GIS ist … Geographische Informationssysteme

GIS sind moderne Geoinformations-Mobile-Systeme, die die Möglichkeit haben, ihren Standort auf einer Karte anzuzeigen. Diese wichtige Eigenschaft basiert auf dem Einsatz von zwei Technologien: Geoinformation und globale Positionierung. Wenn das mobile Gerät über einen eingebauten GPS-Empfänger verfügt, dann ist es mit diesem Gerät möglich, seinen Standort und damit die genauen Koordinaten des GIS selbst zu bestimmen. Leider sind Geoinformationstechnologien und -systeme in der russischsprachigen wissenschaftlichen Literatur durch eine kleine Anzahl von Publikationen dargestellt, so dass es fast keine Informationen über die Algorithmen gibt, die ihren funktionalen Fähigkeiten zugrunde liegen.

Klassifikation von GIS

Die Unterteilung der Geoinformationssysteme basiert auf dem territorialen Prinzip:

1. GIS wird verwendet, um Menschen verursachte und Naturkatastrophen seit 1997 zu verhindern. Dank dieser Daten ist es in relativ kurzer Zeit möglich, das Ausmaß der Katastrophe zu prognostizieren, einen Plan für die Beseitigung von Konsequenzen zu erstellen, den verursachten Schaden und die menschlichen Verluste zu beurteilen und humanitäre Maßnahmen zu organisieren.
2. Das regionale Geoinformationssystem wird auf kommunaler Ebene entwickelt. Es erlaubt den lokalen Behörden, die Entwicklung einer bestimmten Region vorherzusagen. Dieses System spiegelt fast alle wichtigen Sphären wider, z. B. Investitionen, Immobilien, Navigation und Information, rechtliche, etc. Es ist auch erwähnenswert, dass dank der Nutzung dieser Technologien es möglich wurde, als Garant für die Sicherheit des Lebens der gesamten Bevölkerung zu handeln. Das regionale Geoinformationssystem wird derzeit sehr effektiv genutzt, was die Attraktivität von Investitionen und das rasche Wachstum der Wirtschaft der Region erleichtert.

Jede der oben beschriebenen Gruppen hat bestimmte Unterarten:

• Das globale GIS umfasst nationale und subkontinentale Systeme, meist mit staatlichem Status.
• In der regionalen – lokalen, sub-regionalen, lokalen.

Informationen zu diesen Informationssystemen finden sich in speziellen Abschnitten des Netzwerks, die Geoportale genannt werden. Sie sind im öffentlichen Bereich zur Überprüfung ohne Einschränkungen platziert.

Arbeitsprinzip

Geographische Informationssysteme arbeiten nach dem Prinzip der Kompilierung und Entwicklung eines Algorithmus. Es erlaubt Ihnen, die Bewegung eines Objekts auf einer GIS-Karte anzuzeigen, einschließlich des Verschiebens eines mobilen Geräts innerhalb des lokalen Systems. Um einen gegebenen Punkt in einer Terrain-Zeichnung darzustellen, müssen Sie mindestens zwei Koordinaten kennen – X und Y. Wenn Sie die Bewegung eines Objekts auf der Karte anzeigen, müssen Sie die Reihenfolge der Koordinaten (Xk und Yk) bestimmen. Ihre Indikatoren sollten unterschiedlichen Zeitpunkten des lokalen GIS-Systems entsprechen. Dies ist die Grundlage für die Bestimmung der Lage des Objekts.

Diese Koordinatenfolge kann aus der Standard-NMEA-Datei des GPS-Empfängers extrahiert werden, die eine reale Bewegung auf dem Boden durchführte. Somit ist die Grundlage des hier betrachteten Algorithmus die Verwendung von NMEA-Datei-Daten mit Koordinaten der Objekttrajektorie über ein bestimmtes Gebiet. Die notwendigen Daten können auch als Ergebnis der Modellierung des Bewegungsprozesses auf der Basis von Computer-Experimenten erhalten werden.

GIS-Algorithmen

Geoinformationssysteme basieren auf den Anfangsdaten, die zur Entwicklung des Algorithmus genommen werden. Typischerweise handelt es sich hierbei um einen Satz von Koordinaten (Xk und Yk), die einer gewissen Trajektorie des Objekts in Form einer NMEA-Datei und einer digitalen GIS-Karte auf der ausgewählten Geländestelle entsprechen. Die Aufgabe besteht darin, einen Algorithmus zu entwickeln, der die Bewegung eines Punktobjekts widerspiegelt. Im Laufe dieser Arbeit analysierten wir drei Algorithmen, die der Lösung des Problems zugrunde liegen.

• Der erste GIS-Algorithmus ist die Analyse von NMEA-Datei-Daten, um eine Folge von Koordinaten (Xk und Yk) daraus zu extrahieren,
• Der zweite Algorithmus wird verwendet, um den Winkel des Objekts zu berechnen, während der Parameter aus der Richtung nach Osten gelesen wird.
• Der dritte Algorithmus ist es, den Verlauf eines Objekts relativ zu den Ländern der Welt zu bestimmen.

Generalisierter Algorithmus: allgemeines Konzept

Ein verallgemeinerter Algorithmus zur Abbildung der Bewegung eines Punktobjekts auf einer GIS-Karte umfasst die drei oben aufgeführten Algorithmen:

• Analyse von NMEA-Daten;
• Berechnung des Bewegungswinkels des Objekts;
• Ermittlung des Kurses eines Objekts relativ zu Ländern rund um den Globus

Geographische Informationssysteme mit einem verallgemeinerten Algorithmus sind mit einem grundlegenden Bedienelement – Timer ausgestattet. Seine Standardaufgabe ist, dass es dem Programm erlaubt, Ereignisse in regelmäßigen Abständen zu erzeugen. Mit Hilfe eines solchen Objekts können Sie die erforderliche Zeit für die Durchführung eines Satzes von Prozeduren oder Funktionen festlegen. Zum Beispiel müssen Sie für ein Countdown eines Zeitintervalls von einer Sekunde die folgenden Timer-Eigenschaften setzen:

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

Als Ergebnis wird jede Sekunde die Prozedur zum Lesen der Koordinaten X, Y des Objekts aus der NMEA-Datei gestartet, wodurch dieser Punkt mit den empfangenen Koordinaten auf der GIS-Karte angezeigt wird.

Wie funktioniert der Timer

Die Verwendung von Geoinformationssystemen ist wie folgt:

1. Auf der digitalen Karte (Symbol – 1, 2, 3) sind drei Punkte markiert, die der Trajektorie des Objekts zu verschiedenen Zeiten tk2, tk1, tk entsprechen. Sie sind notwendigerweise durch eine durchgezogene Linie verbunden.
2. Der Timer, der die Bewegung eines Objekts auf der Karte steuert, kann mit Hilfe von Tasten, die vom Benutzer gedrückt werden, ein- und ausgeschaltet werden. Ihre Bedeutung und eine bestimmte Kombination können nach dem Schema untersucht werden.

NMEA-Datei

Lassen Sie uns kurz die Zusammensetzung der NMEA-GIS-Datei beschreiben. Dies ist ein im ASCII-Format aufgezeichnetes Dokument. In der Tat ist es ein Protokoll für den Austausch von Informationen zwischen einem GPS-Empfänger und anderen Geräten, wie ein PC oder PDA. Jede NMEA-Nachricht beginnt mit einem $ -Zeichen, gefolgt von einer Zwei-Zeichen-Gerätebezeichnung (für einen GPS-Empfänger – GP) und endet mit der Sequenz r n – Wagenrücklaufsymbol und einem Zeilenumbruch. Die Genauigkeit der Daten in der Benachrichtigung hängt von der Art der Nachricht ab. Alle Informationen sind in einer Zeile enthalten, wobei die Felder durch Kommas getrennt sind.

Um zu verstehen, wie Geoinformationssysteme funktionieren, reicht es aus, eine weit verbreitete Nachricht wie $ GPRMC zu studieren, die einen minimalen, aber grundlegenden Datensatz enthält: den Ort des Objekts, seine Geschwindigkeit und Zeit.
Betrachten wir ein bestimmtes Beispiel, welche Informationen in ihm codiert sind:

• Datum der Festlegung der Koordinaten der Einrichtung – 7. Januar 2015;
• Universal UTC Zeit der Bestimmung der Koordinaten – 10h 54m 52s;
• Koordinaten des Objekts – 55 ° 22.4271 'N Und 36 ° 44.1610 'E.

Wir betonen, dass die Koordinaten des Objekts in Graden und Minuten dargestellt werden, wobei die letzte Figur mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen (oder einem Punkt als Trennzeichen der ganzen Zahl und Bruchteile der reellen Zahl im Format USA) gegeben ist. In der Zukunft wird es notwendig sein, dass in der NMEA-Datei die Breite des Ortes des Objekts in der Position nach dem dritten Komma und der Längengrad – nach dem fünften ist. Am Ende der Nachricht wird die Prüfsumme nach dem '*' – Symbol in Form von zwei hexadezimalen Ziffern – 6C übertragen.

Geoinformationssysteme: Beispiele für die Erstellung eines Algorithmus

Betrachten Sie einen Analysealgorithmus für die NMEA-Datei, um einen Satz von Koordinaten (X und Yk) entsprechend dem Bewegungspfad des Objekts abzurufen. Es besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Schritten.

Bestimmung der Koordinate Y des Objekts

NMEA-Datenanalyse-Algorithmus

Schritt 1. Lesen Sie die GPRMC-Zeile aus der NMEA-Datei.

Schritt 2. Finde die Position des dritten Kommas in der Zeile (q).

Schritt 3. Finde die Position des vierten Kommas in der Zeile (r).

Schritt 4. Finde das Dezimalstellensymbol (t) beginnend bei Position q.

Schritt 5. Extrahiere ein Zeichen aus der Zeile in der Position (r + 1).

Schritt 6. Wenn dieses Zeichen W ist, dann ist die Variable NorthernHemisphere auf 1 gesetzt, andernfalls -1.

Schritt 7. Auszug (r- + 2) Zeichen der Zeile beginnend bei Position (t-2).

Schritt 8. Extrahieren (tq-3) die Zeichen der Zeichenfolge beginnend an Position (q + 1).

Schritt 9. Konvertieren von Strings in reelle Zahlen und Berechnen der Y-Koordinate des Objekts in einem Radiant-Maß.

Bestimmung der X-Koordinate des Objekts

Schritt 10. Finde die Position des fünften Kommas in der Zeile (n).

Schritt 11. Finde die Position des sechsten Kommas in der Zeile (m).

Schritt 12. Finde das Dezimalstellensymbol (p) beginnend bei Position n.

Schritt 13. Extrahiere ein Zeichen aus der Linie in der Position (m + 1).

Schritt 14. Wenn dieses Zeichen gleich "E" ist, erhält die Variable EasternHemisphere den Wert 1, sonst -1.

Schritt 15. Auszug (m-p + 2) Zeichenfolge beginnend an Position (p-2).

Schritt 16. Auszug (p-n + 2) Zeichen der Zeile beginnend bei Position (n + 1).

Schritt 17. Konvertieren von Strings in reelle Zahlen und berechnen die X-Koordinate des Objekts in einem Radiant-Maß.

Schritt 18. Wenn die NMEA-Datei nicht durchgelesen wird, fahren Sie mit Schritt 1 fort, sonst gehen Sie zu Schritt 19.

Schritt 19 Beende den Algorithmus.

In den Schritten 6 und 16 dieses Algorithmus werden NorthernHemisphere- und EasternHemisphere-Variablen verwendet, um die Position eines Objekts auf der Erde numerisch zu codieren. In der nördlichen (südlichen) Hemisphäre nimmt die Variable NorthernHemisphere den Wert 1 (-1), ähnlich in der östlichen (westlichen) Hemisphäre EasternHemisphere – 1 (-1).

Anwendung von GIS

Der Einsatz von Geoinformationssystemen ist in vielen Bereichen weit verbreitet:

• Geologie und Kartographie;
• Handel und Dienstleistungen;
• Kataster;
• Wirtschaft und Management;
• Verteidigung;
• Engineering;
• Bildung, etc.