Motivace

Pokud jste otevřeli tento článek, není asi příliš nutné vás přesvědčovat, že měření s GPS senzorem je docela zábavné a poskytne vám dostatek experimentálních dat ke zkoumání se studenty. Pokud ale přece jen trochu váháte, zda číst dále, vězte, že s exportem naměřené polohy do mapy v google maps studenty zaujmete. Když navíc získáte reálná data z míst a činností, kde se pohybují a které vykonávají, budou je s vámi chtít sdílet a zpracovávat. A co víc chtít, než studenty, kteří se zapojí do výuky...

Nastavení měření

Nejprve spusťte LabQuest a teprve poté zapojte senzor Vernier GPS do USB vstupu LabQuestu. Při opačném pořadí prováděných akcí je start přístroje poměrně zdlouhavý.

Obr. 1 – připojení senzoru GPS k USB portu LabQuestu

Po připojení je automaticky přednastaveno měření polohy s GPS senzorem s určitou frekvencí – podle druhu pohybu doporučuji tuto frekvenci změnit. Při jízdě autem, navíc na dlouhou vzdálenost, není nutné měřit každou sekundu. Počet naměřených dat by byl příliš obrovský a jejich zpracování nesmírně zdlouhavé (nechtěně ověřeno). Při pěší túře stačí nastavit dobu měření (obvykle několik hodin) a odpovídající frekvenci měření (například 1x za 10, 15 či 30 sekund). Uložte LabQuest do batohu a vyrazte. Pozor na dobitou baterii, ať zachytíte celou trasu (pozn. red.: výdrž přístroje lze prodloužit použitím přídavné baterie).

První pokuslogge

V následujícím popisu se seznámíme se základy měření. Naměřená data se zobrazují do grafu zeměpisné šířky na zeměpisné délce (obr. 2).

Obr. 2 – grafu závislosti zeměpisné šířky na zeměpisné délce při našem pohybu

Přestože zatím netušíme, kde se autor pohyboval, je docela zřejmé, že pohyb měl dvě různé fáze. Jednotlivé body od sebe odděluje čas 30 sekund. V první fázi byl pohyb rychlejší než v druhé. Šlo o přesun autobusem z Brna Líšně do Křtin, vesnice v Moravském krasu.

Tyto grafy jsou již lehce upravené. Signál GPS není vždy dostatečný, nebo třeba měříte ještě chvíli před začátkem vlastního pohybu (např. čekání na autobus) a v měření se nutně objeví hodnoty, které jsou chybné nebo jen nepotřebné. Ty musíme z našeho zpracování vyřadit (označení řádku, úpravy, škrtnout vybraná data). Hodnoty budou v tabulce zachovány a ze zpracování vyřazeny (obr. 3).

Obr. 3 – možnost škrtnutín (vyřazení z dalšího zpracování) vybraných dat

Vraťme se k popisu pohybu. Z grafu rychlosti na čase (obr. 4) vidíme zcela zřetelně dvě fáze. Pohyb autobusem a chůze. Chůze s malým dítětem, neboť rychlosti dosahované v druhé fázi nejsou nijak velké.

Obr. 4 – závislost velikosti rychlosti na čase

Přenesme nyní naměřená data do google maps. Pro tuto možnost musí být počítač připojen k internetu. Zvolme Soubor → Exportovat jako → Google mapy. V nabídce pak vyberme, jaké má být výsledné zobrazení (obr. 5).

Obr. 5 – možnosti nastavení exportu dat do Google Maps

Tímto získáme pouze základní přenesení souřadnic do mapy. Už to je velmi zajímavé. Mohu říci, že GPS senzor je velmi přesný a zobrazená trasa skvěle odpovídá skutečné trase.

Obr. 6 – výsledek exportu dat do mapy

Takto zobrazená data si můžete uložit jako html stránku nebo jako obrázek (export přes schránku).

Detailní popis

Vezměme si teď kupříkladu pouze pěší část zaznamenané trasy: Křtiny - Adamov. Jaké další informace můžeme od senzoru GPS dostat? Co nás ještě může zajímat? Například výškový profil trasy! Přímo z LabQuestu nebo při pozdějším zpracování v programu Logger Pro můžeme získat graf znázorňující nadmořskou výšku na čase (obr. 7).

Obr. 7 – závislost nadmořské výšky na čase

Z grafu dokážeme snadno přečíst, kolik výškových metrů jsme nastoupali a opět sešli dolů. Nevíme však, jak vypadá výškový profil trasy. Kolik kilometrů vede do kopce? Jaká je celková délka trasy? Možná vás před výletem pěšky nebo na kole zajímá, jaký je profil trasy! Musíme si pomoci přes integrál rychlosti. Plocha v grafu rychlosti v závislosti na čase je totiž rovna uražené vzdálenosti. A program Logger Pro nám umožní spočítat uraženou vzdálenost pro jednotlivé časové úseky. Stačí zvolit Nový dopočítávaný sloupec a nastavit tuto funkci: integrál("Velikost rychlosti", "Čas")*3600. Vynásobení 3600 je dáno převodem. Výslednou vzdálenost chceme vyjádřit v metrech (obr. 8).

Obr. 8 – závislost nadmořské výšky na uražené vzdálenosti

Obr. 9 – profil stejné trasy získaný v programu Turistické trasy 2.23.

Profil teoretický a prakticky naměřený se výborně shodují. Délka naměřené trasy také odpovídá skutečnosti.

Ukázky dalších měření

Přesnost senzoru GPS při snímání je velice dobrá. Přesvědčit se o tom můžeme například snímáním pohybu vozíku na bobové dráze v Kutné hoře. Tato dráha je sice největší v ČR, ale stále poměrně malá a nepřesnosti určení polohy přes GPS se na ní dobře projeví (obr. 10).

Obr. 10 – záznam GPS na bobové dráze 

V zákresu trasy do mapy vidíme, že se trasa docela dobře kryje se skutečným tvarem dráhy. Barvy v obrázku vyznačují rychlost bobu. Červená je nejvyšší, fialová nejnižší. Jediným nedostatkem tohoto záznamu je právě absence legendy, která by nám řekla, jaké byly skutečné hodnoty rychlosti.

V poněkud větším měřítku můžeme ověřit přesnost senzoru například při pohybu vlakem. V následujícím grafu (obr. 11) snímaném při jízdě vlakem z Křižanova do Brna můžeme vidět jednak vynikající shodu trasy s mapou a dále opět znázornění rychlostí pomocí barev. Červená je opět nejvyšší, fialová (několik zastávek) je nejnižší.

Obr. 11 – záznam GPS při cestě z Křižanova do Brna

Pokud vás tento článek zaujal, můžete se těšit na jeho pokračování, ve kterém se blíže podíváme na snímání několika fyzikálních veličin a jejich export do mapy.

Autorem článku je Mgr. Miroslav Kubera z Gymnázia Matyáše Lercha v Brně.