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 і 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:

Глобальна ГІС використовується для запобігання техногенних і 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.
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:

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

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

Принцип роботи

Географічні інформаційні системи працюють за принципом складання і 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 моментам часу локальної системи ГІС. Це є основою для визначення місцезнаходження об`єкта.

Відео: «Введення в геоінформаційні системи», майстер-клас «Робота з відкритими геоданих в прикладах»

Дану послідовність координат можна витягти з стандартного NMEA-файлу 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 певної траєкторії об`єкта у вигляді NMEA-файлу і цифрової карти ГІС на обраному ділянці місцевості. Завдання полягає в розробці алгоритму, що відображає рух точкового об`єкта. В ході даної роботи були проаналізовані три алгоритму, що лежать в основі вирішення поставленого завдання.

Відео: снилося "ГІС-лабораторія"

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

Узагальнений алгоритм: загальне поняття

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

аналіз даних NMEA;
обчислення колійного кута об`єкта;
визначення курсу об`єкту щодо країн всієї земної кулі.

Географічні інформаційні системи з узагальненим алгоритмом оснащені основним елементом, що управляє - 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 виконується відліку інтервалу часу в одну секунду треба встановити такі властивості таймера:

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

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

Принцип роботи таймера

Використання геоінформаційних систем відбувається наступним чином:

Відео: Геоінформаційні системи. Розставляємо речі по місцях в інтернеті речей. Сергій Наумов. ESRI

На цифровій карті відзначаються три точки (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.
Включення і вимикання 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-файлу ГІС. Це документ, записаний у форматі ASCII. По суті, він являє собою протокол для обміну інформацією між GPS-приймачем і іншими пристроями, наприклад ПК або КПК. Кожне повідомлення NMEA починається зі знака $, за яким слід 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 і 36 ° 44.1610 `східної довготи

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 та дробової частин речового числа в 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. В 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 отримання 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 третьої коми в рядку (q).

Відео: Про ГІС - впровадження (ProGIS)

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

Крок 4. Знайти, починаючи з позиції q, символ десяткового дробу (t).

Крок 5. Витягнути 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. Вилучити (t-q-3) символів рядка, починаючи з позиції (q + 1).

Крок 9. Перетворити рядки в речові числа і обчислити координату Y об`єкта в радіанної міру.

Визначення координати X об`єкта

Крок 10. Знайти позицію п`ятої коми в рядку (n).

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

Крок 12. Знайти, починаючи з позиції n, символ десяткового дробу (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 міру.

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 цього 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).