Записки путешественника.
Масштаб. Компас. GPS навигация.

Автор:  Краснова Валерия,
МБОУ СОШ №9, 6 класс
Руководитель:
Колбина Елена Ивановна, учитель математики, МБОУ СОШ №9

Ангарск, 2018

Содержание
1.	Введение……………………………………………………………..
2.	Глава 1. Теоретическая часть………………………………………
1.1.	Шишкинские писаницы……………………………………..
1.2.	Масштаб. Виды компасов, GPS навигация…………………
1.3.	Работа с компасом……………………………………………
1.4.	Принцип работы системы спутниковой навигации……….
3.	Глава 1. Практическая часть……………………………………….
2.1.Разработка маршрута Ангарск-Качуг…………………………
2.2.Записки путешественника………………………………………….
4.	Заключение………………………………………………………….
5.	Список используемых источников и литературы………………..
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
Приложение 5

Введение
В эпоху GPS навигации человек часто пренебрегает картой и компасом. Но важно не забывать, что GPS-приёмник не может их заменить, так как для их работы не требуются аккумулятора и сигнала спутника. Подробная топографическая карта и компас все ещё являются первостепенными приспособлениями для навигации в дикой местности. В наш век электроники, когда почти каждому доступен навигатор GPS, компас не потерял своей актуальности. В отличие от навигатора, он не зависит от источников электропитания и всегда готов к работе. Кроме этого, полноценное использование навигаторов GPS возможно только при наличии подробных электронных карт местности. В нашей стране работа по созданию подробных электронных карт только начинается. В лучшем случае навигатор поможет лишь автомобилисту, да и то, только при движении в крупных городах и по главным дорогам.
В прошлом году в нашей школе проходила длительная образовательная игра по теме «История Иркутской области: города, национальности, достопримечательности». В Иркутской области есть такие места, где жили древние люди  и  в местах своего обитания они оставили различные рисунки. Одно из таких мест Шишкинские писаницы. Мне захотелось увидеть это место. Я рассказала об этом родителям и мы решили, что вместе съездим. 
Таким образом я решила, что в поездке не только  познакомлюсь с достопримечательностями, но и выясню всегда ли удобно использовать глонасс, и нужно ли отказаться от компаса, а также использование масштаба в реальной жизни. 
 Цель: на маршруте Ангарск-Качуг выявить плюсы и минусы компаса и            системы глонасс.
                  Задачи: 
1)Узнать больше информации о Шишкинских писаниц
2) Сбор материала: о масштабе, видах компаса и навигации
3) Разработать карту маршрута Ангарск-Качуг
Гипотеза: современные технологии не всегда можно применить в путешествиях.
Предмет исследования: система GPS  и компаса.
Объект исследования: удобство использования GPS и компаса.
Методы исследования: анализ литературы, обработка полученной информации,  анализ,  сравнение   полученных результатов.
Глава 1. Теоретическая часть
1.	1. Шишкинские писаницы. 
         Шишкинские писаницы - это наскальные рисунки эпохи палеолита, протянувшиеся по отвесным скалам в верховьях реки Лены почти на 2 километра. Они расположены примерно в 20 километрах ниже по течению от Качуга.
Древние художники изображали животных, людей, занятых коллективной охотой или плывущих в лодках. Шишкинские писаницы признаны памятником мировой культуры. По данным профессора Алексея Окладникова, шишкинским писаницам около 15 тысяч лет. Всего на древних скалах когда-то было 2000 рисунков. Сегодня от них осталась едва ли треть изображений.
     	Памятник древнего наскального искусства Шишкинская писаница был открыт для науки в начале XVIII века одним из руководителей Великих Северных экспедиций Г.Ф.Миллером. По его приказу некоторые рисунки скопировал художник Люрсениус. Однако, мировую известность петроглифы приобрели в середине XX века после публикации академиком А.П.Окладниковым большей части материалов.
В конце XX века писаница была повторно изучена иркутскими археологами Л.В.Мельниковой и В.С.Николаевым. С применением новых научных методик сканировано 1762 изображения на 298-и плоскостях скального массива.
Самые древние и самые малочисленные рисунки относятся ко времени позднего неолита (IV тысячелетие до н.э.) это крупные фигуры животных - оленей, лосей, кабанов. Их сохранилось незначительное число.
На группе петроглифов эпохи бронзы (III- начало I тысячелетие до н.э.) изображены байкальская нерпа, медведи, олени, быки, лодки, странные мифические животные и хвостатые антропоморфные фигуры с лучами над головой. Часть из них окрашена бордовой охрой.
Немногочисленную группу составляют рисунки, относящиеся к эпохе раннего железного века (I тысячелетия до н.э.). Они передают реалистические образы лосей и оленей.
Преобладают же изображения эпохи раннего средневековья (I тысячелетие н.э.), выполненные в специфичной технике протира. Это лошади, кабаны, лоси, верблюды, птицы, люди в коротких и длинных одеждах.
На группе рисунков, относящихся к первой половине II тысячелетия н.э., выполненными тонкими царапанными линиями и легким протиром, передают образы диких копытных животных домашних верблюдов, змей, всадников, знаков, жилищ, деревьев.
Последняя группа рисунков датируются XVI-XIX веками. Это различные надписи, изображения соборов и церквей, христианские восьмиконечные кресты, парусные кораблики, ведомые лошадьми.
По преданию, Шишкинские писаницы охраняет божество по имени Хара- Ажирай - хозяин великой сибирской реки. Его гигантская голова в боевом шлеме со сломанным шишакам нависает над центральной частью писаницы. Высокое чело покрыто морщинами, брови хмуро сведены над глубокими глазницами, пышные усы слились с бородой. Каждый, кто проходит мимо. Должен умилостивить его, сделав жертвоприношение.
Когда - то на этих скалах древние охотники во время молений хозяевам тайги изображали различных животных возможно, пытаясь таким образом восполнить их поголовье. Здесь же нарисованы мифические существа: похожие на нерпу с глазами - лучинами, напоминающие дракона с разинутой клыкастой пастью, в виде фигуры человека с хвостом и большим количеством лучей, расположенных веером вокруг головы. Есть и целые картины, повествующие о трудном долгом путешествии, победном военном походе, родовом празднике с танцами, хороводами.
Благодаря стараниям А.П. Окладникова и иркутского археолога П.П.Хороших еще в 1948 году знаменитая писаница под названием "Шишкинская шаманка" была поставлена на государственный учет и охрану. Но, увы, до сих пор этот уникальный археологический памятник страдает от варварских действий людей.
1.2.Масштаб. Виды компасов, GPS навигация.
Масштаб.
Масштаб - это отношение длины отрезка на карте, плане или чертеже к соответствующей ему реальной длине на местности.
Масштаб показывает: во сколько раз каждая линия, нанесённая на карту, уменьшена по отношению к её действительным размерам на местности.
Уменьшение изображение - это необходимость, мы редко задумываемся над этим, однако, также редко изображаем предметы в натуральную величину. Как правило для того, чтобы они поместились на листе бумаги, их приходится уменьшать, реже - приходится увеличивать. Особенно актуально это для изображения земной поверхности, ведь изображать её один в один совершенно невозможно.
Численный масштаб записывают в виде дроби, в числителе которой стоит единица, а в знаменателе – степень уменьшения проекции. Например, масштаб 1:5 000 показывает, что 1 см на плане соответствует 5 000 см (50 м) на местности. Более крупным является тот масштаб, у которого знаменатель меньше. Например, масштаб 1:1 000 крупнее, чем масштаб 1:25 000. Именованный масштаб показывает, какое расстояние на местности соответствует 1 см на плане. Записывается, например: «В 1 сантиметре 100 километров», или «1 см = 100км». Графические масштабы – это масштаб в виде масштабной линейки, разделенной на равные части. Точность масштаба – это отрезок горизонтального проложения линии, соответствующий 0,1 мм на плане. Значение 0,1 мм для определения точности масштаба принято из-за того, что это минимальный отрезок, который человек может различить невооруженным глазом.
Компас помогает ориентироваться на местности путем указания на стороны света, ориентироваться по карте, находить объекты и определять местоположение. Способность ориентироваться по карте и компасу является важнейшим навыком, особенно если вы путешествуете вдали от дорог.
Виды компасов.
Существует несколько разновидностей компасов с помощью которых возможно не только определять стороны света такие как Юг, Север, Восток, Запад, но и определять углы при съемках на местностях и т.д. Компасы могут быть механические, состоящие из намагниченной металлической стрелки указывающей направление на север, и электронными с электронным процессором и дисплеем для вывода информации на экран. Электронные компасы могут показывать не только направление, но и иную необходимую путешественнику информацию.
Виды магнитных компасов:
Туристический компас - состоит из круглой коробки, в самом центре которой вращается магнитная стрелка, конец которой показывает на север. По краям коробки компаса установлена вращающаяся шкала с цифровыми обозначениями градусов азимута. Туристический компас бывает герметичным с жидким содержанием или не герметичный. Один из видов туристических компасов - компас Андрианова. Разновидность туристических компасов очень велика, отличаются они как по размерам так и по другим добавлениям.
Военный компас - имеет те же характеристики, что и туристический, но в дополнении на компасе располагается линейка, компас сделан из металла, имеет визирное приспособление, увеличительную линзу. С помощью военного компаса можно боле точно определять азимут направления и осуществлять более точное движение по заданному направлению вашего пути.
Геологический компас - в отличие от обычного компаса деление шкалы направления располагаются не по часовой стрелке, а против часовой стрелки. Компас имеет в своем устройстве клинометр и полулимб, с помощью которых можно определять углы падения слоев пород.
Гироскопический компас - имеет в своем основании устройство гироскоп, благодаря которому компас показывает не на магнитный полюс земли, а на истинный полюс. Гироскопический компас устанавливается на морские и речные суда, самолеты. Такой компас более устойчив и имеет возможность определять направление при раскачивании.
Астрономический компас - позволяет определять направление сторон света с помощью астрономических светил, звезд. Компас достаточно точен, но имеет недостаток в виде необходимости наличия небесных светил, т.е. днем такой компас не работает.
Компас буссоль - является инструментом геодезиста позволяющий измерять углы при съемках на местностях, также используется для наведения артиллерии.
Виды электронных компасов:
Радио компас - данный компас в отличии от обычного туристического компаса указывает направление не на стороны света, а направления на объект излучения радиоволн. Широко применялся в авиации для пространственного ориентирования во время полетов, после появления GPS этот вид компаса потихоньку выходит из употребления.
Туристический компас - в отличие от магнитного компаса, электронный компас не имеет магнитной стрелки, а полностью состоит из электроники. Направления сторон света определяется по магнитным притяжениям, которые определяет электронные схемы. В данных компасах в дополнении могут быть встроены различные программы, начиная от часов заканчивая видеофильмами.
GPS и ГЛОНАСС.
GPS и ГЛОНАСС – Электронная система позволяющая определять точное местоположение и направление движения с помощью получаемых сигналов со спутников, для определения местоположения необходимы сигналы как минимум трех спутников.
1.3. Работа с компасом.
Для того, чтобы пользоваться компасом необходимо знать его составные части базовых моделей компасов.
Наиболее распространённые детали базовых моделей компасов включают:
Магнитная стрелка компаса: Это обычно поворотная стрелка с красным концом. Этот конец указывает на самое сильное магнитное поле, как правило, это северный магнитный полюс. «Магнитный север» отличается от «реального севера» — географического Северного полюса, где сходятся все линии долготы. Магнитный север это один из двух магнитных полюсов земли, находящийся в районе цепи островов в Канадской части Арктики. Реальный северный полюс и магнитный север разделены больше чем на 1600 километров. Работая с картой, вы должны компенсировать разницу между реальным и магнитным севером. Это можно делать различными способами.
Заполненная жидкостью капсула: Корпус или циферблат, в котором находится стрелка и амортизирующая жидкость. Эта незамерзающая жидкость замедляет движение стрелки и останавливает её быстрее, чем в корпусе заполненным воздухом. На большой высоте или при низкой температуре жидкость может сжиматься и образовывать пузырьки. Пузырьки не влияют на точность. Они исчезают, когда компас снова оказывается в нормальных условиях.
Вращающийся ободок (или азимутальное кольцо): Это кольцо с размеченными на нём градусами от 0 до 360 (желательно с шагов 2 градуса). Оно окружает внешний край капсулы компаса. Чем меньше на ободке интервал между градусами, тем легче определить точный пеленг. Пеленг или «азимут» — это направление, по которому вы хотите следовать (выражается в градусах). Это угол относительно севера.
Подложка и линейка: Подложка — это прямоугольная прозрачная основа, на которой размещена капсула. Самые лучшие компасы снабжены линейками со шкалой в дюймах и сантиметрах, выгравированной на «ровных краях» подложки. Они полезны при измерении расстояний на карте. Ориентирующая стрелка и параллельные линии меридианов (линии север - юг): расположены на нижней части корпуса компаса. Немагнитный направляющий конец стрелки, обычно красный, красные также и линии меридиан, которые вы выравниваете с линиями севера-юга на топографических картах и которые помогают соотнести компас с картой.
Индексная линия или линия направления движения: расположена на дне капсулы компаса. Это точка на циферблате компаса, относительно которой вы устанавливаете или определяете ваши текущие показания.
Части многофункционального компаса (см. Приложение №1)
Наиболее распространённые детали большинства многофункциональных компасов включают:
Коррекция отклонений: Более сложная ориентирующая стрелка, которую можно выровнять, чтобы отобразить «магнитное отклонение» в зоне вашего путешествия. (Существует разница между реальным и магнитным севером).
В большинстве случаев существует специальный фиксирующий механизм, использующий маленький винт, находящийся на корпусе компаса или рядом с ним. Когда ориентирующая стрелка закреплена, то она становится больше не параллельной линиям север-юг; вместо этого она направлена на отклонение маршрута вашего путешествия. Это позволит вам легко выровнять магнитную стрелку с магнитным севером с учётом вашего местоположения. На каждое новое путешествие нужно заново фиксировать эту стрелку.
Вместе с тем зафиксированная ориентирующая стрелка требует от вас «определённых вычислений» и ручную регулировку для каждого нового измерения.
Увеличительные линзы: Небольшие увеличительные линзы, установленные на подложке. Удобны при чтении маленьких символов на карте.
Прицельное зеркало: Этот раскладывающийся механизм улучшает способность определять точные данные. Когда ваше зеркало частично сложено, вы можете смотреть сквозь отверстие (прицел) на его вершине. Это позволяет одновременно видеть ваше направление и ориентир, находящийся на расстоянии. Также оно может служить в качестве аварийного сигнального средства и в качестве обычного зеркала.
Светящийся циферблат: Очень хорошо, когда во время ночных путешествий концы магнитной стрелки компаса светятся или указатели четырёх концов света на компасе светятся.
Клинометр: Позволяет измерить вертикальный угол (крутизны) склона. Полезен для оценки опасности лавины и высоты объектов.
Глобальная стрелка: Полезная функция для тех, кто оправляется покорять Южное полушарие. Из-за отклонений в магнитных полях земли, стрелка компаса, спроектированная свободно крутиться в Северной Америке, может застопориться в других частях света. Компас с глобальной стрелкой восполняет эти отклонения и позволяет стрелке компаса свободно крутиться по всему миру.
Ремешок: Это кусок шнура, который позволяет прикрепить компас к поясу, пакету или запястью для более удобного ориентирования.
Электронные компасы
Цифровые компасы предлагают практически те же самые функции, что и жидкостные компасы, но благодаря цифровым экранам они более удобны для чтения. Они питаются от батарейки и требуют калибровки. Не столь надёжны, как традиционные жидкостные компасы. Если вы для навигации выбрали цифровой компас, то всегда имейте с собой запасные батарейки.
1.4. Принцип работы системы спутниковой навигации
В настоящее время в мире существуют две глобальных системы определения координат – российская ГЛОНАСС и американская NavStar, более известная как GPS (аббревиатура названия Global Position System – глобальная система позиционирования). В настоящее время в полном объеме развернута система NavStar, имеющая на орбите созвездие из 24-х навигационных спутников, обеспечивающих непрерывное навигационное поле на всей поверхности Земли. Система ГЛОНАСС развернута не полностью и пока не обеспечивает постоянного поступления навигационной информации, а приемоиндикаторы, создаваемые отечественными производителями для профессионального судовождения, не пригодны для использования на малых судах.
Принцип определения своего места(см.Приложение№2) на земной поверхности в глобальной системе позиционирования (GPS) заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измеренным расстояниям своих координат. Данные о параметрах орбит и системы передаются со спутников и содержатся в т.н. «альманахе», хранящемся в памяти приемника.
Приемоиндикатор системы спутниковой навигации или, как его еще называют, GPS-навигатор или приемник GPS (в дальнейшем мы будем пользоваться обоими терминами) принимает сигналы от спутников, измеряет расстояния до них, и по измеренным дальностям решает задачу определения своих координат – широты, долготы и, при приеме сигналов от 4-х и более спутников – высоты над уровнем моря, скорость, направление (курс), пройденный путь.
Для выполнения этих функций в состав навигатора входят приемник с антенной для приема сигналов, компьютер для их обработки и навигационных вычислений, дисплей для отображения навигационной и служебной информации и клавиатура для управления работой прибора.
Типы приемников GPS
Различают два основных типа приемников – стационарные и носимые.
Стационарные приемники GPS. Стационарные приемники предназначены для постоянной установки в рулевых рубках судов и на приборных панелях катеров. Их характерной особенностью является наличие выносной антенны (хотя иногда встречаются приемники с встроенной антенной) и питание от внешнего источника постоянного тока. Они имеют, как правило, крупные жидкокристаллические монохромные экраны с алфавитно-цифровым и графическим отображением информации.
Стационарные приемники имеют широкие функциональные возможности, особенно профессиональные аппараты для морских судов и геодезии. Они обладают большим объемом памяти, возможностью решения различных навигационных задач, а их интерфейс предоставляет возможность включения в навигационную систему судна.
Носимые приемники. Как следует из названия, носимые приемники предназначены для работы на ходу – в руке, в кармане, в рюкзаке. Они полностью автономны – имеют малые размеры и вес, встроенную в корпус приемника или внешнюю, устанавливаемую на корпусе, антенну и встроенный источник питания – миниатюрные батареи или аккумуляторы. Такие приемники имеют минимальное количество клавиш, обеспечивающих, тем не менее, достаточно гибкое и оперативное управление. Они имеют полностью герметичный корпус, обеспечивающий надежную защиту от воды и пыли и могут использоваться в самых жестких условиях. Большую популярность носимые приемники получили у рыбаков и охотников, владельцев и капитанов небольших катеров и моторных лодок, спортивных и круизных яхт, т.к. их малые размеры и автономность позволяют использовать их как для штурманской работы в каюте судна, так и в открытой лодке . Такие приемники можно легко положить в карман и спокойно идти с ним в лес, в поле, на рыбалку.
Точность определения координат места
Точность определения координат места является фундаментальным показателем любой навигационной системы, от значения которого будет зависеть, насколько правильно судно будет следовать по проложенному маршруту и не попадет ли оно на находящиеся поблизости мели или камни.
Для плавания больших судов в узостях и в местах с большим количеством навигационных опасностей существующая точность может оказаться недостаточной. Для такого случая предусмотрен так называемый дифференциальный режим GPS или, иначе, DGPS, уменьшающий ошибку определения места до 5 метров. Для реализации этого режима необходим подключаемый к GPS-навигатору дополнительный приемник для приема дифференциальных поправок, передаваемых специальной станцией. Следует отметить, что режим этот действует в ограниченных зонах, в которых работают наземные станции передачи дифференциальных поправок.
Точность зависит от ряда факторов – от взаимного расположения спутников на данный момент, состояния атмосферы, наличия отражающих радиоволны объектов около антенны приемника, от точности совпадения принятой производителем приемника модели Земли с принятым в России. Большинство навигаторов сами оценивают точность определения координат на данный момент, и полученное значение выводят на дисплей. При превышении заданной ошибки приемник перестанет выдавать координаты и сообщит об этом владельцу.
Вывод
Наличие GPS устройства значительно облегчает передвижение по городу и загородной местности, но не всегда есть связь со спутником и тогда путешественнику приходит на помощь карта, компас, умение вычислять масштаб. 
Глава 2. Практическая часть.
2.1 Разработка маршрута Ангарск-Качуг
Для того чтобы разработать маршрут  я взяла карту Иркутской области(см. Приложение3). Определила  начальные и конечные пункты нашего путешествия Ангарск-Качуг. Расстояние между конечными пунктами  на карте  2 см. Масштаб карты 1:15000000. Составим пропорцию: 
Местность(см)         Карта (см)
            Х                              2 
        15000000	1

Тогда расстояние  Ангарск –Качуг равно 300км. Разбила путь по трассе  на 2 части: Ангарск-Баяндай и Баяндай –Качуг (см. Приложени4). Маршрут Ангарск — Качуг длиной 300 километров проходит по северо-западу Прибайкалья. Время в пути с расчетом остановок  и средней скоростью движения 90 км/час  приблизительно 4 часа. Придвижении  по трассе по данному маршруту предполагается использовать систему глонасс,  а по прибытии в Качуг состоится пеший переход до деревни Шишкино, а далее до левого побережья реки Лена где и находятся шишкинские писаницы(см. Приложение 5). 
2.2 Записки путешественника
Выехали из Ангарска в 8.00 часов 02.07.17 года в направлении города Иркутска. Выехав из Иркутска трасса держит направление на север, и проходит деревни Карлук и Куда и после поселка Хомутово, поворачивает на северо-восток, после чего приходит в поселок Оек, где от автотрассы ответвляется дорога Оек — Галки — Никольское. Продолжаясь далее, маршрут приходит к поселку Усть-Ордынский, в котором к нему примыкает автодорога Оса — Тихоновка — Усть-Ордынский, после чего пройдя поселки Олой, Ользоны, Люры приходит в поселок Баяндай, в котором от трассы ответвляется автодорога Баяндай — Еланцы. Продолжаясь в северо-восточном направлении и минуя населенные пункты: Половинка и Хогот, трасса приходит в поселок Манзурка, пройдя который маршрут поворачивает на север и проходит через села Никилей, Харбатово и Сутай. Затем этот путь заканчивается в поселке Качуг. Маршрут Ангарск — Баяндай имеет сложный холмистый рельеф и проходит по местности, где открытые степные участки редко чередуются с лесными массивами. В поселке Баяндай мы сделали остановку, немного передохнув,  мы продолжили свое путешествие.
 	По приезду в Качуг  в 12.10 , пришлось оставить транспорт и продолжить маршрут пешком до деревни  Шишкино. Перед нами встал выбор, чем луче воспользоваться глонасс навигацией или компасом, и оказалось, что интернет в данной местности не работает, выбор был очевиден.  Вооружившись картой и компасом нам предстоял путь в 16 км по прямой (по трассе составило бы  20 км), а от Шишкино до самих писаниц  не много ни мало еще 3 км. В деревню Шишкино мы прибыли в 16.15. таким образом, средняя скорость наша составила 4,5км/час. Так как время уже поджимало, пришлось ускориться и на место назначения в конечную точку маршрута мы прибыли в 17.00. Конечно,  удобно пользоваться современными системами навигации, но бывают случаи когда, они бесполезны. В итоге  компас и карта  придут на помощь всегда. Умение пользоваться картой и компасом выручит в любой ситуации.
Возвращались мы той же самой дорогой  под впечатлениями от увиденного. 
Заключение
Итак, использование современных систем навигации значительно упрощает передвижение путешественника по городам селам и т.п., но в настоящее время спутниковая система может подвести, поэтому рассчитывать только на GPS  не представляется возможным. Отправляясь на отдых  в незнакомую местность  нужно взять карту местности и компас. При работе с картой мы используем масштаб карты для того чтобы определить реальное расстояние. Для вычисления примерного времени нахождения в пути нам помогает формула S=vt. Таким образом гипотеза доказана.

Список используемых источников и литературы
1. Герасимов А.А. Самоучитель КОМПАС-3D- Петербург, 2007
2. Газета "ЗАГРАНИЦА" № 09(543)
3. http://geography7.wikidot.com/scale
4. https://ru.wikipedia
5. www.listopedia.ru
6.Тобольск и вся Сибирь : альманах. — №9. — Иркутск. Под ред. Ю.С. Осипова. — Тобольск, 2007.
7.Шишкинские писаницы // baikaler.ru (внешняя ссылка) : сайт
8. Математика 6 класс: учебник для общеобразовательных организаций/ А.Г. Мерзляк, В.Б. Полонский, М.С. Якир.-2-е издание, перерраб. - М: Вентана-Граф, 2
Приложение 1
Части компаса

Части Приложение 2
Принцип определения местоположения приемником GPS

Приложение 3