GIS sú moderné mobilné geoinformačné systémy, ktoré majú schopnosť zobraziť svoju polohu na mape. Táto dôležitá vlastnosť je založená na použití dvoch technológií: geoinformácie a globálneho určovania polohy. Ak má mobilné zariadenie zabudovaný GPS prijímač, tak pomocou takéhoto zariadenia je možné určiť jeho polohu a následne aj presné súradnice samotného GIS. Bohužiaľ, geoinformačné technológie a systémy vo vedeckej literatúre v ruskom jazyku sú zastúpené malým počtom publikácií, v dôsledku čoho neexistujú takmer žiadne informácie o algoritmoch, ktoré sú základom ich funkčnosti.
GIS klasifikácia
Rozdelenie geografických informačných systémov prebieha podľa teritoriálneho princípu:
- Globálny GIS sa používa na predchádzanie katastrofám spôsobeným človekom a prírodným katastrofám od roku 1997. Vďaka týmto údajom je možné za relatívnepredpovedať rozsah katastrofy v krátkom čase, zostaviť plán následkov, posúdiť škody a straty na životoch a organizovať humanitárne akcie.
- Regionálny geoinformačný systém vyvinutý na komunálnej úrovni. Umožňuje miestnym orgánom predvídať vývoj konkrétneho regiónu. Tento systém odzrkadľuje takmer všetky dôležité oblasti, ako sú investície, majetok, navigácia a informácie, právo atď. Za zmienku tiež stojí, že vďaka využívaniu týchto technológií bolo možné pôsobiť ako garant bezpečnosti života celú populáciu. Regionálny geografický informačný systém sa v súčasnosti využíva pomerne efektívne, pomáha prilákať investície a rýchly rast ekonomiky regiónu.
Každá z vyššie uvedených skupín má určité podtypy:
- Globálny GIS zahŕňa národné a subkontinentálne systémy, zvyčajne so štatútom štátu.
- Do regionálneho – lokálneho, subregionálneho, lokálneho.
Informácie o týchto informačných systémoch možno nájsť v špeciálnych sekciách siete, ktoré sa nazývajú geoportály. Sú umiestnené vo verejnej sfére na kontrolu bez akýchkoľvek obmedzení.
Princíp činnosti
Geografické informačné systémy fungujú na princípe zostavovania a vývoja algoritmu. Práve on umožňuje zobraziť pohyb objektu na mape GIS vrátane pohybu mobilného zariadenia v rámci lokálneho systému. Komuna zobrazenie tohto bodu na výkrese terénu potrebujete poznať aspoň dve súradnice - X a Y. Pri zobrazovaní pohybu objektu na mape budete musieť určiť postupnosť súradníc (Xk a Yk). Ich ukazovatele by mali zodpovedať rôznym časovým bodom miestneho systému GIS. Toto je základ pre určenie polohy objektu.
Túto sekvenciu súradníc možno extrahovať zo štandardného súboru NMEA prijímača GPS, ktorý vykonal skutočný pohyb na zemi. Algoritmus, ktorý sa tu uvažuje, je teda založený na použití údajov súboru NMEA so súradnicami trajektórie objektu nad určitým územím. Potrebné údaje možno získať aj ako výsledok modelovania procesu pohybu na základe počítačových experimentov.
Algoritmy GIS
Geoinformačné systémy sú postavené na počiatočných údajoch, ktoré sa použijú na vývoj algoritmu. Spravidla ide o súbor súradníc (Xk a Yk) zodpovedajúcich nejakej trajektórii objektu vo forme súboru NMEA a digitálnej GIS mapy pre vybranú oblasť. Úlohou je vyvinúť algoritmus, ktorý zobrazuje pohyb bodového objektu. V priebehu tejto práce boli analyzované tri algoritmy, ktoré sú základom riešenia problému.
- Prvým GIS algoritmom je analýza údajov súboru NMEA s cieľom extrahovať z nich sekvenciu súradníc (Xk a Yk),
- Druhý algoritmus sa používa na výpočet uhla dráhy objektu, pričom parameter sa počíta od smeru kvýchod.
- Tretí algoritmus je na určenie priebehu objektu vzhľadom na svetové strany.
Zovšeobecnený algoritmus: všeobecný koncept
Zovšeobecnený algoritmus na zobrazenie pohybu bodového objektu na mape GIS obsahuje tri vyššie uvedené algoritmy:
- analýza údajov NMEA;
- výpočet uhla dráhy objektu;
- určenie kurzu objektu vzhľadom na krajiny po celom svete.
Geografické informačné systémy so zovšeobecneným algoritmom sú vybavené hlavným ovládacím prvkom - časovačom (Timer). Jeho štandardnou úlohou je, že umožňuje programu generovať udalosti v určitých intervaloch. Pomocou takéhoto objektu môžete nastaviť požadované obdobie na vykonanie súboru procedúr alebo funkcií. Napríklad pre opakovateľné odpočítavanie jednosekundového časového intervalu musíte nastaviť nasledujúce vlastnosti časovača:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
V dôsledku toho sa každú sekundu spustí procedúra čítania súradníc X, Y objektu zo súboru NMEA, v dôsledku čoho sa tento bod s prijatými súradnicami zobrazí na mape GIS.
Princíp časovača
Používanie geografických informačných systémov je nasledovné:
- Na digitálnej mape sú vyznačené tri body (symbol - 1, 2, 3), ktoré zodpovedajú trajektórii objektu v rôznych momentochčas tk2, tk1, tk. Sú nevyhnutne spojené plnou čiarou.
- Povolenie a vypnutie časovača, ktorý riadi zobrazenie pohybu objektu na mape, sa vykonáva pomocou tlačidiel stlačených používateľom. Ich význam a určitú kombináciu je možné študovať podľa schémy.
súbor NMEA
Poďme stručne popísať zloženie súboru GIS NMEA. Ide o dokument napísaný vo formáte ASCII. V podstate ide o protokol na výmenu informácií medzi prijímačom GPS a inými zariadeniami, ako sú PC alebo PDA. Každá správa NMEA začína znakom $, za ktorým nasleduje dvojznakové označenie zariadenia (GP pre prijímač GPS) a končí \r\n, znak návratu vozíka a posunu riadku. Presnosť údajov v oznámení závisí od typu správy. Všetky informácie sú obsiahnuté v jednom riadku s poliami oddelenými čiarkami.
Aby sme pochopili, ako fungujú geografické informačné systémy, stačí si preštudovať široko používanú správu typu $GPRMC, ktorá obsahuje minimálny, ale základný súbor údajov: polohu objektu, jeho rýchlosť a čas.
Pozrime sa na určitý príklad, aké informácie sú v ňom zakódované:
- dátum určenia súradníc objektu - 7. január 2015;
- Súradnice univerzálneho času UTC - 10h 54m 52s;
- súradnice objektu - 55°22,4271' s a 36°44,1610' E
Zdôrazňujeme, že súradnice objektusú uvádzané v stupňoch a minútach, pričom posledné sú uvedené s presnosťou na štyri desatinné miesta (alebo bodka ako oddeľovač medzi celým číslom a zlomkovou časťou reálneho čísla v USA formáte). V budúcnosti budete potrebovať, aby v súbore NMEA bola zemepisná šírka umiestnenia objektu na pozícii za treťou čiarkou a zemepisná dĺžka za piatou. Na konci správy sa za znakom „“odošle kontrolný súčet ako dve hexadecimálne číslice – 6C.
Geoinformačné systémy: príklady zostavenia algoritmu
Uvažujme algoritmus analýzy súboru NMEA na extrahovanie súboru súradníc (X a Yk) zodpovedajúcich trajektórii pohybu objektu. Pozostáva z niekoľkých po sebe nasledujúcich krokov.
Určenie súradnice Y objektu
Algoritmus analýzy údajov NMEA
Krok 1. Prečítajte si reťazec GPRMC zo súboru NMEA.
Krok 2. Nájdite pozíciu tretej čiarky v reťazci (q).
Krok 3. Nájdite pozíciu štvrtej čiarky v reťazci (r).
Krok 4. Nájdite znak desatinnej čiarky (t) od pozície q.
Krok 5 Extrahujte jeden znak z reťazca na pozícii (r+1).
Krok 6. Ak sa tento znak rovná W, potom je premenná NorthernHemisphere nastavená na 1, inak -1.
Krok 7. Extrahujte (r- +2) znaky reťazca začínajúceho na pozícii (t-2).
Krok 8. Extrahujte (t-q-3) znaky reťazca začínajúceho na pozícii (q+1).
Krok 9. Preveďte reťazce na reálne čísla a vypočítajte súradnicu Y objektu v radiáne.
Určenie X súradnice objektu
Krok 10. Nájdite pozíciu piatehočiarka v reťazci (n).
Krok 11. Nájdite pozíciu šiestej čiarky v reťazci (m).
Krok 12. Začnite od pozície n a nájdite znak desatinnej čiarky (p). Krok 13. Extrahujte jeden znak z reťazca na pozícii (m+1).
Krok 14. Ak sa tento znak rovná 'E', potom sa premenná EasternHemisphere nastaví na 1, inak -1. Krok 15. Extrahujte (m-p+2) znaky reťazca, začínajúc od pozície (p-2).
Krok 16. Extrahujte (p-n+2) znaky reťazca, počnúc pozíciou (n+ 1).
Krok 17. Preveďte reťazce na reálne čísla a vypočítajte súradnicu X objektu v radiáne.
Krok 18. Ak súbor NMEA sa neprečíta do konca, potom prejdite na krok 1, inak prejdite na krok 19.
Krok 19. Dokončite algoritmus.
Kroky 6 a 16 tohto algoritmu použite premenné severnej pologule a východnej pologule na číselne zakódovať polohu objektu na Zemi. Na severnej (južnej) pologuli nadobúda premenná Severná pologuľa hodnotu 1 (-1), podobne na východnej (západnej) pologuli EasternHemisphere - 1 (-1).
GIS aplikácia
Používanie geografických informačných systémov je rozšírené v mnohých oblastiach:
- geológia a kartografia;
- obchod a služby;
- inventory;
- ekonomika a manažment;
- defense;
- engineering;
- vzdelanie atď.
