GIS са модерни мобилни геоинформационни системи, които имат възможност да показват местоположението си на карта. Това важно свойство се основава на използването на две технологии: геоинформация и глобално позициониране. Ако мобилното устройство има вграден GPS приемник, тогава с помощта на такова устройство е възможно да се определи местоположението му и следователно точните координати на самата ГИС. За съжаление геоинформационните технологии и системи в рускоезичната научна литература са представени от малък брой публикации, в резултат на което почти липсва информация за алгоритмите, залегнали в тяхната функционалност.
ГИС класификация
Разделянето на географските информационни системи става според териториалния принцип:
- Global GIS се използва за предотвратяване на причинени от човека и природни бедствия от 1997 г. Благодарение на тези данни е възможно за относителнопрогнозирайте мащаба на бедствието за кратко време, съставете план за последствията, оценете щетите и загубите на живот и организирайте хуманитарни действия.
- Регионална геоинформационна система, разработена на общинско ниво. Тя позволява на местните власти да прогнозират развитието на определен регион. Тази система отразява почти всички важни области, като инвестиции, собственост, навигация и информация, правни и др. Заслужава да се отбележи, че благодарение на използването на тези технологии стана възможно да действаме като гарант за безопасността на живота на цялото население. Регионалната географска информационна система в момента се използва доста ефективно, като помага за привличането на инвестиции и бързия растеж на икономиката на региона.
Всяка от горните групи има определени подтипове:
- Глобалната ГИС включва национални и субконтинентални системи, обикновено със статут на държавата.
- До регионално - местно, подрегионално, местно.
Информация за тези информационни системи може да бъде намерена в специални секции на мрежата, които се наричат геопортали. Те се поставят в публичното пространство за преглед без никакви ограничения.
Принцип на работа
Географските информационни системи работят на принципа на компилиране и разработване на алгоритъм. Именно той ви позволява да показвате движението на обект на ГИС карта, включително движението на мобилно устройство в локалната система. Да сеза да изобразите тази точка на чертежа на терена, трябва да знаете поне две координати - X и Y. Когато показвате движението на обект на карта, ще трябва да определите последователността от координати (Xk и Yk). Техните индикатори трябва да съответстват на различни моменти от времето на местната ГИС система. Това е основата за определяне на местоположението на обекта.
Тази последователност от координати може да бъде извлечена от стандартен NMEA файл на GPS приемник, който е извършил реално движение на земята. По този начин, разглежданият тук алгоритъм се основава на използването на NMEA файл данни с координатите на траекторията на обекта над определена територия. Необходимите данни могат да бъдат получени и в резултат на моделиране на процеса на движение въз основа на компютърни експерименти.
ГИС алгоритми
Геоинформационните системи са изградени върху първоначалните данни, които се вземат за разработване на алгоритъма. По правило това е набор от координати (Xk и Yk), съответстващи на траектория на някакъв обект под формата на NMEA файл и цифрова ГИС карта за избрана област. Задачата е да се разработи алгоритъм, който показва движението на точков обект. В хода на тази работа бяха анализирани три алгоритма, които са в основата на решението на проблема.
- Първият GIS алгоритъм е анализ на данни от NMEA файл за извличане от тях на последователност от координати (Xk и Yk),
- Вторият алгоритъм се използва за изчисляване на ъгъла на следата на обекта, докато параметърът се брои от посоката къмизток.
- Трети алгоритъм е за определяне на курса на обект спрямо кардиналните точки.
Обобщен алгоритъм: обща концепция
Обобщеният алгоритъм за показване на движението на точков обект върху ГИС карта включва трите по-горе споменати алгоритма:
- NMEA анализ на данни;
- изчисляване на ъгъла на следата на обекта;
- определяне на курса на обект спрямо страни по целия свят.
Географските информационни системи с обобщен алгоритъм са оборудвани с основния контролен елемент - таймера (Timer). Стандартната му задача е, че позволява на програмата да генерира събития на определени интервали. Използвайки такъв обект, можете да зададете необходимия период за изпълнение на набор от процедури или функции. Например, за повтарящо се обратно отброяване на интервал от една секунда, трябва да зададете следните свойства на таймера:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=Вярно.
В резултат на това всяка секунда ще се стартира процедурата за четене на координатите X, Y на обекта от NMEA файла, в резултат на което тази точка с получените координати се показва на ГИС картата.
Принципът на таймера
Използването на географски информационни системи е както следва:
- На цифровата карта са отбелязани три точки (символ - 1, 2, 3), които съответстват на траекторията на обекта в различни моментивреме tk2, tk1, tk. Те задължително са свързани с плътна линия.
- Активирането и деактивирането на таймера, който контролира показването на движението на обекта върху картата, се извършва с помощта на бутоните, натиснати от потребителя. Тяхното значение и определена комбинация могат да се изследват по схемата.
NMEA файл
Нека опишем накратко състава на GIS NMEA файла. Това е документ, написан във формат ASCII. По същество това е протокол за обмен на информация между GPS приемник и други устройства, като компютър или PDA. Всяко NMEA съобщение започва със знак $, последван от обозначение на устройството от два знака (GP за GPS приемник) и завършва с \r\n, знак за връщане на карета и символ за преместване на ред. Точността на данните в известието зависи от вида на съобщението. Цялата информация се съдържа в един ред, с полета, разделени със запетаи.
За да разберем как работят географските информационни системи, е достатъчно да проучим широко използваното съобщение от тип $GPRMC, което съдържа минимален, но основен набор от данни: местоположението на обекта, неговата скорост и време.
Нека разгледаме определен пример, каква информация е кодирана в него:
- дата на определяне на координатите на обекта - 7 януари 2015 г.;
- Универсално време UTC координати - 10h 54m 52s;
- координати на обекта - 55°22.4271' с.ш и 36°44.1610' E
Подчертаваме, че координатите на обектаса представени в градуси и минути, като последните са дадени с точност до четири знака след десетичната запетая (или точка като разделител между целите и дробните части на реално число във формат САЩ). В бъдеще ще ви е необходимо във файла NMEA географската ширина на местоположението на обекта да е на позиция след третата запетая, а дължината да е след петата. В края на съобщението контролната сума се предава след знака '' като две шестнадесетични цифри - 6C.
Геоинформационни системи: примери за компилиране на алгоритъм
Нека разгледаме алгоритъм за анализ на NMEA файл за извличане на набор от координати (X и Yk), съответстващи на траекторията на движение на обекта. Състои се от няколко последователни стъпки.
Определяне на Y координатата на обект
NMEA алгоритъм за анализ на данни
Стъпка 1. Прочетете GPRMC низ от NMEA файл.
Стъпка 2. Намерете позицията на третата запетая в низа (q).
Стъпка 3. Намерете позицията на четвъртата запетая в низа (r).
Стъпка 4. Намерете знака на десетичната запетая (t), започвайки от позиция q.
Стъпка 5 Извлечете един знак от низа на позиция (r+1).
Стъпка 6. Ако този знак е равен на W, тогава променливата на Северното полукълбо е настроена на 1, в противен случай -1.
Step 7. Извлечете (r- +2) символи от низа, започващ от позиция (t-2).
Стъпка 8. Извлечете (t-q-3) символи от низа, започващ от позиция (q+1).
Стъпка 9. Преобразувайте низовете в реални числа и изчислете Y координатата на обекта в радианска мярка.
Определяне на X координатата на обект
Стъпка 10. Намерете позицията на петатазапетая в низ (n).
Стъпка 11. Намерете позицията на шестата запетая в низ (m).
Стъпка 12. Започвайки от позиция n, намерете знака за десетичната запетая (p). Стъпка 13. Извличане на един знак от низа на позиция (m+1).
Стъпка 14. Ако този знак е равен на 'E', тогава променливата EasternHemisphere е настроена на 1, в противен случай -1. Стъпка 15. Извличане на (m-p+2) символи от низа, започвайки от позиция (p-2).
Стъпка 16. Извличане (p-n+2) знаци на низа, започвайки от позиция (n+ 1).
Стъпка 17. Преобразувайте низовете в реални числа и изчислете X координатата на обекта в радиани.
Стъпка 18. Ако NMEA файлът не се чете до края, след това преминете към стъпка 1, в противен случай преминете към стъпка 19.
Стъпка 19. Завършете алгоритъма.
Стъпки 6 и 16 от този алгоритъм използват променливите на Северното полукълбо и Източното полукълбо, за да числово кодиране на местоположението на обекта на Земята. В северното (южно) полукълбо променливата NorthernHemisphere приема съответно стойността 1 (-1), по подобен начин в източното (западно) полукълбо Eastern Hemisphere - 1 (-1).
ГИС приложение
Използването на географски информационни системи е широко разпространено в много области:
- геология и картография;
- търговия и услуги;
- инвентар;
- икономика и управление;
- защита;
- инженерство;
- образование и др.
