GIS yra modernios mobiliosios geoinformacinės sistemos, galinčios parodyti savo vietą žemėlapyje. Ši svarbi savybė pagrįsta dviejų technologijų naudojimu: geoinformacija ir pasauline padėties nustatymu. Jei mobiliajame įrenginyje yra įmontuotas GPS imtuvas, tai tokio įrenginio pagalba galima nustatyti jo vietą, taigi ir tikslias pačios GIS koordinates. Deja, geoinformacinės technologijos ir sistemos rusų kalba mokslinėje literatūroje pateikiamos nedaug publikacijų, todėl beveik nėra informacijos apie jų funkcionalumą pagrindžiančius algoritmus.
GIS klasifikacija
Geografinių informacinių sistemų skirstymas vyksta pagal teritorinį principą:
- Pasaulinės GIS buvo naudojamos žmogaus sukeltų ir stichinių nelaimių prevencijai nuo 1997 m. Šių duomenų dėka tai įmanoma santykinaiper trumpą laiką numatyti nelaimės mastą, sudaryti pasekmių planą, įvertinti žalą ir žuvusius žmones bei organizuoti humanitarinius veiksmus.
- Savivaldybės lygmeniu sukurta regioninė geoinformacinė sistema. Tai leidžia vietos valdžios institucijoms numatyti konkretaus regiono vystymąsi. Šioje sistemoje atsispindi beveik visos svarbios sritys, tokios kaip investicijos, turtas, navigacija ir informacija, teisinė ir kt. Taip pat verta paminėti, kad šių technologijų dėka tapo įmanoma garantuoti žmonių gyvybės saugumą. visos populiacijos. Regioninė geografinė informacinė sistema šiuo metu naudojama gana efektyviai, padedanti pritraukti investicijų ir sparčiai augti regiono ūkiui.
Kiekviena iš aukščiau nurodytų grupių turi tam tikrus potipius:
- Pasaulinė GIS apima nacionalines ir subkontinentines sistemas, paprastai turinčias valstybės statusą.
- Į regioną – vietinį, subregioninį, vietinį.
Informaciją apie šias informacines sistemas galite rasti specialiose tinklo dalyse, kurios vadinamos geoportalais. Jie pateikiami viešajame domene peržiūrėti be jokių apribojimų.
Veikimo principas
Geografinės informacinės sistemos veikia algoritmo sudarymo ir kūrimo principu. Būtent jis leidžia rodyti objekto judėjimą GIS žemėlapyje, įskaitant mobiliojo įrenginio judėjimą vietinėje sistemoje. Įnorėdami pavaizduoti šį tašką reljefo brėžinyje, turite žinoti bent dvi koordinates – X ir Y. Rodydami objekto judėjimą žemėlapyje, turėsite nustatyti koordinačių seką (Xk ir Yk). Jų rodikliai turi atitikti skirtingus vietinės GIS sistemos laiko momentus. Tai yra pagrindas nustatant objekto vietą.
Šią koordinačių seką galima išgauti iš standartinio GPS imtuvo, atlikusio tikrą judėjimą žemėje, NMEA failo. Taigi čia nagrinėjamas algoritmas pagrįstas NMEA failo duomenų naudojimu su objekto trajektorijos koordinatėmis per tam tikrą teritoriją. Reikiamus duomenis taip pat galima gauti modeliuojant judėjimo procesą, remiantis kompiuteriniais eksperimentais.
GIS algoritmai
Geoinformacinės sistemos yra sukurtos remiantis pradiniais duomenimis, kurie naudojami kuriant algoritmą. Paprastai tai yra koordinačių rinkinys (Xk ir Yk), atitinkantis tam tikrą objekto trajektoriją NMEA failo ir skaitmeninio GIS žemėlapio pavidalu pasirinktai sričiai. Užduotis – sukurti algoritmą, rodantį taškinio objekto judėjimą. Šio darbo metu buvo išanalizuoti trys algoritmai, kuriais grindžiamas problemos sprendimas.
- Pirmasis GIS algoritmas yra NMEA failo duomenų analizė, siekiant iš jos išgauti koordinačių seką (Xk ir Yk),
- Antrasis algoritmas naudojamas objekto kelio kampui apskaičiuoti, o parametras skaičiuojamas nuo krypties ikirytai.
- Trečias algoritmas skirtas objekto eigai, palyginti su pagrindiniais taškais, nustatyti.
Apibendrintas algoritmas: bendra koncepcija
Apibendrintas algoritmas, rodantis taškinio objekto judėjimą GIS žemėlapyje, apima tris anksčiau minėtus algoritmus:
- NMEA duomenų analizė;
- objekto takelio kampo apskaičiavimas;
- objekto kurso nustatymas, palyginti su šalimis visame pasaulyje.
Geografinės informacijos sistemose su apibendrintu algoritmu yra įrengtas pagrindinis valdymo elementas – laikmatis (Timer). Standartinė jo užduotis yra ta, kad ji leidžia programai generuoti įvykius tam tikrais intervalais. Naudodami tokį objektą galite nustatyti reikiamą procedūrų ar funkcijų rinkinio vykdymo laikotarpį. Pavyzdžiui, norėdami pakartotinai skaičiuoti vienos sekundės laiko intervalą, turite nustatyti šias laikmačio ypatybes:
- Laikmatis. Intervalas=1000;
- Laikmatis. Įjungta=Tiesa.
Dėl to objekto X, Y koordinačių nuskaitymo iš NMEA failo procedūra bus pradėta kas sekundę, ko pasekoje šis taškas su gautomis koordinatėmis atvaizduojamas GIS žemėlapyje.
Laikmačio principas
Geografinės informacijos sistemos naudojamos taip:
- Skaitmeniniame žemėlapyje pažymėti trys taškai (simbolis - 1, 2, 3), kurie atitinka objekto trajektoriją skirtingais momentaislaikas tk2, tk1, tk. Jie būtinai sujungti ištisine linija.
- Laikmatis, valdantis objekto judėjimo atvaizdavimą žemėlapyje, įjungiamas ir išjungiamas naudojant vartotojo paspaustus mygtukus. Jų reikšmę ir tam tikrą derinį galima ištirti pagal schemą.
NMEA failas
Trumpai apibūdinkime GIS NMEA failo sudėtį. Tai dokumentas, parašytas ASCII formatu. Iš esmės tai yra informacijos mainų tarp GPS imtuvo ir kitų įrenginių, pavyzdžiui, asmeninio kompiuterio ar delninio kompiuterio, protokolas. Kiekvienas NMEA pranešimas prasideda ženklu $, po kurio eina dviejų simbolių įrenginio žymėjimas (GP GPS imtuvui) ir baigiasi \r\n, vežimėlio grįžimo ir eilutės tiekimo simboliu. Pranešimo duomenų tikslumas priklauso nuo pranešimo tipo. Visa informacija yra vienoje eilutėje, laukai atskirti kableliais.
Norint suprasti, kaip veikia geografinės informacinės sistemos, pakanka išstudijuoti plačiai naudojamą $GPRMC tipo pranešimą, kuriame yra minimalus, bet pagrindinis duomenų rinkinys: objekto vieta, jo greitis ir laikas.
Panagrinėkime tam tikrą pavyzdį, kokia informacija jame užkoduota:
- objekto koordinačių nustatymo data - 2015 m. sausio 7 d.;
- Visuotinio laiko UTC koordinatės – 10h 54m 52s;
- objekto koordinatės – 55°22.4271' Š ir 36°44,1610' E
Pabrėžiame, kad objekto koordinatėspateikiami laipsniais ir minutėmis, o pastarosios pateikiamos keturių skaitmenų po kablelio tikslumu (arba tašku, skirtuku tarp sveikojo skaičiaus ir trupmeninių realaus skaičiaus dalių JAV formatu). Ateityje jums reikės, kad NMEA faile objekto vietos platuma būtų pozicijoje po trečiojo kablelio, o ilguma – po penkto. Pranešimo pabaigoje kontrolinė suma perduodama po simbolio „“kaip du šešioliktainiai skaitmenys – 6C.
Geoinformacinės sistemos: algoritmo sudarymo pavyzdžiai
Panagrinėkime NMEA failo analizės algoritmą, kad išskirtų koordinačių rinkinį (X ir Yk), atitinkantį objekto judėjimo trajektoriją. Jį sudaro keli vienas po kito einantys žingsniai.
Objekto Y koordinatės nustatymas
NMEA duomenų analizės algoritmas
1 veiksmas. Nuskaitykite GPRMC eilutę iš NMEA failo.
2 veiksmas. Raskite trečiojo kablelio vietą eilutėje (q).
3 veiksmas. Raskite ketvirto kablelio vietą eilutėje (r).
4 veiksmas. Raskite dešimtainio kablelio simbolį (t), pradedant nuo padėties q.
5 veiksmas Ištraukite vieną simbolį iš eilutės pozicijoje (r+1).
6 veiksmas. Jei šis simbolis yra lygus W, tada Šiaurės pusrutulio kintamasis nustatomas į 1, kitu atveju -1.
Žingsnis 7. Ištraukite (r- +2) eilutės simbolius, prasidedančius nuo pozicijos (t-2).
8 veiksmas. Ištraukite (t-q-3) eilutės simbolius, prasidedančius nuo pozicijos (q+1).
9 veiksmas. Konvertuokite eilutes į realius skaičius ir apskaičiuokite objekto Y koordinatę radianais.
Objekto X koordinatės nustatymas
10 veiksmas. Raskite penktojo padėtįkablelis eilutėje (n).
11 veiksmas. Raskite šeštojo kablelio vietą eilutėje (m).
12 veiksmas. Pradėdami nuo padėties n, raskite dešimtainio kablelio simbolį (p).13 veiksmas. Ištraukite vieną simbolį iš eilutės pozicijoje (m+1).
14 veiksmas. Jei šis simbolis yra lygus 'E', Rytų pusrutulio kintamasis nustatomas į 1, kitu atveju -1. 15 veiksmas. Ištraukite (m-p+2) eilutės simbolius, pradedant nuo pozicijos (p-2).
16 veiksmas. Išskleiskite (p-n+2) simbolius eilutės, pradedant nuo padėties (n+ 1).
17 veiksmas. Konvertuokite eilutes į realius skaičius ir apskaičiuokite objekto X koordinatę radianais.
18 veiksmas. Jei NMEA failas nėra perskaitytas iki galo, tada pereikite prie 1 veiksmo, kitu atveju pereikite prie 19 veiksmo.
19 veiksmas. Užbaikite algoritmą.
Šio algoritmo 6 ir 16 žingsniuose naudokite Šiaurės pusrutulio ir Rytų pusrutulio kintamuosius, kad skaitmeniniu būdu užkoduoti objekto vietą Žemėje. Šiauriniame (pietiniame) pusrutulyje kintamasis Šiaurės pusrutulis įgyja atitinkamai 1 (-1) reikšmę, panašiai rytų (vakarų) pusrutulyje Rytų pusrutulyje - 1 (-1).
GIS programa
Geografinių informacinių sistemų naudojimas yra plačiai paplitęs daugelyje sričių:
- geologija ir kartografija;
- prekyba ir paslaugos;
- inventorius;
- ekonomika ir vadyba;
- gynyba;
- inžinerija;
- švietimas ir kt.
