GIS ist Geoinformationssysteme

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

GIS sind moderne mobile Geoinformationssysteme, die in der Lage sind, ihren Standort auf einer Karte anzuzeigen. Diese wichtige Eigenschaft basiert auf der Nutzung zweier Technologien: Geoinformation und Global Positioning. Wenn das mobile Gerät über einen eingebauten GPS-Empfänger verfügt, ist es mit Hilfe eines solchen Geräts möglich, seinen Standort und folglich die genauen Koordinaten des GIS selbst zu bestimmen. Leider sind Geoinformationstechnologien und -systeme in der russischsprachigen wissenschaftlichen Literatur durch eine kleine Anzahl von Veröffentlichungen vertreten, weshalb es fast keine Informationen über die ihrer Funktionsweise zugrunde liegenden Algorithmen gibt.

GIS-Klassifizierung

Die Einteilung von Geoinformationssystemen erfolgt nach dem Territorialprinzip:

Global GIS wird seit 1997 eingesetzt, um von Menschen verursachte und Naturkatastrophen zu verhindern. Dank dieser Daten ist es relativ möglichdas Ausmaß der Katastrophe in kurzer Zeit vorherzusagen, einen Plan für die Folgen zu erstellen, den Schaden und den Verlust von Menschenleben einzuschätzen und humanitäre Aktionen zu organisieren.
Auf kommunaler Ebene entwickeltes regionales Geoinformationssystem. Es ermöglicht lokalen Behörden, die Entwicklung einer bestimmten Region vorherzusagen. Dieses System spiegelt fast alle wichtigen Bereiche wider, wie z. B. Investitionen, Eigentum, Navigation und Information, Recht usw. Es ist auch erwähnenswert, dass es dank des Einsatzes dieser Technologien möglich wurde, als Garant für die Lebenssicherheit der zu fungieren gesamte Bevölkerung. Das regionale geografische Informationssystem wird derzeit sehr effektiv genutzt und trägt dazu bei, Investitionen anzuziehen und das schnelle Wachstum der Wirtschaft der Region zu fördern.

Jede der oben genannten Gruppen hat bestimmte Untertypen:

Das globale GIS umfasst nationale und subkontinentale Systeme, normalerweise mit staatlichem Status.
Zur Region - lokal, unterregional, lokal.

Informationen zu diesen Informationssystemen finden Sie in speziellen Bereichen des Netzes, den sogenannten Geoportalen. Sie werden ohne Einschränkungen zur Überprüfung öffentlich zugänglich gemacht.

Funktionsprinzip

Geografische Informationssysteme arbeiten nach dem Prinzip der Zusammenstellung und Entwicklung eines Algorithmus. Er ermöglicht es Ihnen, die Bewegung eines Objekts auf einer GIS-Karte anzuzeigen, einschließlich der Bewegung eines mobilen Geräts innerhalb des lokalen Systems. ZuUm diesen Punkt auf der Geländezeichnung darzustellen, müssen Sie mindestens zwei Koordinaten kennen - X und Y. Wenn Sie die Bewegung eines Objekts auf einer 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 Standortbestimmung des Objekts.

Diese Folge von Koordinaten kann aus einer Standard-NMEA-Datei eines GPS-Empfängers extrahiert werden, der eine reale Bewegung am Boden ausgeführt hat. Somit basiert der hier betrachtete Algorithmus auf der Verwendung von NMEA-Dateidaten mit den Koordinaten der Flugbahn des Objekts über einem bestimmten Gebiet. Die notwendigen Daten können auch durch die Modellierung des Bewegungsablaufs auf Basis von Computerexperimenten gewonnen werden.

GIS-Algorithmen

Geoinformationssysteme bauen auf den Ausgangsdaten auf, die zur Entwicklung des Algorithmus herangezogen werden. In der Regel ist dies ein Koordinatensatz (Xk und Yk), der einer Objekttrajektorie in Form einer NMEA-Datei und einer digitalen GIS-Karte für ein ausgewähltes Gebiet entspricht. Die Aufgabe besteht darin, einen Algorithmus zu entwickeln, der die Bewegung eines Punktobjekts anzeigt. Im Zuge dieser Arbeit wurden drei Algorithmen analysiert, die der Lösung des Problems zugrunde liegen.

Der erste GIS-Algorithmus ist die Analyse von NMEA-Dateidaten, um daraus eine Folge von Koordinaten (Xk und Yk) zu extrahieren,
Der zweite Algorithmus wird verwendet, um den Spurwinkel des Objekts zu berechnen, während der Parameter von der Richtung nach gezählt wirdOsten.
Der dritte Algorithmus bestimmt den Kurs eines Objekts relativ zu den Himmelsrichtungen.

Verallgemeinerter Algorithmus: allgemeines Konzept

Der verallgemeinerte Algorithmus zum Anzeigen der Bewegung eines Punktobjekts auf einer GIS-Karte umfasst die drei zuvor erwähnten Algorithmen:

NMEA-Datenanalyse;
Berechnung des Spurwinkels des Objekts;
Bestimmung des Kurses eines Objekts relativ zu Ländern auf der ganzen Welt.

Geografische Informationssysteme mit einem verallgemeinerten Algorithmus sind mit dem Hauptsteuerelement ausgestattet - dem Timer (Timer). Seine Standardaufgabe besteht darin, dem Programm zu ermöglichen, in bestimmten Abständen Ereignisse zu generieren. Mit einem solchen Objekt können Sie den erforderlichen Zeitraum für die Ausführung einer Reihe von Prozeduren oder Funktionen festlegen. Für einen wiederholbaren Countdown mit einem Zeitintervall von einer Sekunde müssen Sie beispielsweise die folgenden Timer-Eigenschaften festlegen:

Timer. Intervall=1000;
Timer. Enabled=True.

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

Das Prinzip des Timers

Die Nutzung von Geoinformationssystemen ist wie folgt:

Auf der digitalen Karte sind drei Punkte markiert (Symbol - 1, 2, 3), die der Flugbahn des Objekts zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechenZeit tk2, tk1, tk. Sie sind notwendigerweise durch eine durchgezogene Linie verbunden.
Das Aktivieren und Deaktivieren des Timers, der die Anzeige der Bewegung des Objekts auf der Karte steuert, erfolgt über die vom Benutzer gedrückten Sch altflächen. Ihre Bedeutung und eine bestimmte Kombination kann nach dem Schema studiert werden.

NMEA-Datei

Lassen Sie uns kurz die Zusammensetzung der GIS-NMEA-Datei beschreiben. Dies ist ein im ASCII-Format geschriebenes Dokument. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Protokoll zum Austausch von Informationen zwischen einem GPS-Empfänger und anderen Geräten, wie z. B. einem PC oder PDA. Jede NMEA-Nachricht beginnt mit einem $-Zeichen, gefolgt von einer zweistelligen Gerätebezeichnung (GP für einen GPS-Empfänger) und endet mit \r\n, einem Wagenrücklauf- und Zeilenvorschubzeichen. Die Genauigkeit der Daten in der Benachrichtigung hängt von der Art der Nachricht ab. Alle Informationen sind in einer Zeile enth alten, wobei die Felder durch Kommas getrennt sind.

Geoinformationstechnologien und -systeme

Um zu verstehen, wie geografische Informationssysteme funktionieren, reicht es aus, die weit verbreitete Nachricht vom Typ $GPRMC zu studieren, die einen minimalen, aber grundlegenden Datensatz enthält: den Standort eines Objekts, seine Geschwindigkeit und Zeit.

Betrachten wir ein bestimmtes Beispiel, welche Informationen darin verschlüsselt sind:

Datum der Bestimmung der Koordinaten des Objekts - 7. Januar 2015;
Weltzeit UTC-Koordinaten - 10h 54m 52s;
Objektkoordinaten - 55°22.4271' N und 36°44.1610' E

Wir betonen, dass die Koordinaten des Objektswerden in Grad und Minuten angegeben, wobei letztere mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen (oder einem Punkt als Trennzeichen zwischen den ganzen und gebrochenen Teilen einer reellen Zahl im US-Format) angegeben werden. In Zukunft benötigen Sie, dass in der NMEA-Datei der Breitengrad des Standorts des Objekts an der Position nach dem dritten Komma steht und der Längengrad nach dem fünften. Am Ende der Nachricht wird die Prüfsumme nach dem Zeichen '' als zwei Hexadezimalziffern übertragen - 6C.

Geoinformationssysteme: Beispiele für die Erstellung eines Algorithmus

Betrachten wir einen NMEA-Dateianalysealgorithmus, um einen Satz von Koordinaten (X und Yk) zu extrahieren, die der Bewegungsbahn des Objekts entsprechen. Es besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Schritten.

Bestimmung der Y-Koordinate eines Objekts

NMEA-Datenanalysealgorithmus

Schritt 1. GPRMC-String aus NMEA-Datei lesen.

Schritt 2. Finden Sie die Position des dritten Kommas in der Zeichenkette (q).

Schritt 3. Suchen Sie die Position des vierten Kommas in der Zeichenfolge (r).

Schritt 4. Suchen Sie das Dezimalzeichen (t) ab Position q.

Schritt 5. Extrahieren Sie ein Zeichen aus der Zeichenfolge an Position (r+1).

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

Schritt 7. Extrahiere (r- +2) Zeichen der Zeichenkette beginnend bei Position (t-2).

Schritt 8. Extrahiere (t-q-3) Zeichen der Zeichenkette beginnend bei Position (q+1).

Schritt 9. Strings in reelle Zahlen umwandeln und die Y-Koordinate des Objekts im Bogenmaß berechnen.

Bestimmung der X-Koordinate eines Objekts

Schritt 10. Finde die Position der QuinteKomma in String (n).

Schritt 11. Finden Sie die Position des sechsten Kommas in String (m).

Schritt 12. Beginnen Sie bei Position n und suchen Sie das Dezimalzeichen (p). Schritt 13. Extrahiere ein Zeichen aus der Zeichenfolge an Position (m+1).

Schritt 14. Wenn dieses Zeichen gleich 'E' ist, dann wird die Variable EasternHemisphere auf 1 gesetzt, andernfalls -1. Schritt 15. Extrahiere (m-p+2) Zeichen der Zeichenfolge, beginnend bei Position (p-2).

Schritt 16. Extrahiere (p-n+2) Zeichen der Zeichenfolge, beginnend an Position (n+ 1).

Schritt 17. Wandeln Sie die Zeichenfolgen in reelle Zahlen um und berechnen Sie die X-Koordinate des Objekts im Bogenmaß.

Schritt 18. Wenn die NMEA-Datei nicht bis zum Ende gelesen wird, dann gehe zu Schritt 1, andernfalls gehe zu Schritt 19.

Schritt 19. Beende den Algorithmus.

Schritte 6 und 16 dieses Algorithmus verwenden die Variablen NorthernHemisphere und EasternHemisphere den Standort des Objekts auf der Erde numerisch codieren. Auf der nördlichen (südlichen) Hemisphäre nimmt die Variable NorthernHemisphere jeweils den Wert 1 (-1) an, ähnlich auf der östlichen (westlichen) Hemisphäre EasternHemisphere - 1 (-1).