GIS so sodobni mobilni geoinformacijski sistemi, ki imajo možnost prikaza svoje lokacije na zemljevidu. Ta pomembna lastnost temelji na uporabi dveh tehnologij: geoinformacije in globalnega pozicioniranja. Če ima mobilna naprava vgrajen GPS sprejemnik, potem je s pomočjo takšne naprave mogoče določiti njeno lokacijo in posledično natančne koordinate samega GIS-a. Na žalost geoinformacijske tehnologije in sisteme v ruski znanstveni literaturi predstavlja majhno število publikacij, zaradi česar skoraj ni podatkov o algoritmih, na katerih temelji njihova funkcionalnost.
GIS klasifikacija
Razdelitev geografskih informacijskih sistemov poteka po teritorialnem principu:
- Globalni GIS se od leta 1997 uporablja za preprečevanje nesreč, ki jih povzroči človek, in naravnih nesreč. Zahvaljujoč tem podatkom je mogoče relativnonapovedati obseg katastrofe v kratkem času, pripraviti načrt za posledice, oceniti škodo in izgubo življenj ter organizirati humanitarne akcije.
- Regionalni geoinformacijski sistem, razvit na občinski ravni. Lokalnim oblastem omogoča napovedovanje razvoja določene regije. Ta sistem odraža skoraj vsa pomembna področja, kot so naložbe, nepremičnine, navigacija in informiranje, pravo itd. Omeniti velja tudi, da je zaradi uporabe teh tehnologij postalo mogoče delovati kot porok za življenjsko varnost celotno populacijo. Regionalni geografski informacijski sistem se trenutno uporablja precej učinkovito, kar pomaga pri privabljanju naložb in hitri rasti gospodarstva regije.
Vsaka od zgornjih skupin ima določene podvrste:
- Globalni GIS vključuje nacionalne in podcelinske sisteme, običajno s statusom države.
- Na regionalno - lokalno, subregionalno, lokalno.
Informacije o teh informacijskih sistemih lahko najdete v posebnih delih omrežja, ki se imenujejo geoportali. Dani so v javno domeno za pregled brez kakršnih koli omejitev.
Načelo dela
Geografski informacijski sistemi delujejo na principu sestavljanja in razvoja algoritma. Prav on vam omogoča prikaz gibanja predmeta na zemljevidu GIS, vključno s premikom mobilne naprave znotraj lokalnega sistema. ZaZa prikaz te točke na risbi terena morate poznati vsaj dve koordinati - X in Y. Pri prikazu gibanja predmeta na zemljevidu boste morali določiti zaporedje koordinat (Xk in Yk). Njihovi kazalniki naj ustrezajo različnim časovnim točkam lokalnega GIS sistema. To je osnova za določitev lokacije predmeta.
To zaporedje koordinat je mogoče izvleči iz standardne datoteke NMEA sprejemnika GPS, ki je izvedel resnično gibanje na tleh. Tako obravnavani algoritem temelji na uporabi podatkov datoteke NMEA s koordinatami poti objekta na določenem ozemlju. Potrebne podatke je mogoče pridobiti tudi kot rezultat modeliranja procesa gibanja na podlagi računalniških eksperimentov.
algoritmi GIS
Geoinformacijski sistemi so zgrajeni na začetnih podatkih, ki so uporabljeni za razvoj algoritma. Praviloma je to niz koordinat (Xk in Yk), ki ustrezajo neki poti objekta v obliki datoteke NMEA in digitalnega GIS zemljevida za izbrano območje. Naloga je razviti algoritem, ki prikazuje gibanje točkovnega predmeta. V okviru tega dela so bili analizirani trije algoritmi, ki so osnova rešitve problema.
- Prvi algoritem GIS je analiza podatkov datoteke NMEA, da se iz njih izvleče zaporedje koordinat (Xk in Yk),
- Drugi algoritem se uporablja za izračun kota sledi predmeta, medtem ko se parameter šteje od smeri dovzhod.
- Tretji algoritem je za določanje poteka predmeta glede na kardinalne točke.
Splošni algoritem: splošni koncept
Splošni algoritem za prikaz gibanja točkovnega predmeta na zemljevidu GIS vključuje tri prej omenjene algoritme:
- analiza podatkov NMEA;
- izračun kota sledi predmeta;
- določanje smeri predmeta glede na države po vsem svetu.
Geografski informacijski sistemi s posplošenim algoritmom so opremljeni z glavnim krmilnim elementom - časovnikom (Timer). Njegova standardna naloga je, da omogoča programu generiranje dogodkov v določenih intervalih. S takšnim objektom lahko nastavite zahtevano obdobje za izvedbo niza postopkov ali funkcij. Na primer, za ponovljivo odštevanje enosekundnega časovnega intervala morate nastaviti naslednje lastnosti časovnika:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
Zaradi tega se bo vsako sekundo zagnal postopek branja koordinat X, Y objekta iz datoteke NMEA, zaradi česar se ta točka s prejetimi koordinatami prikaže na zemljevidu GIS.
Načelo časovnika
Uporaba geografskih informacijskih sistemov je naslednja:
- Na digitalnem zemljevidu so označene tri točke (simbol - 1, 2, 3), ki ustrezajo poti predmeta v različnih trenutkihčas tk2, tk1, tk. Nujno so povezani s polno črto.
- Omogočanje in onemogočanje časovnika, ki nadzoruje prikaz gibanja objekta na zemljevidu, se izvede s pomočjo gumbov, ki jih pritisne uporabnik. Njihov pomen in določeno kombinacijo je mogoče preučiti po shemi.
datoteka NMEA
Na kratko opišemo sestavo datoteke GIS NMEA. To je dokument, napisan v formatu ASCII. V bistvu gre za protokol za izmenjavo informacij med sprejemnikom GPS in drugimi napravami, kot sta osebni računalnik ali dlančnik. Vsako sporočilo NMEA se začne z znakom $, ki mu sledi dvoznačna oznaka naprave (GP za sprejemnik GPS) in se konča z \r\n, znakom za vrnitev na nosilec in znakom za pomik vrstice. Točnost podatkov v obvestilu je odvisna od vrste sporočila. Vse informacije so v eni vrstici, s polji, ločenimi z vejicami.
Da bi razumeli, kako delujejo geografski informacijski sistemi, je dovolj, da preučimo široko uporabljeno sporočilo tipa $GPRMC, ki vsebuje minimalen, a osnovni nabor podatkov: lokacijo predmeta, njegovo hitrost in čas.
Upoštevajmo določen primer, kateri podatki so v njem kodirani:
- datum določitve koordinat objekta - 7. januar 2015;
- Univerzalni čas UTC koordinate - 10h 54m 52s;
- koordinate objekta - 55°22,4271' S in 36°44,1610' E
Poudarjamo, da so koordinate predmetaso predstavljene v stopinjah in minutah, pri čemer je slednje podano s štirimi decimalnimi mesti (ali piko kot ločilo med celim in ulomnim delom realnega števila v formatu ZDA). V prihodnosti boste potrebovali, da je v datoteki NMEA zemljepisna širina lokacije predmeta na mestu za tretjo vejico, zemljepisna dolžina pa za peto. Na koncu sporočila se kontrolna vsota pošlje za znakom '' kot dve šestnajstiški števki - 6C.
Geoinformacijski sistemi: primeri sestavljanja algoritma
Razmislimo o algoritmu za analizo datoteke NMEA, da izvlečemo niz koordinat (X in Yk), ki ustrezajo poti gibanja predmeta. Sestavljen je iz več zaporednih korakov.
Določanje koordinate Y predmeta
algoritem analize podatkov NMEA
1. korak. Preberite niz GPRMC iz datoteke NMEA.
2. korak. Poiščite položaj tretje vejice v nizu (q).
Korak 3. Poiščite položaj četrte vejice v nizu (r).
Korak 4. Poiščite decimalno vejico (t) začenši od položaja q.
5. Izvlecite en znak iz niza na položaju (r+1).
Korak 6. Če je ta znak enak W, je spremenljivka NorthernHemisphere nastavljena na 1, sicer -1.
Korak 7. Izvlecite (r- +2) znake niza, ki se začne na položaju (t-2).
Korak 8. Izvlecite (t-q-3) znake niza, ki se začne na položaju (q+1).
9. korak. Pretvorite nize v realna števila in izračunajte Y koordinato predmeta v radianski meri.
Določanje koordinate X predmeta
10. korak. Poiščite položaj petegavejica v nizu (n).
Korak 11. Poiščite položaj šeste vejice v nizu (m).
Korak 12. Začenši s položaja n, poiščite decimalno vejico (p). Korak 13. Izvlecite en znak iz niza na položaju (m+1).
Korak 14. Če je ta znak enak 'E', je spremenljivka EasternHemisphere nastavljena na 1, sicer -1. Korak 15. Izvlecite (m-p+2) znaka niza, začenši na položaju (p-2).
Korak 16. Izvlecite (p-n+2) znaka niza, ki se začne na položaju (n+ 1).
Korak 17. Pretvorite nize v realna števila in izračunajte koordinato X predmeta v radianski meri.
Korak 18. Če je datoteka NMEA ni prebran do konca, nato pojdite na korak 1, sicer pa na korak 19.
19. korak. Dokončajte algoritem.
Korak 6 in 16 tega algoritma uporabljata spremenljivki severne poloble in vzhodne poloble za številčno kodirajo lokacijo predmeta na Zemlji. Na severni (južni) polobli ima spremenljivka NorthernHemisphere vrednost 1 (-1), podobno kot na vzhodni (zahodni) polobli Eastern Hemispher - 1 (-1).
GIS aplikacija
Uporaba geografskih informacijskih sistemov je razširjena na mnogih področjih:
- geologija in kartografija;
- trgovina in storitve;
- inventar;
- ekonomija in upravljanje;
- obramba;
- inženiring;
- izobraževanje itd.
