ГІС - це Географічні інформаційні системи

ГІС - це сучасні геоінформаційні мобільні системи, які володіють можливістю відображати своє місце розташування на карті. В основі цього важливого властивості лежить використання двох технологій: геоінформаційної та глобального позиціонування. Якщо мобільний пристрій має вбудований GPS-приймач, то за допомогою такого приладу можна визначити його місце розташування і, отже, точні координати самої ГІС. На жаль, геоінформаційні технології та системи в російськомовній науковій літературі представлені невеликою кількістю публікацій, внаслідок цього практично повністю відсутня інформація про алгоритми, що лежать в основі їх функціональних можливостей.

Класифікація ГІС

Підрозділ геоінформаційних систем відбувається за територіальним принципом:

1. Глобальна ГІС використовується для запобігання техногенних та природних катаклізмів з 1997 року. Завдяки цим даним можна за відносно короткий час спрогнозувати масштаби катастрофи, скласти план ліквідації наслідків, оцінити завдані збитки і людські втрати, а також організувати гуманітарні акції.
2. Регіональна геоінформаційна система розроблена на муніципальному рівні. Вона дозволяє місцевій владі прогнозувати розвиток певного регіону. Дана система відображає практично всі важливі сфери, наприклад інвестиційні, майнові, навігаційно-інформаційні, правові та ін. Також варто відзначити, що завдяки використанню даних технологій з'явилася можливість виступати гарантом безпеки життєдіяльності всього населення. Регіональна геоінформаційна система в даний час використовується досить ефективно, сприяючи залученню інвестицій і стрімкого зростання економіки району.

Кожна з вищеописаних груп має певні підвиди:

• У глобальну ГІС входять національні та субконтинентальна системи, як правило, з державним статусом.
• У регіональну - локальні, субрегіональні, місцеві.

Відомості про даних інформаційних системах можна знайти в спеціальних розділах мережі, які називаються геопорталі. Вони розміщуються у відкритому доступі для ознайомлення без будь-яких обмежень.

Принцип роботи

Географічні інформаційні системи працюють за принципом складання та розробки алгоритму. Саме він дозволяє відображати рух об'єкта на карті ГІС, включаючи переміщення мобільного пристрою в межах локальної системи. Щоб зобразити дану точку на кресленні місцевості, необхідно знати, принаймні, дві координати - X і Y. При відображенні руху об'єкта на карті буде потрібно визначити послідовність координат (Xk і Yk). Їх показники повинні відповідати різним моментів часу локальної системи ГІС. Це є основою для визначення місцезнаходження об'єкта.

Дану послідовність координат можна витягти з стандартного NMEA-файла GPS-приймача, який виконав реальний рух на місцевості. Таким чином, в основі розглянутого тут алгоритму лежить використання даних NMEA-файлу з координатами траєкторії об'єкта по певній території. Необхідні дані можна отримати також в результаті моделювання процесу руху на основі комп'ютерних експериментів.

Алгоритми ГІС

Геоінформаційні системи побудовані на вихідних даних, які беруться для розробки алгоритму. Як правило, це набір координат (Xk і Yk), відповідний деякій траєкторії об'єкта у вигляді NMEA-файла і цифрової карти ГІС на обраному ділянці місцевості. Завдання полягає в розробці алгоритму, що відображає рух точкового об'єкта. У ході даної роботи були проаналізовані три алгоритми, що лежать в основі вирішення поставленого завдання.

• Перший алгоритм ГІС - це аналіз даних NMEA-файлу з метою вилучення з нього послідовності координат (Xk і Yk),
• Другий алгоритм використовується для обчислення путнього кута об'єкта, при цьому відлік параметра виконується від напрямку на схід.
• Третій алгоритм - для визначення курсу об'єкту щодо країн світу.

Узагальнений алгоритм: загальне поняття

Узагальнений алгоритм відображення руху точкового об'єкта на карті ГІС включає три зазначених раніше алгоритму:

• аналіз даних NMEA;
• обчислення путнього кута об'єкта;
• визначення курсу об'єкта щодо країн всієї земної кулі.

Географічні інформаційні системи з узагальненим алгоритмом оснащені основним керуючим елементом - таймером (Timer). Стандартна задача його полягає в тому, що він дозволяє програмі генерувати події через певні проміжки часу. За допомогою такого об'єкта можна встановлювати необхідний період для виконання набору процедур або функцій. Наприклад, для багаторазово виконуваного відліку інтервалу часу в одну секунду треба встановити наступні властивості таймера:

• Timer.Interval = 1000;
• Timer.Enabled = True.

У результаті кожну секунду буде запускатися процедура зчитування координат X, Y об'єкта з NMEA-файла, внаслідок чого дана точка з отриманими координатами відображається на карті ГІС.

Принцип роботи таймера

Використання геоінформаційних систем відбувається наступним чином:

1. На цифровій карті відзначаються три крапки (умовне позначення - 1, 2, 3), які відповідають траєкторії руху об'єкта в різні моменти часу tk2, tk1, tk. Вони обов'язково з'єднані суцільною лінією.
2. Включення і виключення таймера, керуючого відображенням пересування об'єкта на карті, здійснюється за допомогою кнопок, натисне користувач. Їх значення і певну комбінацію можна вивчити за схемою.

NMEA-файл

Опишемо коротко склад NMEA-файла ГІС. Це документ, записаний у форматі ASCII. По суті, він являє собою протокол для обміну інформацією між приймачем GPS та іншими пристроями, наприклад ПК або КПК. Кожне повідомлення NMEA починається зі знаку $, за яким слідує Двосимвольні позначення пристрою (для GPS-приймача - GP) і закінчується послідовністю r n - символом переведення каретки і переходу на новий рядок. Точність даних у повідомленні залежить від виду сполучення. Вся інформація міститься в одному рядку, причому поля розділяються комами.

Для того щоб розібратися, як працюють геоінформаційні системи, цілком достатньо вивчити широко використовується повідомлення типу $ GPRMC, яке містить мінімальний, але основний набір даних: місце розташування об'єкта, його швидкість і час.
Розглянемо на конкретному прикладі, яка інформація в ньому закодована:

• дата визначення координат об'єкту - 7 січня 2015 р .;
• всесвітній час UTC визначення координат - 10h 54m 52s;
• координати об'єкта - 55 ° 22.4271 'пн.ш. і 36 ° 44.1610 'с.д.

Підкреслимо, що координати об'єкта представлені в градусах і хвилинах, причому останній показник дається з точністю до чотирьох знаків після коми (або точки як роздільник цілої і дробової частин дійсного числа у форматі USA). Надалі знадобиться те, що в NMEA-файлі широта місця розташування об'єкта знаходиться в позиції після третьої коми, а довгота - після п'ятої. У кінці повідомлення передається контрольна сума після символу '*' у вигляді двох шістнадцятирічних цифр - 6C.

Геоінформаційні системи: приклади складання алгоритму

Розглянемо алгоритм аналізу NMEA-файлу з метою добування набору координат (X і Yk), відповідних траєкторії руху об'єкта. Він складається з декількох послідовних кроків.

Визначення координати Y об'єкта

Алгоритм аналізу даних NMEA

Крок 1. Прочитати рядок GPRMC з NMEA-файлу.

Крок 2. Знайти позицію третього коми в рядку (q).

Крок 3. Знайти позицію четвертої коми в рядку (r).

Крок 4. Знайти, починаючи з позиції q, символ десяткової точки (t).

Крок 5. Витягти один символ з рядка, що знаходиться в позиції (r + 1).

Крок 6. Якщо цей символ дорівнює W, то змінна NorthernHemisphere отримує значення 1, інакше -1.

Крок 7. Витягти (г- + 2) символів рядка, починаючи з позиції (t-2).

Крок 8. Витягти (tq-3) символів рядка, починаючи з позиції (q + 1).

Крок 9. Перетворити рядки в речові числа і обчислити координату Y об'єкта в радіанної мірою.

Визначення координати X об'єкта

Крок 10. Знайти позицію п'ятого коми в рядку (n).

Крок 11. Знайти позицію шостий коми в рядку (m).

Крок 12. Знайти, починаючи з позиції n, символ десяткової точки (p).

Крок 13. Витягти один символ з рядка, що знаходиться в позиції (m + 1).

Крок 14. Якщо цей символ дорівнює 'E', то змінна EasternHemisphere отримує значення 1, інакше -1.

Крок 15. Витягти (m-p + 2) символів рядка, починаючи з позиції (p-2).

Крок 16. Витягти (p-n + 2) символів рядка, починаючи з позиції (n + 1).

Крок 17. Перетворити рядки в речові числа і обчислити координату X об'єкта в радіанної мірою.

Крок 18. Якщо NMEA-файл не прочитаний до кінця, то перейти до кроку 1, інакше перейти до кроку 19.

Крок 19. Закінчити алгоритм.

На кроці 6 і 16 даного алгоритму використовуються змінні NorthernHemisphere і EasternHemisphere для чисельного кодування місця розташування об'єкта на Землі. У північному (південному) півкулі змінна NorthernHemisphere приймає значення 1 (-1) відповідно, аналогічно в східному (західному) півкулі EasternHemisphere - 1 (-1).

Застосування ГІС

Застосування геоінформаційних систем широко поширене в багатьох областях:

• геології і картографії;
• торгівлі та послугах;
• кадастрі;
• економіці та управлінні;
• оборони;
• інженерії;
• освіті та ін.