Специальное аппаратное обеспечение ГИС

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра экономики

РЕФЕРАТ

На тему:

«СПЕЦИАЛЬНОЕ АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГИС»

МИНСК, 2008

В настоящее время на рынке существует огромное количество ГИС, предназначенных для решения разных задач и имеющих неодинаковые функциональные возможности. Одни из них предназначены для эксплуатации на ПК, другие - на компьютерах, называемых рабочими станциями (Workstation).

Рабочая станция - это компьютер, обычно, работающий с операционной системой типа UNIX и, как правило, базирующийся на процессорах из клана RISC. Эти особенности рабочих станций позволяют реализовать многозадачность. Кроме того/ в рабочую станцию заложена возможность подключения большого количества менее мощных ЭВМ (обычно тех же ПК) - таким образом легко организуется вычислительная компьютерная сеть.

Информация, хранящаяся в базах данных ГИС, постоянно обновляется и растет, поэтому важно правильно оценить, какого объема она может достигнуть, и в зависимости от этого выбирать программное и аппаратное обеспечение.

Рабочие станции

При больших объемах работ и информации используются рабочие станции. Наиболее известны рабочие станции фирм DEC, INTERGRAPH, SUN, IBM, Hewlett - Packard, Silicon Graphics и др. Наилучшим образом рабочую станцию можно охарактеризовать двумя словами: мощность и скорость. Поскольку, для большинства ГИС оперирование огромными базами данных, в которых постоянно происходит поиск, сортировка, обновление, быстрая работа с графикой высокого качества являются необходимыми требованиями, то именно рабочие станции в ГИС-технологии получили достаточно широкое распространение.

Базовые технические средства рабочих станций, так же как и у ПК, определяются основными структурными компонентами: процессором, видеосистемой, системным интерфейсом.

Сети

Рабочая станция комплектуется портами, обеспечивающими подключение к ней других компьютеров, и образует таким образом сеть. В сетях существуют специальные средства, обеспечивающие связь и координацию различных компьютеров. Взаимодействие между ЭВМ осуществляется устройствами, называемыми сетевыми контроллерами или сетевыми адаптерами. Специальное программное обеспечение позволяет получать доступ к другим компьютерам сети прямо с терминала, оператор может пользоваться за своим пультом данными, хранящимися в памяти центрального компьютера, просматривать, дополнять, редактировать их (рис. 2.1).

Внешние запоминающие устройства

В качестве внешних запоминающих устройств в ПК используются накопители на гибких дисках (дискетах), накопители на жестких дисках (Hard Drive или HD), которые называют также "винчестер", оптических и магнитооптических дисках, и стриммеры.

Дискеты

Гибкие диски позволяют переносить документы и программы с одного компьютера на другой, хранить информацию, не используемую постоянно на компьютере, делать архивные копии данных, содержащихся на жестком диске.

Наибольшее распространение в современных ПК получили дискеты диаметром 3/5 дюйма (89 мм.) и емкостью 1/44 Мб (обозначаемые High Density/ HD). Все реже применяются дискеты диаметром 5/25 дюйма (133 мм) емкостью 1/2 Мб (Double Side/ High Density/ DS/HD). Имеются также дискеты/ имеющие емкость 2 Мб и 2/8 Мб/ которые, правда, не имеют широкого распространения. В 1996 г. появились флоппи-диски емкостью 120 Мб.

Жесткие диски

Накопители на жестких дисках предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером, программ операционной системы, постоянно применяемых пакетов, редакторов документов и т.д. Без жесткого диска в настоящее время практически невозможна работа с компьютером. Емкость HD в настоящее время обычно 850 Мб-1/6 Гб (для бытовых ПК) и более 2 Гб (для ПК/ используемых на производстве). Возможна установка дополнительного жесткого диска. В литературе появилась информация о том/ что в 1997 году фирмы Seagate Technology/ SyQuest Technology/ Quantum и другие приступят к производству недорогих HD емкостью 4-7 Гб. По оценкам специалистов/ к 2000 году минимальный объем HD будет составлять 5-7 Мб.

Оптические диски

Основными достоинствами накопителей на оптических дисках являются: высокая плотность записи информации ( по крайней мере в 10 раз выше, чем на любом магнитном носителе); универсальность, т.е. пригодность для хранения информации, записанной в различной форме; возможность быстрой перезаписи огромные объемов информации и надежность длительного хранения дисков; низкая удельная стоимость на байт информации.

За рубежом выпускаются два типа накопителей на оптических дисках: на компакт-дисках постоянной памяти (CD ROM) и на перезаписываемых оптических дисках (CD-R). CD ROM по формату напоминает звуковой компакт-диск, его емкость при стандартном диаметре 130 мм. составляет 540 Мб и более.

Накопители на оптических дисках могут содержать различные руководства и учебники, эталонные копии программного обеспечения и другую неизменяемую информацию. Вместо хранения более 500 млн. алфавитно-цифровых знаков накопитель может содержать до 20 000 страниц графических данных или 3600 цветных телевизионных кадров. Большинство фирм, выпускающих накопители, изготавливают свои собственные диски, переписывая на них информацию со стандартных девятидорожечных магнитных лент.

Помимо накопителей на оптических дисках постоянной памяти имеются компактные накопители на дисках с записью диаметром 133 мм. В таких дисках данные могут быть записаны непосредственно пользователем.

В последнее время появились недорогие устройства для записи информации на компакт-диски (CD-R). Большинство из этих устройств записывает информацию с удвоенной и считывает с учетверенной скоростью. Такие устройства можно использовать для резервного копирования информации.

В 1996 году началось производство устройств для работы с дисками нового стандарта - цифровых видеодисков (DVD-ROM). Конструкция дисков такова, что она позволяет производить запись на обе стороны диска. Вместимость одной стороны диска составляет 4,7 Гб, а емкость двухстороннего двухслойного диска - 17 Гб. Для сжатия данных в устройствах этого типа используется алгоритм MPEG-2. Максимальная скорость передачи данных, достижимая устройствами DVD, составляет 10 Мбит/с.

Стримеры

Стример - устройство для сохранения всей информации, находящейся на жестком диске. Стример записывает информацию на кассеты с магнитной лентой.

Преимущество стримеров в низкой стоимости хранения данных. Сейчас она все еще меньше, чем при хранении на перезаписываемых компакт дисках (CD-R) или магнитооптических дисках (МО)

Имеется большое разнообразие стримерных картриджей, но из них обычно выделяют три разновидности - QIC, DDS и 8мм.

В формате QIC используется лента шириной 0,25 дюйма и два размера картриджей - 3,5 и 5,25 дюймов. Устройства QIC 5,25 - профессиональные, их обычно применяют на рабочих станциях.

Устройства QIC 3,5 выпускаются несколькими фирмами. Фирма Sony в 1993 году разработала формат QIC-Wide с лентой шириной 8 мм и емкостью до 2,5 Гб. В 1994 году компания ЗМ разработала новый формат - Travan, а в 1995 году фирмы Gegatek и Verbatim - формат ЕХТга. Сейчас существует пять типов картриджей Sony, шесть типов картриджей Travan и шесть ЕХТга. Их емкость от 60-120 Мб до 1-2 Гб. Несколько лет назад появились два новых стандарта - картриджи "винтового сканирования" DDS и 8mm. Они разработаны фирмой Sony. Кассеты DDS вмещают без сжатия 8 Гб, а кассеты 8mm - 20Гб.

Периферийные устройства ввода

К устройствам ввода информации относятся клавиатура, дигитайзеры, сканеры и некоторая другая специализированная аппаратура.

Сканеры

Сканеры - устройства для считывания графической и текстовой информации. В ГИС они широко используются для получения растровых образов карт. Сканер позволяет создавать электронную копию изображения для последующей ее обработки. Кроме того, сканеры применяются для автоматизации делопроизводства, в издательской деятельности и т.д. Понятно, что для обеспечения различных видов деятельности нужны разные по своим характеристикам сканеры.

Классифицировать сканеры можно по следующим параметрам:

- способу подачи исходного материала для считывания (ручные, планшетные, протяжные, например, роликовые, и барабанные);

- по принципу считывания информации (работающие на просвет, работающие на отражение);

- по глубине цвета (2, 8 или более бит на точку) или отношению к цветопередаче (штриховые, полутоновые и цветные).

Среди других параметров, характеризующих свойства устройств для сканирования, следует выделить: оптическое (геометрическое) разрешение, геометрическую точность, скорость и формат (максимальный размер) сканируемого источника.

Ручные сканеры имеют Т-образный вид и осуществляют сканирование при ручном перемещении сканера по оригиналу. Обычная ширина сканирования 10 см. Эти сканеры самые дешевые. Ясно, что при ручном использовании они мало пригодны для ввода картографической информации, поскольку не позволяют получить требуемую точность. Однако, есть примеры совмещения ручного сканера с высокоточным графопостроителем, что дает удовлетворительное качество сканирования. Эти сканеры работают на отражение, имеют оптическое разрешение 100-800 dpi ( точек на дюйм). Глубина цвета может быть от 8 бит (полутоновые) до 24 бит (цветные).

Протяжные сканеры при сканировании протаскивают оригинал через себя. В этом случае, как правило, имеются ограничения только на один размер - ширину листа. Эти сканеры могут работать как на отражение, так и на просвет. Типичными представителем этого типа сканеров являются рулонные сканеры.

Барабанные сканеры имеют барабан, на который крепится сканируемый материал. Сканирование производится при вращении барабана. Сканирующая головка перемещается по направляющей параллельно оси барабана. Размер сканируемого оригинала зависит от размера барабана.

Принцип работы планшетного сканера относительно прост. Внутри светонепроницаемого корпуса помещается устройство, состоящее из люминесцентной или специальной лампы, освещающей изображение, и фотоэлемента, собирающего отраженный (или прошедший) свет. Устройство представляет из себя матрицу из тысяч светочувствительных ячеек, каждая из которых накапливает заряд и приобретает потенциал, величина которого пропорциональна энергии поглощенного света. Затем аналого-цифровой преобразователь определяет для каждого потенциала его цифровое значение (диапазон значений зависит от разрешающей способности преобразователя). В то время как сканер считывает изображение, интерфейсная плата передает соответствующие данные в ПК, где они обрабатываются в прикладных системах.

Большинство черно-белых сканеров может работать в черно-белом контрастном и полутоновом режиме, кроме того, возможно получение так называемого псевдополутонового изображения, где для имитации оттенков серого используются контрастные графические структуры (маски) с переменной плотностью заполнения.

Черно-белый контрастный или штриховой режимы работы сканера предназначены для ввода чертежей или текстов.

Для получения качественного изображения можно сканировать образец с наивысшим разрешением и максимальным количеством оттенков цвета, однако, как правило, в этом нет необходимости при использовании результатов сканирования для векторизации или в качестве растровой подложки в ГИС. В этом случае удобно использовать псевдо-полутоновое изображение, которое сканируется значительно быстрее, и занимает на диске гораздо меньше места. Кроме того, такие изображения пригодны для непосредственного вывода на лазерный принтер без предварительной модификации.

Результат сканирования представляется в виде файла, который может быть представлен в различных форматах. Наиболее популярны TIFF, PCX, GIF, EPS, BMP.

Размеры места на диске, необходимого для хранения изображения, зависят от величины изображения, разрешающей способности сканера, а также от количества оттенков цвета. Изображение размером 10х13 см., отсканированное в штриховом режиме с разрешением 300 точек на дюйм, в формате TIFF занимает около 200 Кб на диске. То же изображение, отсканированное с 256 уровнями серого цвета, разрастается до 1,8 Мб в TIFF и еще больше в EPS. Для получения качественного картографического изображения, необходимого для последующей векторизации, следует сканировать изображение с разрешением 600-800 dpi.

Штриховой режим работы сканера предназначен для двух целей: сканирования непосредственно штриховых изображений (например, планшетов масштаба 1:500) и для сканирования текста с последующей его обработкой программами оптического распознавания символов.

Цветные сканеры обычно имеют два режима работы: черно-белый и цветной. В черно-белом они работают так же, как полутоновые. Цветное же сканирование осуществляется за три прохода:

отраженный от изображения свет поочередно проходит через три светофильтра: красный, зеленый и синий. Иногда применяется альтернативный вариант: последовательное освещение изображения светом трех цветов. Совмещение результатов дает представление о цвете. Количество передаваемых цветов зависит от числа разрядов отведенных на один пиксел (одну точку), обычно это 24, 30 или 36 разрядов (бит). Программное обеспечение, написанное для сканеров позволяет сканировать, редактировать и ретушировать изображения, а также записывать их в формате, удобном для последующей обработки и преобразования. С изображением, отсканированном в полутоновом режиме, можно производить самые разнообразные манипуляции, например, изменять его яркость и контрастность, увеличивать и уменьшать контрастность переходов при помощи фильтров. Кроме того, возможно получение псевдополутонового изображения.

Страницы: 1, 2