GIS sono moderni sistemi di geoinformazione mobile che hanno la capacità di visualizzare la propria posizione su una mappa. Questa importante proprietà si basa sull'uso di due tecnologie: la geoinformazione e il posizionamento globale. Se il dispositivo mobile ha un ricevitore GPS integrato, con l'aiuto di tale dispositivo è possibile determinarne la posizione e, di conseguenza, le coordinate esatte del GIS stesso. Sfortunatamente, le tecnologie e i sistemi di geoinformazione nella letteratura scientifica in lingua russa sono rappresentati da un piccolo numero di pubblicazioni, di conseguenza non ci sono quasi informazioni sugli algoritmi alla base della loro funzionalità.
Classificazione GIS
La suddivisione dei sistemi informativi geografici avviene secondo il principio territoriale:
- Global GIS è stato utilizzato per prevenire disastri causati dall'uomo e naturali dal 1997. Grazie a questi dati, è possibile relativamenteprevedere l'entità del disastro in breve tempo, elaborare un piano per le conseguenze, valutare i danni e la perdita di vite umane e organizzare azioni umanitarie.
- Sistema di geoinformazione regionale sviluppato a livello comunale. Consente alle autorità locali di prevedere lo sviluppo di una determinata regione. Questo sistema rispecchia quasi tutti i settori importanti, come investimenti, immobili, navigazione e informazione, legali, ecc. Vale anche la pena notare che grazie all'uso di queste tecnologie è diventato possibile fungere da garante della sicurezza della vita del l'intera popolazione. Il sistema di informazione geografica regionale è attualmente utilizzato in modo abbastanza efficace, contribuendo ad attrarre investimenti e la rapida crescita dell'economia della regione.
Ciascuno dei gruppi sopra ha determinati sottotipi:
- Il GIS globale include sistemi nazionali e subcontinentali, di solito con stato statale.
- Al regionale - locale, subregionale, locale.
Le informazioni su questi sistemi informativi possono essere trovate in sezioni speciali della rete, chiamate geoportali. Sono di dominio pubblico per la revisione senza alcuna restrizione.
Principio di funzionamento
I sistemi di informazione geografica funzionano secondo il principio della compilazione e dello sviluppo di un algoritmo. È lui che permette di visualizzare il movimento di un oggetto su una mappa GIS, compreso il movimento di un dispositivo mobile all'interno del sistema locale. Aper rappresentare questo punto sul disegno del terreno, devi conoscere almeno due coordinate: X e Y. Quando visualizzi il movimento di un oggetto su una mappa, dovrai determinare la sequenza di coordinate (Xk e Yk). I loro indicatori dovrebbero corrispondere a diversi momenti del sistema GIS locale. Questa è la base per determinare la posizione dell'oggetto.
Questa sequenza di coordinate può essere estratta da un file NMEA standard di un ricevitore GPS che ha eseguito un movimento reale al suolo. Pertanto, l'algoritmo qui considerato si basa sull'uso di dati di file NMEA con le coordinate della traiettoria dell'oggetto su un determinato territorio. I dati necessari possono essere ottenuti anche come risultato della modellazione del processo di movimento basato su esperimenti al computer.
Algoritmi GIS
I sistemi di geoinformazione sono costruiti sui dati iniziali presi per sviluppare l'algoritmo. Di norma, questo è un insieme di coordinate (Xk e Yk) corrispondenti a una traiettoria di un oggetto sotto forma di un file NMEA e una mappa GIS digitale per un'area selezionata. Il compito è sviluppare un algoritmo che visualizzi il movimento di un oggetto punto. Nel corso di questo lavoro sono stati analizzati tre algoritmi che stanno alla base della soluzione del problema.
- Il primo algoritmo GIS è l'analisi dei dati del file NMEA per estrarne una sequenza di coordinate (Xk e Yk),
- Il secondo algoritmo viene utilizzato per calcolare l'angolo di traccia dell'oggetto, mentre il parametro viene contato dalla direzione aest.
- Il terzo algoritmo serve per determinare il percorso di un oggetto rispetto ai punti cardinali.
Algoritmo generalizzato: concetto generale
L'algoritmo generalizzato per visualizzare il movimento di un oggetto punto su una mappa GIS include i tre algoritmi menzionati in precedenza:
- Analisi dei dati NMEA;
- calcolo dell'angolo di traccia dell'oggetto;
- determinare il percorso di un oggetto rispetto ai paesi del mondo.
I sistemi di informazione geografica con un algoritmo generalizzato sono dotati dell'elemento di controllo principale: il timer (Timer). Il suo compito standard è che consente al programma di generare eventi a determinati intervalli. Utilizzando tale oggetto, è possibile impostare il periodo richiesto per l'esecuzione di un insieme di procedure o funzioni. Ad esempio, per un conto alla rovescia ripetibile di un intervallo di tempo di un secondo, è necessario impostare le seguenti proprietà del timer:
- Intervallo timer.=1000;
- Timer. Enabled=True.
Di conseguenza, ogni secondo verrà avviata la procedura di lettura delle coordinate X, Y dell'oggetto dal file NMEA, per cui questo punto con le coordinate ricevute viene visualizzato sulla mappa GIS.
Il principio del timer
L'uso dei sistemi informativi geografici è il seguente:
- Sulla mappa digitale sono segnati tre punti (simbolo - 1, 2, 3), che corrispondono alla traiettoria dell'oggetto in momenti diversitempo tk2, tk1, tk. Sono necessariamente collegati da una linea continua.
- L'abilitazione e disabilitazione del timer che comanda la visualizzazione del movimento dell'oggetto sulla mappa si effettua tramite i pulsanti premuti dall'utente. Il loro significato e una certa combinazione possono essere studiati secondo lo schema.
File NMEA
Descriviamo brevemente la composizione del file GIS NMEA. Questo è un documento scritto in formato ASCII. In sostanza, è un protocollo per lo scambio di informazioni tra un ricevitore GPS e altri dispositivi, come un PC o un PDA. Ogni messaggio NMEA inizia con un segno $, seguito da una designazione di dispositivo a due caratteri (GP per un ricevitore GPS) e termina con \r\n, un carattere di ritorno a capo e di avanzamento riga. L'accuratezza dei dati nella notifica dipende dal tipo di messaggio. Tutte le informazioni sono contenute in una riga, con campi separati da virgole.
Per capire come funzionano i sistemi informativi geografici, è sufficiente studiare il messaggio di tipo $GPRMC ampiamente utilizzato, che contiene un insieme minimo ma basilare di dati: la posizione di un oggetto, la sua velocità e il tempo.
Consideriamo un certo esempio, quali informazioni sono codificate in esso:
- data di determinazione delle coordinate dell'oggetto - 7 gennaio 2015;
- Coordinate UTC dell'ora universale - 10h 54m 52s;
- coordinate oggetto - 55°22.4271' N e 36°44.1610' MI
Sottolineiamo che le coordinate dell'oggettosono presentati in gradi e minuti, con quest'ultimo dato con una precisione di quattro cifre decimali (o un punto come separatore tra la parte intera e frazionaria di un numero reale nel formato USA). In futuro, sarà necessario che nel file NMEA, la latitudine della posizione dell'oggetto sia nella posizione dopo la terza virgola e la longitudine dopo la quinta. Alla fine del messaggio, il checksum viene trasmesso dopo il carattere '' come due cifre esadecimali - 6C.
Sistemi di geoinformazione: esempi di compilazione di un algoritmo
Consideriamo un algoritmo di analisi di file NMEA per estrarre un insieme di coordinate (X e Yk) corrispondenti alla traiettoria di movimento dell'oggetto. È composto da diversi passaggi successivi.
Determinazione della coordinata Y di un oggetto
Algoritmo di analisi dei dati NMEA
Fase 1. Leggi la stringa GPRMC dal file NMEA.
Fase 2. Trova la posizione della terza virgola nella stringa (q).
Fase 3. Trova la posizione della quarta virgola nella stringa (r).
Fase 4. Trova il carattere del punto decimale (t) a partire dalla posizione q.
Fase 5 Estrarre un carattere dalla stringa nella posizione (r+1).
Step 6. Se questo carattere è uguale a W, la variabile NorthernHemisphere è impostata su 1, altrimenti -1.
Step 7. Estrarre (r- +2) i caratteri della stringa che inizia alla posizione (t-2).
Passo 8. Estrarre (t-q-3) i caratteri della stringa che inizia alla posizione (q+1).
Fase 9. Converti le stringhe in numeri reali e calcola la coordinata Y dell'oggetto in radianti.
Determinazione della coordinata X di un oggetto
Fase 10. Trova la posizione della quintavirgola nella stringa (n).
Fase 11. Trova la posizione della sesta virgola nella stringa (m).
Fase 12. Partendo dalla posizione n, trova il carattere del punto decimale (p). Fase 13. Estrai un carattere dalla stringa nella posizione (m+1).
Fase 14. Se questo carattere è uguale a 'E', la variabile EasternHemisphere è impostata su 1, altrimenti -1. Fase 15. Estrai (m-p+2) caratteri della stringa, a partire dalla posizione (p-2).
Fase 16. Estrai (p-n+2) caratteri della stringa, partendo dalla posizione (n+ 1).
Fase 17. Converti le stringhe in numeri reali e calcola la coordinata X dell'oggetto in radianti.
Fase 18. Se il file NMEA non viene letto fino alla fine, quindi vai al passaggio 1, altrimenti vai al passaggio 19.
Fase 19. Completa l'algoritmo.
I passaggi 6 e 16 di questo algoritmo utilizzano le variabili dell'emisfero settentrionale e dell'emisfero orientale per codificare numericamente la posizione dell'oggetto sulla Terra. Nell'emisfero settentrionale (meridionale), la variabile NorthernHemisphere assume rispettivamente il valore 1 (-1), analogamente nell'emisfero orientale (occidentale) EasternHemissphere - 1 (-1).
Applicazione GIS
L'uso dei sistemi informativi geografici è diffuso in molte aree:
- geologia e cartografia;
- commercio e servizi;
- inventario;
- economia e management;
- difesa;
- ingegneria;
- istruzione, ecc.
