GIS هي أنظمة معلومات جغرافية متنقلة حديثة لديها القدرة على عرض موقعها على الخريطة. تعتمد هذه الخاصية المهمة على استخدام تقنيتين: المعلومات الجغرافية وتحديد المواقع العالمية. إذا كان الجهاز المحمول يحتوي على مستقبل GPS مدمج ، فبمساعدة هذا الجهاز يمكن تحديد موقعه ، وبالتالي ، الإحداثيات الدقيقة لنظام المعلومات الجغرافية نفسه. لسوء الحظ ، يتم تمثيل تقنيات وأنظمة المعلومات الجغرافية في الأدبيات العلمية باللغة الروسية من خلال عدد صغير من المنشورات ، ونتيجة لذلك لا توجد معلومات تقريبًا حول الخوارزميات التي تقوم عليها وظائفها.
تصنيف نظم المعلومات الجغرافية
يحدث تقسيم نظم المعلومات الجغرافية وفقًا للمبدأ الإقليمي:
- تم استخدام نظم المعلومات الجغرافية العالمية لمنع الكوارث من صنع الإنسان والطبيعية منذ عام 1997. بفضل هذه البيانات ، من الممكن نسبيًاتوقع حجم الكارثة في وقت قصير ، ضع خطة لما بعد الكارثة ، وقم بتقييم الأضرار والخسائر في الأرواح ، وقم بتنظيم الأعمال الإنسانية.
- تطوير نظام المعلومات الجغرافية الإقليمي على مستوى البلديات. يسمح للسلطات المحلية بالتنبؤ بتطور منطقة معينة. يعكس هذا النظام جميع المجالات المهمة تقريبًا ، مثل الاستثمار والممتلكات والملاحة والمعلومات والقانون وما إلى ذلك. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه بفضل استخدام هذه التقنيات ، أصبح من الممكن العمل كضامن لسلامة حياة الأشخاص. جميع السكان. يتم استخدام نظام المعلومات الجغرافية الإقليمي حاليًا بشكل فعال للغاية ، مما يساعد على جذب الاستثمار والنمو السريع لاقتصاد المنطقة.
كل مجموعة من المجموعات المذكورة أعلاه لها أنواع فرعية معينة:
- يشمل نظام المعلومات الجغرافية العالمي أنظمة وطنية وشبه قارية ، وعادة ما تكون بحالة الدولة.
- إلى الإقليمي - المحلي ، دون الإقليمي ، المحلي
يمكن العثور على معلومات حول أنظمة المعلومات هذه في أقسام خاصة من الشبكة ، والتي تسمى geoportals. يتم وضعها في المجال العام للمراجعة دون أي قيود.
مبدأ العمل
تعمل نظم المعلومات الجغرافية على مبدأ تجميع وتطوير الخوارزمية. هو الذي يسمح لك بعرض حركة كائن ما على خريطة GIS ، بما في ذلك حركة جهاز محمول داخل النظام المحلي. للتصوير هذه النقطة على رسم التضاريس ، تحتاج إلى معرفة إحداثيين على الأقل - X و Y. عند عرض حركة كائن على الخريطة ، ستحتاج إلى تحديد تسلسل الإحداثيات (Xk و Yk). يجب أن تتوافق مؤشراتهم مع نقاط زمنية مختلفة لنظام GIS المحلي. هذا هو الأساس لتحديد موقع الكائن.
يمكن استخراج تسلسل الإحداثيات هذا من ملف NMEA القياسي لجهاز استقبال GPS الذي قام بحركة حقيقية على الأرض. وبالتالي ، تستند الخوارزمية التي تم النظر فيها هنا إلى استخدام بيانات ملف NMEA مع إحداثيات مسار الكائن فوق منطقة معينة. يمكن أيضًا الحصول على البيانات الضرورية نتيجة نمذجة عملية الحركة بناءً على تجارب الكمبيوتر.
خوارزميات نظم المعلومات الجغرافية
نظم المعلومات الجغرافية مبنية على البيانات الأولية التي يتم أخذها لتطوير الخوارزمية. كقاعدة عامة ، هذه مجموعة من الإحداثيات (Xk و Yk) تتوافق مع مسار كائن ما في شكل ملف NMEA وخريطة GIS رقمية لمنطقة محددة. تتمثل المهمة في تطوير خوارزمية تعرض حركة كائن نقطي. في سياق هذا العمل ، تم تحليل ثلاث خوارزميات تكمن وراء حل المشكلة.
- أول خوارزمية GIS هي تحليل بيانات ملف NMEA لاستخراج سلسلة من الإحداثيات (Xk و Yk) ،
- تُستخدم الخوارزمية الثانية لحساب زاوية مسار الكائن ، بينما يتم حساب المعلمة من الاتجاه إلىالشرق
- الخوارزمية الثالثة هي لتحديد مسار كائن بالنسبة للنقاط الأساسية.
الخوارزمية المعممة: المفهوم العام
تتضمن الخوارزمية المعممة لعرض حركة كائن نقطي على خريطة GIS الخوارزميات الثلاثة المذكورة سابقًا:
- تحليل بيانات NMEA ؛
- حساب زاوية مسار الكائن
- تحديد مسار كائن بالنسبة إلى البلدان حول العالم.
أنظمة المعلومات الجغرافية ذات الخوارزمية المعممة مجهزة بعنصر التحكم الرئيسي - المؤقت (المؤقت). وتتمثل مهمتها القياسية في أنها تسمح للبرنامج بإنشاء أحداث على فترات زمنية معينة. باستخدام مثل هذا الكائن ، يمكنك تعيين الفترة المطلوبة لتنفيذ مجموعة من الإجراءات أو الوظائف. على سبيل المثال ، بالنسبة للعد التنازلي القابل للتكرار لفاصل زمني مدته ثانية واحدة ، فأنت بحاجة إلى ضبط خصائص المؤقت التالية:
- الموقت الفاصل=1000 ؛
- Timer. Enabled=صحيح.
نتيجة لذلك ، سيتم تشغيل إجراء قراءة إحداثيات X و Y للكائن من ملف NMEA كل ثانية ، ونتيجة لذلك يتم عرض هذه النقطة مع الإحداثيات المستلمة على خريطة GIS.
مبدأ الموقت
استخدام نظم المعلومات الجغرافية كالتالي:
- تم تحديد ثلاث نقاط على الخريطة الرقمية (الرمز - 1 ، 2 ، 3) ، والتي تتوافق مع مسار الكائن في لحظات مختلفةالوقت tk2 ، tk1 ، tk. هم متصلون بالضرورة بخط متصل.
- يتم تمكين وتعطيل المؤقت الذي يتحكم في عرض حركة الكائن على الخريطة باستخدام الأزرار التي يضغط عليها المستخدم. يمكن دراسة معناها وتركيبة معينة وفقًا للمخطط.
ملف NMEA
دعونا نصف بإيجاز تكوين ملف GIS NMEA. هذه وثيقة مكتوبة بتنسيق ASCII. في جوهره ، هو بروتوكول لتبادل المعلومات بين مستقبل GPS والأجهزة الأخرى ، مثل الكمبيوتر الشخصي أو المساعد الرقمي الشخصي. تبدأ كل رسالة من رسائل NMEA بعلامة $ ، متبوعةً بتعيين جهاز مكون من حرفين (GP لجهاز استقبال GPS) وتنتهي بـ / r / n ، حرف إرجاع وحرف تغذية سطر. تعتمد دقة البيانات الواردة في الإشعار على نوع الرسالة. جميع المعلومات مضمنة في سطر واحد ، مع الفصل بين الحقول بفاصلات.
لفهم كيفية عمل أنظمة المعلومات الجغرافية ، يكفي دراسة رسالة نوع $ GPRMC المستخدمة على نطاق واسع ، والتي تحتوي على مجموعة بسيطة ولكن أساسية من البيانات: موقع الكائن وسرعته ووقته.
دعونا نفكر في مثال معين ، ما هي المعلومات المشفرة فيه:
- تاريخ تحديد إحداثيات الكائن - 7 يناير 2015 ؛
- إحداثيات التوقيت العالمي المنسق - 10h 54m 52s ؛
- إحداثيات الكائن - 55 ° 22.4271 'شمالاً و 36 ° 44.1610 'شرقًا
نؤكد أن إحداثيات الكائنيتم تقديمها بالدرجات والدقائق ، مع إعطاء الأخير بدقة أربعة منازل عشرية (أو نقطة كفاصل بين عدد صحيح وأجزاء كسرية من رقم حقيقي بتنسيق الولايات المتحدة الأمريكية). في المستقبل ، ستحتاج إلى أنه في ملف NMEA ، يكون خط عرض موقع الكائن في الموضع بعد الفاصلة الثالثة ، وخط الطول بعد الخامس. في نهاية الرسالة ، يتم إرسال المجموع الاختباري بعد الحرف "" كرقمين سداسي عشري - 6C.
أنظمة المعلومات الجغرافية: أمثلة على تجميع الخوارزمية
دعونا نفكر في خوارزمية تحليل ملف NMEA لاستخراج مجموعة من الإحداثيات (X و Yk) المقابلة لمسار حركة الكائن. تتكون من عدة خطوات متتالية
تحديد إحداثيات ص لكائن
خوارزمية تحليل البيانات NMEA
الخطوة 1. اقرأ سلسلة GPRMC من ملف NMEA.
الخطوة 2. ابحث عن موضع الفاصلة الثالثة في السلسلة (q).
الخطوة 3. ابحث عن موضع الفاصلة الرابعة في السلسلة (r)
الخطوة 4. ابحث عن حرف الفاصلة العشرية (t) بدءًا من الموضع q.
الخطوة 5. استخرج حرفًا واحدًا من السلسلة في الموضع (r + 1).
الخطوة 6. إذا كان هذا الحرف يساوي W ، فسيتم تعيين متغير NorthernHemisphere على 1 ، وإلا -1.
الخطوة 7. استخرج (r- +2) أحرف من السلسلة التي تبدأ من الموضع (t-2)
الخطوة 8. استخرج الأحرف (t-q-3) من السلسلة التي تبدأ من الموضع (q + 1).
الخطوة 9. تحويل السلاسل إلى أرقام حقيقية وحساب إحداثيات Y للكائن في قياس راديان.
تحديد إحداثي X لكائن
الخطوة 10. ابحث عن موضع الخامسفاصلة في السلسلة (n)
الخطوة 11. ابحث عن موضع الفاصلة السادسة في السلسلة (m)
الخطوة 12. بدءًا من الموضع n ، ابحث عن حرف الفاصلة العشرية (p). الخطوة 13. استخرج حرفًا واحدًا من السلسلة في الموضع (m + 1)
الخطوة 14. إذا كان هذا الحرف يساوي "E" ، فسيتم تعيين متغير EasternHemisphere على 1 ، وإلا -1. الخطوة 15. استخرج الأحرف (m-p + 2) من السلسلة ، بدءًا من الموضع (p-2).
الخطوة 16. استخراج (p-n + 2) الأحرف من السلسلة ، بدءًا من الموضع (n + 1)
الخطوة 17. حوّل السلاسل إلى أرقام حقيقية واحسب إحداثي X للكائن بقياس راديان
الخطوة 18. إذا كان ملف NMEA لم تتم قراءتها حتى النهاية ، ثم انتقل إلى الخطوة 1 ، وإلا انتقل إلى الخطوة 19.
الخطوة 19. قم بإنهاء الخوارزمية.
تستخدم الخطوتان 6 و 16 من هذه الخوارزمية متغيري NorthernHemisphere و EasternHemisphere من أجل قم بترميز موقع الكائن على الأرض رقميًا. في النصف الشمالي (الجنوبي) من الكرة الأرضية ، يأخذ المتغير NorthernHemisphere القيمة 1 (-1) ، على التوالي ، وبالمثل في النصف الشرقي (الغربي) من نصف الكرة الشرقي - 1 (-1).
تطبيق GIS
استخدام نظم المعلومات الجغرافية منتشر في العديد من المجالات:
- الجيولوجيا ورسم الخرائط ؛
- تجارة و خدمات
- جرد ؛
- الاقتصاد والإدارة ؛
- دفاع ؛
- هندسة ؛
- تعليم ، إلخ.
