ДВС - це сучасні геоінформаційні мобільні системи, які мають можливість відображати своє місце розташування на карті. В основі цієї важливої властивості лежить використання двох технологій: геоінформаційної та глобального позиціонування. Якщо мобільний пристрій має вбудований GPS-приймач, то за допомогою такого приладу можна визначити його місце розташування і, отже, точні координати самої ГВС. 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 ГВС
Підрозділ геоінформаційних систем відбувається за територіальним принципом:
- Глобальна ГВС 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 та стрімкому зростанню економіки району.
Кожна з вищеописаних груп має певні підвиди:
- У глобальну ДВС входять національні та субконтинентальні системи, як правило, з державним статусом.
- У регіональну - локальні, субрегіональні, місцеві.
Інформацію про дані інформаційні системи можна знайти в спеціальних розділах мережі, які називаються геопорталами. Вони розміщуються у відкритому доступі для ознайомлення без будь-яких обмежень.
Принцип роботи
Географічні інформаційні системи працюють за принципом складання та розробки алгоритму. Саме він дозволяє відображати рух об'єкта на карті ГВС, включаючи переміщення мобільного пристрою в межах локальної системи. Щоб зобразити цю точку на чортежі місцевості, необхідно знати принаймні дві координати - X і Y. Під час відображення руху об'єкта на карті потрібно визначити послідовність координат (Xk і Yk). Їх показники повинні відповідати різним моментам часу локальної системи ДВС. Це є основою для визначення місцезнаходження об'єкта.
Цю послідовність координат можна витягти зі 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 у 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), що відповідає деякій траєкторії об'єкта у вигляді NMEA-файлу і цифрової карти ГВС на обраній ділянці місцевості. Завдання полягає в розробці алгоритму, що відображає рух точкового об'єкта. В ході даної роботи були проаналізовані три алгоритми, що лежать в основі вирішення поставленого завдання.
- Перший алгоритм ГВС - 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 здійснюється від напрямку на схід.
- Третій алгоритм - для визначення курсу об'єкта щодо країн світла.
Узагальнений алгоритм: загальне поняття
Узагальнений алгоритм відображення руху точкового об'єкта на карті ГВС включає три зазначені раніше алгоритми:
- аналіз даних NMEA;
- обчислення подорожнього кута об'єкта;
- визначення курсу об'єкта щодо країн всієї земної кулі.
Географічні інформаційні системи з узагальненим алгоритмом оснащені основним керуючим елементом - таймером (Timer). Стандартне завдання 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 виконуваного відліку часу в одну секунду треба встановити такі властивості таймера:
- Interval = 1000;
- Enabled = True.
У 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 ГВС.
Принцип роботи таймера
Використання геоінформаційних систем відбувається наступним чином:
- На цифровій карті позначаються 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.
- Увімкнення і вимкнення таймера, що керує відображенням пересування об'єкта на карті, здійснюється за допомогою кнопок, натисканих користувачем. Їх значення та певну комбінацію можна вивчити за схемою.
Файл NMEA
Опишемо коротко склад NMEA-файлу ГВС. Це документ, записаний у форматі ASCII. По суті, він являє собою протокол для обміну інформацією між GPS-приймачем та іншими пристроями, наприклад ПК або КПК. Кожне повідомлення NMEA починається зі знака $, за яким слід двохсимвольне позначення пристрою (для GPS-приймача - GP) і закінчується послідовністю\r\n - символом перекладу каретки і переходу на новий рядок. Точність даних у повідомленні залежить від виду повідомлення. Вся інформація міститься в одному рядку, причому поля розділяються комами.
Для того щоб розібратися, як працюють геоінформаційні системи, цілком достатньо вивчити широко використовуване повідомлення типу $ GPRMC, яке містить мінімальний, але основний набір даних: розташування об'єкта, його швидкість і час.
Розглянемо на певному прикладі, яка інформація в ньому закодована:
- дата визначення координат об'єкта - 7 січня 2015 р.;
- всесвітній час UTC визначення координат - 10h 54m 52s;
- координати об "єкта - 55 ° 22.4271'ц.ш. та 36 ° 44 .1610'в.д.
Підкреслимо, що координати об'єкта представлені в градусах і хвилинах, причому останній показник дається з точністю до чотирьох знаків після коми (або точки як роздільника цілої і дробової частин речового числа у 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. Наприкінці повідомлення передається контрольна сума після символу «*» у вигляді двох шістнадцяткових цифр - 6C.
Геоінформаційні системи: приклади складання алгоритму
Розгляньмо алгоритм аналізу NMEA-файлу з метою вилучення набору координат (X і Yk), що відповідають 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 файлу NMEA.
Крок 2. Знайти позицію третьої коми у рядку (q).
Крок 3. Знайти позицію четвертої коми у рядку (r).
Крок 4. Знайти, починаючи з позиції q, символ десяткової точки (t).
Крок 5. Виштовхнути один символ з рядка (r + 1).
Крок 6. Якщо цей символ дорівнює W, змінна NorthernHemisphere отримує значення 1, інакше -1.
Крок 7. Виштовхнути (г - + 2) символів рядка, починаючи з позиції (t-2).
Крок 8. Витягніть (t-q-3) символів рядка, починаючи з позиції (q + 1).
Крок 9. Перетворити рядки на речові числа і обчислити координату Y об'єкта радіанною мірою.
Визначення координати X об'єкта
Крок 10. Знайти позицію п'ятої коми в рядку (n).
Крок 11. Знайти позицію шостої коми у рядку (m).
Крок 12. Знайти, починаючи з позиції n, символ десяткової точки (p).
Крок 13. Виштовхнути один символ з рядка (m + 1).
Крок 14. Якщо цей символ дорівнює «E», змінна EasternHemisphere отримує значення 1, інакше -1.
Крок 15. Виштовхнути (m-p + 2) символів рядка, починаючи з позиції (p-2).
Крок 16. Виштовхнути (p-n + 2) символів рядка, починаючи з позиції (n + 1).
Крок 17. Перетворити рядки на речові числа і обчислити координату X об'єкта радіанною мірою.
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 даного алгоритму використовуються змінні NorthernHemisphere і EasternHemisphere для чисельного кодування місця розташування об'єкта на Землі. У північній (південній) півкулі змінна NorthernHemisphere приймає значення 1 (-1) відповідно, аналогічно в східній (західній) півкулі EasternHemisphere - 1 (-1).
Застосування ГІС
Застосування геоінформаційних систем широко поширене в багатьох областях:
- геології та картографії;
- торгівлі та послугах;
- кадастрі;
- економіці та управлінні;
- оборони;
- інженерії;
- освіті та ін.
