ĢIS ir modernas mobilās ģeoinformācijas sistēmas, kurām ir iespēja attēlot savu atrašanās vietu kartē. Šī svarīgā īpašība ir balstīta uz divu tehnoloģiju izmantošanu: ģeoinformāciju un globālo pozicionēšanu. Ja mobilajā ierīcē ir iebūvēts GPS uztvērējs, tad ar šādas ierīces palīdzību ir iespējams noteikt tās atrašanās vietu un līdz ar to arī pašas ĢIS precīzas koordinātas. Diemžēl ģeoinformācijas tehnoloģijas un sistēmas krievu valodas zinātniskajā literatūrā ir pārstāvētas ar nelielu publikāciju skaitu, kā rezultātā gandrīz nav informācijas par to funkcionalitātes pamatā esošajiem algoritmiem.
ĢIS klasifikācija
Ģeogrāfiskās informācijas sistēmu sadalīšana notiek pēc teritoriālā principa:
- Globālās ĢIS tiek izmantotas, lai novērstu cilvēka izraisītas un dabas katastrofas kopš 1997. gada. Pateicoties šiem datiem, tas ir iespējams salīdzinošiīsā laikā prognozēt katastrofas apmērus, sastādīt plānu seku novēršanai, novērtēt postījumus un cilvēku zaudējumus un organizēt humānās palīdzības pasākumus.
- Pašvaldības līmenī izstrādāta reģionālā ģeoinformācijas sistēma. Tas ļauj vietējām iestādēm prognozēt konkrēta reģiona attīstību. Šī sistēma atspoguļo gandrīz visas svarīgās jomas, piemēram, investīcijas, īpašums, navigācija un informācija, juridiskās uc Ir arī vērts atzīmēt, ka, pateicoties šo tehnoloģiju izmantošanai, kļuva iespējams darboties kā dzīvības drošības garants. visa populācija. Reģionālās ģeogrāfiskās informācijas sistēma šobrīd tiek izmantota diezgan efektīvi, palīdzot piesaistīt investīcijas un strauju reģiona ekonomikas izaugsmi.
Katrai no iepriekš minētajām grupām ir noteikti apakštipi:
- Globālā ĢIS ietver nacionālās un subkontinentālās sistēmas, parasti ar valsts statusu.
- Reģionālajam - vietējam, apakšreģionālajam, lokālajam.
Informāciju par šīm informācijas sistēmām var atrast īpašās tīkla sadaļās, kuras sauc par ģeoportāliem. Tie ir ievietoti publiskajā domēnā pārskatīšanai bez jebkādiem ierobežojumiem.
Darba princips
Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas darbojas pēc algoritma sastādīšanas un izstrādes principa. Tas ir tas, kurš ļauj ĢIS kartē attēlot objekta kustību, tostarp mobilās ierīces kustību vietējā sistēmā. Uzlai attēlotu šo punktu reljefa zīmējumā, jāzina vismaz divas koordinātas - X un Y. Parādot objekta kustību kartē, būs jānosaka koordinātu secība (Xk un Yk). To rādītājiem jāatbilst dažādiem vietējās ĢIS sistēmas laika punktiem. Tas ir pamats objekta atrašanās vietas noteikšanai.
Šo koordinātu secību var iegūt no standarta NMEA faila GPS uztvērējam, kurš ir veicis reālu kustību uz zemes. Tādējādi šeit aplūkotais algoritms ir balstīts uz NMEA faila datu izmantošanu ar objekta trajektorijas koordinātām pār noteiktu teritoriju. Nepieciešamos datus var iegūt arī kustības procesa modelēšanas rezultātā, pamatojoties uz datoreksperimentiem.
ĢIS algoritmi
Ģeoinformācijas sistēmas ir veidotas, pamatojoties uz sākotnējiem datiem, kas tiek ņemti, lai izstrādātu algoritmu. Parasti šī ir koordinātu kopa (Xk un Yk), kas atbilst kādai objekta trajektorijai NMEA faila un digitālas ĢIS kartes veidā atlasītajam apgabalam. Uzdevums ir izstrādāt algoritmu, kas attēlo punktveida objekta kustību. Šī darba gaitā tika analizēti trīs algoritmi, kas ir problēmas risinājuma pamatā.
- Pirmais ĢIS algoritms ir NMEA faila datu analīze, lai no tā iegūtu koordinātu secību (Xk un Yk),
- Otro algoritmu izmanto, lai aprēķinātu objekta trases leņķi, kamēr parametrs tiek skaitīts no virziena līdzaustrumi.
- Trešais algoritms ir paredzēts objekta kursa noteikšanai attiecībā pret galvenajiem punktiem.
Vispārināts algoritms: vispārīgs jēdziens
Vispārinātais algoritms punktveida objekta kustības attēlošanai ĢIS kartē ietver trīs iepriekš minētos algoritmus:
- NMEA datu analīze;
- objekta trases leņķa aprēķins;
- objekta kursa noteikšana attiecībā pret valstīm visā pasaulē.
Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas ar vispārinātu algoritmu ir aprīkotas ar galveno vadības elementu - taimeri (Timer). Tās standarta uzdevums ir tas, ka tas ļauj programmai ģenerēt notikumus noteiktos intervālos. Izmantojot šādu objektu, var iestatīt nepieciešamo procedūru vai funkciju kopuma izpildes periodu. Piemēram, lai atkārtotu atpakaļskaitīšanu vienas sekundes laika intervālā, jāiestata šādi taimera rekvizīti:
- Taimeris. Intervāls=1000;
- Taimeris. Iespējots=True.
Rezultātā katru sekundi tiks uzsākta objekta X, Y koordinātu nolasīšanas procedūra no NMEA faila, kā rezultātā šis punkts ar saņemtajām koordinātām tiek parādīts ĢIS kartē.
Taimera princips
Ģeogrāfiskās informācijas sistēmas tiek izmantotas šādi:
- Ciparu kartē ir atzīmēti trīs punkti (simbols - 1, 2, 3), kas atbilst objekta trajektorijai dažādos brīžoslaiks tk2, tk1, tk. Tie noteikti ir savienoti ar nepārtrauktu līniju.
- Taimeri, kas kontrolē objekta kustības attēlošanu kartē, iespējo un atspējo, izmantojot lietotāja nospiestās pogas. To nozīmi un noteiktu kombināciju var izpētīt pēc shēmas.
NMEA fails
Īsi aprakstīsim GIS NMEA faila sastāvu. Šis ir ASCII formātā rakstīts dokuments. Būtībā tas ir protokols informācijas apmaiņai starp GPS uztvērēju un citām ierīcēm, piemēram, datoru vai PDA. Katrs NMEA ziņojums sākas ar $ zīmi, kam seko divu rakstzīmju ierīces apzīmējums (GP GPS uztvērējam) un beidzas ar \r\n - karieta atgriešanas un rindas padeves rakstzīmi. Paziņojumā norādīto datu precizitāte ir atkarīga no ziņojuma veida. Visa informācija ir ietverta vienā rindā, lauki ir atdalīti ar komatiem.
Lai saprastu, kā darbojas ģeogrāfiskās informācijas sistēmas, pietiek izpētīt plaši izmantoto $GPRMC tipa ziņojumu, kas satur minimālu, bet pamata datu kopu: objekta atrašanās vietu, tā ātrumu un laiku.
Apskatīsim konkrētu piemēru, kāda informācija tajā ir iekodēta:
- objekta koordinātu noteikšanas datums - 2015.gada 7.janvāris;
- Universālais laiks UTC koordinātas - 10h 54m 52s;
- objekta koordinātas - 55°22,4271' Z un 36°44,1610' E
Uzsveram, ka objekta koordinātastiek parādīti grādos un minūtēs, pēdējie ir norādīti ar precizitāti līdz četrām zīmēm aiz komata (vai punkts kā atdalītājs starp reālā skaitļa veselo skaitļu un daļdaļām ASV formātā). Nākotnē jums būs nepieciešams, lai NMEA failā objekta atrašanās vietas platums būtu pozīcijā aiz trešā komata, bet garums pēc piektā. Ziņojuma beigās kontrolsumma tiek pārsūtīta pēc rakstzīmes “” kā divi heksadecimāli cipari - 6C.
Ģeoinformācijas sistēmas: algoritma sastādīšanas piemēri
Aplūkosim NMEA failu analīzes algoritmu, lai iegūtu koordinātu kopu (X un Yk), kas atbilst objekta kustības trajektorijai. To veido vairākas secīgas darbības.
Objekta Y koordinātas noteikšana
NMEA datu analīzes algoritms
1. darbība. Izlasiet GPRMC virkni no NMEA faila.
2. darbība. Atrodiet trešā komata vietu virknē (q).
3. darbība. Atrodiet ceturtā komata vietu virknē (r).
4. darbība. Atrodiet decimālzīmi (t), sākot no pozīcijas q.
5. darbība. Izņemiet vienu rakstzīmi no virknes pozīcijā (r+1).
6. darbība. Ja šī rakstzīme ir vienāda ar W, tad Ziemeļu puslodes mainīgais ir iestatīts uz 1, pretējā gadījumā -1.
Step 7. Izņemiet (r- +2) virknes rakstzīmes, kas sākas no pozīcijas (t-2).
8. darbība. Izņemiet (t-q-3) virknes rakstzīmes, kas sākas no pozīcijas (q+1).
9. darbība. Pārvērtiet virknes par reāliem skaitļiem un aprēķiniet objekta Y koordinātu radiānā.
Objekta X koordinātas noteikšana
10. solis. Atrodiet piektā pozīcijukomats virknē (n).
11. darbība. Atrodiet sestā komata pozīciju virknē (m).
12. darbība. Sākot no pozīcijas n, atrodiet decimālzīmi (p).13. darbība. Izņemiet vienu rakstzīmi no virknes pozīcijā (m+1).
14. darbība. Ja šī rakstzīme ir vienāda ar “E”, Austrumu puslodes mainīgais ir iestatīts uz 1, pretējā gadījumā -1. 15. darbība. Izņemiet (m-p+2) virknes rakstzīmes, sākot no pozīcijas (p-2).
16. darbība. Izņemiet (p-n+2) rakstzīmes no virknes, sākot no pozīcijas (n+ 1).
17. darbība. Pārvērtiet virknes par reāliem skaitļiem un aprēķiniet objekta X koordinātu radiāna mērī.
18. darbība. Ja NMEA fails netiek nolasīts līdz beigām, tad pārejiet uz 1. darbību, pretējā gadījumā pārejiet uz 19. darbību.
19. darbība. Pabeidziet algoritmu.
Šī algoritma 6. un 16. darbībā izmantojiet Ziemeļu puslodes un Austrumu puslodes mainīgos, lai skaitliski iekodēt objekta atrašanās vietu uz Zemes. Ziemeļu (dienvidu) puslodē mainīgais NorthernHemisphere iegūst attiecīgi vērtību 1 (-1), līdzīgi austrumu (rietumu) puslodē EasternHemisphere - 1 (-1).
ĢIS lietojumprogramma
Ģeogrāfiskās informācijas sistēmu izmantošana ir plaši izplatīta daudzās jomās:
- ģeoloģija un kartogrāfija;
- tirdzniecība un pakalpojumi;
- inventārs;
- ekonomika un vadība;
- aizsardzība;
- inženierzinātnes;
- izglītība utt.
