Геоинформационная система (географическая информационная система, ГИС) – система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информации о необходимых объектах. Они имеют более широкую область практического использования. Приставка «гео» означает лишь использование «географического», то есть пространственного принципа организации и использования информации. Поэтому ГИС сегодня находят применение почти во всех сферах человеческой деятельности. Приведем несколько примеров:
– управление земельными ресурсами, земельные кадастры;
– инвентаризация и учет объектов распределенной производственной инфраструктуры и управление ими;
– проектирование, инженерные изыскания и планирование в градостроительстве, архитектуре, промышленном и транспортном строительстве;
– тематическое картографирование для различных областей применения;
– морская картография и навигация;
– аэронавигационное картографирование и управление воздушным движением;
– навигация и управление движением наземного транспорта;
– дистанционное зондирование Земли;
– управление природными ресурсами;
– мониторинг окружающей среды;
– реагирование на чрезвычайные ситуации;
– оперативное управление транспортными перевозками;
– маркетинг и анализ рынка;
– управление территориями;
– сельское хозяйство;
– лесное хозяйство;
– военное дело и разведка.
В широкой области приложений ГИС следует выделить три основных направления. Первое связано с решением задач учетно-инвентаризационного типа, в которых акцент делается на данных и координатных измерениях. Это наиболее распространенная сфера приложения ГИС. Другое направление связано с управлением и принятием решений. В третьем направлении акцент делается на моделировании и анализ сложных ситуаций и явлений. Эпоха открытия радиоволн существенно упростила задачу навигации и открыла новые перспективы перед человечеством во многих сферах жизни и деятельности, а с открытием возможности покорения космического пространства совершился огромный прорыв в области определения координат местоположения объекта на Земле.
Искусственные спутники Земли стали опорными станциями для радионавигации и на сегодняшний день системы спутниковой навигации стали доступны не только военным или морякам, но и простым людям, частным лицам и компаниям, для которых навигация необходима.
Виды навигации:
Автомобильная навигация – технология вычисления оптимального маршрута проезда транспортного средства по дорогам и последующего ведения по маршруту с помощью визуальных и голосовых подсказок о манёврах. Использует GPS/Инерциальную навигацию, автомобильную навигационную карту и оперативную информацию о пробках.
Астрономическая навигация – метод определения координат судов и летательных аппаратов, основанный на использовании радиоизлучения или светового излучения небесных светил.
Бионавигация – способность животных выбирать направление движения при регулярных сезонных миграциях.
Воздушная навигация – прикладная наука о точном, надёжном и безопасном вождении в воздухе летательных аппаратов.
Инерциальная навигация – метод определения параметров движения и координат объекта, не нуждающийся во внешних ориентирах или сигналах. Информационная навигация – процесс вождения пользователя по логически связанным данным.
Космическая навигация – управление движением космического летательного аппарата; включает в себя подвид – Астроинерциальная навигация – метод навигации космического летательного аппарата, комбинирующий средства инерциальной системы навигации и астрономической навигации.
Морская навигация – основной раздел судовождения. Радионавигация – теоретические вопросы и практические приёмы вождения судов и летательных аппаратов с помощью радиотехнических средств и устройств.
Подземная навигация – практическое применение различных средств измерений, для определения местонахождения и направления движения подземных проходческих комплексов.
Навигационная система – это электронная система, установленная на борту судна или транспортного средства в целях вычисления оптимального маршрута движения.
Рис. 1. Спутниковая навигация – практическое применение средств ГЛОНАСС/GPS
Для определения местонахождения и направления движения.
Навигационные системы обеспечивают ориентацию с помощью:
- карт, имеющих видео, графический или текстовый форматы;
- определяют местоположение с помощью датчиков или других внешних источников;
- автономных средств, таких как спутниковая связь и т.п.;
- получают информацию от других объектов.
Спутниковая система навигации – комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
Основные элементы (сегменты) спутниковой системы навигации:
- Космический сегмент, состоящий из навигационных спутников (от 2 до 30), излучающих специальные радиосигналы, представляет собой совокупность источников радионавигационных сигналов, передающих одновременно значительный объем служебной информации. Основные функции каждого спутника – формирование и излучение радиосигналов, необходимых для навигационных определений потребителей и контроля бортовых систем спутника;
- Наземный сегмент – наземная система управления и контроля, включающая блоки измерения текущего положения спутников и передачи на них полученной информации для корректировки информации об орбитах.
В его состав входят космодром, командно-измерительный комплекс (КИК) и центр управления.
Космодром обеспечивает вывод спутников на требуемые орбиты при первоначальном развертывании навигационной системы, а также периодическое восполнение спутников по мере их выхода из строя или выработки ресурса. Главными объектами космодрома являются техническая позиция и стартовый комплекс. Техническая позиция обеспечивает прием, хранение и сборку ракет-носителей и спутников, их испытания, заправку и состыковку. В число задач стартового комплекса входят: доставка носителя с навигационным спутником на стартовую площадку, установка на пусковую систему, предполетные испытания, заправка носителя, наведение и пуск. Командно-измерительный комплекс служит для снабжения навигационных спутников служебной информацией, необходимой для проведения навигационных сеансов, а также для контроля и управления ими как космическими аппаратами. Центр управления, связанный информационными и управляющими радиолиниями с космодромом и командно-измерительным комплексом, координирует функционирование всех элементов спутниковой навигационной системы;
- Пользовательский сегмент – это приёмное клиентское оборудование (аппаратура потребителей – «спутниковые навигаторы»), используемое для определения координат. Она предназначается для приема сигналов от навигационных спутников, измерения навигационных параметров и обработки измерений. Для решения навигационных задач в аппаратуре потребителя предусматривается специализированный встроенный компьютер. Разнообразие существующей аппаратуры потребителей обеспечивает потребности наземных, морских, авиационных и космических (в пределах ближнего космоса) потребителей;
- Опциональный сегмент: информационная радиосистема для передачи пользователям поправок, позволяющих значительно повысить точность определения координат.
Основной принцип использования системы – определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. То есть, для определения трёхмерных координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. Но поскольку разница между часами спутника и приёмника может внести в решение огромную ошибку, один из космических аппаратов (КА) используется как «базовый», с него получают время, остальные три используются для определения координат. Таким образом для определения координат и высоты приёмника, используются сигналы как минимум с четырёх спутников.
Навигационная спутниковая система (GNSS) – это очень сложный и дорогостоящий механизм и принадлежит он государству (министерству обороны той страны, где разрабатывался и внедрялся). GNSS являются также стратегическим видом вооружения тех стран, которым принадлежат. В случае возникновения боевых действий мирная с виду технология может быть задействована для наведения высокоточного оружия, десантирования грузов, ориентирования на местности целых подразделений, проведения разведывательно-диверсионных операций и, как результат – серьёзное преимущество в скорости и точности позиционирования перед противником, не имеющим собственных технологий спутникового позиционирования.
Литература:
- Житарь Я. И., Польшакова Н. В. Применение геоинформационных систем в мониторинге земель сельскохозяйственного назначения в Орловской области // Молодой ученый. 2015. № 7 (87). С. 64-66.
- Журкин И. Г., Шайтура С. В. Геоинформационные системы. – Москва: Кудиц-пресс, 2009. – 272 с.
- Информационные системы в экономике Польшакова Н. В., Коломейченко А. С., Яковлев А. С. Учебник / Москва, 2016. Сер. Высшее образование.
- Капралов Е., Кошкарев А., Тикунов В., Лурье И., Семин В., Серапинас Б., Сидоренко В., Симонов А. Геоинформатика. В 2 книгах. – Москва: Academia, 2010.
- Котова Е. И., Черникова К. С., Польшакова Н. В. Использование геоинформационных технологий в мониторинге сельскохозяйственных земель // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2014. № 12-2. С. 330-332.
- Некрасова В. В., Польшакова Н. В. Современные технологии в сельском хозяйстве // В сборнике: Перспективы развития аграрного сектора экономики: ключевые направления повышения эффективности По материалам всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. 2013. С. 103-105.
- Польшакова Н. В. Навигационные системы для сельскохозяйственной техники // Молодой ученый. 2014. № 4. С. 432-434.
