GIS to nowoczesne mobilne systemy geoinformacyjne, które mają możliwość wyświetlania swojej lokalizacji na mapie. Ta ważna właściwość opiera się na wykorzystaniu dwóch technologii: geoinformacji i globalnego pozycjonowania. Jeśli urządzenie mobilne ma wbudowany odbiornik GPS, to za pomocą takiego urządzenia można określić jego lokalizację, a w konsekwencji dokładne współrzędne samego GIS. Niestety technologie i systemy geoinformacyjne w rosyjskojęzycznej literaturze naukowej są reprezentowane przez niewielką liczbę publikacji, w wyniku czego prawie nie ma informacji o algorytmach leżących u podstaw ich funkcjonalności.
Klasyfikacja GIS
Podział systemów informacji geograficznej odbywa się zgodnie z zasadą terytorialną:
- Globalny system GIS jest używany do zapobiegania katastrofom spowodowanym przez człowieka i klęskom żywiołowym od 1997 roku. Dzięki tym danym możliwe jest stosunkowoprzewidzieć skalę katastrofy w krótkim czasie, sporządzić plan następstw, oszacować szkody i utratę życia oraz zorganizować akcje humanitarne.
- Regionalny system geoinformacyjny opracowany na poziomie gminy. Pozwala władzom lokalnym przewidzieć rozwój danego regionu. System ten odzwierciedla niemal wszystkie ważne obszary, takie jak inwestycje, nieruchomości, nawigacja i informacje, prawo itp. Warto również zauważyć, że dzięki zastosowaniu tych technologii możliwe stało się pełnienie roli gwaranta bezpieczeństwa życia Cała populacja. Regionalny system informacji geograficznej jest obecnie dość efektywnie wykorzystywany, pomagając przyciągnąć inwestycje i szybki rozwój gospodarki regionu.
Każda z powyższych grup ma określone podtypy:
- Globalny system GIS obejmuje systemy krajowe i subkontynentalne, zwykle o statusie państwowym.
- Do regionalnego - lokalnego, subregionalnego, lokalnego.
Informacje o tych systemach informacyjnych można znaleźć w specjalnych sekcjach sieci, zwanych geoportalami. Są umieszczane w domenie publicznej do przeglądu bez żadnych ograniczeń.
Zasada działania
Systemy informacji geograficznej działają na zasadzie kompilacji i rozwoju algorytmu. To on umożliwia wyświetlenie ruchu obiektu na mapie GIS, w tym ruchu urządzenia mobilnego w ramach systemu lokalnego. W celuaby zobrazować ten punkt na rysunku terenu, musisz znać co najmniej dwie współrzędne - X i Y. Wyświetlając ruch obiektu na mapie, będziesz musiał określić kolejność współrzędnych (Xk i Yk). Ich wskaźniki powinny odpowiadać różnym momentom lokalnego systemu GIS. Jest to podstawa do określenia lokalizacji obiektu.
Ta sekwencja współrzędnych może zostać wyodrębniona ze standardowego pliku NMEA odbiornika GPS, który wykonał rzeczywisty ruch na ziemi. W związku z tym rozważany tutaj algorytm opiera się na wykorzystaniu danych z pliku NMEA ze współrzędnymi trajektorii obiektu na określonym terytorium. Niezbędne dane można również uzyskać w wyniku modelowania procesu ruchu w oparciu o eksperymenty komputerowe.
Algorytmy GIS
Systemy geoinformacyjne są budowane na danych początkowych, które są brane pod uwagę w celu opracowania algorytmu. Z reguły jest to zbiór współrzędnych (Xk i Yk) odpowiadający pewnej trajektorii obiektu w postaci pliku NMEA oraz cyfrowej mapy GIS dla wybranego obszaru. Zadaniem jest opracowanie algorytmu wyświetlającego ruch obiektu punktowego. W trakcie tej pracy przeanalizowano trzy algorytmy leżące u podstaw rozwiązania problemu.
- Pierwszy algorytm GIS to analiza danych z pliku NMEA w celu wyodrębnienia z niego sekwencji współrzędnych (Xk i Yk),
- Drugi algorytm służy do obliczania kąta ścieżki obiektu, podczas gdy parametr jest liczony od kierunku dowschód.
- Trzeci algorytm służy do określania kursu obiektu względem punktów kardynalnych.
Algorytm uogólniony: koncepcja ogólna
Uogólniony algorytm wyświetlania ruchu obiektu punktowego na mapie GIS obejmuje trzy wspomniane wcześniej algorytmy:
- Analiza danych NMEA;
- obliczanie kąta toru obiektu;
- określanie kursu obiektu względem krajów na całym świecie.
Systemy informacji geograficznej z uogólnionym algorytmem są wyposażone w główny element sterujący - timer (Timer). Jego standardowym zadaniem jest umożliwienie programowi generowanie zdarzeń w określonych odstępach czasu. Za pomocą takiego obiektu można ustawić wymagany okres na wykonanie zestawu procedur lub funkcji. Na przykład dla powtarzalnego odliczania jednosekundowego interwału czasowego, musisz ustawić następujące właściwości timera:
- Timer. Interval=1000;
- Zegar. Włączony=Prawda.
W efekcie co sekundę będzie uruchamiana procedura odczytu współrzędnych X, Y obiektu z pliku NMEA, w wyniku czego ten punkt z odebranymi współrzędnymi zostanie wyświetlony na mapie GIS.
Zasada timera
Korzystanie z systemów informacji geograficznej jest następujące:
- Na mapie cyfrowej zaznaczono trzy punkty (symbol - 1, 2, 3), które odpowiadają trajektorii obiektu w różnych momentachczas tk2, tk1, tk. Są one koniecznie połączone linią ciągłą.
- Włączanie i wyłączanie timera sterującego wyświetlaniem ruchu obiektu na mapie odbywa się za pomocą przycisków wciskanych przez użytkownika. Ich znaczenie i pewną kombinację można badać zgodnie ze schematem.
Plik NMEA
Opiszmy pokrótce skład pliku GIS NMEA. To jest dokument napisany w formacie ASCII. Zasadniczo jest to protokół wymiany informacji między odbiornikiem GPS a innymi urządzeniami, takimi jak komputer PC lub PDA. Każda wiadomość NMEA zaczyna się znakiem $, po którym następuje dwuznakowe oznaczenie urządzenia (GP dla odbiornika GPS) i kończy się znakiem \r\n, znakiem powrotu karetki i wysuwu wiersza. Dokładność danych w powiadomieniu zależy od rodzaju wiadomości. Wszystkie informacje zawarte są w jednym wierszu, z polami oddzielonymi przecinkami.
Aby zrozumieć, jak działają systemy informacji geograficznej, wystarczy przestudiować powszechnie używany komunikat typu $GPRMC, który zawiera minimalny, ale podstawowy zestaw danych: położenie obiektu, jego prędkość i czas.
Rozważmy pewien przykład, jakie informacje są w nim zakodowane:
- data ustalenia współrzędnych obiektu - 7 stycznia 2015;
- Współrzędne czasu uniwersalnego UTC - 10h 54m 52s;
- współrzędne obiektu - 55°22,4271' N i 36°44.1610' E
Podkreślamy, że współrzędne obiektupodawane są w stopniach i minutach, przy czym te ostatnie podawane są z dokładnością do czterech miejsc po przecinku (lub kropki jako separatora między częściami całkowitymi i ułamkowymi liczby rzeczywistej w formacie USA). W przyszłości będziesz potrzebować, aby w pliku NMEA szerokość geograficzna lokalizacji obiektu była po trzecim przecinku, a długość geograficzna po piątym. Na końcu wiadomości suma kontrolna jest przesyłana po znaku „” w postaci dwóch cyfr szesnastkowych - 6C.
Systemy geoinformacyjne: przykłady kompilacji algorytmu
Rozważmy algorytm analizy pliku NMEA, aby wyodrębnić zestaw współrzędnych (X i Yk) odpowiadający trajektorii ruchu obiektu. Składa się z kilku następujących po sobie kroków.
Określanie współrzędnej Y obiektu
Algorytm analizy danych NMEA
Krok 1. Odczytaj ciąg GPRMC z pliku NMEA.
Krok 2. Znajdź pozycję trzeciego przecinka w ciągu (q).
Krok 3. Znajdź pozycję czwartego przecinka w ciągu (r).
Krok 4. Znajdź znak przecinka dziesiętnego (t) zaczynając od pozycji q.
Krok 5 Wyodrębnij jeden znak z ciągu na pozycji (r+1).
Krok 6. Jeśli ten znak jest równy W, to zmienna NorthernHemisphere jest ustawiona na 1, w przeciwnym razie -1.
Krok 7. Wyodrębnij (r- +2) znaki z ciągu, zaczynając od pozycji (t-2).
Krok 8. Wyodrębnij (t-q-3) znaki z ciągu, zaczynając od pozycji (q+1).
Krok 9. Konwertuj łańcuchy na liczby rzeczywiste i oblicz współrzędną Y obiektu w radianach.
Określanie współrzędnej X obiektu
Krok 10. Znajdź pozycję piątegoprzecinek w ciągu (n).
Krok 11. Znajdź pozycję szóstego przecinka w ciągu (m).
Krok 12. Rozpoczynając od pozycji n, znajdź znak kropki dziesiętnej (p). Krok 13. Wyodrębnij jeden znak z ciągu na pozycji (m+1).
Krok 14. Jeśli ten znak jest równy 'E', to zmienna EasternHemisphere jest ustawiona na 1, w przeciwnym razie -1. Krok 15. Wyodrębnij (m-p+2) znaki z ciągu, zaczynając od pozycji (p-2).
Krok 16. Wyodrębnij (p-n+2) znaki ciągu, zaczynając od pozycji (n+1).
Krok 17. Przekształć ciągi na liczby rzeczywiste i oblicz współrzędną X obiektu w radianach.
Krok 18. Jeśli plik NMEA nie jest odczytany do końca, a następnie przejdź do kroku 1, w przeciwnym razie przejdź do kroku 19.
Krok 19. Zakończ algorytm.
Kroki 6 i 16 tego algorytmu wykorzystują zmienne Półkula Północna i Półkula Wschodnia do zakodować numerycznie położenie obiektu na Ziemi. Na półkuli północnej (południowej) zmienna NorthernHemisphere przyjmuje odpowiednio wartość 1 (-1), podobnie na półkuli wschodniej (zachodniej) EasternHemisphere - 1 (-1).
Aplikacja GIS
Korzystanie z systemów informacji geograficznej jest szeroko rozpowszechnione w wielu obszarach:
- geologia i kartografia;
- handel i usługi;
- inwentarz;
- ekonomia i zarządzanie;
- obrona;
- inżynieria;
- edukacja itp.
