GIS er en moderne geoinformationsmobilsystemer, der har mulighed for at vise deres placering på et kort. Denne vigtige egenskab er baseret på brugen af to teknologier: geografisk information og global positionering. Hvis en mobil enhed har en indbygget GPS-modtager, er det ved hjælp af en sådan enhed muligt at bestemme dens placering og derfor de nøjagtige koordinater for selve GIS. Desværre er geoinformationsteknologier og -systemer i den russisksprogede videnskabelige litteratur repræsenteret af et lille antal publikationer, som et resultat af, at der praktisk talt ikke er nogen information om de algoritmer, der ligger til grund for deres funktionalitet.
GIS klassificering
Underopdelingen af geografiske informationssystemer er baseret på territorialprincippet:
- Global GIS bruges til at forhindre menneskeskabte ognaturkatastrofer siden 1997. Takket være disse data er det muligt på relativt kort tid at forudsige omfanget af katastrofen, udarbejde en likvidationsplan, vurdere skaderne og menneskelige tab og organisere humanitære aktioner.
- Regionalt geografisk informationssystem udviklet på kommunalt niveau.Det giver lokale myndigheder mulighed for at forudsige udviklingen i en bestemt region. Dette system afspejler næsten alle vigtige områder, for eksempel investering, ejendom, navigation og information, juridisk osv. Det er også værd at bemærke, at takket være brugen af disse teknologier blev det muligt at fungere som en garant for livssikkerheden for hele befolkningen. Det regionale geografiske informationssystem bruges i øjeblikket ganske effektivt og hjælper med at tiltrække investeringer og den hurtige vækst i regionens økonomi.
Hver af de ovennævnte grupper har visse underarter:
- Det globale GIS omfatter nationale og subkontinentale systemer, normalt med statsstatus.
- I det regionale - lokale, sub-regionale, lokale.
Information om disse informationssystemer kan findes i særlige sektioner af netværket kaldet geoportaler. De er placeret i det offentlige domæne til gennemgang uden nogen begrænsninger.
Princippet om drift
Geografiske informationssystemer fungererprincippet om at sammensætte og udvikle en algoritme. Det er ham, der giver dig mulighed for at vise bevægelsen af et objekt på et GIS-kort, inklusive bevægelsen af en mobil enhed i det lokale system. For at repræsentere dette punkt på terræntegningen skal du kende mindst to koordinater - X og Y. Når du viser bevægelsen af et objekt på kortet, skal du bestemme rækkefølgen af koordinater (Xk og Yk). Deres indikatorer skal svare til forskellige tidspunkter i det lokale GIS-system. Dette er grundlaget for at bestemme objektets placering.
Denne sekvens af koordinater kan udtrækkesfra en standard NMEA-fil af en GPS-modtager, der har udført reelle bevægelser på jorden. Således er den her overvejede algoritme baseret på brugen af NMEA-fildata med koordinaterne for objektets bane over et bestemt territorium. De nødvendige data kan også opnås som et resultat af modellering af bevægelsesprocessen baseret på computerforsøg.
GIS algoritmer
Geografiske informationssystemer er baseret på originalendata, der tages for at udvikle en algoritme. Som regel er dette et sæt koordinater (Xk og Yk), der svarer til en bestemt bane for objektet i form af en NMEA-fil og et digitalt GIS-kort i det valgte område af terrænet. Opgaven er at udvikle en algoritme, der viser bevægelsen af et punktobjekt. I løbet af dette arbejde blev tre algoritmer analyseret, der ligger til grund for løsningen af problemet.
- Den første GIS-algoritme er analysen af NMEA-fildata for at udtrække en sekvens af koordinater (Xk og Yk) fra dem.
- Den anden algoritme bruges til at beregne sporvinklen for objektet, mens parameteren måles fra østlig retning.
- Den tredje algoritme er til bestemmelse af et objekts forløb i forhold til kardinalpunkterne.
Generaliseret algoritme: generelt koncept
Den generaliserede algoritme til at vise bevægelsen af et punktobjekt på et GIS-kort inkluderer tre tidligere angivne algoritmer:
- analyse af NMEA-data;
- beregning af sporvinklen for objektet;
- at bestemme objektets forløb i forhold til lande rundt om i verden.
Geografiske informationssystemer medden generaliserede algoritme er udstyret med hovedkontrolelementet - en timer (Timer). Dets standardopgave er, at det giver programmet mulighed for at generere begivenheder med jævne mellemrum. Ved hjælp af et sådant objekt kan du indstille den nødvendige periode til at udføre et sæt procedurer eller funktioner. For eksempel, for en gentagen optælling af et tidsinterval på et sekund, skal følgende timeregenskaber indstilles:
- Timer.Interval = 1000;
- Timer.Enabled = Sand.
Som følge heraf vil proceduren for at læse X, Y-koordinaterne for objektet fra NMEA-filen blive lanceret hvert sekund, som et resultat af hvilket dette punkt med de opnåede koordinater vises på GIS-kortet.
Sådan fungerer timeren
Brugen af geografiske informationssystemer er som følger:
- Tre punkter er markeret på det digitale kort (betingetbetegnelse - 1, 2, 3), som svarer til objektets bane på forskellige tidspunkter tk2, tk1, tk. De er nødvendigvis forbundet med en ubrudt linje.
- Tænde og slukke for timeren, der styrervisning af et objekts bevægelse på kortet, udføres ved hjælp af de knapper, der trykkes af brugeren. Deres betydning og en bestemt kombination kan studeres i henhold til skemaet.
NMEA fil
Lad os kort beskrive sammensætningen af en GIS NMEA-fil.Det er et dokument skrevet i ASCII-format. Grundlæggende er det en protokol til udveksling af information mellem en GPS-modtager og andre enheder, såsom en pc eller PDA. Hver NMEA-meddelelse begynder med et $-tegn, efterfulgt af en enhedsbetegnelse på to tegn (for en GPS-modtager, GP) og slutter med rn, et vognretur og et linjeskifttegn. Nøjagtigheden af dataene i meddelelsen afhænger af meddelelsestypen. Alle oplysninger er indeholdt på én linje, med felter adskilt af kommaer.
For at forstå, hvordan de fungerergeografiske informationssystemer, er det ganske nok at studere den meget brugte meddelelse som $ GPRMC, som indeholder et minimalt, men grundlæggende sæt data: objektets placering, dets hastighed og tid.
Lad os overveje, ved hjælp af et specifikt eksempel, hvilken information der er kodet i det:
- datoen for bestemmelse af objektets koordinater - 7. januar 2015;
- Koordinatbestemmelse UTC-tid - 10h 54m 52s;
- objektets koordinater - 55 ° 22.4271 "N og 36 ° 44.1610" E
Vi lægger vægt på, at objektets koordinater er præsenteret igrader og minutter, og den sidste indikator er givet med en nøjagtighed på fire decimaler (eller et punkt som en separator af heltal og brøkdele af et reelt tal i USA-format). I fremtiden har du brug for det faktum, at breddegraden for objektets placering i NMEA-filen er i positionen efter tredje decimal, og længdegraden er efter den femte. I slutningen af meddelelsen sendes en kontrolsum efter "*"-symbolet i form af to hexadecimale cifre - 6C.
Geografiske informationssystemer: Eksempler på algoritmekompilering
Lad os overveje en algoritme til at analysere en NMEA-fil for at udtrække et sæt koordinater (X og Yk), der svarer til objektets bane. Den er sammensat af flere på hinanden følgende trin.
Bestemmelse af Y-koordinaten for et objekt
NMEA dataanalysealgoritme
Trin 1. Læs GPRMC-strengen fra NMEA-filen.
Trin 2. Find placeringen af det tredje komma i linje (q).
Trin 3. Find placeringen af det fjerde komma i linje (r).
Trin 4. Find, startende fra position q, decimaltegn (t).
Trin 5. Udtræk et tegn fra strengen ved position (r + 1).
Trin 6. Hvis dette tegn er W, er den nordlige halvkugle-variabel sat til 1, ellers -1.
Trin 7. Udtræk (r - + 2) tegn fra strengen, startende ved position (t-2).
Trin 8. Udtræk (t-q-3) tegn fra strengen startende ved position (q + 1).
Trin 9. Konverter strenge til reelle tal og beregn Y-koordinaten for objektet i radianmål.
Bestemmelse af X-koordinaten for et objekt
Trin 10. Find positionen for det femte komma i linje (n).
Trin 11. Find positionen for det sjette komma i linjen (m).
Trin 12. Find, startende fra position n, decimaltegn (p).
Trin 13. Udtræk et tegn fra strengen ved position (m + 1).
Trin 14. Hvis dette tegn er "E", så er EasternHemisphere-variablen sat til 1, ellers -1.
Trin 15. Udtræk (m-p + 2) tegn fra strengen, startende ved position (p-2).
Trin 16. Udtræk (p-n + 2) tegn fra strengen, startende ved position (n + 1).
Trin 17. Konverter strenge til reelle tal og beregn objektets X-koordinat i radianmål.
Trin 18. Hvis NMEA-filen ikke læses til slutningen, så gå til trin 1, ellers gå til trin 19.
Trin 19. Afslut algoritmen.
Ved trin 6 og 16 i denne algoritme,variabler NorthernHemisphere og EasternHemisphere til numerisk at kode placeringen af et objekt på Jorden. På den nordlige (sydlige) halvkugle tager variablen nordlige halvkugle en værdi på henholdsvis 1 (-1), på samme måde på den østlige (vestlige) halvkugle, østlige halvkugle - 1 (-1).
Anvendelse af GIS
- geologi og kartografi;
- handel og tjenesteydelser;
- matrikel;
- økonomi og ledelse;
- forsvar;
- ingeniørarbejde;
- uddannelse mv.
