Аппаратные средства гис
План.
Технические средства вода данных.
Технические средства обработки и преобразования данных.
Технические средства визуализации данных.
Технические средства геоинформатики условно можно разделить на 3 группы, каждая из которых содержит как универсальные, так и специальные только для нее приборы и оборудование. Это: технические средства вода данных, вычислительная техника, устройства отображения информации и печати карт.
1.
Для кодировки данных и, прежде всего, аналого-цифрового преобразования картографических материалов используют средства цифрования (т.н. цифрователи).
Начиная с ранних этапов развития ГИС, цифрователи были 2-х основных видов:
полуавтоматические (дигитайзеры), с ручным обводом и автоматической регистрацией координат на носитель данных (магнитная лента, дискета, оптический диск и т.д.);
автоматические, фиксирующие элементы рисунка построчно при перемещении сканерного луча (сканеры или сканирующие устройства).
Технологии ввода данных, основанные на применении этих устройств, являются альтернативными и конкурентными.
Раньше ввод информации совершался при помощи дигитайзеров сразу в векторном виде. Сейчас, когда сканеры получили большое распространение, ввод информации, как правило, происходит при помощи сканера (растровый формат), а затем, на экране монитора производится векторизация.
Дигитайзер состоит из плоского стола и съемника информации. Большеформатные столы могут крепиться на подставках. Рабочее поле стола может быть выполнено из прозрачного материала и иметь подсветку. Съемники бывают 2-х типов: курсор — для высокоточного съема координат; перо — для низкоточного.
Выбор зависит от задач, которые решаются. Дигитайзеры различаются:
размерами рабочего поля и общими габаритами, примерно соответствующими форматам А4 - А0;
точностью, контролируемой погрешностями курсора;
точностью поля дигитайзера, его конструктивным разрешением, т.е. величиной минимального шага — инкремента (или дискрета). Минимальный шаг обычно находится в пределах сотых долей мм.
Малый дигитайзер иногда называют по-другому — «таблетка».
Цифровые камеры, снабженные объективами с изменяющимся фокусным расстоянием. Цифровые камеры оснащены CCD-матрицей, состоящей из 1,3 млн. элементов, которая обеспечивает захват изображения с разрешением 1343 x 972 точки. Это среднее разрешение, но есть гораздо выше. С помощью последовательного интерфейса осуществляется перекачка изображения в компьютер.
Сканеры — это устройства аналого-цифрового преобразования изображения для его автоматизированного ввода в компьютер в растровом формате с высоким разрешением (300 — 600 — 900 — 1200 и более dpi) путем сканирования оригинала в отраженном свете.
Сканеры бывают: планшетные, барабанные, роликовые и ручные.
Клавиатура — набор символов с клавиатуры.
2.
Технические средства обработки и преобразования данных — это то, что раньше называли ЭВМ, а сейчас — компьютеры.
По конструктивным особенностям, функциональным возможностям, производительности и эксплуатационным характеристикам различают: персональные компьютеры (ПК) и рабочие станции (РС).
ПК — это компьютер, рассчитанный на использование одним человеком (пользователем), обеспечивающий его (пользователя) всеми необходимыми средствами. Все многообразие ПК исчерпывается компьютерами, построенными на микропроцессорах 2-х типов:
Intel (Pentium) и программно-совместимые аналоги других фирм-производителей — AMD, Cyrix, Texas Instruments;
Power PC (Motorola, IBM, Apple)
Типичный ПК состоит из:
Системного блока. Системный блок включает: материнскую плату с процессором, основной памятью, интерфейсными и вспомогательными схемами и адаптерами устройств; накопитель на жестких и гибких магнитных дисках; оперативную память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство); блок питания; привод CD-Rom.
Клавиатура.
Манипулятор типа «мышь».
Монитор (дисплей, экран отображения).
ПК комплектуются разнообразными периферийными устройствами. Портативный ПК — notebook.
Рабочая станция — это высокопроизводительный компьютер с RISC-процессором и мощным графическим ускорителем (графическим процессором). Как правило, РС работают под управлением операционной системы UNIX.
Компьютерные сети. Для передачи информации с одного компьютера на другой (или другие) создаются специальные компьютерные (вычислительные, информационные) сети. Компьютерные сети — это сети передачи данных, в узлах которых расположены компьютеры. Интернет — международная компьютерная сеть.
По площади, на которой размещены узлы, сети делятся на: локальные (в пределах офиса, учреждения); городские; региональные; глобальные.
С
уществует
множество видов локальных сетей. Однако
наибольшее распространение получили
три модификации: 1) Ethernet;
2) ArcNet; 3) Token-Ring.
Локальная сеть на базе Ethernet функционирует по принципу «общая шина», который заключается в следующем: для подключения компьютеров к сети используется один кабель (к нему подсоединяются все компьютеры или рабочие станции).
ArcNet работает по схеме «звезда». Т.е. все сетевые компьютеры подключены к одному общему устройству отдельным кабелем. Надежность такой сети меньше.
Архитектура Token-Ring обеспечивает взаимодействие сети компьютеров по схеме «кольцо». Каждый компьютер соединен с каждым другим.
Все компьютеры соединяются при помощи сетевых адаптеров (плат) и кабелей. Сетевая плата вставляется непосредственно в слоты расширения на материнской плате компьютера. Сетью управляет сетевая операционная система.
Локальные сети могут объединяться в глобальную сеть с помощью межсетевых шлюзов (gateway), мостов (bridge) и маршрутизаторов (router). Для этого необходимы линии связи: телефонные, спутниковые и радиоканалы. Для связи по аналоговым (телефонным) сетям используют модемы.
В настоящее время создаются беспроводные сети, использующие технологию радио- и инфракрасных волн. Беспроводные сети состоят из 2-х основных частей: адаптера, с помощью которого компьютер подключается к сети; узла доступа, который устанавливает связь между адаптером и проводной сетью.
3.
Монитор (дисплей) — устройство отображения данных на экране компьютера.
По конструкции различают: дисплеи на основе электронно-лучевой трубки, жидкокристаллические дисплеи, плазменные дисплеи. По режиму отображения: алфавитно-цифровые, графические, векторные. По цветности: монохромные (ч/б) и цветные. Размер экрана измеряется длиной его диагонали от 14 до 21. Четкость изображения зависит:
от размера зерна (точнее от расстояния между зернами). Обычно это расстояние составляет 0,25-0,32 мм, но есть и лучше — 0,19 мм;
от диапазона частот развертки по горизонтали и вертикали.
Принтеры — это устройства отображения текстовой и графической информации, основанное на том или ином принципе печати.
Первые модели (1960-е) фактически были модернизацией электрических печатных машинок. Это АЦПУ — алфавитно-цифровое печатающее устройство. Сейчас уже вышли из употребления.
С началом периода распространения матричных устройств (1970-е), поддерживающих разнообразные шрифты и алфавиты, потребительские свойства принтера выросли.
Матричные игольчатые принтеры используют печатающую головку с 9-ю или 24-мя иглами, управляемую при помощи электромагнитов. Печать осуществляется при горизонтальном движении головки (каретки) ее иглами через красящую ленту, заправленную в специальную кассету (картридж).
Матричные принтеры имеют размер точки при печати — 0,25 мм, разрешение по вертикали — 180 dpi (точек на дюйм — dots per inch). За счет наложения точек по горизонтали разрешение может быть повышено до 240 — 360 dpi.
Различают матричные принтеры: с узкой кареткой, что соответствует формату А4, и с широкой кареткой — А3. Матричные принтеры имеют различные способы подачи бумаги; печатают на прямом и обратном ходе каретки. Существуют следующие режимы печати: черновая печать и печать высокого качества (в 2-3 раза медленнее). Это т.н. режим NLQ (Near Letter Quality)
Достоинства: высокая скорость печати (в черновом режиме — несколько десятков листов в минуту); неприхотливость к бумаге; низкая цена.
Недостатки: невысокое качество изображения; высокий уровень шума; невозможность печатать графические изображения приемлемого качества (только матричное — т.е. как растр).
Epson, Lexmark, Brother, Citizen, Kyosera, Okidata.
Термопринтеры — близки по механизму к матричным игольчатым принтерам. В них используется технология термопечати. Применяется печатная головка, оснащенная матрицей нагревательных элементов и специальная бумага, пропитанная термочувствительным красителем. Разрешение у таких принтеров не выше 200 dpi.
Термопринтеры применяются весьма незначительно.
Недостатки: низкая скорость печати (из-за инерционности); недостаточная яркость и контрастность изображения; дорогая бумага.
Достоинства: надежность; компактность; низкий уровень шума, отсутствие заправляющих расходных материалов.
Струйные принтеры. Печатающая головка у струйного принтера принципиально иная. Струйная технология использует метод выбрасывания капель красителя на бумагу. Матрица печати представляет собой набор сопел (от «сопло»; их может быть до 408 и более). С матрицей соединены емкости для чернил и управляющие механизмы.
Последние модели имеют разрешение — 2400 x 1200 dpi. Качество печати на порядок лучше. Скорость в черновом режиме — 10 (цв.) -12 (ч/б) листов в мин (довольно быстро).
Достоинства: высокое качество; низкая цена; низкий уровень шума.
Hewlett-Packard, Apple, Lexmark, Brother.
Лазерные и светодиодные принтеры. В них используются свойства светочувствительности ряда материалов (например, селена), которые изменяют свой поверхностный электростатический заряд под воздействием света.
Лазерные принтеры содержат светочувствительный барабан, зеркальную систему развертки, устройство фокусировки и лазерный диод (или матрицу светодиода). После зарядки и поточечной засветки светочувствительного барабана на него подается и закрепляется в соответствии с распределением электрического заряда специальный красящий порошок (который называется «тонер»). Далее по барабану прокатывается бумага и снимает с него тонер. Окончательное закрепление изображения на бумаге достигается ее разогревом до температуры расплавления тонера.
Разрешающая способность лазерных принтеров высокая: от 300 до 1200 dpi и даже выше, светодиодных — до 300 dpi. Скорость печати разная — от 8 до 36 стр. в минуту. Есть принтеры, обеспечивающие двустороннюю печать.
Достоинства: высокое качество печати, высокая скорость.
Недостаток — высокая цена.
Hewlett-Packard, Lexmark, Texas Instruments, Epson.
Последние модели светодиодных принтеров фирмы Oki Europe для средних рабочих групп: разрешение — 600 x 1200 dpi; скорость — 20 – 24 стр./мин; обеспечивает двухстороннюю печать; нагрузка — 65 тыс. стр. в месяц.
Плоттеры (или графопостроители) — устройства для вывода графической информации на бумагу, пластик, светочувствительный материал или иной носитель путем черчения, гравирования, фоторегистрации или другим способом.
Различают плоттеры:
планшетные плоттеры (формата А3, А2, реже — А1 и А0) с фиксацией листа электростатическим способом, реже — магнитным и механическим; с пишущим узлом, перемещающимся по 2-м координатам. Фактически такие плоттеры уже почти не используются (уходят);
стоечные (рулонные) плоттеры с шириной бумаги А1 и А0, роликовой подачей листа, механическим или вакуумным прижимом, с пишущим инструментом, перемещающимся по одной координате (по второй координате движется сама бумага).
Cal Comp, Mutoh, Roland, Hewlett-Packard.
По принципу построения изображения различают векторные и растровые плоттеры.
Векторные (графопостроители) плоттеры различаются по типу пишущего механизма. В плоттерах перьевого типа (Pen-plotters) пишущий механизм — перо (или спец. фломастер, или рапидограф и др.). В режущих плоттерах: пишущие инструменты заменяется режущими — куттерами (cutter); используется специальная бумага, полимерная пленка или спец. бумага на самоклеющейся основе. Режущие плоттеры широко используются для изготовления уличной рекламы.
Растровые.
Струйные плоттеры. Фактически, этот тип устройств размывает границу между плоттерами и принтерами. Разрешение 75-720 dpi, печать до 4-х цветов.
Электростатические — близки к лазерным и светодиодным. Принцип работы заключается в электризации отдельных точек специальной бумаги или пленки с дальнейшей подачей ее к кювету с красителем, закрепляющемся на носителе аналогично процедуре ксерокопирования. Монохромная (черно-белая) печать обеспечивается за один «проход», цветная — за 4-5 «прогонов». Разрешающая способность — до 800 dpi. А также есть плоттеры лазерные, светодиодные, термические и др.
Лекция №3