Τα
GIS είναι σύγχρονα κινητά συστήματα γεωπληροφοριών που έχουν τη δυνατότητα να εμφανίζουν τη θέση τους σε χάρτη. Αυτή η σημαντική ιδιότητα βασίζεται στη χρήση δύο τεχνολογιών: της γεωπληροφορίας και της παγκόσμιας τοποθέτησης. Εάν η κινητή συσκευή διαθέτει ενσωματωμένο δέκτη GPS, τότε με τη βοήθεια μιας τέτοιας συσκευής είναι δυνατό να προσδιοριστεί η θέση της και, κατά συνέπεια, οι ακριβείς συντεταγμένες του ίδιου του GIS. Δυστυχώς, οι τεχνολογίες και τα συστήματα γεωπληροφοριών στη ρωσόφωνη επιστημονική βιβλιογραφία αντιπροσωπεύονται από μικρό αριθμό δημοσιεύσεων, με αποτέλεσμα να μην υπάρχουν σχεδόν καθόλου πληροφορίες σχετικά με τους αλγόριθμους στους οποίους βασίζεται η λειτουργικότητά τους.
Ταξινόμηση GIS
Η διαίρεση των συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών γίνεται σύμφωνα με την εδαφική αρχή:
- Το παγκόσμιο GIS χρησιμοποιείται για την πρόληψη ανθρωπογενών και φυσικών καταστροφών από το 1997. Χάρη σε αυτά τα δεδομένα, είναι δυνατό για σχετικάπροβλέψτε το μέγεθος της καταστροφής σε σύντομο χρονικό διάστημα, καταρτίστε ένα σχέδιο για τα επακόλουθα, εκτιμήστε τις ζημιές και τις απώλειες ζωών και οργανώστε ανθρωπιστικές δράσεις.
- Περιφερειακό σύστημα γεωπληροφοριών που αναπτύχθηκε σε δημοτικό επίπεδο. Επιτρέπει στις τοπικές αρχές να προβλέψουν την ανάπτυξη μιας συγκεκριμένης περιοχής. Αυτό το σύστημα αντικατοπτρίζει σχεδόν όλους τους σημαντικούς τομείς, όπως επενδύσεις, ακίνητα, πλοήγηση και πληροφορίες, νομικά κ.λπ. Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι χάρη στη χρήση αυτών των τεχνολογιών κατέστη δυνατό να λειτουργήσει ως εγγυητής της ασφάλειας της ζωής των ολόκληρο τον πληθυσμό. Το περιφερειακό σύστημα γεωγραφικών πληροφοριών χρησιμοποιείται επί του παρόντος αρκετά αποτελεσματικά, συμβάλλοντας στην προσέλκυση επενδύσεων και στην ταχεία ανάπτυξη της οικονομίας της περιοχής.
Κάθε μία από τις παραπάνω ομάδες έχει ορισμένους υποτύπους:
- Το παγκόσμιο GIS περιλαμβάνει εθνικά και υποηπειρωτικά συστήματα, συνήθως με καθεστώς κατάστασης.
- Προς το περιφερειακό - τοπικό, υποπεριφερειακό, τοπικό.
Πληροφορίες σχετικά με αυτά τα συστήματα πληροφοριών μπορούν να βρεθούν σε ειδικές ενότητες του δικτύου, οι οποίες ονομάζονται γεωπύλες. Τοποθετούνται σε δημόσιο τομέα για έλεγχο χωρίς περιορισμούς.
Αρχή λειτουργίας
Τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών λειτουργούν με βάση την αρχή της σύνταξης και ανάπτυξης ενός αλγορίθμου. Είναι αυτός που σας επιτρέπει να εμφανίσετε την κίνηση ενός αντικειμένου σε έναν χάρτη GIS, συμπεριλαμβανομένης της κίνησης μιας κινητής συσκευής εντός του τοπικού συστήματος. Προς τηνγια να απεικονίσετε αυτό το σημείο στο σχέδιο εδάφους, πρέπει να γνωρίζετε τουλάχιστον δύο συντεταγμένες - X και Y. Όταν εμφανίζετε την κίνηση ενός αντικειμένου σε έναν χάρτη, θα πρέπει να προσδιορίσετε την ακολουθία των συντεταγμένων (Xk και Yk). Οι δείκτες τους θα πρέπει να αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρονικά σημεία του τοπικού συστήματος GIS. Αυτή είναι η βάση για τον προσδιορισμό της θέσης του αντικειμένου.
Αυτή η ακολουθία συντεταγμένων μπορεί να εξαχθεί από ένα τυπικό αρχείο NMEA ενός δέκτη GPS που έχει πραγματοποιήσει πραγματική κίνηση στο έδαφος. Έτσι, ο αλγόριθμος που εξετάζεται εδώ βασίζεται στη χρήση δεδομένων αρχείου NMEA με τις συντεταγμένες της τροχιάς του αντικειμένου σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Τα απαραίτητα δεδομένα μπορούν επίσης να ληφθούν ως αποτέλεσμα της μοντελοποίησης της διαδικασίας κίνησης με βάση πειράματα υπολογιστή.
αλγόριθμοι GIS
Τα συστήματα γεωπληροφοριών βασίζονται στα αρχικά δεδομένα που λαμβάνονται για την ανάπτυξη του αλγόριθμου. Κατά κανόνα, αυτό είναι ένα σύνολο συντεταγμένων (Xk και Yk) που αντιστοιχούν σε κάποια τροχιά αντικειμένου με τη μορφή αρχείου NMEA και ψηφιακού χάρτη GIS για μια επιλεγμένη περιοχή. Το καθήκον είναι να αναπτυχθεί ένας αλγόριθμος που εμφανίζει την κίνηση ενός σημειακού αντικειμένου. Κατά τη διάρκεια αυτής της εργασίας, αναλύθηκαν τρεις αλγόριθμοι που αποτελούν τη βάση της λύσης του προβλήματος.
- Ο πρώτος αλγόριθμος GIS είναι η ανάλυση δεδομένων αρχείου NMEA για την εξαγωγή από αυτό μια ακολουθία συντεταγμένων (Xk και Yk),
- Ο δεύτερος αλγόριθμος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της γωνίας διαδρομής του αντικειμένου, ενώ η παράμετρος μετράται από την κατεύθυνση προςανατολικά.
- Ο τρίτος αλγόριθμος είναι για τον προσδιορισμό της πορείας ενός αντικειμένου σε σχέση με τα κύρια σημεία.
Γενικοποιημένος αλγόριθμος: γενική έννοια
Ο γενικευμένος αλγόριθμος για την εμφάνιση της κίνησης ενός σημειακού αντικειμένου σε έναν χάρτη GIS περιλαμβάνει τους τρεις αλγόριθμους που αναφέρθηκαν προηγουμένως:
- Ανάλυση δεδομένων NMEA;
- υπολογισμός της γωνίας τροχιάς του αντικειμένου;
- καθορισμός της πορείας ενός αντικειμένου σε σχέση με χώρες σε όλο τον κόσμο.
Τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών με γενικευμένο αλγόριθμο είναι εξοπλισμένα με το κύριο στοιχείο ελέγχου - το χρονόμετρο (Timer). Η τυπική του αποστολή είναι ότι επιτρέπει στο πρόγραμμα να δημιουργεί συμβάντα σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Χρησιμοποιώντας ένα τέτοιο αντικείμενο, μπορείτε να ορίσετε την απαιτούμενη περίοδο για την εκτέλεση ενός συνόλου διαδικασιών ή συναρτήσεων. Για παράδειγμα, για μια επαναλαμβανόμενη αντίστροφη μέτρηση ενός χρονικού διαστήματος ενός δευτερολέπτου, πρέπει να ορίσετε τις ακόλουθες ιδιότητες χρονοδιακόπτη:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
Ως αποτέλεσμα, η διαδικασία ανάγνωσης των συντεταγμένων X, Y του αντικειμένου από το αρχείο NMEA θα εκκινείται κάθε δευτερόλεπτο, με αποτέλεσμα αυτό το σημείο με τις ληφθείσες συντεταγμένες να εμφανίζεται στον χάρτη GIS.
Η αρχή του χρονοδιακόπτη
Η χρήση των συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών έχει ως εξής:
- Τρία σημεία σημειώνονται στον ψηφιακό χάρτη (σύμβολο - 1, 2, 3), τα οποία αντιστοιχούν στην τροχιά του αντικειμένου σε διαφορετικές στιγμέςχρόνος tk2, tk1, tk. Συνδέονται απαραίτητα με μια σταθερή γραμμή.
- Η ενεργοποίηση και η απενεργοποίηση του χρονοδιακόπτη που ελέγχει την εμφάνιση της κίνησης του αντικειμένου στον χάρτη πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας τα κουμπιά που πατά ο χρήστης. Η σημασία τους και ένας συγκεκριμένος συνδυασμός μπορούν να μελετηθούν σύμφωνα με το σχήμα.
Αρχείο NMEA
Ας περιγράψουμε συνοπτικά τη σύνθεση του αρχείου GIS NMEA. Αυτό είναι ένα έγγραφο γραμμένο σε μορφή ASCII. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ ενός δέκτη GPS και άλλων συσκευών, όπως PC ή PDA. Κάθε μήνυμα NMEA ξεκινά με ένα σύμβολο $, ακολουθούμενο από έναν προσδιορισμό συσκευής δύο χαρακτήρων (GP για δέκτη GPS) και τελειώνει με \r\n, έναν χαρακτήρα επιστροφής μεταφοράς και τροφοδοσίας γραμμής. Η ακρίβεια των δεδομένων στην ειδοποίηση εξαρτάται από τον τύπο του μηνύματος. Όλες οι πληροφορίες περιέχονται σε μία γραμμή, με τα πεδία χωρισμένα με κόμμα.
Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών, αρκεί να μελετήσουμε το ευρέως χρησιμοποιούμενο μήνυμα τύπου $GPRMC, το οποίο περιέχει ένα ελάχιστο αλλά βασικό σύνολο δεδομένων: τη θέση ενός αντικειμένου, την ταχύτητα και τον χρόνο του.
Ας εξετάσουμε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα, ποιες πληροφορίες είναι κωδικοποιημένες σε αυτό:
- ημερομηνία προσδιορισμού των συντεταγμένων του αντικειμένου - 7 Ιανουαρίου 2015;
- Συντεταγμένες UTC καθολικής ώρας - 10h 54m 52s;
- συντεταγμένες αντικειμένου - 55°22,4271' Β και 36°44,1610' E
Τονίζουμε ότι οι συντεταγμένες του αντικειμένουπαρουσιάζονται σε μοίρες και λεπτά, με τα τελευταία να δίνονται με ακρίβεια τεσσάρων δεκαδικών ψηφίων (ή μια τελεία ως διαχωριστικό μεταξύ του ακέραιου και των κλασματικών μερών ενός πραγματικού αριθμού σε μορφή ΗΠΑ). Στο μέλλον, θα χρειαστείτε στο αρχείο NMEA, το γεωγραφικό πλάτος της θέσης του αντικειμένου να βρίσκεται στη θέση μετά το τρίτο κόμμα και το γεωγραφικό μήκος μετά το πέμπτο. Στο τέλος του μηνύματος, το άθροισμα ελέγχου μεταδίδεται μετά τον χαρακτήρα '' ως δύο δεκαεξαδικά ψηφία - 6C.
Συστήματα γεωπληροφοριών: παραδείγματα σύνταξης αλγορίθμου
Ας εξετάσουμε έναν αλγόριθμο ανάλυσης αρχείων NMEA για να εξαγάγουμε ένα σύνολο συντεταγμένων (X και Yk) που αντιστοιχούν στην τροχιά κίνησης του αντικειμένου. Αποτελείται από πολλά διαδοχικά βήματα.
Προσδιορισμός της συντεταγμένης Y ενός αντικειμένου
Αλγόριθμος ανάλυσης δεδομένων NMEA
Βήμα 1. Διαβάστε τη συμβολοσειρά GPRMC από το αρχείο NMEA.
Βήμα 2. Βρείτε τη θέση του τρίτου κόμματος στη συμβολοσειρά (q).
Βήμα 3. Βρείτε τη θέση του τέταρτου κόμματος στη συμβολοσειρά (r).
Βήμα 4. Βρείτε τον χαρακτήρα υποδιαστολής (t) ξεκινώντας από τη θέση q.
Βήμα 5 Εξαγωγή ενός χαρακτήρα από τη συμβολοσειρά στη θέση (r+1).
Βήμα 6. Εάν αυτός ο χαρακτήρας είναι ίσος με W, τότε η μεταβλητή Βόρειου Ημισφαιρίου ορίζεται σε 1, διαφορετικά -1.
Βήμα 7. Εξαγάγετε (r- +2) χαρακτήρες της συμβολοσειράς ξεκινώντας από τη θέση (t-2).
Βήμα 8. Εξαγάγετε (t-q-3) χαρακτήρες της συμβολοσειράς ξεκινώντας από τη θέση (q+1).
Βήμα 9. Μετατρέψτε τις συμβολοσειρές σε πραγματικούς αριθμούς και υπολογίστε τη συντεταγμένη Y του αντικειμένου σε μέτρο ακτίνων.
Προσδιορισμός της συντεταγμένης Χ ενός αντικειμένου
Βήμα 10. Βρείτε τη θέση του πέμπτουκόμμα στη συμβολοσειρά (n).
Βήμα 11. Βρείτε τη θέση του έκτου κόμματος στη συμβολοσειρά (m).
Βήμα 12. Ξεκινώντας από τη θέση n, βρείτε τον χαρακτήρα υποδιαστολής (p). Βήμα 13. Εξάγετε έναν χαρακτήρα από τη συμβολοσειρά στη θέση (m+1).
Βήμα 14. Εάν αυτός ο χαρακτήρας είναι ίσος με 'E', τότε η μεταβλητή Eastern Hemisphere ορίζεται σε 1, διαφορετικά -1. Βήμα 15. Εξαγωγή (m-p+2) χαρακτήρων της συμβολοσειράς, ξεκινώντας από τη θέση (p-2).
Βήμα 16. Εξαγωγή (p-n+2) χαρακτήρων της συμβολοσειράς, ξεκινώντας από τη θέση (n+ 1).
Βήμα 17. Μετατρέψτε τις συμβολοσειρές σε πραγματικούς αριθμούς και υπολογίστε τη συντεταγμένη Χ του αντικειμένου σε μέτρο ακτίνων.
Βήμα 18. Εάν το αρχείο NMEA δεν διαβάζεται μέχρι το τέλος, μετά πηγαίνετε στο βήμα 1, διαφορετικά πηγαίνετε στο βήμα 19.
Βήμα 19. Ολοκληρώστε τον αλγόριθμο.
Τα βήματα 6 και 16 αυτού του αλγορίθμου χρησιμοποιούν τις μεταβλητές Βόρειου Ημισφαιρίου και Ανατολικού Ημισφαιρίου για να κωδικοποιούν αριθμητικά τη θέση του αντικειμένου στη Γη. Στο βόρειο (νότιο) ημισφαίριο, η μεταβλητή Βόρειο ημισφαίριο παίρνει την τιμή 1 (-1), αντίστοιχα, ομοίως στο ανατολικό (δυτικό) ημισφαίριο Ανατολικό ημισφαίριο - 1 (-1).
εφαρμογή GIS
Η χρήση των συστημάτων γεωγραφικών πληροφοριών είναι ευρέως διαδεδομένη σε πολλούς τομείς:
- γεωλογία και χαρτογραφία;
- εμπόριο και υπηρεσίες;
- inventory;
- οικονομία και διαχείριση;
- άμυνα;
- μηχανική;
- εκπαίδευση, κ.λπ.
