhe, Umfang, Schwerkraft und Orientierung in den Vereinigten Staaten;
  • Ein Netzwerk von dauerhaft gekennzeichnet Referenzpunkte;
  • Ein Netzwerk von kontinuierlich arbeitenden Referenzstationen (CORS), die auf Bewegungen der Erde up-to-the-minute Informationen bietet’s Oberfläche; und
  • Eine Reihe von präzise Modelle, die dynamische geophysikalische Prozesse beschreiben, die räumlichen Messungen beeinflussen.

In Benchmarking-Spiele, suchen Spieler für NSB Benchmarks. Die bekanntesten Arten von Benchmarks sind Bronzeplatten in Beton Gehäuse gesetzt, aber Navigationslichter, Wassertürme, Kirchtürme und viele andere Objekte können Benchmarks als gut. Das Ziel des Spiels ist es, eine bestimmte Benchmark und nehmen ein digitales Bild zu finden auf der offiziellen Webseite geocaching zu veröffentlichen. Die NGS hält Daten für jeden Maßstab, der auf seine genaue Lage, Geschichte, und viele weitere technische Details detaillierte Informationen enthält. Benchmarks in einem bestimmten Bereich kann mit Hilfe einer Suchmaschine auf der gleichen Website (http://www.geocaching.com/mark) werden entfernt. Zur Wiederherstellung der gesamten Datenblätter für Benchmarks, verwenden Sie die NGS-Datenblatt Retrieval Seite bei http://www.ngs.noaa.gov/ und klicken Sie auf “Datenblätter” in der Menüleiste am oberen Rand der Seite. Man beachte, dass ein GPS-Empfänger für immer in der allgemeinen Nähe eines bestimmten Maßstab nützlich ist, aber die tatsächliche “finden” wird in der Regel mit sehr detaillierten Ortsbeschreibungen von der Benchmark erreicht’s Datenblatt.

In dieser Lektion werden die Kursteilnehmer geografische Standorte auf einer Karte lokalisieren die gleichen Methoden, die vom Global Positioning System verwendet werden.

Lernverfahren

  • Teile dieser Lektion werden von einem GPS-Lernaktivität angepasst, hergestellt durch das CHICOS (California High School Cosmic ray Observatory) Projekt, bei dem Schulen in Los Angeles, CA-Bereich für den Nachweis von ultrahochenergetischer kosmischer in einem Netzwerk von Websites teilnehmen Strahlen (http://www.chicos.caltech.edu/classroom/GPS/GPSActivity1.html).
  • Da die in dieser Lektion verwendeten Techniken können in den Vereinigten Staaten an jedem Ort angewendet werden, können Sie Ihr eigenes Arbeitsblatt mit geographischer Merkmale von Ihrer Gemeinde oder einem anderen Ort zu schaffen, mit denen die Schüler vertraut sind.
    1. Um für diese Lektion vorbereiten:
    • Lesen Sie die Informationen über das Global Positioning System bei http://oceanservice.noaa.gov/topics/navops/positioning/ und http://www.sco.wisc.edu/gps/index.php; Sie sollten auch Informationen über Koordinatensysteme zu überprüfen: http://oceanservice.noaa.gov/education/lessons/meet_geodesy.html. und das Nationale Räumliches Referenzsystem an: http://www.geodesy.noaa.gov/INFO/OnePagers/One-Pager_NSRS.pdf (1,5 Mb, 1 Seite)
    • Kopieren Sie die “GPS-Koordinaten-Gitter” auf klaren Acetat (OHP-Folie), eine Kopie für jeden Schüler oder Studentengruppe. Wenn es die Zeit begrenzt ist oder Studenten keinen Internetzugang haben, können Sie auch Kopien von topographischen Karten (Teil A machen wollen auf dem Schüler-Arbeitsblatt “GPS-Herausforderung” unten).
    1. Wiederholen Sie kurz die Konzepte des Global Positioning System. Seien Sie sicher, dass die Schüler verstehen den Unterschied zwischen Triangulation und Trilateration und wie geografische Breite und Länge verwendet werden, um die Position von bestimmten Punkten auf der Erde zu beschreiben’Oberfläche. Diskutieren Sie die Idee, die hinter Geocaching-Spiele, und sicher sein, Schüler wissen, was “Benchmarks” sind.
  • Geben Sie jedem Schüler oder Schülergruppe eine Kopie des “GPS Challenge-Arbeitsblatt,” das “GPS-Koordinaten-Gitter,” und “Tabelle 1.” Sagen Sie den Schülern, dass ihre Aufgabe ist es, die grundlegenden Prinzipien des GPS zu verwenden, um bestimmte Funktionen auf einer topographischen Karte lokalisieren.
  • Bewertung Studenten’ Antworten auf Fragen auf dem Arbeitsblatt. Die richtigen Antworten sind:
    • Punkt 1 ist an oder in der Nähe des Triumph-Mine.
    • Punkt 2 ist in der Nähe von einem Feldweg
    • Punkt 3 ist an oder in der Nähe des North Star-Mine.
    • Punkt 4 ist an oder in der Nähe des Courier-Mine.
    • Punkt 5 ist an oder in der Nähe der Stadt Triumph.
    • Punkt 6 ist am oder nahe dem Reservoir neben der Lucky G-Mine.
    • Punkt 7 ist an oder in der Nähe von einem Haufen von Abraumhalden.
    • Die Erhebung von Punkt 8 ist 6612 ft.
    • Ein Benchmark am Punkt liegt 9 würde in der Mitte eines Absetzbeckens (ein Teich, der flüssigen Bergbauabfällen enthält).
    • Die Erhebung von Punkt 10 ist 7749 ft.

    Die Brücke Verbindung

    Die Brücke ist eine wachsende Sammlung Online Meeresbildungsressourcen. Es bietet Pädagogen mit einer bequeme Quelle für nützliche Informationen über die globalen, nationalen und regionalen Meereswissenschaften Themen. Pädagogen und Wissenschaftler Überprüfung Standorte für die Brücke ausgewählt, um sicherzustellen, dass sie korrekt und aktuell sind.

    http://www.vims.edu/bridge/ – In dem “Site Navigation” Menü auf der linken Seite, klicken Sie auf “Ozean Wissenschaft Themen,” dann “Menschliche Aktivitäten,” dann “Technologie,” für Links zu anderen Ressourcen über Satellites & Fernerkundung.

    Das “Mich” Verbindung

    Besuchen Sie http://cfa-www.harvard.edu/space_geodesy/ATLAS/applications.html für ein Arbeitsblatt, dass die Schüler fragt, ein System zu entwerfen, das GPS-Empfänger integriert, und Schüler dazu ermuntert, zu prüfen, wie GPS könnte in ihr tägliches Leben integriert werden ( Bestandteil des Projekts ATLAS (Assisted Transnationale Learning künstlicher Satelliten verwendet wird), einem multidisziplinären, internationalen Bildungsangeboten Projekt, in dem die Schüler im Alter zwischen 12 bis 14 Jahren aus der ganzen Nutzung Satellit und Internet-Technologien Welt über die Welt zu lernen, in dem sie Leben.

    Erweiterungen

    1. Lassen Sie die Schüler bereiten ein “Benchmarking Herausforderung” Spiel von anderen Schülern zu lösen:
    1. Verwenden Sie Ressourcen beschrieben in “Hintergrund” Informationen für Benchmarks in der Nähe einer bestimmten Gegend abzurufen;
    2. Suchen Sie diese Benchmarks auf einem geeigneten topographische Karte erhalten, wie in Anhang A beschrieben;
    3. Finden Satelliten-Entfernungen für den Standort mehrerer Benchmarks;
    4. Fordern Sie andere Studenten die Breite und die Länge der Benchmarks ihre Entfernungsdaten und eine entsprechende Karte gegeben zu finden.

    Ressourcen

    http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_geodesy – “Global Positioning / Geodäsie Tutorial” von NOAA’Nationalen Ocean Service.

    http://oceanservice.noaa.gov/topics/navops/positioning/ – NOAA’Nationalen Ocean Service Webseite auf dem Global Positioning System.

    http://www.pbs.org/wgbh/nova/longitude/gps.html – “GPS: Die neue Navigation,” ein Shockwave-Spiel, das erklärt, wie das Global Positioning System (GPS) funktioniert.

    http://www.pbs.org/wgbh/nova/shackletonexped/navigate/find.html – “Finden Sie Ihr Länge Shockwave Learning Aktivität;” eine andere Shockwave-Spiel von PBS.

    http://www.nasm.si.edu/exhibitions/gps/ — Eine visuelle Einführung in die GPS von der Smithsonian Institution’s National Air and Space Museum.

    http://sciencespot.net/Pages/classgpslsn.html – GIS & GPS-Ressourcen & Unterrichtsplan Links von The Science-Spot.

    http://www.trimble.com/gps/index.html – GPS-Tutorial von Trimble Navigation, Ltd.

    http://www.unavco.org/edu_outreach/resources.html – Website für UNAVCO, ein Konsortium von Forschungseinrichtungen, deren Aufgabe es ist, die Geowissenschaft durch Vorschieben hochpräzise Techniken zur Messung und das Verständnis Krusten Verformung zu fördern. mit Links zu Bildungsaktivitäten GPS und GPS-Tutorials

    National Science Education Standards

    Inhalt Standard B: Physical Science

    Inhalt Standard D: Erde und Weltraumforschung

    • Ursprung und Evolution des Erdsystems

    Inhalt Standard E: Wissenschaft und Technik

    • Fähigkeiten zu technologischen Designs
    • Verständnis von Naturwissenschaft und Technik

    Inhalt Standard-F: Wissenschaft in persönlichen und sozialen Perspektiven

    Wissenschaft und Technologie in lokalen, nationalen und globalen Herausforderungen

    Ozean-Literacy wesentlichen Prinzipien und Grundbegriffe

    Grundprinzip 7. Der Ozean ist weitgehend unerforscht.

    • Grundkonzept d. Neue Technologien, Sensoren und Werkzeuge erweitern unsere Fähigkeit, das Meer zu erkunden. Ozean-Wissenschaftler sind mehr und mehr auf Satelliten angewiesen, Drifter, Bojen, unterseeischen Observatorien und unbemannte Unterwasserfahrzeuge.
    • Grundkonzept e. Die Verwendung von mathematischen Modellen ist heute ein wesentlicher Bestandteil der Meereswissenschaften. Modelle helfen, die Komplexität des Ozeans zu verstehen und seiner Wechselwirkung mit dem Weltklima. Sie verarbeiten Beobachtungen und helfen, die Wechselwirkungen zwischen den Systemen zu beschreiben.

    Ich weiß, wo du bist !

    Schülerarbeitsblatt – GPS Herausforderung

    Ihre Herausforderung ist es bestimmte Punkte auf einer Karte mit den gleichen Methoden, die vom Global Positioning System verwendet zu lokalisieren. Sie benötigen ein gedrucktes Exemplar “TriumphMap.pdf.” (Siehe Anhang A, wie einer topographischen Karte für Informationen zu erhalten, diese Datei zum Herunterladen). Dies ist ein Teil eines US-Geological Survey topographische Karte für den Nähe von Triumph, Idaho, einem historischen Bergbaustadt.

    1. Drei GPS-Satelliten sind für diese Herausforderung verwendet. Die Position des GPS-Satelliten # 1 entspricht der rechten oberen Ecke der Karte (ca. 43°39’46” N, -114°13’30” W). Die Position des GPS-Satelliten # 2 entspricht der rechten unteren Ecke der Karte (ca. 43°37’59” N, -114°13’30” W). Die Position des GPS-Satelliten # 3 entspricht der linken unteren Ecke der Karte (ca. 43°37’59” N, -114°16’30” W). Zeichnen Sie einen kleinen Kreis an jedem dieser Orte und den Kreis mit dem entsprechenden GPS-Satelliten Nummer beschriften.
  • Tabelle 1 zeigt die Entfernungen zu GPS-Satelliten # 1, # 2 und # 3 von verschiedenen Punkten auf der Karte. Um einen bestimmten Punkt zu finden, verwenden Sie einen Reißzirkel einen Bogen zu konstruieren, die auf GPS-Satelliten # 1 mit einem Radius gleich dem Abstand in Tabelle 1. Wenn Ihr Kompass gewonnen zentriert ist’t öffnen genug, um den vorgegebenen Abstand zu setzen, können Sie ein Stück Schnur gebunden zwischen zwei Bleistifte verwenden können, um den Bogen zu zeichnen. Als nächstes einen zweiten Bogen auf GPS-Satelliten # 2 mit der in Tabelle 1 Schließlich bauen ein auf GPS-Satelliten # 3 mit dem Radius in Tabelle 1 Der Schnittpunkt der drei Bögen gezeigt zentriert dritten Bogen gezeigt Radius zentriert konstruieren ist die Lage des der gegebene Punkt. Wenn die Bögen nicht zusammenfallen, genau (was sie normalerweise don’t), verwenden Sie die Mitte des Überlappungsbereich als ungefähre Lage des Punktes.
  • Wiederholen Sie diesen Vorgang die folgenden Fragen zu beantworten:
  • ein. Welche Funktionen sind in der Nähe der folgenden Punkte angezeigt:

    (1) Nummer 1: _________________________

    (2) Nummer 2: _________________________

    (3) Nummer 3: _________________________

    (4) Nummer 4: _________________________

    (5) Punkt 5: _________________________

    (6) Nummer 6: _________________________

    (7) Nummer 7: _________________________

    b. Was ist die Höhe von Punkt 8? _______________________

    c. Sie suchen nach einer Benchmark, deren Lage sein soll Punkt 9. Warum dieser Benchmark schwierig sein kann, sich zu erholen? _________________________________________

    d. Was ist die Höhe von Punkt 10? ______________________

    Tabelle 1

    Lage Entfernung Entfernung von Entfernung von
    GPS-Satelliten # 1 GPS Satelliten # 2 GPS Satelliten # 3
    (Zoll) (Zoll) (Zoll)

    Punkt 1 10.1 9.5 4.4

    Punkt 2 3,4 4,4 12,0

    Punkt 3 11.5 12.4 5.5

    Punkt 4 8.5 9.8 6.5

    Punkt 5 8.7 8.1 4.4

    Anhang A
    Quelle: oceanservice.noaa.gov

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