724 Shares 2880 views

GIS jest … Geograficzne systemy informacyjne

GIS to nowoczesne geoinformacyjne systemy mobilne, które mają możliwość wyświetlania ich lokalizacji na mapie. Ta ważna własność opiera się na wykorzystaniu dwóch technologii: geoinformacji i globalnego pozycjonowania. Jeśli urządzenie mobilne posiada wbudowany odbiornik GPS, to z tym urządzeniem można określić jego położenie, a tym samym dokładne współrzędne samej GIS. Niestety, w rosyjskojęzycznej literaturze naukowej technologie i systemy geoinformacyjne są reprezentowane przez niewielką liczbę publikacji, w wyniku czego prawie nie ma informacji na temat algorytmów leżących u podstaw ich funkcjonalnych możliwości.

Klasyfikacja GIS

Podział systemów geoinformacyjnych opiera się na zasadzie terytorialnej:

  1. Global GIS jest stosowany w celu zapobiegania katastrofom spowodowanym przez człowieka i klęsk żywiołowych od 1997 roku. Dzięki tym danymi możliwe jest w stosunkowo krótkim czasie prognozowanie skali katastrofy, opracowanie planu eliminacji konsekwencji, oceny szkód wyrządzonych i strat ludzkich oraz organizowania działań humanitarnych.
  2. Regionalny system geoinformacji jest rozwijany na szczeblu gminnym. Pozwala władzom lokalnym przewidzieć rozwój pewnego regionu. System ten odzwierciedla prawie wszystkie ważne dziedziny, na przykład inwestycje, mienie, nawigację i informacje, kwestie prawne itp. Warto zauważyć, że dzięki zastosowaniu tych technologii stało się możliwe zapewnienie gwarancji bezpieczeństwa życia całej populacji. Regionalny system geoinformacji jest obecnie stosowany dość skutecznie, ułatwiając przyciąganie inwestycji i szybki rozwój gospodarki regionu.

Każda z wyżej opisanych grup ma pewne podgrupy:

  • Globalna GIS obejmuje systemy krajowe i subkontynentalne, zazwyczaj posiadające status państwa.
  • W regionalnym – lokalnym, podregionalnym, lokalnym.

Informacje o tych systemach informacyjnych można znaleźć w specjalnych sekcjach sieci, zwanych geoportalami. Są one umieszczane w domenie publicznej do wglądu bez żadnych ograniczeń.

Zasada działania

Systemy informacji geograficznej działają na zasadzie kompilacji i opracowywania algorytmu. Umożliwia wyświetlanie ruchu obiektu na mapie GIS, w tym przeniesienie urządzenia mobilnego w lokalnym systemie. Aby przedstawić określony punkt w rysunku terenu, musisz znać co najmniej dwa współrzędne – X i Y. Podczas wyświetlania ruchu obiektu na mapie należy określić kolejność współrzędnych (Xk i Yk). Wskaźniki te powinny odpowiadać różnym punktom czasowym lokalnego systemu GIS. Jest to podstawa do określenia położenia obiektu.

Ta sekwencja współrzędnych może być wyodrębniona ze standardowego pliku NMEA odbiornika GPS, który przeprowadzał rzeczywisty ruch na ziemi. Tak więc podstawą omawianego algorytmu jest wykorzystanie danych z pliku NMEA z współrzędnymi toru obiektu na pewnym obszarze. Potrzebne dane można także uzyskać w wyniku modelowania procesu ruchu na podstawie eksperymentów komputerowych.

Algorytmy GIS

Systemy geoinformacyjne są zbudowane na podstawie wstępnych danych, które są wykorzystywane do opracowania algorytmu. Zazwyczaj jest to zbiór współrzędnych (Xk i Yk) odpowiadających pewnej trajektorii obiektu w postaci pliku NMEA i cyfrowej mapy GIS na wybranym terenie. Zadaniem jest opracowanie algorytmu, który odzwierciedla ruch obiektu punktu. W trakcie niniejszego artykułu przeanalizowaliśmy trzy algorytmy leżące u podstaw rozwiązania problemu.

  • Pierwszym algorytmem GIS jest analiza danych z pliku NMEA, aby wyodrębnić sekwencję współrzędnych (Xk i Yk)
  • Drugi algorytm służy do obliczania kąta obiektu, podczas gdy parametr jest odczytywany z kierunku na wschód.
  • Trzecim algorytmem jest określenie przebiegu obiektu względem krajów świata.

Uogólniony algorytm: koncepcja ogólna

Uogólniony algorytm mapowania ruchu obiektu punktu na mapie GIS obejmuje trzy algorytmy wymienione powyżej:

  • Analiza danych NMEA;
  • Obliczanie kąta podróży obiektu;
  • Określenie przebiegu obiektu względem krajów na całym świecie.

Systemy informacji geograficznej z uogólnionym algorytmem są wyposażone w podstawowy element sterujący – Timer. Jego standardowym zadaniem jest umożliwienie programowi generowania zdarzeń w regularnych odstępach czasu. Za pomocą takiego obiektu można ustawić wymagany okres na wykonanie zestawu procedur lub funkcji. Na przykład w celu odliczania odstępu czasowego jednej sekundy należy ustawić następujące właściwości licznika czasu:

  • Timer.Interval = 1000;
  • Timer.Enabled = Prawda.

W rezultacie co sekundę zostanie uruchomiona procedura odczytywania współrzędnych X, Y obiektu z pliku NMEA, w wyniku czego punkt ten z otrzymanymi współrzędnymi zostanie wyświetlony na mapie GIS.

Jak działa timer?

Wykorzystanie systemów geoinformacyjnych jest następujące:

  1. Trzy punkty są zaznaczone na mapie cyfrowej (symbol 1, 2, 3), które odpowiadają trajektorii obiektu w różnych momentach tk2, tk1, tk. Są one koniecznie połączone linią ciągłą.
  2. Timer sterujący ruchem obiektu na mapie może być włączany i wyłączany za pomocą przycisków, które są naciskane przez użytkownika. Ich znaczenie i pewna kombinacja mogą być badane zgodnie z planem.

Plik NMEA

Krótko opisujemy skład pliku NMEA GIS. Jest to dokument zapisany w formacie ASCII. W rzeczywistości jest to protokół wymiany informacji między odbiornikiem GPS a innymi urządzeniami, takimi jak komputer lub PDA. Każda wiadomość NMEA zaczyna się od znaku $, a następnie dwukrotnie oznaczonego urządzenia (dla odbiornika GPS – GP) i kończy się sekwencją r n – znak powrotu karetki i nową linię. Dokładność danych w powiadomieniu zależy od rodzaju wiadomości. Wszystkie informacje są zawarte w jednej linii, z polami oddzielonymi przecinkami.

Aby zrozumieć, jak działają systemy geoinformacyjne, wystarczy studiować szeroko stosowany komunikat, np. $ GPRMC, który zawiera minimalny, ale podstawowy zestaw danych: położenie obiektu, jego prędkość i czas.
Zastanówmy się nad pewnym przykładem, jakie informacje są w niej kodowane:

  • Data określenia współrzędnych obiektu – 7 stycznia 2015 r .;
  • Uniwersalny czas UTC na określenie współrzędnych – 10h 54m 52s;
  • Współrzędne obiektu – 55 ° 22.4271 'N I 36 ° 44,1610 "E.

Podkreślamy, że współrzędne przedmiotu są przedstawione w stopniach i minutach, przy czym ostatnia cyfra jest podana z dokładnością do czterech miejsc po przecinku (lub punkt jako separator liczby całkowitej i części ułamkowej liczby rzeczywistej w formacie USA). W przyszłości konieczne będzie, aby w pliku NMEA szerokość lokalizacji obiektu znajdowała się po trzecim przecinku, a długość – po piątej. Na końcu wiadomości suma kontrolna jest przesyłana po symbolu "*" w postaci dwóch szesnastkowych cyfr – 6C.

Systemy geoinformacyjne: przykłady kompilacji algorytmu

Rozważ algorytm analizy pliku NMEA w celu pobrania zestawu współrzędnych (X i Yk) odpowiadających ścieżce ruchu obiektu. Składa się ona z kilku kolejnych kroków.

Określenie współrzędnej Y obiektu

Algorytm analizy danych NMEA

Krok 1. Przeczytaj wiersz GPRMC z pliku NMEA.

Krok 2. Znajdź pozycję trzeciego przecinka w wierszu (q).

Krok 3. Znajdź pozycję czwartego przecinka w wierszu (r).

Krok 4. Znajdź symbol dziesiętny dziesiętny (t) zaczynając od pozycji q.

Krok 5. Wyodrębnij jeden znak z linii w pozycji (r + 1).

Krok 6. Jeśli ten znak to W, to zmienna NorthernHemisphere jest ustawiona na 1, w przeciwnym razie -1.

Krok 7. Wyodrębnij (r- + 2) znaki linii zaczynając od pozycji (t-2).

Krok 8. Wyodrębnij (tq-3) znaki łańcucha zaczynając od pozycji (q + 1).

Krok 9. Konwertuj struny na liczby rzeczywiste i obliczyć współrzędną Y obiektu w promieniu.

Określenie współrzędnej X obiektu

Krok 10. Znajdź pozycję fifth przecinek w wierszu (n).

Krok 11. Znajdź pozycję przecinka szóstego w wierszu (m).

Krok 12. Znajdź znak dziesiętny (p) począwszy od pozycji n.

Krok 13. Wyodrębnij jeden znak z linii w pozycji (m + 1).

Krok 14. Jeśli ten znak jest równy "E", zmienna wschodnia wschodnia zachowuje wartość 1, inaczej -1.

Krok 15. Wyciąg (m-p + 2) ciąg znaków zaczynający się od pozycji (p-2).

Krok 16. Wypisuj (p-n + 2) znaki linii zaczynającej się od pozycji (n + 1).

Krok 17. Konwertuj ciągi na liczby rzeczywiste i obliczyć współrzędną X obiektu w promieniu.

Krok 18. Jeśli plik NMEA nie jest odczytywany, przejdź do kroku 1, w przeciwnym razie przejdź do kroku 19.

Krok 19 Zakończ algorytm.

W krokach 6 i 16 tego algorytmu, zmienne NorthernHemisphere i EasternHemisphere są używane do numerycznego kodowania położenia obiektu na Ziemi. Na półkuli północnej (półkuli południowej) zmienna NorthernHemisphere przyjmuje odpowiednio wartość 1 (-1), podobnie jak we wschodniej (zachodniej) półkuli wschodniej – 1 (-1).

Zastosowanie GIS

Korzystanie z systemów geoinformacyjnych jest szeroko rozpowszechnione w wielu dziedzinach:

  • Geologia i kartografia;
  • Handel i usługi;
  • Katastro;
  • Gospodarka i zarządzanie;
  • Obrona;
  • Inżynieria;
  • Edukacja itp.