GIS הן מערכות גיאוגרפיות מודרניות ניידות שיש להן את היכולת להציג את מיקומן על מפה. נכס חשוב זה מבוסס על שימוש בשתי טכנולוגיות: מידע גיאוגרפי ומיצוב גלובלי. אם למכשיר הנייד יש מקלט GPS מובנה, אז בעזרת מכשיר כזה ניתן לקבוע את מיקומו, וכתוצאה מכך, את הקואורדינטות המדויקות של ה-GIS עצמו. לרוע המזל, טכנולוגיות ומערכות גיאואינפורמציה בספרות המדעית בשפה הרוסית מיוצגות על ידי מספר קטן של פרסומים, וכתוצאה מכך אין כמעט מידע על האלגוריתמים העומדים בבסיס הפונקציונליות שלהם.
סיווג GIS
החלוקה של מערכות מידע גיאוגרפיות מתרחשת על פי העיקרון הטריטוריאלי:
- GIS גלובלי שימש למניעת אסונות טבע ואסונות מעשה ידי אדם מאז 1997. הודות לנתונים אלו, ניתן יחסיתלחזות את היקף האסון תוך זמן קצר, לגבש תוכנית לאחר מכן, להעריך את הנזקים ואובדן החיים, ולארגן פעולות הומניטריות.
- מערכת גיאוגרפית אזורית שפותחה ברמה העירונית. הוא מאפשר לרשויות המקומיות לחזות את התפתחותו של אזור מסוים. מערכת זו משקפת כמעט את כל התחומים החשובים, כגון השקעות, רכוש, ניווט ומידע, משפטי ועוד. ראוי לציין גם כי הודות לשימוש בטכנולוגיות אלו, ניתן היה לשמש ערבות לבטיחות החיים של החברה. כל האוכלוסייה. מערכת המידע הגיאוגרפי האזורית נמצאת כיום בשימוש יעיל למדי, ועוזרת למשוך השקעות ולצמיחה המהירה של כלכלת האזור.
לכל אחת מהקבוצות לעיל יש תת-סוגים מסוימים:
- ה-GIS העולמי כולל מערכות לאומיות ותת-יבשתיות, בדרך כלל עם סטטוס מדינה.
- לאזורי - מקומי, תת-אזורי, מקומי.
ניתן למצוא מידע על מערכות מידע אלו בחלקים מיוחדים של הרשת, הנקראים גיאופורטלים. הם ממוקמים בנחלת הכלל לבדיקה ללא הגבלות כלשהן.
עקרון העבודה
מערכות מידע גיאוגרפיות עובדות על עיקרון הידור ופיתוח אלגוריתם. הוא זה שמאפשר לך להציג את התנועה של אובייקט על מפת GIS, כולל תנועה של מכשיר נייד בתוך המערכת המקומית. לכדי לתאר נקודה זו בציור השטח, עליך לדעת לפחות שתי קואורדינטות - X ו-Y. בעת הצגת התנועה של אובייקט במפה, תצטרך לקבוע את רצף הקואורדינטות (Xk ו-Yk). האינדיקטורים שלהם צריכים להתאים לנקודות זמן שונות של מערכת ה-GIS המקומית. זהו הבסיס לקביעת מיקום האובייקט.
ניתן לחלץ את רצף הקואורדינטות הזה מקובץ NMEA סטנדרטי של מקלט GPS שביצע תנועה אמיתית על הקרקע. לפיכך, האלגוריתם הנחשב כאן מבוסס על שימוש בנתוני קובץ NMEA עם הקואורדינטות של מסלול האובייקט על פני טריטוריה מסוימת. ניתן לקבל את הנתונים הדרושים גם כתוצאה ממודלים של תהליך התנועה על סמך ניסויי מחשב.
אלגוריתמים של GIS
מערכות גיאוגרפיות בנויות על הנתונים הראשוניים שנלקחים לפיתוח האלגוריתם. ככלל, זוהי קבוצה של קואורדינטות (Xk ו-Yk) התואמות למסלול אובייקט כלשהו בצורה של קובץ NMEA ומפת GIS דיגיטלית עבור אזור נבחר. המשימה היא לפתח אלגוריתם המציג את התנועה של אובייקט נקודתי. במהלך עבודה זו נותחו שלושה אלגוריתמים שעומדים בבסיס פתרון הבעיה.
- אלגוריתם ה-GIS הראשון הוא ניתוח נתוני קובץ NMEA כדי לחלץ ממנו רצף של קואורדינטות (Xk ו-Yk),
- האלגוריתם השני משמש לחישוב זווית המסלול של האובייקט, בעוד הפרמטר נספר מהכיוון אלמזרח.
- האלגוריתם השלישי מיועד לקביעת המהלך של אובייקט ביחס לנקודות הקרדינליות.
אלגוריתם כללי: מושג כללי
האלגוריתם המוכלל להצגת התנועה של אובייקט נקודתי במפת GIS כולל את שלושת האלגוריתמים שהוזכרו קודם לכן:
- ניתוח נתונים של NMEA;
- חישוב זווית המסלול של האובייקט;
- קביעת מהלך של אובייקט ביחס למדינות ברחבי העולם.
מערכות מידע גיאוגרפיות עם אלגוריתם כללי מצוידות באלמנט הבקרה הראשי - הטיימר (טיימר). המשימה הסטנדרטית שלו היא שהיא מאפשרת לתוכנית ליצור אירועים במרווחי זמן מסוימים. באמצעות אובייקט כזה, אתה יכול להגדיר את התקופה הנדרשת לביצוע קבוצה של נהלים או פונקציות. לדוגמה, עבור ספירה חוזרת לאחור של מרווח זמן של שנייה אחת, עליך להגדיר את מאפייני הטיימר הבאים:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
כתוצאה מכך, הליך קריאת קואורדינטות X,Y של האובייקט מקובץ ה-NMEA יושק בכל שנייה, וכתוצאה מכך מוצגת נקודה זו עם הקואורדינטות שהתקבלו במפת ה-GIS.
עקרון הטיימר
השימוש במערכות מידע גיאוגרפיות הוא כדלקמן:
- שלוש נקודות מסומנות במפה הדיגיטלית (סמל - 1, 2, 3), המתאימות למסלול האובייקט ברגעים שוניםזמן tk2, tk1, tk. הם בהכרח מחוברים בקו מוצק.
- הפעלה והשבתה של הטיימר השולט בהצגת תנועת האובייקט במפה מתבצעת באמצעות הכפתורים שלוחצים על המשתמש. ניתן ללמוד את משמעותם ושילוב מסוים בהתאם לתכנית.
קובץ NMEA
בוא נתאר בקצרה את ההרכב של קובץ GIS NMEA. זהו מסמך שנכתב בפורמט ASCII. במהותו, זהו פרוטוקול להחלפת מידע בין מקלט GPS למכשירים אחרים, כגון PC או PDA. כל הודעת NMEA מתחילה בסימן $, ואחריו ייעוד מכשיר בן שני תווים (GP עבור מקלט GPS) ומסתיימת ב-\r\n, תו החזרת עגלה והזנת קו. דיוק הנתונים בהתראה תלוי בסוג ההודעה. כל המידע כלול בשורה אחת, עם שדות מופרדים בפסיקים.
כדי להבין כיצד פועלות מערכות מידע גיאוגרפיות, מספיק ללמוד את ההודעה הנפוצה מסוג $GPRMC, המכילה סט נתונים מינימלי אך בסיסי: מיקומו של אובייקט, מהירותו והזמן שלו.
בואו נשקול דוגמה מסוימת, איזה מידע מקודד בה:
- תאריך קביעת הקואורדינטות של האובייקט - 7 בינואר 2015;
- קואורדינטות UTC בזמן אוניברסלי - 10 שעות 54 דקות 52 שניות;
- קואורדינטות אובייקט - 55°22.4271' N ו-36°44.1610' E
נדגיש כי הקואורדינטות של האובייקטמוצגים במעלות ובדקות, כאשר האחרונים ניתנים בדיוק של ארבעה מקומות עשרוניים (או נקודה כמפריד בין החלקים השלמים והשברים של מספר ממשי בפורמט ארה ב). בעתיד, תזדקק לכך שבקובץ NMEA, קו הרוחב של מיקום האובייקט נמצא במיקום אחרי הפסיק השלישי, וקו האורך הוא אחרי החמישי. בסוף ההודעה, סכום הבדיקה מועבר אחרי התו '' כשתי ספרות הקסדצימליות - 6C.
מערכות גיאואינפורמציה: דוגמאות להידור של אלגוריתם
בואו נשקול אלגוריתם ניתוח קבצים NMEA לחילוץ קבוצה של קואורדינטות (X ו-Yk) התואמות למסלול התנועה של האובייקט. הוא מורכב מכמה שלבים עוקבים.
קביעת קואורדינטת Y של אובייקט
אלגוריתם ניתוח נתונים של NMEA
שלב 1. קרא מחרוזת GPRMC מקובץ NMEA.
שלב 2. מצא את המיקום של הפסיק השלישי במחרוזת (q).
שלב 3. מצא את המיקום של הפסיק הרביעי במחרוזת (r).
שלב 4. מצא את התו העשרוני (t) החל ממיקום q.
שלב 5 חלץ תו אחד מהמחרוזת במיקום (r+1).
שלב 6. אם תו זה שווה ל-W, אז המשתנה של חצי הכדור הצפוני מוגדר ל-1, אחרת -1.
שלב 7. חלץ (r- +2) תווים של המחרוזת מתחילים במיקום (t-2).
שלב 8. חלץ (t-q-3) תווים של המחרוזת שמתחיל במיקום (q+1).
שלב 9. המר מחרוזות למספרים ממשיים וחשב את קואורדינטת ה-Y של העצם במידת רדיאן.
קביעת קואורדינטת X של אובייקט
שלב 10. מצא את המיקום של החמישיפסיק במחרוזת (n).
שלב 11. מצא את המיקום של הפסיק השישי במחרוזת (m).
שלב 12. החל ממיקום n, מצא את התו של הנקודה העשרונית (p).שלב 13. חלץ תו אחד מהמחרוזת במיקום (m+1).
שלב 14. אם תו זה שווה ל-'E', אז המשתנה EasternHemisphere מוגדר ל-1, אחרת -1. שלב 15. חלץ (m-p+2) תווים של המחרוזת, החל במיקום (p-2).
שלב 16. חלץ (p-n+2) תווים של המחרוזת, מתחיל במיקום (n+ 1).
שלב 17. המר את המחרוזות למספרים ממשיים וחשב את קואורדינטת ה-X של האובייקט במידת רדיאן.
שלב 18. אם קובץ ה-NMEA לא נקרא עד הסוף, ואז עבור לשלב 1, אחרת עבור לשלב 19.
שלב 19. סיים את האלגוריתם.
שלבים 6 ו-16 של אלגוריתם זה משתמשים במשתנים של חצי הכדור הצפוני והמזרחי כדי מקודד מספרית את מיקומו של האובייקט על פני כדור הארץ. בחצי הכדור הצפוני (הדרומי), המשתנה חצי הכדור הצפוני מקבל את הערך 1 (-1), בהתאמה, באופן דומה בחצי הכדור המזרחי (המערבי) חצי הכדור המזרחי - 1 (-1).
יישום GIS
השימוש במערכות מידע גיאוגרפיות נפוץ באזורים רבים:
- גיאולוגיה וקרטוגרפיה;
- מסחר ושירותים;
- מלאי;
- כלכלה וניהול;
- defense;
- engineering;
- חינוך וכו'
