GIS là hệ thống thông tin địa lý di động hiện đại có khả năng hiển thị vị trí của chúng trên bản đồ. Tính chất quan trọng này dựa trên việc sử dụng hai công nghệ: thông tin địa lý và định vị toàn cầu. Nếu thiết bị di động có bộ thu GPS tích hợp, thì với sự trợ giúp của thiết bị như vậy, có thể xác định vị trí của nó và do đó, tọa độ chính xác của chính GIS. Thật không may, các công nghệ và hệ thống thông tin địa lý trong tài liệu khoa học tiếng Nga được trình bày trong một số lượng nhỏ các ấn phẩm, do đó hầu như không có thông tin về các thuật toán cơ bản chức năng của chúng.
Phân loại GIS
Sự phân chia hệ thống thông tin địa lý xảy ra theo nguyên tắc lãnh thổ:
- Global GIS đã được sử dụng để ngăn chặn thảm họa thiên nhiên và nhân tạo từ năm 1997. Nhờ những dữ liệu này, có thể tương đốidự đoán quy mô của thảm họa trong thời gian ngắn, lập kế hoạch khắc phục hậu quả, đánh giá thiệt hại và thiệt hại về người và tổ chức các hành động nhân đạo.
- Hệ thống thông tin địa lý khu vực được phát triển ở cấp thành phố. Nó cho phép chính quyền địa phương dự đoán sự phát triển của một khu vực cụ thể. Hệ thống này phản ánh hầu hết các lĩnh vực quan trọng, chẳng hạn như đầu tư, tài sản, điều hướng và thông tin, pháp lý, v.v. Cũng cần lưu ý rằng nhờ việc sử dụng các công nghệ này, nó có thể hoạt động như một người bảo đảm cho sự an toàn tính mạng của toàn dân. Hệ thống thông tin địa lý khu vực hiện đang được sử dụng khá hiệu quả, giúp thu hút đầu tư và tốc độ phát triển kinh tế khu vực.
Mỗi nhóm trên có một số kiểu phụ nhất định:
- GIS toàn cầu bao gồm các hệ thống quốc gia và tiểu lục địa, thường có trạng thái tiểu bang.
- Đối với khu vực - địa phương, tiểu vùng, địa phương.
Thông tin về các hệ thống thông tin này có thể được tìm thấy trong các phần đặc biệt của mạng, được gọi là geoportals. Chúng được đưa vào miền công cộng để xem xét mà không có bất kỳ hạn chế nào.
Nguyên tắc làm việc
Hệ thống thông tin địa lý hoạt động trên nguyên tắc biên dịch và phát triển một thuật toán. Chính anh ấy là người cho phép bạn hiển thị chuyển động của một đối tượng trên bản đồ GIS, bao gồm cả chuyển động của thiết bị di động trong hệ thống cục bộ. ĐếnĐể mô tả điểm này trên bản vẽ địa hình, bạn cần biết ít nhất hai tọa độ - X và Y. Khi hiển thị chuyển động của một đối tượng trên bản đồ, bạn sẽ cần xác định chuỗi tọa độ (Xk và Yk). Các chỉ số của chúng phải tương ứng với các điểm khác nhau trong thời gian của hệ thống GIS địa phương. Đây là cơ sở để xác định vị trí của đối tượng.
Chuỗi tọa độ này có thể được trích xuất từ tệp NMEA tiêu chuẩn của máy thu GPS đã thực hiện chuyển động thực trên mặt đất. Do đó, thuật toán được xem xét ở đây dựa trên việc sử dụng dữ liệu tệp NMEA với tọa độ của quỹ đạo của đối tượng trên một lãnh thổ nhất định. Dữ liệu cần thiết cũng có thể được lấy từ kết quả của việc mô hình hóa quá trình chuyển động dựa trên các thí nghiệm trên máy tính.
thuật toán GIS
Hệ thống thông tin địa lý được xây dựng dựa trên dữ liệu ban đầu được lấy để phát triển thuật toán. Theo quy định, đây là một tập hợp các tọa độ (Xk và Yk) tương ứng với một số quỹ đạo đối tượng dưới dạng tệp NMEA và bản đồ GIS kỹ thuật số cho một khu vực đã chọn. Nhiệm vụ là phát triển một thuật toán hiển thị chuyển động của một đối tượng điểm. Trong quá trình làm việc này, ba thuật toán đã được phân tích để làm cơ sở cho giải pháp của vấn đề.
- Thuật toán GIS đầu tiên là phân tích dữ liệu tệp NMEA để trích xuất từ đó một chuỗi tọa độ (Xk và Yk),
- Thuật toán thứ hai được sử dụng để tính toán góc theo dõi của đối tượng, trong khi tham số được tính từ hướng đếnđông.
- Thuật toán thứ ba là để xác định quá trình của một đối tượng liên quan đến các điểm chính.
Thuật toán tổng quát: khái niệm chung
Thuật toán tổng quát để hiển thị chuyển động của một đối tượng điểm trên bản đồ GIS bao gồm ba thuật toán đã đề cập trước đó:
- Phân tích dữ liệu NMEA;
- tính toán góc theo dõi của đối tượng;
- xác định đường đi của đối tượng so với các quốc gia trên toàn cầu.
Hệ thống thông tin địa lý với thuật toán tổng hợp được trang bị phần tử điều khiển chính - bộ đếm thời gian (Timer). Nhiệm vụ tiêu chuẩn của nó là nó cho phép chương trình tạo ra các sự kiện trong những khoảng thời gian nhất định. Sử dụng một đối tượng như vậy, bạn có thể đặt khoảng thời gian cần thiết để thực hiện một tập hợp các thủ tục hoặc hàm. Ví dụ: để đếm ngược có thể lặp lại trong khoảng thời gian một giây, bạn cần đặt các thuộc tính bộ hẹn giờ sau:
- Hẹn giờ. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
Do đó, quy trình đọc tọa độ X, Y của đối tượng từ tệp NMEA sẽ được khởi chạy mỗi giây, do đó điểm này với tọa độ đã nhận được hiển thị trên bản đồ GIS.
Nguyên tắc của bộ đếm thời gian
Việc sử dụng hệ thống thông tin địa lý như sau:
- Ba điểm được đánh dấu trên bản đồ số (ký hiệu - 1, 2, 3), tương ứng với quỹ đạo của vật thể tại các thời điểm khác nhauthời gian tk2, tk1, tk. Chúng nhất thiết phải được kết nối bằng một đường liền nét.
- Bật và tắt bộ đếm thời gian điều khiển hiển thị chuyển động của đối tượng trên bản đồ được thực hiện bằng các nút do người dùng nhấn. Ý nghĩa của chúng và sự kết hợp nhất định có thể được nghiên cứu theo sơ đồ.
NMEA tệp
Hãy mô tả ngắn gọn thành phần của tệp GIS NMEA. Đây là tài liệu được viết ở định dạng ASCII. Về bản chất, nó là một giao thức để trao đổi thông tin giữa bộ thu GPS và các thiết bị khác, chẳng hạn như PC hoặc PDA. Mỗi thông báo NMEA bắt đầu bằng ký hiệu $, sau đó là ký hiệu thiết bị gồm hai ký tự (GP cho bộ thu GPS) và kết thúc bằng / r / n, ký tự xuống dòng và ký tự nguồn cấp dữ liệu dòng. Độ chính xác của dữ liệu trong thông báo tùy thuộc vào loại thông báo. Tất cả thông tin được chứa trong một dòng, với các trường được phân tách bằng dấu phẩy.
Để hiểu cách thức hoạt động của hệ thống thông tin địa lý, chỉ cần nghiên cứu thông điệp loại $ GPRMC được sử dụng rộng rãi, chứa một bộ dữ liệu cơ bản nhưng tối thiểu: vị trí của một đối tượng, tốc độ và thời gian của nó.
Hãy xem xét một ví dụ nhất định, thông tin nào được mã hóa trong đó:
- ngày xác định tọa độ của vật thể - ngày 7 tháng 1 năm 2015;
- Tọa độ giờ quốc tế UTC - 10h 54 phút 52 giây;
- tọa độ đối tượng - 55 ° 22.4271 'N và 36 ° 44,1610 'E
Chúng tôi nhấn mạnh rằng tọa độ của đối tượngđược trình bày dưới dạng độ và phút, với độ chính xác là bốn chữ số thập phân (hoặc dấu chấm làm dấu phân cách giữa phần nguyên và phần thập phân của một số thực ở định dạng Hoa Kỳ). Trong tương lai, bạn sẽ cần rằng trong tệp NMEA, vĩ độ của vị trí của đối tượng nằm ở vị trí sau dấu phẩy thứ ba và kinh độ là sau dấu phẩy thứ năm. Ở cuối thư, tổng kiểm tra được truyền sau ký tự '' dưới dạng hai chữ số thập lục phân - 6C.
Hệ thống thông tin địa lý: ví dụ về việc biên dịch thuật toán
Hãy xem xét một thuật toán phân tích tệp NMEA để trích xuất một tập hợp các tọa độ (X và Yk) tương ứng với quỹ đạo chuyển động của đối tượng. Nó được tạo thành từ nhiều bước liên tiếp.
Xác định tọa độ Y của một đối tượng
Thuật toán phân tích dữ liệu NMEA
Bước 1. Đọc chuỗi GPRMC từ tệp NMEA.
Bước 2. Tìm vị trí của dấu phẩy thứ ba trong chuỗi (q).
Bước 3. Tìm vị trí của dấu phẩy thứ tư trong chuỗi (r).
Bước 4. Tìm ký tự dấu phẩy thập phân (t) bắt đầu từ vị trí q.
Bước 5. Trích xuất một ký tự từ chuỗi ở vị trí (r + 1).
Bước 6. Nếu ký tự này bằng W, thì biến NorthernHemisphere được đặt thành 1, ngược lại là -1.
Step 7. Trích xuất (r- +2) ký tự của chuỗi bắt đầu từ vị trí (t-2).
Bước 8. Trích xuất (t-q-3) ký tự của chuỗi bắt đầu từ vị trí (q + 1).
Bước 9. Chuyển chuỗi thành số thực và tính tọa độ Y của đối tượng theo đơn vị đo radian.
Xác định tọa độ X của một đối tượng
Bước 10. Tìm vị trí của thứ nămdấu phẩy trong chuỗi (n).
Bước 11. Tìm vị trí của dấu phẩy thứ sáu trong chuỗi (m).
Bước 12. Bắt đầu từ vị trí n, tìm ký tự dấu phẩy thập phân (p). Bước 13. Trích xuất một ký tự từ chuỗi ở vị trí (m + 1).
Bước 14. Nếu ký tự này bằng 'E', thì biến EasternHemisphere được đặt thành 1, ngược lại -1. Bước 15. Trích xuất (m-p + 2) ký tự của chuỗi, bắt đầu từ vị trí (p-2).
Bước 16. Trích xuất (p-n + 2) ký tự của chuỗi, bắt đầu từ vị trí (n + 1).
Bước 17. Chuyển chuỗi thành số thực và tính tọa độ X của đối tượng theo đơn vị đo radian.
Bước 18. Nếu tệp NMEA không được đọc đến cuối, sau đó chuyển sang bước 1, nếu không thì chuyển sang bước 19.
Bước 19. Kết thúc thuật toán.
Bước 6 và 16 của thuật toán này sử dụng các biến Bắc bán cầu và Đông bán cầu để mã hóa bằng số vị trí của đối tượng trên Trái đất. Ở bán cầu bắc (nam), biến Bắc bán cầu nhận giá trị 1 (-1), tương tự ở bán cầu đông (tây) bán cầu Đông - 1 (-1).
ứng dụng GIS
Việc sử dụng hệ thống thông tin địa lý phổ biến trong nhiều lĩnh vực:
- địa chất và bản đồ;
- thương mại và dịch vụ;
- tồn kho;
- kinh tế và quản lý;
- phòng thủ;
- kỹ thuật;
- giáo dục, v.v.
