2.2.4. Порівняння векторних і растрових моделей

Вище розглянутими моделями подання даних майже вичерпуються найбільш уживані моделі зображення просторових даних. [22, 26, 30]

Вибір моделі залежить від типів об’єктів і засобів виділення необхідної інформації при виконанні тих чи інших запитів. Векторна форма подання даних, доповнена топологічними даними, дає можливість відобразити різні географічні та інші просторові явища і виконувати велику кількість запитів. Растрова форма подання геометричної інформації необхідна при відображенні елементів, які безперервно змінюються в просторі. Кожна модель має свої переваги і недоліки.

Типове співвідношення векторних і растрових моделей на сьогодняшній день виглядає так: основні фактографічні бази даних просторової інформації, в яких, в основному, міститься інформація про індивідуалізовані об’єкти, організовується у векторній моделі даних. На ній реалізовуються базові властивості ГІС як інформаційної системи. Растрова ж модель даних використовується як первинна для подання інформації про просторові явища, що описуються безперервними полями, наприклад, рельєф місцевості. У растрову модель даних переносяться векторні дані для виконання деяких видів аналітичних операцій, після завершення яких результати або переносяться назад у векторну модель, як нові об’єкти, або доповнюють набір атрибутів існуючих векторних об’єктів.

Для картографічного виробництва використання даних, поданих у векторному і растровому форматі, не складає принципової різниці. У той же час растрові дані можуть бути засобом підвищення якості створюваної картографічної продукції. Тому для підвищення якості карт перед виводом на друк застосовується растеризація (rasterization) зображень.

У розвинених сьогодні ГІС забезпечується робота як з растровою, так і з векторною моделями даних, тому такі ГІС інколи називають гібридними (растрово-векторними).

Необхідність сполучення в одному програмному засобі можливостей оперування з растровими і векторними моделями, передбачаючи підтримку обох моделей, забов’язує мати засоби конвертування (conversion) даних з одного формату в інший, які реалізують апарат растрово-векторних (raster to vector conversion) і векторно-растрових (vector to raster conversion) перетворень.

Ідея векторно-растрового перетворення досить проста: точка замінюється коміркою, лінія - послідовністю комірок, полігон - сукупністю комірок із заданим розміром. Растрово-векторне перетворення полягає у зведенні вмісту кожної комірки до точки, положення якої відповідає геометричному центру. В наступних розділах ми детально зупинимось на операціях перетворення.

Розділ 3. Апаратне й програмне забезпечення ГІС

3.1. Апаратні засоби

Апаратно-технічні засоби є невід’ємною частиною будь-якої автоматизованої інформаційної системи, у тому числі й ГІС. До них входить широкий спектр обладнання: оргтехніка (факси, копіювальні апарати); електронно-обчислювальні машини (ЕОМ); принтери; сканери; спеціалізовані пристрої введення/виведення інформації і так далі.[17, 38, 41, 43, 53]

Нашою метою завдання не є розгляду всього спектра апаратно-технічних засобів, що застосовуються в ГІС, а лише огляд специфічного обладання ГІС. До таких засобів реалізації ГІС проектів належать: ЕОМ, сканери, дигітайзери, плотери, геодезичне електронне обладнання.

Почнемо з обговорення обчислювальних платформ ЕОМ.

Електронно-обчислювальна машина або комп’ютер (computer) – комплекс технічних засобів для автоматичної обробки інформації в процесі вирішення обчислювальних та інформаційних задач.

Їх прийнято класифікувати таким чином:

-Супер ЕОМ (supercomputer) – багатопроцесорні ЕОМ для дуже складних розрахунків, що мають швидкодію до десяти мільярдів операцій за секунду;

-Великі ЕОМ (мейнфрейми, mainframe) – багатопроцесорні ЕОМ для обробки великих масивів інформації, що функціонують як сервери великих локальних і глобальних ком’ютерних мереж;

-Супер міні-ЕОМ (super minicomputer) – багатопроцесорні і багатотермінальні ЕОМ, використовуються як сервери;

-Міні-ЕОМ (minicomputer) – до кількох процесорів, багатотермінальні, використоуюся для систем управління середніх розмірів;

-Робочі станції (workstation) – до кількох процесорів, сервери середнього розміру, потужні графічні й проектно-конструкторські станції;

-Мікро-ЕОМ (персональні комп’ютери, personal computer, PC).

Взагалі, мікро-ЕОМ та персоналки є різними класами машин. Проте за своєю потужністю і можливостями операційних систем РС вже наздогнали мікро-ЕОМ і єдина відмінність, що залишилась – це ціна.

Вдосконалення й розповсюдження локальних обчислювальних мереж (ЛОМ, Local Area Network, LAN), підвищення їх надійності та широке розповсюдження технологій Internet/Intranet, призвели до створення мережевих комп’ютерів (NC, Network Computers). Це комп’ютери, в яких немає власного програмного забезпечення (крім мінімуму, необхідного для початкового завантаження і встановлення зв’язку з сервером мережі), немає власних накопичувачів і, відповідно, власних даних. За рахунок їх застосування можливе значне зниження витрат на побудову високоефективних ГІС.

У зв’язку з високою вартістю і досить малим поширенням ГІС перші 4 класи ЕОМ на території СНД не застосовуються (принаймі ми не маємо таких даних). П’ятий клас ЕОМ - робочі станції, які хоч і мають значну вартість, але починають знаходити своє застосування в середніх за масштабами ГІС проектах регіонального управління (на рівні міста, району) в якості сервера геобаз, а також в організаціях, що займаються моделюванням. Шостий клас ЕОМ - персональні комп’ютери - дуже поширений і, в основному саме вони застосовуються в ГІС.

Головна відмінність персональних комп’ютерів і робочих станцій полягає в процесорі, а також у периферійному обладнані. Робочі станції, як правило, мають RISC – процесори (хоч існують робочі станції і на Intel процесорах).

RISC - це абревіатура від Reduced Instruction Set Computing (обчислення із скороченим набором команд). Цей процесор володіє меншим числом команд фіксованої довжини, що працюють винятково на внутрішні регістри. Спрощена структура дозволяє RISC - процесору розвивати більш високу швидкість, він володіє новим, іншим і несумісним з ПО CISC-процесорів набором команд. Типові представники RISC-процесорів - кристали Alphа (виробництво фірми DЕС, США), і SPARC (виробництво фірми Sun, США).

CISC - скорочення від Complex Instruction Set Computing (обчислення із складним набором команд). Усі члени сімейства процесорів фірм Intel, AMD, Cyrix, а також процесори виробництва Motorola (фірми Motorola, США), що використовуються в комп’ютерах MAC (фірми Apple, США), - типові представники CISC – процесорів.

Спочатку обговоримо, які персональні комп’ютери підходять для застосування в ГІС.

Персональні комп’ютери (мікро-ЕОМ) у свою чергу діляться на:

-настільні (DeskTop) системи;

-переносні (LapTop) системи;

-блокнотні (NoteBook) системи.

Переносні й блокнотні персональні комп’ютери можуть застосовуватися для перегляду даних у ГІС, але в основному як термінали віддаленого доступу до системи під час поїздок, тому для вирішення серйозних завдань не дуже підходять. Одне з перспективних застосувань - це для виконання польових зйомок на місцевості в комплексі з GPS приймачем чи електронним тахеометром.

Настільні ж комп’ютери, які найчастіше прийнято називати просто ПК (РС), саме і застосовуються для забезпечення функціонування ГІС як у якості серверів (для невеликих проектів), так і в якості автоматизованих робочих місць користувача (АРМ, work station). У ГІС, в основному, знайшли застосування ПК (далі просто комп’ютер) сумісні з ІВМ РС (ІВМ РС compatible) у зв’язку з тим, що більшість програмних пакетів ГІС, що пропонуються, орієнтовано на роботу саме на них. Комп’ютери типу МАС і PowerPC (фірми Apple Computer і клонів) досить мало застосовуються в ГІС (хіба що для якісного видання карт).

В ГІС бажане використання останніх моделей комп’ютерів на базі процесорів Pentium II і Pentium III (фірми Intel, США). Також можливе використання процесорів фірми AMD. Останнім часом процесори цих виробників мають практично однакову потужність, але відрізняються архітектурою материнської плати (motherboard, M/B), тому треба з самого початку визначитись з основою обчислювальної системи, бо потім буде досить важко і дорого здійснити перехід з однієї до іншої. У зв’язку з тим, що ГІС потребує значних ресурсів для роботи з графікою, бажано, щоб комп’ютер мав 100 МГц системну шину, AGP графічну карту, монітор від 15’’ і вище, досить місткий накопичувач (“вінчестер”), CD-ROM, а в недалекому майбутньому і DVD. Виходячи з того, що ГІС - це розподілена система, необхідно мати швидке комунікаційне обладнання, наприклад, Fast Ethernet.

Хоч останнім часом комп’ютери й стали досить потужними, але в якості серверів і графічних станцій бажано використовувати робочі станції на базі RISC-процесорів.

У ГІС, крім традиційних засобів вводу/виводу, таких як сканери (планшетні, аркушеві і ручні), принтери (матричні, струменеві, лазерні), існує спеціалізоване периферійне обладнання: плотери, дигітайзери, широкоформатні сканери, електронні геодезичні прилади (приймачі GPS, електротахеометри, оптичні нівеліри і таке інше), цифрові камери.

Поки що ніде у світі не відмовились від дигітайзерів. Для ГІС найбільш цікаві моделі форматів А2 - АО, при цьому стандартна точність 0,25 мм достатня практично для будь-яких додатків. Існують дигітайзери й підвищеної точності (0,1-0,05 мм), але вони коштують в 1,5-2,5 рази дорожче. Можливе застосування дигітайзерів формату А3, але тоді доведеться оцифровувати карти частинами, а потім їх “зшивати”. Дигітайзери бажано використовувати таких фірм: CalComp, Summagraphics, Mutoh, Numonics, Graphtec.

Основні вимоги до дигітайзерів:

-формат;

-точні характеристики (точність поля, роздільна здатність, повторюваність, стабільність, періодична похибка, крайові ефекти, точність курсора, носій інформації);

-знімач інформації (курсор, перо);

-система команд, інтерфейс.

За способом сканування сканери поділяються на роликові (з протяжкою документа), барабанні та планшетні. До топографічних карт ставляться вимоги щодо загальної похибки, яка не повинна перевищувати 0,1 мм. Роликові сканери мають точність 0,1%, чого очевидно не достатньо. Спеціалізовані планшетні сканери, порівняно з роликовими мають кращі характеристики щодо точності - 0,05% (тобто похибка 0,5 мм на довжині 1 метр), але все-таки, цього не достатньо. Вказаним вимогам відповідають тільки барабанні сканери, які й використовують для сканування. Вони дорожчі, окрім сканера ProfScan (м.Зеленоград), який маючи хороші характеристики, доступнішій за ціною. Останнім часом з’явилися програми коректування растра, які дозволяють роликовим сканерам за точністю наблизитись до планшетних і барабанних. При виборі сканера необхідно звертати увагу на можливість сканування планшетів на твердій основі. До тематичних карт не ставляться такі високі вимоги щодо точності, тому можна використовувати будь-який різновид сканерів. Багато пакетів для векторизації дозволяють використання сканерів навіть формату А4. Звичайно, що кольоровий сканер кращий ніж чорно-білий, тому що збільшує продуктивність і якость робіт з оцифровки. При виборі обладнання перевагу необхідно віддавати продукції відомих фірм. Якщо немає можливості придбати подібне обладнання або об’єми вихідних матеріалів невисокі, то краще замовити виконання роботи в організації, яка має подібну техніку.

Основні вимоги до функцій сканерів:

-формат, точність, швидкодія, формати файлів;

-колір і напівтони;

- роздільна здатність - оптична та інтерпольована (програмна);

-підтримувані носії первинної інформації;

-апаратні й програмні інтерфейси.

Серед плотерів переможцями є плотери з використанням струменевих технологій друку. Вибираючи друкуюче обладнання, необхідно звертати увагу на відповідність таким вимогам: наявність RІP (растрового процесора); заправка паперу (поаркушна й рулонна подача); забезпечення видатковими матеріалами (їх різноманітність, вартість, наявність на ринку); система безперервної подачі чорнила (дозволяє використовувати плотер у безперервному режимі без простоїв і без присутності оператора).

Основні вимоги до функцій плотерів:

-формат і поле малювання;

-точності характеристики (роздільна здатність, динамічна й статистична погрішність і таке інше);

-динамічні характеристики (mах швидкість);

-програмне забезпечення.

Особливо цікавими для ГІС є системи супутникового позиціонування, що забезпечують точне визначення координат в будь-якому місці земної кулі. В залежності від принципу дії приймачі користувачів можуть бути: кодові - точність позиціонування 30-100 м; кодово-фазові – точність 0,5-3 м; фазові - точність 5-50 м. Найбільш дорогою є фазова апаратура.

За спектром частот приймачі поділяються на одночастотні (L1) та двочастотні (L1/L2). Одночастотних приймачів достатньо для вирішення більшості завдань. Двочастотні приймачі краще застосовувати на довгих (15 і більше км) базових лініях, або коли потрібно максимально швидко вирішити неоднозначність місцезнаходження.

Кількість фірм, що пропонують подібну апаратуру, дуже велика. Назвемо деякі: Ashtech Inc, Trimble Navigation (США), Carl Zeiss (Німеччина), Leica AG (Швейцарія) і т.ін.