GIS zijn moderne mobiele geo-informatiesystemen die de mogelijkheid hebben om hun locatie op een kaart weer te geven. Deze belangrijke eigenschap is gebaseerd op het gebruik van twee technologieën: geo-informatie en globale positionering. Als het mobiele apparaat een ingebouwde GPS-ontvanger heeft, is het met behulp van een dergelijk apparaat mogelijk om de locatie te bepalen en daarmee de exacte coördinaten van het GIS zelf. Helaas worden geo-informatietechnologieën en -systemen in de Russischtalige wetenschappelijke literatuur vertegenwoordigd door een klein aantal publicaties, waardoor er bijna geen informatie is over de algoritmen die aan hun functionaliteit ten grondslag liggen.
GIS-classificatie
De indeling van geografische informatiesystemen vindt plaats volgens het territoriale principe:
- Global GIS wordt sinds 1997 gebruikt om door de mens veroorzaakte rampen en natuurrampen te voorkomen. Dankzij deze gegevens is het voor relatiefde omvang van de ramp in korte tijd voorspellen, een plan maken voor de nasleep, de schade en het verlies van mensenlevens inschatten en humanitaire acties organiseren.
- Regionaal geo-informatiesysteem ontwikkeld op gemeentelijk niveau. Het stelt lokale autoriteiten in staat om de ontwikkeling van een bepaalde regio te voorspellen. Dit systeem weerspiegelt bijna alle belangrijke gebieden, zoals investeringen, onroerend goed, navigatie en informatie, juridische zaken, enz. Het is ook vermeldenswaard dat dankzij het gebruik van deze technologieën het mogelijk werd om op te treden als een garantie voor de veiligheid van het leven van de volledige bevolking. Het regionale geografische informatiesysteem wordt momenteel vrij effectief gebruikt, wat bijdraagt aan het aantrekken van investeringen en de snelle groei van de economie van de regio.
Elk van de bovenstaande groepen heeft bepaalde subtypes:
- Het wereldwijde GIS omvat nationale en subcontinentale systemen, meestal met staatsstatus.
- Naar het regionale - lokaal, subregionaal, lokaal.
Informatie over deze informatiesystemen is te vinden in speciale delen van het netwerk, die geoportalen worden genoemd. Ze worden zonder enige beperking in het publieke domein geplaatst voor beoordeling.
Werkingsprincipe
Geografische informatiesystemen werken volgens het principe van het samenstellen en ontwikkelen van een algoritme. Hij is het die u in staat stelt om de beweging van een object op een GIS-kaart weer te geven, inclusief de beweging van een mobiel apparaat binnen het lokale systeem. Totom dit punt op de terreintekening weer te geven, moet u ten minste twee coördinaten kennen - X en Y. Wanneer u de beweging van een object op een kaart weergeeft, moet u de volgorde van coördinaten (Xk en Yk) bepalen. Hun indicatoren moeten overeenkomen met verschillende tijdstippen van het lokale GIS-systeem. Dit is de basis voor het bepalen van de locatie van het object.
Deze reeks coördinaten kan worden geëxtraheerd uit een standaard NMEA-bestand van een GPS-ontvanger die echte beweging op de grond heeft uitgevoerd. Het hier beschouwde algoritme is dus gebaseerd op het gebruik van NMEA-bestandsgegevens met de coördinaten van de baan van het object over een bepaald gebied. De benodigde gegevens kunnen ook worden verkregen door het bewegingsproces te modelleren op basis van computerexperimenten.
GIS-algoritmen
Geo-informatiesystemen zijn gebouwd op de initiële gegevens die zijn gebruikt om het algoritme te ontwikkelen. In de regel is dit een set coördinaten (Xk en Yk) die overeenkomt met een objecttraject in de vorm van een NMEA-bestand en een digitale GIS-kaart voor een geselecteerd gebied. De taak is om een algoritme te ontwikkelen dat de beweging van een puntobject weergeeft. Tijdens dit werk werden drie algoritmen geanalyseerd die ten grondslag liggen aan de oplossing van het probleem.
- Het eerste GIS-algoritme is de analyse van NMEA-bestandsgegevens om er een reeks coördinaten (Xk en Yk) uit te halen,
- Het tweede algoritme wordt gebruikt om de spoorhoek van het object te berekenen, terwijl de parameter wordt geteld vanaf de richting naaroost.
- Het derde algoritme is voor het bepalen van de koers van een object ten opzichte van de windstreken.
Algemeen algoritme: algemeen concept
Het gegeneraliseerde algoritme voor het weergeven van de beweging van een puntobject op een GIS-kaart omvat de drie eerder genoemde algoritmen:
- NMEA data-analyse;
- berekening van de spoorhoek van het object;
- de koers van een object bepalen ten opzichte van landen over de hele wereld.
Geografische informatiesystemen met een algemeen algoritme zijn uitgerust met het belangrijkste bedieningselement - de timer (Timer). De standaardtaak is dat het programma met bepaalde tussenpozen gebeurtenissen kan genereren. Met een dergelijk object kunt u de vereiste periode instellen voor het uitvoeren van een reeks procedures of functies. Voor een herhaalbare aftelling van een tijdsinterval van één seconde moet u bijvoorbeeld de volgende timereigenschappen instellen:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
Hierdoor wordt elke seconde de procedure voor het uitlezen van de X, Y-coördinaten van het object uit het NMEA-bestand gestart, waardoor dit punt met de ontvangen coördinaten op de GIS-kaart wordt weergegeven.
Het principe van de timer
Het gebruik van geografische informatiesystemen is als volgt:
- Drie punten zijn gemarkeerd op de digitale kaart (symbool - 1, 2, 3), die overeenkomen met de baan van het object op verschillende momententijd tk2, tk1, tk. Ze zijn noodzakelijkerwijs verbonden door een ononderbroken lijn.
- Het in- en uitschakelen van de timer die de weergave van de beweging van het object op de kaart regelt, wordt uitgevoerd met behulp van de knoppen die door de gebruiker worden ingedrukt. Hun betekenis en een bepaalde combinatie kunnen volgens het schema worden bestudeerd.
NMEA-bestand
Laten we kort de samenstelling van het GIS NMEA-bestand beschrijven. Dit is een document geschreven in ASCII-formaat. In wezen is het een protocol voor het uitwisselen van informatie tussen een GPS-ontvanger en andere apparaten, zoals een pc of PDA. Elk NMEA-bericht begint met een $-teken, gevolgd door een apparaataanduiding van twee tekens (GP voor een GPS-ontvanger) en eindigt met \r\n, een regelterugloop en regelinvoer. De juistheid van de gegevens in de melding is afhankelijk van het type bericht. Alle informatie staat op één regel, met velden gescheiden door komma's.
Om te begrijpen hoe geografische informatiesystemen werken, volstaat het om het veelgebruikte bericht van het type $GPRMC te bestuderen, dat een minimale maar basale reeks gegevens bevat: de locatie van een object, zijn snelheid en tijd.
Laten we een bepaald voorbeeld bekijken, welke informatie erin is gecodeerd:
- datum van bepaling van de coördinaten van het object - 7 januari 2015;
- Universele tijd UTC-coördinaten - 10h 54m 52s;
- object coördinaten - 55°22.4271' N en 36°44.1610' E
We benadrukken dat de coördinaten van het objectworden weergegeven in graden en minuten, waarbij de laatste wordt gegeven met een nauwkeurigheid van vier decimalen (of een punt als scheidingsteken tussen de gehele en fractionele delen van een reëel getal in VS-formaat). In de toekomst heb je nodig dat in het NMEA-bestand de breedtegraad van de locatie van het object in de positie na de derde komma staat en de lengtegraad na de vijfde. Aan het einde van het bericht wordt de controlesom verzonden na het ''-teken als twee hexadecimale cijfers - 6C.
Geo-informatiesystemen: voorbeelden van het samenstellen van een algoritme
Laten we eens kijken naar een NMEA-algoritme voor bestandsanalyse om een set coördinaten (X en Yk) te extraheren die overeenkomen met het bewegingstraject van het object. Het bestaat uit verschillende opeenvolgende stappen.
De Y-coördinaat van een object bepalen
NMEA-algoritme voor gegevensanalyse
Stap 1. Lees de GPRMC-string uit het NMEA-bestand.
Stap 2. Zoek de positie van de derde komma in de string (q).
Stap 3. Zoek de positie van de vierde komma in de tekenreeks (r).
Stap 4. Zoek het decima alteken (t) vanaf positie q.
Stap 5 Extraheer één teken uit de tekenreeks op positie (r+1).
Step 6. Als dit teken gelijk is aan W, wordt de variabele Noordelijk halfrond op 1 gezet, anders -1.
Step 7. Extraheer (r- +2) tekens van de tekenreeks vanaf positie (t-2).
Stap 8. Extraheer (t-q-3) tekens van de tekenreeks vanaf positie (q+1).
Stap 9. Converteer strings naar reële getallen en bereken de Y-coördinaat van het object in radialen.
De X-coördinaat van een object bepalen
Stap 10. Vind de positie van de vijfdekomma in string (n).
Stap 11. Zoek de positie van de zesde komma in string (m).
Stap 12. Zoek vanaf positie n het decima alteken (p). Stap 13. Extraheer één teken uit de tekenreeks op positie (m+1).
Stap 14. Als dit teken gelijk is aan 'E', wordt de variabele Eastern Hemisphere ingesteld op 1, anders -1. Stap 15. Extraheer (m-p+2) karakters van de string, beginnend bij positie (p-2).
Stap 16. Extraheer (p-n+2) karakters van de string, beginnend bij positie (n+1).
Stap 17. Converteer de strings naar reële getallen en bereken de X-coördinaat van het object in radiale maat.
Stap 18. Als het NMEA-bestand niet tot het einde is gelezen, ga dan naar stap 1, ga anders naar stap 19.
Stap 19. Voltooi het algoritme.
Stap 6 en 16 van dit algoritme gebruiken de variabelen noordelijk halfrond en oostelijk halfrond om numeriek de locatie van het object op aarde coderen. Op het noordelijk (zuidelijk) halfrond neemt de variabele noordelijk halfrond respectievelijk de waarde 1 (-1) aan, net zoals op het oostelijk (westelijk) halfrond Oostelijk halfrond - 1 (-1).
GIS-applicatie
Het gebruik van geografische informatiesystemen is wijdverbreid in veel gebieden:
- geologie en cartografie;
- handel en diensten;
- inventaris;
- economie en management;
- defensie;
- engineering;
- onderwijs, enz.
