Satelittbilder og GPS / GIS Forfatter: Steffen M. Stemland 1 Innledning Målet med aktiviteten er å lære å bruke Satelittbilder til å postulere fenomener i naturen. Deretter undersøke disse igjennom feltarbeid. Etter aktiviteten skal observasjonene bekreftes/sammenlignes med GIS Aktiviteten kan tilpasses en rekke klassetrinn, men jeg ville ikke gjennomført den på noe lavere trinn en 5. - 6. trinn (avhengig av elevene). Bruk av GPS og datamaskiner er årsaken til dette. Gjennom arbeid med satelittbilder kan vi vise elevene omfanget av vår inntreden i naturen jamfør læreplanens generelle del det miljøbevisste mennesket. Elevene vil også arbeide på datamaskin, postulere, regne koordinater og skrive rapport i etterkant. Dette betyr at vi arbeider med alle de fem grunnleggende ferdighetene. Av fagets kompetansemål jobber vi særlig med forskerspiren og underpunktene: planlegge og gjennomføre undersøkelser for å teste holdbarheten til egne hypoteser og velge publiseringsmåter. I aktiviteten skal elevene særlig ha fokus på forarbeid, og postulering av hypoteser før man drar ut på feltarbeid, og videre arbeide kritisk og konkret mot sine hypoteser. Arbeidet kan så presenteres om man ønsker dette. skrive logg ved forsøk og feltarbeid og presentere rapporter ved bruk av digitale hjelpemidler Loggføring av feltarbeidet er en viktig del av etterarbeidet, som må utføres om man ønsker god læring av aktiviteten, og om det ikke bare en happening. forklare betydningen av å se etter sammenhenger mellom årsak og virkning og forklare hvorfor argumentering, uenighet og publisering er viktig i naturvitenskapen I etterarbeidet med aktiviteten er det viktig at vi kommer inn på spesielt at GPS ikke er helt nøyaktig, og at dette kan påvirke enkelte faktorer, spesielt ved høydemåling under 20moh. I tillegg til hovedpunktet om forskerspiren dekker denne aktiviteten også siste punkt under teknologi og design som sier at: Elevene skal kunne gjøre rede for elektroniske kommunikasjonssystemer på systemnivå og drøfte samfunnsmessige utfordringer knyttet til bruk av slike. Aktivitetene ble gjennomført av Birgit Solstrøm i forbindelse med et satelittbildekurs ved ARR.
2 Teori ARR Andøya Rocket Range GPS. Global Positioning System. System av satelitter som lar oss beregne vår egen posisjon på en veldig god og nøyaktig måte. GIS. Geografiske InformasjonsSystemer. Diverse systemer beregnet på å gi oss/bearbeide informasjon om geografien rundt oss. F.eks et program som lar oss bruke kart/bilder sammen med informasjon til å danne et oversiktlig bilde om bl.a jordsmonn. EGNOS. European Geostationary Navigation Overlay System Illustrasjon hentet fra satelittnavigasjon en forelesning av Birgit Strømsholm. Normalt mottar en GPS-mottager tid og posisjon fra satelitter for å avgjøre sin egen posisjon i forhold. Under EGNOS sender satelittene data til en bakkestasjon som bearbeider og forbedrer signal, for så å sende tilbake til GPS mottageren via kommunikasjonssatelitter. Dette forbedrer nøyaktigheten til GPS under Egnos. WAAS og MSAS er tilsvarende systemer. Arcexplorer GIS program som er brukt i oppgaven. Kan lastes ned fra : http://edcommunity.esri.com/software/aejee/#download) Geocaching. En aktivitet hvor man ved hjelp av GPS og koordinater/hint skal finne fram til skjulte bokser som andre har gjemt. I disse ligger som regel en bok, hvor man kan signere, og små ting, som man kan bytte mot ting man har med. Man kan se på geocaching som en slags skattejakt, som passer de fleste.
WGS 84 Globalt geodetisk referansesystem. Definerer en referanseflate over jorden som brukes til bl.a oppdatering av GPS. UTM En måte å dele opp jorden på for å gi oss koordinater. Jorden deles opp i soner og rader på følgende måte Illustrasjon hentet fra satelittnavigasjon en forelesning av Birgit Strømsholm Hver sone har en sentralmeridian som har verdi 500 000 og kalles easting. Easting går mot 0 etter som man beveger seg vest mot neste sone, og mot 1 000 000 som vi beveger oss mot øst. I tillegg har vi northing som begynner på 0 ved ekvator og går mot 10 000 000 ved nordpolen. Northing er litt annerledes da den også starter på 0 ved sørpolen og går mot 10 000 000 ved ekvator. Dette er for å forhindre bruk av negative tall. Beltene deles så inn i bokstaver. En UTM koordinat kan se slik ut: 34 W 418943 UTM 7725949 Sone, belte, easting, northing Man vil ikke forvente at en 10. klasse skal kunne lære seg alle disse begrepene. Men at elevene vet hva GPS er, og hvordan det virker er essensen. Elevene kan også godt lære seg UTM systemet og hvordan dette virker. 3 Materiell og metode 3.1 Utstyr For å gjennomføre aktiviteten trenger man minimum en GPS. Men aktiviteten kan, og burde bygges ut ved hjelp av : Satelittbilder og en form for GIS-dataprogram. Gjerne arc-explorer. (som kan lastes ned fra : http://edcommunity.esri.com/software/aejee/#download) Dette programmet gjerne brukes sammen med data hentet fra Norges geologiske undersøkelse (http://www.ngu.no ).
Eller/og: Kart. På http://kartiskolen.no finner vi detaljerte georefererte kart. Som vi i samme vindu kan legge satelittbilder over ved hjelp av et enkelt brukergrensesnitt 3.2 Framgangsmåte Aktiviteten startet med en innføring i UTM systemet og GIS systemer. GPS`ene ble også stillt inn slik at de var innstilte på WGS 84 og UTM. Vi gikk så inn på teorien bak GPS og fikk en praktisk innføring i hvordan GPS`n skulle brukes. Denne gikk ut på at vi fikk enkle oppgaver basert på UTM koordinater like rundt ARR slik at vi kunne vandre rundt og undersøke. Denne praktiske innføringen var nødvendig for at alle skulle mestre å bruke GPS på feltaktiviteten. Så skulle vi ved hjelp av satelittbilder velge oss ut interressante steder rundt Bleik-området litt sør for Andenes. Vi fikk utdelt oppgaver som var enkle oppgaver. På denne måten ble det forsikret at alle gjorde det samme, og noterte viktige koordinater,og ikke minst like mange koordinater. Oppgaven var likevel løst formulert slik at alle gruppene fikk velge selv hvor de ville sette koordinatene, og således postulere hva som fantes der. Dette var en viktig del av aktiviteten, for ved å postulere hypoteser i forkant måtte vi gjøre oss opp meninger om hva som fantes på våre lokasjoner. I tillegg fikk alle gruppene gjennom oppgavene 3 koordinater som skulle være felles. Disse kalte vi geocache, Pplass og sandtak Foto: Quickbird aug. 2009 Vi valgte følgende lokasjoner og gav dem navn jamfør hva vi trodde vi ville finne der. I tillegg la vi inn en geocache som skulle befinne seg i nærheten.
De mest interessante lokasjonene er veg3, Fotballbane, Sandtak og Geocache. Dette fordi de resterende punktene er nokså selvforklarende. Det er en langsgående strandsone der punktene sand 1-3 ligger. Etter vi hadde hatt en god samtale om hvert enkelt punkt kjørte vi ut i felt hvor vi valgte å begynne med punkt 3, ta kystlinjen først, og så dra rundt til Pplass og opp mot Geocache. Skjermdumpet ble tatt etter feltarbeidet var gjennomført, derfor kan vi se ruten vi gikk på bildet. Ved hver lokasjon gjorde vi observasjoner knyttet til våre antagelser og noterte dette. Det kunne f.eks være at ved fotballbanen var der en stor åpen plass som vi trodde var en grusbane når vi gjorde forarbeidet vårt. Men det viste seg å være noe som minnet om en eldre parkeringsplass. Etter feltarbeidet var avsluttet, dro vi tilbake til ARR for å bearbeide resultatene våre. Vi hentet inn dataen fra GPS`ene inn i mapsource for å bruke GIS for å sjekke om det vi hadde observert stemte med dataen fra NGU 4 Resultater Vi brukte GPS til å finne nøyaktig fram til lokasjonene vi hadde satt oss. Veg3 var vårt første punkt. Her skulle vi se etter det vi antok var dyrket mark. Ved ankomst kunne vi se at området var mye mindre dyrket enn hva vi skulle tro, og årsaken var at dyrket mark, og krattskog har veldig lik spektralsignatur (reflekterer sollys i lik grad). Dette gjør at det kan være vankselig å skille disse via satelittbilder. Neste punkt på listen var fotballbane Denne skilte seg ut ved at den så ut som et stort flatt grønt område i bebyggelsen. Det var dette som lot oss postulere at dette var en fotballbane Vi hadde nøyaktig de samme koordinatene alle sammen. Og vi kunne så observere usikkerheten til GPS der vi var ved å stille oss på gitt punkt. Ved dette punktet stemte våre antagelser og det var nettopp en fotballbane vi kunne se.
Foto: Steffen M. Stemland Som man kan se er det litt unøyaktighet ved bruk av GPS, men setter man ting i perspektiv, slik som avstanden fra jorda til satelittene er ikke det vi ser her veldig stor unøyaktighet. Det er likevel en ting som burde diskuteres i etterkant, særlig i forhold til læreplanens kompetansemål under naturfag for 10. trinn om teknologi og design. Vi hadde gode visuelle hjelpemidler da vi skulle bestemme lokasjoner, Men vi så at ved stranden lå noen punkter ute i havet, (5-10m). Og ved Sandtaket så vi at det så mye eldre ut enn hva det gjorde på bildet, det var liksom mer igjenngrodd. Da kom vi inn på neste feilkilde Som er alderen og tidspunktene på når satelittbildet er tatt. I dette tilfelle var satelittbildet tatt når det var stor fjære, og var så gammelt at man kunne se at fargen på sandtaket var mye mørkere enn hva veien var. På satelittbildet framstår sandtaket som veldig lyst. Unøyaktigheten til GPS`en kan også bidra til å påvirke posisjonen. Hvis vi tenker oss at damen i rødt (bildet) står ved vannkanten, er mannen i svart (bakerst) ganske langt ute i vannet.
Det siste punktet som var av stor interesse var geocachen. Denne var utrolig morsom å finne, samt at den ble en hyggelig avslutning på feltarbeidet. Foto: Steffen M. Stemland Etter aktiviteten dro vi tilbake til ARR og kryssjekket observasjonene våre med Arcexplorer og data fra NGU.no Kartforklaring: Lys rosa: Dyrket mark Rødt: høydelinje 20m Grønt: naturreservat
Vi ser av bildet ovenfor nær punkt 1 at vi finner noe dyrket mark som stemmer delvis med hva vi postulerte. Ved punkt 1 postulerte vi at det skulle være mye dyrket mark, men der var vesentlig mindre enn vi trodde. Ved geocachen kan vi også se at der finnes et naturreservat. Vi opplevde området som en del annerledes i forhold til området generelt. Så hvorfor er dette et naturreservat? Dataen som vi har hentet fra NGU inneholder heldigvis informasjon om dette, og via arcexplorer kan vi finne informasjon om dette. Vi kan her lese at bleikmorenen er et område med stor kvartærgeologisk geologi verdi. kvartærgeologi, læren om kvartærtidens geologiske prosesser og dannelser. Kvartær er den yngste geologiske perioden og omfatter de siste 1,8 (eller 2,6) mill. år av Jordens historie Store norske leksikon: http://snl.no/kvartærgeologi 5 Drøfting 5.1 Naturvitenskapelig drøfting Vi hadde gode satelittbilder og gode forutsetninger for å finne det vi skulle se etter. Aktiviteten var ikke så fokusert på selve observasjonene, men heller på prosessen fra postulering til etterarbeid. Vi fikk oss liikevel et par overaskelser i form av uventede observasjoner. grusbanen som viste seg å være en parkering, og sandtaket som var noe eldre enn hva vi hadde trodd. GPS`ene gav oss noe varierende målinger, men ikke i alt for stor grad, men fortsatt merkbart.
5.2 Naturfagdidaktisk drøfting At lokasjonene kunne velges så fritt var en motiverende faktor i vår utførelse av aktiviteten. Men i enkelte klasser burde kanskje aktiviteten styres i større grad, da kanskje gjennom oppgaven elevene får i forkant. Elevene vil jo ha noe kunnskap til nærmiljøet, men ikke alle i like stor grad. Gruppene burde kanskje derfor også styres, men klassens sammensetning vil også her bestemme om læreren ønsker differansierte grupper eller ikke. Men at gruppene styres med rammer via forhåndsoppgaven gir læreren mulighet til å differansiere for å tilpasse vanskelighetsgraden. Noe som vil virke motiverende for elevene. Aktiviteten behøver en del tid, både til for og etterarbeid. Men kan lett kjøres tverrfaglig med både samfunnsfag og gym (orientering). En slik aktivitet kan muligens bli vanskelig å gjennomføre dersom andre lærere stiller seg skeptisk, og/eller ikke ser verdien i den. Men gjennomført på rett måte er aktiviteten absolutt verdifull. Men den vil såklart måtte tilpasses den enkelte klasse. 6 Konklusjon Aktiviteten er av stor verdi dersom den utføres i sin fullhet. Den kan godt kjøres som et tverrfaglig prosjekt i naturfag og samfunnsfag. Ulempen med denne type aktivitet er at den kan være vanskelig å gjennomføre da den krever en utstyr som kan være vanskelig å få tilgang til. Utstyr som GPS og Georefererte satelittbilder. I tillegg krever aktiviteten en god del forberedelser da de fleste skoler ikke har GIS program installerte på sine datamaskiner, og disse datamaskinene ofte kan ha dårlig kapasitet. (av egen erfaring. Dette varierer selvsagt også fra skole til skole). Det skal også sies at når dette er lagt til rette på skolen må det ikke gjøres på nytt. Man kan også tilrettelegge ved å ta utskrifter, laminere og bruke disse i stedet for å installere gis program på alle datamaskinene. Aktiviteten kombinerer det visuell læring med erfaringsbasert læring i tillegg til at den bidrar til å gi elevene kunnskap om lokalmiljøet. 7 Kildeliste Norsk geologiske undersøkelse. Geologisk data fra Andøya. http://www.ngu.no Store norske leksikon Kvartærgeologi. Hentet 10.10.2011 fra http://snl.no/kvartærgeologi Strømsholm, Birgit(2011) Satelittnavigasjon forelesning