GIS são modernos sistemas de geoinformação móveis que têm a capacidade de exibir sua localização em um mapa. Esta importante propriedade é baseada no uso de duas tecnologias: geoinformação e posicionamento global. Se o dispositivo móvel tiver um receptor GPS embutido, com a ajuda de tal dispositivo, é possível determinar sua localização e, consequentemente, as coordenadas exatas do próprio GIS. Infelizmente, as tecnologias e sistemas de geoinformação na literatura científica de língua russa são representados por um pequeno número de publicações, pelo que quase não há informações sobre os algoritmos subjacentes à sua funcionalidade.
classificação GIS
A divisão dos sistemas de informação geográfica ocorre de acordo com o princípio territorial:
- Global GIS tem sido usado para prevenir desastres naturais e causados pelo homem desde 1997. Graças a esses dados, é possível para relativamenteprever a escala do desastre em pouco tempo, elaborar um plano para as consequências, avaliar os danos e perdas de vidas e organizar ações humanitárias.
- Sistema de geoinformação regional desenvolvido em nível municipal. Permite às autoridades locais prever o desenvolvimento de uma determinada região. Este sistema reflete quase todas as áreas importantes, como investimento, propriedade, navegação e informação, jurídica, etc. Vale destacar também que, graças ao uso dessas tecnologias, tornou-se possível atuar como garantidor da segurança da vida dos população inteira. Atualmente, o sistema de informação geográfica regional está sendo utilizado de forma bastante eficaz, ajudando a atrair investimentos e o rápido crescimento da economia da região.
Cada um dos grupos acima tem certos subtipos:
- O GIS global inclui sistemas nacionais e subcontinentais, geralmente com status de estado.
- Para o regional - local, sub-regional, local.
Informações sobre esses sistemas de informação podem ser encontradas em seções especiais da rede, que são chamadas de geoportais. Eles são colocados em domínio público para revisão sem quaisquer restrições.
Princípio de funcionamento
Os sistemas de informação geográfica trabalham com o princípio de compilar e desenvolver um algoritmo. É ele quem permite exibir o movimento de um objeto em um mapa GIS, incluindo o movimento de um dispositivo móvel dentro do sistema local. Parapara representar este ponto no desenho do terreno, você precisa conhecer pelo menos duas coordenadas - X e Y. Ao exibir o movimento de um objeto em um mapa, você precisará determinar a sequência de coordenadas (Xk e Yk). Seus indicadores devem corresponder a diferentes momentos do sistema GIS local. Esta é a base para determinar a localização do objeto.
Esta sequência de coordenadas pode ser extraída de um arquivo NMEA padrão de um receptor GPS que realizou movimento real no solo. Assim, o algoritmo aqui considerado baseia-se na utilização de dados do arquivo NMEA com as coordenadas da trajetória do objeto sobre um determinado território. Os dados necessários também podem ser obtidos como resultado da modelagem do processo de movimento com base em experimentos de computador.
Algoritmos SIG
Sistemas de geoinformação são construídos sobre os dados iniciais que são levados para desenvolver o algoritmo. Via de regra, trata-se de um conjunto de coordenadas (Xk e Yk) correspondentes a alguma trajetória de objeto na forma de um arquivo NMEA e um mapa SIG digital para uma área selecionada. A tarefa é desenvolver um algoritmo que exiba o movimento de um objeto pontual. No decorrer deste trabalho, foram analisados três algoritmos que fundamentam a solução do problema.
- O primeiro algoritmo GIS é a análise dos dados do arquivo NMEA para extrair dele uma sequência de coordenadas (Xk e Yk),
- O segundo algoritmo é usado para calcular o ângulo de trajetória do objeto, enquanto o parâmetro é contado da direção paraleste.
- O terceiro algoritmo é para determinar o curso de um objeto em relação aos pontos cardeais.
Algoritmo generalizado: conceito geral
O algoritmo generalizado para exibir o movimento de um objeto pontual em um mapa GIS inclui os três algoritmos mencionados anteriormente:
- Análise de dados NMEA;
- cálculo do ângulo de trajetória do objeto;
- determinando o curso de um objeto em relação aos países ao redor do globo.
Os sistemas de informação geográfica com algoritmo generalizado estão equipados com o elemento de controlo principal - o temporizador (Timer). Sua tarefa padrão é permitir que o programa gere eventos em determinados intervalos. Usando esse objeto, você pode definir o período necessário para a execução de um conjunto de procedimentos ou funções. Por exemplo, para uma contagem regressiva repetível de um intervalo de tempo de um segundo, você precisa definir as seguintes propriedades do temporizador:
- Timer. Interval=1000;
- Timer. Enabled=True.
Como resultado, o procedimento para ler as coordenadas X, Y do objeto do arquivo NMEA será iniciado a cada segundo, como resultado, este ponto com as coordenadas recebidas é exibido no mapa GIS.
O princípio do temporizador
A utilização de sistemas de informação geográfica é a seguinte:
- Três pontos são marcados no mapa digital (símbolo - 1, 2, 3), que correspondem à trajetória do objeto em diferentes momentostempo tk2, tk1, tk. Eles são necessariamente conectados por uma linha sólida.
- A ativação e desativação do timer que controla a exibição do movimento do objeto no mapa é realizada através dos botões pressionados pelo usuário. Seu significado e uma certa combinação podem ser estudados de acordo com o esquema.
arquivo NMEA
Vamos descrever brevemente a composição do arquivo GIS NMEA. Este é um documento escrito em formato ASCII. Em essência, é um protocolo para troca de informações entre um receptor GPS e outros dispositivos, como um PC ou PDA. Cada mensagem NMEA começa com um sinal $, seguido por uma designação de dispositivo de dois caracteres (GP para um receptor GPS) e termina com \r\n, um caractere de retorno de carro e alimentação de linha. A precisão dos dados na notificação depende do tipo de mensagem. Todas as informações estão contidas em uma linha, com campos separados por vírgulas.
Para entender como funcionam os sistemas de informação geográfica, basta estudar a amplamente utilizada mensagem do tipo $GPRMC, que contém um conjunto mínimo, mas básico de dados: a localização de um objeto, sua velocidade e tempo.
Vamos considerar um certo exemplo, quais informações estão codificadas nele:
- data de determinação das coordenadas do objeto - 7 de janeiro de 2015;
- Hora universal Coordenadas UTC - 10h 54m 52s;
- coordenadas do objeto - 55°22.4271' N e 36°44.1610' E
Enfatizamos que as coordenadas do objetosão apresentados em graus e minutos, sendo estes dados com precisão de quatro casas decimais (ou um ponto como separador entre as partes inteiras e fracionárias de um número real no formato dos EUA). No futuro, você precisará que no arquivo NMEA, a latitude da localização do objeto esteja na posição após a terceira vírgula e a longitude após a quinta. No final da mensagem, a soma de verificação é transmitida após o caractere '' como dois dígitos hexadecimais - 6C.
Sistemas de geoinformação: exemplos de compilação de um algoritmo
Vamos considerar um algoritmo de análise de arquivos NMEA para extrair um conjunto de coordenadas (X e Yk) correspondentes à trajetória de movimento do objeto. É composto de várias etapas sucessivas.
Determinando a coordenada Y de um objeto
Algoritmo de análise de dados NMEA
Etapa 1. Leia a string GPRMC do arquivo NMEA.
Passo 2. Encontre a posição da terceira vírgula na string (q).
Etapa 3. Encontre a posição da quarta vírgula na string (r).
Etapa 4. Encontre o caractere de ponto decimal (t) começando na posição q.
Etapa 5 Extraia um caractere da string na posição (r+1).
Step 6. Se este caractere for igual a W, então a variável NorthernHemisphere será definida como 1, caso contrário -1.
Step 7. Extraia (r- +2) caracteres da string começando na posição (t-2).
Passo 8. Extraia (t-q-3) caracteres da string começando na posição (q+1).
Passo 9. Converta strings em números reais e calcule a coordenada Y do objeto em medida em radianos.
Determinando a coordenada X de um objeto
Passo 10. Encontre a posição da quintavírgula na string (n).
Etapa 11. Encontre a posição da sexta vírgula na string (m).
Etapa 12. Começando na posição n, encontre o caractere de ponto decimal (p). Etapa 13. Extraia um caractere da string na posição (m+1).
Etapa 14. Se esse caractere for igual a 'E', a variável EasternHemisphere será definida como 1, caso contrário -1. Etapa 15. Extraia (m-p+2) caracteres da string, começando na posição (p-2).
Etapa 16. Extraia (p-n+2) caracteres da string, começando na posição (n+ 1).
Etapa 17. Converta as strings em números reais e calcule a coordenada X do objeto em medida em radianos.
Etapa 18. Se o arquivo NMEA não for lido até o final, então vá para a etapa 1, caso contrário vá para a etapa 19.
Etapa 19. Finalize o algoritmo.
As etapas 6 e 16 deste algoritmo usam as variáveis NorthernHemisphere e EasternHemisphere para codificar numericamente a localização do objeto na Terra. No hemisfério norte (sul), a variável NorthernHemisphere assume o valor 1 (-1), respectivamente, da mesma forma no hemisfério oriental (ocidental) EasternHemisphere - 1 (-1).
aplicativo GIS
O uso de sistemas de informação geográfica é difundido em muitas áreas:
- geologia e cartografia;
- comércio e serviços;
- inventário;
- economia e gestão;
- defesa;
- engenharia;
- educação, etc.
