Цифровые технологии полевого исследовательского практикума школьников и студентов

Материал из Letopisi.ru
Перейти к: навигация, поиск
Эта статья находиться в стадии написания. 
Приветствуется всяческая помощь автору и любые замечания --Алексей Киселев. 

В этой статье мы попытаемся проанализировать тот комплекс технологических решений, который применялся нами в ходе организации летних школьных экологических экспедиций модели 1 ученик:1 компьютер, проводимых в Пустыни (Проект "Компьютерная Пустынь 2009"). Мы выделили четыре основных аспекта использования ИКТ, которые приводим на схеме.


Содержание

Цифровая коммуникация и аналитика

Коммуникативная среда значительно расширяется посредствам целого ряда технологических решений. Общение человека не ограничивается непосредственным окружением и простирается сколь угодно далеко, трансформируется в чаты, форумы, практики совместного удаленного взаимодействия.

Коммуникация в образовательной и исследовательской деятельности предполагает не только обмен информации, но и необходимость ее аккумуляции, всестороннего анализа, переработки и осмысления. Работа с информацией значительно упрощается, когда возникает возможность свободно ею манипулировать, встраивать в тексты, видоизменять, передавать, организовывать вокруг нее обсуждение и т.п.


Топология сети полевого стационара

Компьютерная сеть полевого стационара основывается на технологии беспроводного соединения WiFi. Точки доступа к беспроводной сети устанавливаются таким образом, чтобы зона покрытия захватывала спальную зону, места общественных сборов, прилегающую территорию. В проекте "Цифровая Пустынь" нами было задействовано две точки доступа, соединенных между собой и образующие единую сеть. Питание точек доступа осуществляется от электрической сети. В случае автономного расположения базового лагеря, питание точек доступа может происходить от автомобильного аккумулятора или генератора электрического тока. Возможен вариант организации WiFi-сети через прямое подключение к серверу развернутому на ноутбуке без точек доступа.

В полевых условиях разумно организовывать беспроводное подключение нетбуков без шифрования и аутентификации (пароля). Распределение адресов между компьютерами производится автоматически DHSP-службой, включенной на одной из точек доступа.

Отдельно взятый компьютер (в нашем случае стационарный) локальной сети конфигурируется как web-сервер. Нами был использован пакет приложений XAMPP, как наиболее простой на наш взгляд способ решения этой задачи. На локальный web-сервер была установлена МедиаВики. Следует заметить, что особых требований к производительности компьютера-веб-сервера не накладывается, поскольку количество абонентов сети относительно не велико (у нас до 30). Кроме того, не важно на какой операционной системе будет работать веб-сервер, дистрибутивы XAMPP есть и для Windows и для LINUX систем.

Для удобства адресации внутри сети компьютеру с установленным веб-сервером задаем статичный ip-адрес (например: 192.168.0.1). Хотя это не обязательное условие. Адресоваться можно и по широкополосным адресам windows-сети. Можно, при желании, установить локальный DNS-сервер и задать любое доменное имя. Чтобы абоненты локальной сети могли выйти на веб-сайт полевого стационара, им нужно в адресной строке браузера набрать ip-адрес сервера или его сетевое имя. Чтобы каждый раз не вводить адрес, можно его обозначить в настройках браузера как домашнюю страничку.

Локальная сеть полевого стационара может иметь шлюз выхода в Интернет (DSL-модем). Модем подключается к одной из точек доступа и настраивается в режим автоматической регистрации. Файервол модема позволяет настроить любую политику доступа к Интернет для локальных пользователей и наоборот - пользователей Интернет к серверу внутренней сети. Для адресации внешних наблюдателей к серверу полевого стационара разумно использовать сервис DynamicDNS.

Опыт показал, что Интернет-канал разумнее всего использовать для доступа сторонних наблюдателей (из Интернет) к локальному веб-серверу. В полевых условиях нет возможности создать достаточно широкий канал доступа к глобальной сети, который бы обеспечил комфортную работу всех локальных абонентов в Интернет. Кроме того, в большинстве случаев, свободный доступ к Интернет отвлекал участников экспедиции от решения прямых задач. Поэтому, "местом встреч" пользователей локальной сети и Интернет-пользователей становиться собственный локальный сервер. А прямой доступ к Интернет из локальной сети может временно делегироваться под решение конкретной задачи, или же доступ к Интернет разрешается только в одном определенном месте (полянке в углу сада), куда можно сходить со своим ноутбуком в свободное время.

Вики-вики контент-сервер

Каждый участник проекта регистрируется на вики-сервере, оформляет личную страничку. В качестве примера личной странички предлагается шаблон. Личная страничка может содержать:

  1. Приветственное обращение;
  2. Фотография;
  3. Информацию о социальном статусе (пример: ученик 10-го класса школы №7..);
  4. Описание своих интересов и увлечений с гиперссылками на существующие и, пока, не существующие странички, описывающие данный вид увлечений;
  5. Категорию принадлежности к группе;
  6. Ссылки на страницы реализуемых исследовательских проектов и прочие ссылки;

Личная страничка учащегося является его сетевой визитной карточкой, аккумулирует его достижения, отражает текущую деятельность. Такая страничка является своего рода виртуальным лицом.

Каждый ученик может порождать новые странички. При этом, вновь создаваемая страница должна иметь название в именительном падеже и отстраненное от личности ее создателя содержание (энциклопедический стиль), либо же, учащийся создает странички в зоне собственного авторского права, в названии которого дается на это указание (Пример названия: [[Участник:Алексей Киселев/Блог]]

В проекте "Цифровая Пустынь" каждый участник, помимо личной странички, создавал страничку личного блога, где делал ежедневные записи в стиле путевых заметок.

Вики-творчество предполагает две стратегии поведения:

  1. Стратегия "от себя", - когда главной страничкой является собственная страница участника, с которой он порождает новые страницы и связывает гиперссылками существующие. Система гиперссылок имеет древовидную структуру с началом на личной странице.
  2. "Социальная стратегия" - Древовидная система ссылок строится с главной странички или странички "сообщества". Придерживаясь социальной стратегии участник редактирует главные страницы и создает новые от лица сообщества, выполняя некую социальную функцию. Социальная стратегия отражает практику совместного конструирования общего для всех wiki-сайта.

Хорошим правилом будет следование обеим стратегиям. Любой социальный вклад участника может находить отражение в системе ссылок с личной странички.

В проекте "Цифровая Пустынь" одним из главных разделов wiki-сайта был "Полевой журнал". В Полевом журнале отражалась хронология всех экспедиционных дел. Как правило, ежедневно назначался ответственный за ведение полевого журнала, но каждый мог внести свою лепту. Хронологическая запись сопровождалась галереей фотографий сделанных всеми участниками проекта в течение дня.

Wiki-технология позволяет включить в совместную деятельность внешних наблюдателей и экспертов. Например, в проекте "Цифровая Пустынь" учащиеся могли привлекать своих родителей для работы над реферативными разделами своих исследовательских работ. Для оценки работ привлекались внешние эксперты, которые оставляли свои комментарии о работах в обсуждениях.

Цифровое документирование

Под документированием мы можем понимать:

  • Конспектирование
  • Ведение хронометрической записи
  • Фото-документирование
  • Видео-документирование
  • Диктофонную запись
  • Логинг перемещений

Особое внимание уделяется ведению полевого журнала, своеобразной летописи полевого практикума. Полевой журнал создается от лица всего коллектива. В полевом журнале ведется хронометрическая запись, в которой фиксируется время, место и суть происходящего, дается краткое описание погодных и прочих обстоятельств. Полевой журнал может ассоциироваться с коллективным конспектом.

Ежедневно может назначаться ответственный за ведение полевого журнала, однако, каждый член экспедиционной группы может дополнять и уточнять текст.

В проекте "Цифровая Пустынь" полевой журнал занимает центральное место на локальном вики-сайте. Благодаря возможности совместного редактирования вики-страниц каждый может внести свою лепту в описание пережитых событий. Сторонние наблюдатели (родители) через интернет отслеживают все происходящее, могут комментировать и давать оценки.

Текстовое описание полевого журнала может быть дополнено медиа-иллюстрациями. Фотографирование и видеосъемка являются одним из проявлений любознательности. У многих участников полевого практикума, часто, есть собственные цифровые фотоаппараты, которыми они фиксируют все уникальное и интересное, встреченное в течение дня.

В исследовательской группе может быть назначен фото-репортер (видео-репортер), - участник, которому будет вменяться в обязанность фото- видео-документирование. Следует помнить, что в основе репортажа лежат фото- видео-материалы отражающие ключевые моменты происходящего. Как правило, будущий репортаж обсуждается с руководителем, планируются кадры в соответствии планами предстоящего.

В полевой практике, так же как и в современном туризме фото- видео- документирование носит не только характер иллюстрирования дневниковых записей, но и является важным элементом документального подтверждения совершенных действий. Так, например, в современном спортивном туризме туристическая группа подтверждает прохождение маршрута фотографиями всей группы (кроме держащего фотоаппарат) на фоне уникальных объектов, таких как дорожные знаки с указанием населенных пунктов, вывески поселковых администраций, памятники и т.п.

Групповые фотографии становятся обязательным правилом при организации самостоятельных походов учащихся (без руководителя). Учащиеся знают, что им нужно будет сделать общую фотографию на каждом пункте маршрута и поэтому не должны никого оставлять по дороге и отпускать куда-либо. По фотографиям руководитель контролирует сплоченность группы.

Во многих случаях использование цифрового диктофона (как самостотельного устройства, так и встроенного в телефоны и фотоаппараты) может облегчить процесс ведения хронологической записи и конспектирования материалов излагаемых педагогом-руководителем в полевых условиях. Практика использования диктофона предполагает краткое переизложение основных сведений на диктофонную запись. Учащийся не записывает все подряд, а, выслушав педагога, отходит в сторонку и тихонько надиктовывает основные мысли как можно более кратко. Начитанный на диктофон конспект должен быть расшифрованн, т.е. перенесен в цифровой текст в камеральных условиях.

С помощью диктофона может быть сделана цифровая фонограма - запись, которую нужно будет поместить в коллективный гипертекст без расшифровки. Цифровые фонограммы могут содержать в себе голоса природы или, так называемые, стендапы, или фрагменты лекций. Не следует злоупотреблять встраиванием длительных фонограмм и перекладывать на них смысловую нагрузку. Фонограмма, это лишь иллюстрация, дополняющая основное содержание.

Доккументирование перемещений может осуществлятся автоматически при помощи GPS-логгера, отдельного устройства или функции встроенной в GPS-навигаторы и другие мобильные устройства содержащие в себе GPS модуль. Лог перемещений содежит в себе информацию о трактории перемещения и времени прохождения каждой точки. Лог перемещений можно выгрузить на карту, обозначив на нем все значимые точки пройденного пути.

Расшифровка лога перемещений дает возможность посмотреть время прохождения того или иного пункта, высоту положения в пункте, скорость, общий путь, перемещение и пр. путевые параметры. При помощи лога перемещений можно выполнить географическую привязку всех сделанных фотографий и диктофонных записей, при условии что таймеры устройств настроены на точное время (по GPS). Для этого нужно посмотреть время снимка (записи) и в логе выбрать соотвествующую данному времени точку. Географические прифязки фотоизображений могут выставляться автоматически с помощью аппаратных узлов встроенных в фотоаппараты и специальных программ, анализирующих лог и рсставляющих геопривязки в EXIF раздел фотоизображения [1].

Еще одним, пока еще экзотическим, способом цифрового документирования является непрерывная видеозапись с камеры закрепленной на голове человека (примеры: шлем-камера, гарнитура с видеокамерой). Такая запись может вестись часами. При переполнении памяти может происходить "затирание" хвоста. Вследствие своей длительности запись трудно расшифровывать, и использовать её для конспектирования услышенного и увиденного крайне трудно. Чаще всего такие записи не расшифровываются, а просто помещаются в архив или уничтожаются по прошествии некоторого времени. Обращаться к записям следует, если возникает конкретный вопрос, ответ на который содержится в кадрах, или для того, чтобы вырезать кусочек видео, иллюстрирующий что-то особенно интересное и важное.


Литература

  1. Басанова К. Шифруем мысли. Правила коспектирования. ММ №04, 2007 [2]
  2. Штернберг Л.Ф. Скоростное конспектирование. Учебно-методическое пособие.

(М.: Высшая школа, 1988) [3]

Цифровое коллекционирование

Цифровое коллекционирование живых природных объектов является гуманным методическим приемом естественно-научного образования по отношению к практике собирания гербариев и энтомологических коллекций, не говоря уже о более крупных представителях флоры и фауны. Участники практикума, часто, имеют собственные цифровые фотоаппараты, которые берут во все экскурсии и походы. В качестве фотоаппаратов можно использовать встроенные в смартфоны, айфоны и нетбуки камеры. Но наиболее надежным и предпочтительным вариантом выбора цифрового фотоаппарата является ультразумм - фотоаппарат с большим диапазоном трансфлакации в надежном корпусе с повышенными конструктивными требованиями к ударопрочности и водонепроницаемости. Такой фотоаппарат позволит выполнить не только фотографирование природного объекта, но и заменит собой бинокль, дав исследователю большие возможности по изучению природы.

Цифровое коллекционирование может предполагать не только фото-коллекционирование, но и коллекционирование видео, аудио-записей, GPS-треков, 3D-моделей, скриптов исполняемых приложений и др.

Умение сделать хороший кадр является важным навыком современного исследователя природы. В этом деле требуются умения быть наблюдательным, быстро реагировать, подкрадываться, ждать, приманивать и пр. Чтобы получить хороший кадр, как правило, делается серия фото-экспозиций. В итоге мы имеем сотни фотографий, большая часть из которых должна быть отбракована. В камеральных условиях сделанные кадры просматриваются на ноутбуке. Методом исключения наихудших выбираем достойные кадры для размещения в коллекциях.

В проекте "Цифровая Пустынь" каждый участник загружает сделанные им фотографии на вики-сайт экспедиции, подписывает, указывает место и время съемки. Загруженные фотографии отражаются в виде миниатюр в личном блоге автора, формируется личная фото-коллекция. Согласной установленной для экспедиции договоренности, все загруженные на сайт фотографии могут быть использованы другими участниками в своих исследовательских проектах. При этом, если авторство не оговаривается отдельно, автором считается тот, кто загрузил фотографию, что отражено во вкладке "история" к изображению.

Аналитическая работа по результатам полевого практикума предполагает, в том числе, систематизацию цифровых коллекций. Могут быть предложены разные критерии систематизации. Например, в ряде случаев нами была инициирована работа по созданиям коллекций, характеризующих биотопы (луг, лес, болото, водоем, населенный пункт).

Площадкой для накопления цифровой коллекции может стать любой из существующих социальные медиа сервисов.


Веб-трансляции данных мониторинговых служб и интернет-камер

Современные цифровые измерительные комплексы помимо автоматизации измерительного процесса, часто, позволяют транслировать получаемые данные в компьютерную сеть. Это дает возможность создавать измерительные (сенсорные) сети на базе компьютерных сетей, осуществлять удаленные наблюдения и, в некоторых случаях, дистанционно управлять ходом экспериментов.

В комплект приложений Школьной (и любой профессиональной) цифровой метеостанции входит программа сетевой трансляции метеоданных с заданным интервалом времени. Конкретно, для метеостанций Heavy Weather предлагается использовать приложение Publisher из комплекта ПО самой метеостанции, настраиваемое на передачу данных по электронной почте и (или) ftp-соединению. С помощью Publisher создается виджет, представляющий собой обновляемую giv-картинку. Картинка "впечатывается" на страничку веб-сайта. Так, в проекте "Цифровая Пустынь" цифровая метеостанция установленная на крыше плевой базы транслировала метеоданные на главную страничку вики-сайта. Реализовано это было посредством ежеминутного обновления картинки метео-виджета в папке картинок вики-сайта посредством ftp-соединения. Для того, чтобы получить оперативные сведения о метео-состоянии участникам полевого практикума достаточно было взглянуть на главную страничку сайта.

Использование технологии видео-трансляций в полевом практикуме может помочь в решении целого ряда задач, связанных как с внешней, так и внутренней коммуникацией. Для организации трансляций удобнее всего использовать так называемые интернет-камеры.Интернет-камера отличается от обычной web-камеры тем, что ее можно подключить непосредственно в компьютерную сеть по проводному или беспроводному интерфейсу как самостоятельное устройство. Управление интернет-камерой осуществляется с любого компьютера сети через web-браузер по выделенному для камеры IP-адресу. Управляя камерой можно изменять направление обзора, масштабировать изображение, осуществлять видеозапись, устанавливать функцию реакции на движение. Некоторые интернет-камеры автоматически переходят в ночной режим при падении уровня освещенности, что дает возможность осуществлять наблюдения даже в полной темноте.

Одним из наиболее увлекательных занятий с видеокамерой в условиях полевого практикума является организация удаленного наблюдения за животными в естественных условиях их обитания.

В проекте Цифровая Пустынь интернет камера в режиме сетевой трансляции устанавливалась в разных местах зоны действия WiFi сети: у птичьей кормушки, тропе ежа, на веранде где идут занятия и пр. местах.

Взаимодействие с внешними экспертами, родителями и добровольными помощниками

Вики-сайт полевой экспедиции реализует возможности экспертной оценки и всесторонней поддержки исследовательского творчества участников полевого практикума.

Так, например, родители школьников участников проекта "Цифровая Пустынь" могли ежедневно просматривать результаты работы своих детей: путевые заметки в формате блогов, фотографии, исследовательские работы и пр. На родительском собрании до начала экспедиции им давалась установка на на всестороннюю помощь своим детям. Родители могут самостоятельно править орфографические и грамматические ошибки детей, помогать в составлении реферативной части исследовательской работы добавляя теоретический материал, комментировать и голосовать.

Одной из важных составляющих при организации полевых исследований и оценке итогов работы учащихся является привлечение внешних экспертов-специалистов. В идеальном случае юный экспедиционер получает техническое задание на исследование. Работая над содержательной статьей своего исследования получает комментарии и рекомендации, стремиться выполнить по настоящему полезную и нужную для заданного научного направления работу.

На наш взгляд удобно сначала пригласить специалиста реально приехать на полевую базу и провести очное занятие. Затем специалист продолжает курировать заданное направление посредством вики-сайта.

Наконец, сами дети после возвращения домой и завершения экспедиции продолжают оставаться авторами и редакторами экспедиционного вики-сайта. Они могут продолжат начатую ими работу, могут помогать другим участникам в редактировании их статей, комментировать, давать оценки, - становясь тем самым добровольными помощниками и экспертами.

Помимо вики-сайта реализованного локально с внешним интернет-доступом на полевой базе была задействована еще одна коммуникационная технология - локальный мессенджер - Jabber. Все участники полевого практикума могли общаться друг с другом посредством передачи коротких сообщений - месседжов. Каждый персональный включенный компьютер отражается в виде значка статуса

Цифровые наблюдения

Цифровые технологии значительно расширили возможности организации наблюдательной исследовательской практики. Наблюдение как прием познания предполагает возможность перемещения исследователя к объекту (экспедицию), построение феноменологических описаний (текст), фото-видео-аудио документирование, измерения. Наблюдения могут носить случайный характер или производиться по определенному плану.

Фотоохота

Фотоохота представляет собой одно из наиболее увлекательных занятий в исследовательской практике натуралиста. Благодаря широкой распространенности цифровых фотоаппаратов фотоохота становиться доступным занятием для многих.

Существуют специальные фотоаппараты, конструкции которых предусматривают возможность их использования в полевых условиях, обладающие широким диапазоном оптической трансфлокации, высокой чувствительностью матрицы для сумеречной съемки, защитой от запотевания и брызг, и другими специальными параметрами. Такие фотоаппараты часто относят к классу ультразуммов. Ультразуммы в настоящее время активно вытесняют бинокли, потому что обладают значительно большими степенями увеличения. В ультразуммах используются стабилизаторы компенсирующие движение корпуса. В случаях предельного увеличения, когда стабилизация уже не приводит к должному результату, изображение может быть получено за счет мгновенности экспозиции.



Ресурсы по теме:

Русскоязычные

  1. Фотоохота в Wikipedia http://ru.wikipedia.org/wiki/%D4%EE%F2%EE%EE%F5%EE%F2%E0
  2. Клуб фотоохотников ЛООиР http://fotoohota.spb.ru

Англоязычные

  1. Сервис публикаций любительских фотографий животного мира http://www.inaturalist.org/
  2. Дикая природа и фотография от BBC http://www.discoverwildlife.com
  3. Журнал "Фотографы натуралисты" http://www.naturephotographers.net/

Аудиоохота

Где бы мы ни находились, звуки окружают нас. Интуитивно и целенаправленно мы стремимся к определению источников и причин слышимого. Все звуки можно условно разделить на шумы и сигналы (голоса). Шум возникает не специально, а как побочное явление при каких-либо процессах и движениях. В технике, как правило, с шумами приходиться бороться. В природе шумы возникают из-за ветра, движения воды, электрических разрядов и др. Идущий человек тоже является источником шума: "топает" обувь, хрустит и шелестит лесная подстилка, части одежды издают звуки от трения друг о друга.

Сигналы в отличие от шумов формируются целенаправленно. Источником или первопричиной сигнала всегда является живое. К сигналам мы относим прежде всего голоса. Кроме того, существует масса различных способов извлечения звуков живыми организмами посредством вспомогательных предметов (инструменов).

Первенство в извлечении звуков в мире живого принадлежит птицам. Где бы мы не оказались в природе всюду слышаться их голоса. Пение птиц может иметь разные причины. Поют чаще всего самцы, чтобы обозначить свою территорию или привлечь самок. У каждого вида своя песня.

Умение различать звуки вообще и выделять голоса животных в частности является важным для опытного натуралиста. Вооружившись диктофоном мы можем записывать звуки природы. Цели у аудиоохоты могут быть разные. Например, для определения вида, когда мы записываем незнакомый голос, а потом обращаемся к специалисту или библиотеке голосов. Мы можем записывать звуки с целью их коллекционирования, систематизации и пр. Каждую звукозапись необходимо дополнить информацией о времени и месте, где она производилась. Сделать краткое описание биотопа. Эти сведения могут оказаться существенными при определении вида.

При аудиоохоте важно понимать, что звуки смешиваются друг с другом и нам не всегда удается выделить чистый звук, происходящий от одного источника. Для выделения звука приходиться либо подкрадываться как можно ближе, либо использовать специальные узконаправленные микрофоны и другие технические приемы.

Звуки отличаются друг от друга - силой (громкостью); - высотой; - тембром.


Ресурсы по теме: Русскоязычные:

http://www.ornithologist.ru/index.html - Птицы разных материков, рек, озер, морей и побережий. Голоса птиц.

Не русскоязычные:

http://www.wildechoes.org - WILD ECHOES. Nature Recordings

http://birdvoices.net/ - Bird Voices.Recordings of birds.

http://naturesound.org/ - Naturesound.

Скрытое видеонаблюдение за животными

Жизнь диких животных в массе своей протекает скрытно от человека. Иногда мы замечаем следы присутствия животных но самих их увидеть не удается. Использование систем скрытого видеонаблюдения частично решает эту задачу.

Относительной просто сделать систему скрытого видеонаблюдения из обычной веб-камеры и ноутбука(нетбука, айпада) с как можно большей продолжительностью работы от аккумулятора. В ноутбуках, как правило, есть встроенные веб-камеры, но они не удобны, их трудно установить правильно и замаскировать. Корпус внешней веб-камеры можно раскрасить маскировочным узором, заклеить светодиод если он есть. Удобно приобрести usb-удлинитель.

Теперь, мы можем установить веб-камеру в месте предполагаемого появления животного, спрятаться с ноутбуком на расстоянии вытянутого шнура usb-удлинителя и наблюдать за происходящим перед веб-камерой на мониторе ноутбука.

Веб-камеру можно закрепить на рыболовную удочку и "заглядывать" с помощью неё в птичьи гнезда. Получиться "гнездоскоп"[4]. Веб-камерой можно обследовать норы животных. Чтобы камера работала в темноте, к ней нужно привязать миниатюрный фонарик, примерно такой, какой носиться с ключами в виде брелка. Получается своеобразный эндоскоп.

Использование специального программного обеспечения для веб-камеры позволит автоматизировать процесс скрытого видеонаблюдения. Так, например, существует много программ детекторов движения для веб-камер. Камера устанавливается в режим ожидания и как только перед камерой происходит движение, следует реакция, тип которой устанавливается самим пользователем. Реакциями на движение могут быть - подача сигнала, видеозахват движущегося объекта, фотография движущегося объекта. Программу "детектор" предварительно можно настроить на чувствительность реакции и зону срабатывания. Во время летней экологической экспедиции "Цифровая Пустынь" мы устанавливали камеры скрытого видеонаблюдения в 50 метрах от места групповой стоянки на берегу болота чтобы наблюдать обитающих там бобров. Чтобы не было пустых срабатываний детектора от качающейся на ветру листвы, мы выбирали и настраивали зону детектирования по участкам свободной воды и краям берега без растительности. Оставляли камеру в режиме детектирования с видеозахватом на два часа. В итоге засняли плывущего бобра. Другим примером использования системы скрытого видеонаблюдения с детектором движения являются наблюдения птиц у кормушки, повешенной на окне. Камера наблюдет за кормушкой прямо через окно и регистрирует всех залетевших гостей.

Изображение с веб-камеры следящей за животными может транслироваться удаленному наблюдателю через Интернет. Для этого ноутбук управляющий камерой должен иметь интернет соединение. Например, соединение может быть установлено посредством GPRS-модема. Еще удобнее, если имеется WiFi-сеть, обладающая большей пропускной способностью. Самым простым программным решением этой задачи будет использование сервиса ip-телефонии, такого как Skype. Другой способ - трансляция видео через один из сервисов видеотрансляций live-video-streaming. При желании, можно установить и настроить приложение преобразующее компьютер управляющий камерой в сервер потокового видео.

Эффективнее веб-камеры может оказаться Интернет-камера. Интернет-камера работает независимо от компьютера, управляется собственным встроенным микропроцессором. Её можно подключить к компьютерной сети посредством проводного или беспроводного соединения. Управление камерой осуществляется через веб-интерфейс. Интернет-камеры часто снабжены системами ночного видения и функциями управления угла обзора.

В проекте "Цифровая Пустынь" нами была апробирована камера TRENDnet TV-IP410WN. Камера подключалась к локальной сети через WiFi соединение. Камере назначался статичный ip-адрес. Любой желающий мог в окне браузера открыть страничку камеры, наблюдать за происходящим, слушать звук и управлять углом обзора. В течение проекта камера кочевала с места на место в пределах зоны WiFi и была использована как для наблюдениями за мышами, живущими под верандой, так и для трансляции проводимых различных мероприятий. Недостатком камеры стала необходимость подключения её к сети электропитания. Чтобы сделать камеру независимой от розетки, мы купили небольшой аккумулятор 12V и пробовали проводить наблюдения в лесу вдали от базы.



Ресурсы по теме

Русскоязычные:

1. http://pticiekb.ucoz.ru/ Гнездоскоп кружковцев орнитологов-любителей Городского Детского Экологического Центра г. Екатеринбурга

Англоязычные:

1. http://www.africam.com/wildlife/index.php Африкам. Дистанционно-управляемые камеры установлены в кишащих жизнью уголках дикой африканской саванны.

2. http://www.ustream.tv/decoraheagles Камера над гнездом орла.

Цифровые бинокли и цифровые лупы

Цифровой фотоаппарат вместо бинокля и лупы.

Цифровые фотоаппараты активно вытесняют бинокли и лупы. Современные псевдозеркальные фотоаппараты класса ультразум имеют предельные кратности увеличения сравнимые с кратностью увеличения небольшого телескопа (~20 крат) и режимы макросъемки, позволяющие фокусироваться на объектах с расстояния нескольких сантиметров, получать при этом изображения миниатюрных объектов в масштабах сравнимых с масштабами небольших микроскопов (~20 крат)!

Предельные увеличения традиционных оптических биноклей и луп редко доходит до 10 крат. При 10 кратном увеличении непроизвольное движение корпуса наблюдателя уже существенно сказывается на стабильности изображения, поэтому при таких высоких кратностях приходиться использовать штативы. В случае цифрового фотоаппарата встроенный компенсатор движения (антишейк)стабилизирует изображение объекта. Фотоаппарат можно использовать как бинокль и одновременно как лупу, разглядывая изображение через видоискатель или LCD-монитор. Кроме того, высокое качество увеличенного изображения может быть достигнуто за счет мгновенности экспозиции, а фактор сумерок наоборот может быть увеличен за счет удлинения экспозиции. В этом случае мы сначала фотографируем объект, а потом рассматриваем его на мониторе.

В проекте "Цифровая Пустынь" предполагался ряд исследовательских заданий, связанных с использованием ультразумов.

  1. Наблюдение за птицами. Отождествляем птицу по её пению, обнаруживаем в кронах деревьев и кустарников и пытаемся сфотографировать используя максимальный зум.
  2. Фотоохота на бабочек. Нужно получить крупный план изображения бабочки не прикасаясь к ней и не причиняя ей физического вреда.
  3. Изучение макрозообентоса. Фильтруем воду из водоема, осматриваем коряги и корни водных растений на предмет обнаружения макрозообентоса. Фотографируем находки в макрорежиме. В камеральных условиях рассматриваем на мониторе или проекционном экране, обсуждаем увиденное.


Ресурсы:

1. http://www.64bita.ru/macro.html Принципы фотографии. Макросъемка.

2. http://www.macroclub.ru/ Макроклуб.

Англоязычные

http://en.wikipedia.org/wiki/Superzoom Суперзум. Статья в Википедии англ.

Цифровые микроскопы и цифровые телескопы

Цифровой микроскоп

Микроскопом называют оптический прибор для исследования объектов, невидимых невооруженным глазом. С помощью микроскопа можно исследовать различные микроорганизмы, клетки растений, бактерии, кровь и тп.

Существуют микроскопы для работы в отраженном и проходящем свете.

Микроскопы для работы в проходящем свете - биологические микроскопы, используют для исследования тонких прозрачных образцов. Микроскопы для работы в отраженном свете - стереоскопические микроскопы, используют для исследования объемных непрозрачных образцов: минералов, кристаллов, металлов и тп.

Микроскопы можно классифицировать по типу насадки: монокулярные (наблюдения проводятся одним глазом), бинокулярные (наблюдения проводятся двумя глазами), тринокулярные (наблюдения проводятся двумя глазами, а также имеется специальный выход для подсоединения фотоаппарата или специальной цифровой камеры для микроскопа) [5].

Для того, чтобы сделать фотоснимки исследуемых образцов с помощью микроскопа, следует использовать специальную цифровую камеру (цифровой окуляр). Такая камера вставляется в тубус микроскопа вместо окуляра и подключается к компьютеру через USB-разъем.

Подобные камеры очень просты в использовании, не требуют дополнительных переходников. Все, что Вам нужно, это просто установить драйвера на Ваш компьютер и программу для обработки изображения (диск с драйверами и ПО поставляется в комплекте с камерой).

Цифровыми микроскопами принято называть микроскопы укомплектованные съемными или несъемными цифровыми окулярами. Часто микроскоп с несъемным окуляром снабжен LCD-экраном.

Существует особая разновидность цифровых микроскопов - карманные (Hand Held Dogital Microscope). Такие микроскопы не имеет штатива, представляют собой небольшую оптическую трубку с встроенным ПЗС устройством вместо окуляра и яркими световыми диодами около объектива для освещения фокальной плоскости. Микроскоп "утыкается" в исследуемый образец и делается кадр. Удобен для изучения непрозрачных образцов в месте их дислокации. В паре с нетбуком такой микроскоп может быть использован в полевых условиях. Так например, в ходе геологической практике для изучения почв, минералов и др.

Репортажная и документальная съемка

Репортажная съемка предполагает создание серии фото или видео-кадров отражающих основные моменты происходящего события. Особое значение в репортаже имеет понятие ключевого кадра. Ключевой кадр должен содержать в себе образы в наибольшей степени характеризующие суть происходящего.

Часто, исходя из программы предстоящего мероприятия мы можем заранее предполагать композицию ключевого кадра, одного или нескольких, в зависимости от поставленной задачи. Хороший репортаж это всегда заранее спланированный репортаж. При планировании репортажа удобно давать кадрам названия. Например, ключевым кадром репортажа со дня рождения может быть кадр с названием "Задувающий торт именинник".

Если репортажная съемка будет поручена школьнику или студенту, то нужно заранее настроить его на работу проговорив с ним все ключевые моменты предстоящего события и желаемые образы. Репортер всегда делает избыточное количество кадров, но исходя из требований формата представления результата, в итоге, отбирает лучшие наиболее удачно вписавшиеся в намеченную концепцию, и ограничивает их количество.

Мы можем предположить существование следующих форматов представления репортажа:

  • Фотоальбом мероприятия (~10-40 кадров).
  • Творческий отчет. Документ содержащий фотографии (~5-20 кадров) и текстовое описание происходящего.
  • Презентация по итогам (~15-25 кадров).
  • Стенд, плакат. Для иллюстрации какого-либо достижения (~7 кадров).
  • Новость (~ 1-3 кадра).
  • Иллюстрированная статья (~3-5 кадров).
  • Запись в блоге, web-страничка (~ 1-7 кадров).

Иногда в репортаже используют такой съемочный прием как "стендап". Стендап в видеорепортаже представляет собой запись журналиста рассказывающего о событии происходящем за его плечами. Стендап в фоторепортаже это, часто, фотография самого себя на фоне происходящего.

Если в репортаже мы снимаем только важные (ключевые) моменты события, то при документальной съемке событие отражается целиком.

Видеодокументальная съемка имеет смысл в тех случаях, когда может потребоваться детальный анализ происходящего и документальное подтверждение.

Цифровые измерения

Цифровая метеостанция

Цифровая метеостанция представляет собой комплекс метеорологических датчиков, показания которых регистрируются в автоматическом режиме. Сбор данных осуществляется с помощью устройства называемого регистратором. Датчики подключаются к регистратору проводным, либо беспроводным (433 Мгц) соединением. Дальность беспроводного соединения может составлять до 100 метров.

Как правило, в самом корпусе регистратора располагаются датчики температуры, давления и влажности. Комплекс внешних датчиков устанавливается на открытой метеорологической площадке (например на крыше, или на кронштейне за окном). К внешним стандартно относятся датчики температуры, влажности, направления ветра, скорости ветра, количества осадков. Возможна дополнительная установка датчиков температуры почвы, воды в ближайшем водоеме, ультрафиолетового излучения и др.

Значения измеряемых датчиками параметров отображаются на табло регистратора. Регистратор показывает не только измеряемые, но и вычисляемые параметры такие как фактор комфортности (wind-chill), коэффициент порывистости ветра, количество осадков за час, день, общее и др. Некоторые модели метеостанций позволяют просматривать графики тенденций изменения метео-параметров за несколько прошедших суток. На основании тенденций строиться предсказание, отражаемое на табло. На регистраторе можно установить тревожный сигнал на случай падения температуры, шквальный ветер, падение давления, ливня и др.

К регистратору цифровой метеостанции можно подключить компьютер (через com-порт или usb). Специальное прораммное обеспечение позволит непосредственно на мониторе компьютера просматривать текущие значения всех измеряемых и вычисляемых параметров. Параметры могут в автоматическом режиме (через электронную почту или ftp-соединение) пересылаться компьютером в региональный гидрометеоцентр и (или) публиковаться на своем сайте.

Расширенные настройки программного интерфейса позволяют настроить метеостанцию на опрос датчиков с заданным интервалом времени. В паре с компьютером метеостанция превращается в мониторинговую службу, когда мы можем не только просматривать значения метеопараметров в прошедший период наблюдений, но и заниматься анализом, строить графики тенденций и пр.

Цифровая метеостанция как правило имеет буфер памяти на определенное число строк таблицы параметров. При подключении компьютера выполняется синхронизация памяти метеостанции с таблицей на компьютере. Благодаря этому данные измерений за тот период пока компьютер был отключен будут на него загружены и окажутся в той-же табличке. На практике, чтобы вести непрерывную запись наблюдений метеостанции с интервалом в час, нужно раз в неделю на несколько минут подключать к ней компьютер.

Цифровая школьная лаборатория

Представляет собой комплекс измерительных датчиков, аппаратное или аппаратно-программное устройство оцифровки данных (логгер, data logger) и аналитический центр - компютер. На примере школьной цифровой лаборатории выпускаемой компанией Fourier, известной в России под торговой маркой Архимед, можно рассмотреть варианты комплектации. В частности, Fourier предлагает 65 типов датчиков условно классифицируемых по направлениям биология, химия, окружающий мир, физика, математика. Датчики могут быть подключены к одному из следующих типов аппаратно-программных устройств:

1. К специальному планшетному компьютеру NOVA 5000, имеющему 4 разъема для параллельного подключения датчиков и программные инструменты (MultiLab) для сбора измерительных данных и их последующего анализа.
2. К специальному наладонному устройству - логгеру MultiLogPRO, на графическом табло которого можно наблюдать показания измерений независимо от компьютера. Логгер может быть подключен к компьютеру. Предназначен для учащихся среднего и старшего звена.
3. К специальному наладонному устройству - логгеру EcoLogXL. На текстовом табло логгера можно наблюдать показания датчиков. Прибор содержит 5 встроенных метеорологических датчиков и может быть подключен к ограниченному набору сенсоров. Предназначен для учашихся младшей и средней школы.
4. К устройству NOVA LINK в виде маленького кубика, представляющего собой переходник между разъемами датчиков и usb-портом персонального компьютера. До 8 датчиков параллельно подключаются к компьютеру через это посредничающее устройство. На компьютере устанавливаются необходимые драйвера и программы для работы с датчиками.
5. К устройству NOVA AIR. Это беспроводное одноканальное устройство, позволяющее снимать показания с измерительного датчика на компьютер с расстояния действия Bluetooth-соединения.
6. К графическому калькулятору HP Mobile Calculating Lab (MCL). Это устройстов представляет собой калькулятор с графическим монитором и дополнительными функциями, включающими в себя режимы снятия показаний с датчиков и возможности демонстрации графиков. Измеренные данные могут быть переданы на компьютер в виде электронной таблицы.

Существует много вариантов комплектации школьной цифровой лаборатории. Цифровая лаборатория не является отдельным устройством, а представляет собой комплекс аппаратных и программных элементов варьируемых в зависимости потребностей экспериментатора и его финансовых возможностей.

Теоретически, для любого физического параметра может существовать свой соответсвующий датчик. Датчики отличаются рабочими диапазонами и как следствие разрешением параметра (чем меньше диапазон, тем болше разрешение), временем реакции и, как следствие, предельной частотой снятия показаний. Так например в наборе датчиков Fourier есть 3 датчика температуры:

1) DT029 с диапазономизмерения от -25°C до +110°C с разрешением параметра 0,03°C, временем реакции датчика 20 секунд при измерение в жидкости и 40-60 секунд в воздухе. Снятие показаний с датчика не чаще, чем 10 раз в секунду.
2) DT027 с диапазоном измерения от -200°C до +400°C с разрешением параметра 0,15°C и временем реакции датчика 20 секунд в жидкости и 40-60 секунд в воздухе. Снятие показаний с датчика не чаще, чем 10 раз в секунду.
3) DT025 с диапазоном измерения от 0°C до +1200°C с разрешением параметра 0,3°C.

Измерения любых параметров средствами цифровой лаборатории происходит идентично. Независимо от того, меряем ли мы температуру, вес, PH-фактор или что-нибудь еще, показания будут отображаться одинаково на одинаково выгядящих шкалах.

Цифровая лаборатория позволяет автоматизировать процесс измерения. Исследователь может задать программу снятия показаний через заданный интервал времени в заданном временном промежутке. Частоты снятия показаний в зависимости от инерционности датчика могут вариироваться в широком диапазоне от ~20 тыс. измерений в секунду до 1 измерения в день. Цифровая лаборатория может автоматизировать процесс вычисления абсольтных, среднеквадратичных и относительных ошибок. Аналитические инструменты цифровой лаборатории позволяют апроксимировать, дифференциировать, интегрировать ряды измерительных данных.

Геодезические измерения и измерения путевых параметров GPS-приборами

Современные партативные цифровые приборы глобальной системы позиционирования (GPS, ГОЛОНАС) открывают широкие возможности по проведению геодезических измерений и измерений путевых параметров. Так например, туристический GPS-навигатор помимо определения тчоной координаты и высоты над уровнем моря позволят выполнить измерение скорости (мгновенной, средней), определить пройденный путь и перемещение, расстояние между точками, азимутальное направление, площадь природного объекта, перепад высот между точками, углы наклонов ландшафта и многое другое.

Программные средства анализа и графического представления измеренных данных

Данные измерени производимых с помощью цифровых метеостанций, лабораторий и любого другого измерительного оборудования в сыром виде представляют собой таблицы значений.

Первая потребность, которая может возникнуть у исследователя заключается в визуализации этих рядов данных, в построении графиков и диаграмм.

Программный анализ измерительных данных может затрагивать такие потребности исследователя, как:

1. Усреднение параметра и вычисление абсолютных, среднеквадратичных и относительных ошибок.

2. К апроксимации и интеполяции рядов значений отражающих динамический процесс.

3. К трансформации данных: вырезанию участков, интеграции, дифференциации.

В качестве программного средства обработки данных может быть использован любой табличный редактор, например Microsoft Exel, может быть использована система инженерных и математических вычислений MatLab и MathCad, специальные программы обработки лабораторных данных, такие как MultiLab от Fourier System.

MultiLab это комплексная программа, которая предоставляет все, что нужно для того, чтобы собирать и обрабатывать данные с лабораторий Nova5000 или NovaLink. Вы можете:

  • отображать данные в виде графиков, таблиц и метрической шкалы;
  • анализировать данные с помощью современных инструментов анализа;
  • смотреть или записывать видео в ходе эксперимента.

Программа включает в себя четыре дисплея: график, таблицы, видео и навигационный дисплей (Data Map). Можно просматривать все четыре дисплея одновременно, либо просмотреть любую комбинацию из четырех.

Цифровое позиционирование

Глобальные системы позиционирования

Учебные игры в лесу

Геоинформационные системы и сервисы

Геотагинг

Геокешинг

Экспедиционные маршруты и навигация

GPS-трекинг, логинг, спасение

Геодезические измерения и измерения путевых параметров GPS-приборами

См. также

Персональные инструменты
Инструменты