Бабошко О.И. КЛ_ИТвЛД

10

качестве базовых. В последние годы ряд государственных лесоустроительных предприятий (Северо-Западное, Северное, Западно-Сибирское, Даль- не-Восточное, Центральное, Поволжское) собственными силами разрабатывают пакеты программ по созданию цифровых лесоустроительных планшетов, планов лесонасаждений, по ведению в лесном хозяйстве совмещенной таксационной и картографической базы данных. Данные разработки используют такие ГИС-системы, как WinGIS, GeoDraw/Geograf, MapInfo, Arc/Info, Topol.

Внастоящее время под ГИС (географическая информационная система) понимают аппаратно-программный, человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространствен- но-координированных данных, интеграцию этих данных и теорий для их эффективного использования при решении задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением.

Всвязи с отсутствием технических требований, отраслевых стандартов для отраслевых ГИС, технологии во всех вышеуказанных предприятиях различны, и сегодняшнее состояние разработок очень разнообразно.

Впоследние время повысился интерес к внедрению ГИС-технологий в лесное хозяйство и со стороны органов управления лесным хозяйством субъектов РФ. Прежде всего, внедрение ГИС-технологий в лесное хозяйство связано

снеобходимостью оперативного решения поставленных задач и непрерывного отслеживания изменений, происходящих в лесном фонде, с одновременным усилением контроля за состоянием и использованием лесного фонда.

Вноябре 2011 г. в ВГУП «Рослесинфогр» состоялось рабочее совещание по вопросу перехода лесного хозяйства в 2012 г. на единую автоматизированную информационную систему (ЕАИС), которая позволит унифицировать информационные технологии, используемые в отрасли, оптимизировать рабочее время, упростить доступ к информации. По итогам совещания были обозначены этапы реализации глобальной задачи формирования единой информационной системы.

1.3 Основные направления информатизации лесного хозяйства

Анализ современного состояния информатизации лесного хозяйства показал, что для достижения качественно нового уровня информатизации отрасли необходимо решить ряд задач и проблем. Это - создание отраслевой системы передачи данных; переход на полную автоматизацию проектных, опыт- но-конструкторских и научно-исследовательских работ; создание системы отраслевых банков данных по лесным ресурсам и технико-экономическим показателям предприятий; переход лесоустройства на комплексное техническое автоматизированное проектирование; создание и введение в эксплуатацию геоинформационных систем в лесном хозяйстве РФ; создание автоматизированной системы лесного мониторинга;

11

В 1990 году во ВНИИЦлесресурсе разработана концепция информатизации лесного хозяйства страны, в которой определены и сформулированы четыре направления информатизации отрасли на перспективу:

1)Разработки научно-методических основ информатизации:

-при автоматизации организационно-хозяйственного управления лесным хозяйством;

-государственном контроле лесов и борьбе с лесными пожарами;

-лесопользовании, лесозащите и лесоустройстве;

-оценке и прогнозе за состоянием северных лесов;

-разработке нормативной базы.

2)Разработка программно-технических средств:

-разработка или адаптация пакетов прикладных программ (ППП) автоматизации организационно-экономического управления лесным хозяйством по разделам: лесопользование; охрана и защита леса; наука и техника; кадры; проектирование и капитальные вложения; материально-техническое обеспечение; внешние экономические связи;

-разработка автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов лесохозяйственных предприятий;

-разработка систем автоматизированного проектирования (САПР) (лесоустройство, лесовосстановление, охрана и защита леса, лесомелиорация, строительство лесохозяйственных дорог);

-разработка комплекса программ для автоматизированного составления

карт;

-разработка комплекса программ для введения повыдельного банка данных (ПБД).

-разработка пакетов прикладных программ (ППП) для обработки информации при мониторинге лесов;

-развитие и разработка экспертных систем (ЭС), интеллектуальных ППП и информационных поисковых систем (ИПС).

3) Создание инфраструктуры информатизации лесного хозяйства: системы связи и передачи данных; локальные вычислительные сети; локальные базы данных и знаний; отраслевая вычислительная сеть; отраслевой фонд алгоритмов

ипрограмм (ОФАП); система обучения и подготовка кадров.

4) Информатизация мониторинга лесов. Включает создание: головных и региональных центров сбора, обработки и анализа информации при мониторинге лесов; совмещенных баз тематических и картографических данных; дистанционных систем изучения и картографирования лесов; системы экологического мониторинга лесов; системы лесопатологического мониторинга лесов; системы учета текущих изменений в лесном фонде (пожары, стихийные бедствия, антропогенные факторы и др.); системы аэрокосмического слежения за состоянием, динамикой лесного фонда и устойчивостью лесов в зонах экологической напряженности.

В соответствии с Концепцией информатизации лесного хозяйства России основная роль по внедрению новых информационных технологий отводится государственным лесоустроительным предприятиям (ЛУП) и органам управ-

12

ления лесным хозяйством в субъектах Российской Федерации. ЛУП проводит новое лесоустройство с использованием базового ПО и новых информационных технологий, разрабатывает проект организации и ведения лесного хозяйства. Все материалы вводятся, обрабатываются и хранятся в специализированных базах данных: в совмещенной повыдельной лесотаксационной и картографической базе данных (ГИС). В ЛУП используются совершенные СУБД и ГИС, компьютеры и периферийные средства, позволяющие решать все задачи лесоустройства. Таким образом, лесничествам передается скопированный полный материал лесоустройства, загруженный в специализированные СУБД и ГИС.

1.4Проблемы использования информационных технологий в лесном хозяйстве

Для информационных технологий естественным является то, что они устаревают и заменяются новыми. В связи с этим при внедрении новой информационной технологии необходимо учитывать, что информационные продукты имеют чрезвычайно высокую скорость сменяемости новыми видами или версиями. Периоды сменяемости колеблются от нескольких месяцев до одного года. Поэтому для эффективного использования информационных технологий их необходимо регулярно модернизировать.

Различают следующие виды обработки информации: централизованная; децентрализованная.

Централизованная обработка информации на ЭВМ вычислительных центров была первой исторически сложившейся технологией. Создавались крупные вычислительные центры коллективного пользования, оснащенные большими ЭВМ, которые позволяли обрабатывать большие массивы входной информации и получать на этой основе различные виды информационной продукции, которая затем передавалась пользователям.

Достоинствами методологии централизованной технологии являлось: возможность обращения пользователя к большим массивам информации в виде баз данных и к информационной продукции широкой номенклатуры; сравнительная легкость внедрения методологических решений по развитию и совершенствованию информационной технологии благодаря их централизованному принятию.

Недостатками этой методологии было: ограниченная ответственность персонала, который не способствует оперативному получению информации пользователем, тем самым препятствуя правильности выработки управленческих решений; ограничение возможностей пользователя в процессе получения и использования информации.

Децентрализованная обработка информации связана с появлением персональных компьютеров и развитием средств телекоммуникаций. Она дает пользователю широкие возможности в работе с информацией и не ограничивает его инициатив.

Достоинствами этой методологии является: гибкость структуры, обеспечивающей простор инициативам пользователей; усиление ответственности

13

низшего звена сотрудников; уменьшение потребности в пользовании центральным компьютером и соответственно контроле со стороны вычислительного центра; более полная реализации творческого потенциала пользователя благодаря использованию средств компьютерной связи.

Но эта методология имеет и недостатки: сложность стандартизации из-за большого числа уникальных разработок; психологическое неприятие пользователями рекомендуемых вычислительным центром стандартов и готовых программных продуктов; неравномерность развития уровня информационной технологии на локальных местах, что в первую очередь определяется уровнем квалификации конкретного работника.

Внедрению ГИС-технологий в лесное хозяйство препятствует отсутствие в полном объеме финансирования затрат на ведение лесного хозяйства, а из-за его недостатка лесохозяйственные предприятия прежде всего вкладывают средства в транспорт, в механизмы, технику, средства пожаротушения.

Для выполнения задачи по внедрению ГИС-технологий в лесное хозяйство необходимо разработать технические требования на программные продукты по созданию цифровых карт с целью стандартизации подходов изготовления баз данных и обеспечения обмена пространственной информацией между различными геоинформационными системами, создаваемыми Роскартографией, Комитетом по земельным ресурсам и другими ведомствами. В этих целях Федеральной службе лесного хозяйства России необходимо создать постоянно действующую комиссию по определению требований к отраслевым геоинформационным системам, проектам стандартов цифровых и электронных лесных карт, экспертизе наработанных ГИС-технологий, обеспечению их вхождения в единое геоинформационное пространство Российской Федерации. Обычная карта отступает на второй план перед познавательной и конструктивно-аналитической деятельностью в компьютерной системе, в которой пространственная визуализация данных служит посредником в диалоге между пользователем и ЭВМ. "ЭВМ-карты" никогда не "портятся", всегда сохраняют заложенную при их создании точность и могут многократно копироваться и репродуцироваться (в том числе и на бумажные носители) без потери качества, отличаются от традиционных картографических произведений отсутствием избыточности, неопределенности, наличием возможности корректного перехода к другим плано- во-картографическим материалам, а также аэрофотоснимкам, другим изображениям и т.п. В этом случае "ЭВМ-карта" удобна в качестве средства контроля исходной и промежуточной информации, а главное - является инструментом пространственно-структурного анализа не только данных по лесному фонду, но и данных любой другой природы - например, наличия и удаленности от дорог населенных пунктов, рельефа местности и проходимости, наличия речной и болотной систем, почв и сельскохозяйственных угодий и т.д. Наличие функций материально-денежной оценки лесосек, банков данных материаль- но-технических ресурсов, комплекса программ планирования - отчетности хозяйственной деятельности, работающих на единой совмещенной базе данных ресурсов лесного фонда, позволит автоматизировать документооборот. Таким образом, применение ГИС обеспечит специалистам лесного хозяйства не только

14

выполнение анализа пространственных таксационных данных, но и объективную поддержку принимаемых решений по проведению практических лесохозяйственных и других мероприятий, а также и контроль их качества.

В настоящее время лесное хозяйство интенсивно оснащается средствами вычислительной техники и передачи данных. Однако следует отметить, что в отрасли нет достаточного количества подготовленных кадров по разработке и эксплуатации автоматизированных систем (АС), нет квалифицированных преподавателей в этой области. Первые разработки комплексов программы отдалены от пользователя, плохо продокументированы.

Основными причинами, сдерживающими широкое внедрение информационных технологий в лесном хозяйстве, являются:

-слабое потребление информации о лесных ресурсах на уровне предприятия, связанное с низкой квалификацией ИТР в области современных информационных технологий;

-несовершенство технологических систем в лесном хозяйстве;

-слабая методологическая проработка вопросов управления лесными ресурсами;

-отсутствие проектов автоматизации управленческой и производственной деятельности в лесном хозяйстве;

-неотлаженность четкого управления разработками программного обеспечения.

Вопросы для самоконтроля:

1)Дайте определение информационной технологии и информационной системы.

2)Назовите особенности информационного ресурса.

3)Какова структура комплекса автоматизированных систем?

4)Назовите наиболее используемые виды информационных технологий?

5)Дайте классификацию информационных технологий.

6)Что такое ЕАИС, и какова еѐ роль в информатизации лесного хозяйства?

7)Перечислите основные направления информатизации лесного хозяйства.

8)Назовите виды обработки информации, каковы их достоинства?

9)Каковы проблемы использования информационных технологий?

10)Назовите причины сдерживающие развитие ГИС в лесном хозяйстве?

15

ЛЕКЦИЯ 2 – ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Вопросы лекции:

2.1Состав типового персонального компьютера

2.2Принципы взаимодействия основных устройств ПК

2.3Классификация компьютерных устройств

2.4Аппаратно-программные средства уровней потоков для управления лесным хозяйством

2.1 Состав типового персонального компьютера

Техническое обеспечение информационных технологий – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

Персональный компьютер (ПК) — это вычислительная система, все ресурсы которой полностью направлены на обеспечение деятельности одного рабочего места управленческого работника. Полное описание набора и характеристик устройств, составляющих данный компьютер, называется конфигурацией ПК.

Существует «минимальная» конфигурация ПК, т.е. минимальный набор устройств, без которых работа с ПК становится бессмысленной. Это – системный блок, монитор, клавиатура и мышь. Обычно состав типового персонального компьютера состоит из: корпуса с блоком питания; системной материнской платы; процессора, оперативной памяти, видеоконтроллера, монитора, жѐсткого диска, клавиатуры, мыши, дисковода CD-ROM, дисковода DVD, дисковода гибких дисков, звуковой карты, модема и сетевой карты.

Отличительная особенность программного обеспечения ПК — предельная простота работы с ним. Ресурсы ЭВМ доступны пользователю благодаря языку высокого уровня. Обычно это система «Бейсик», которая опирается на понятный непосвященному человеку словарный фонд диалоговых средств программирования. Основная задача программного обеспечения ПК — освободить пользователя от необходимости «пробиваться» к вычислительным ресурсам через чуждые ему языки управления заданиями, командные процедуры и другие нагромождения операционных систем больших ЭВМ.

Компьютеры могут быть классифицированы по различным признакам:

-по размерам и вычислительной мощности компьютеры делятся на сверхбольшие (Супер-ЭВМ, суперкомпьютеры), большие (мэйнфрэймы), малые (ми- ни-ЭВМ), сверхмалые (микро-ЭВМ), переносные (ноутбуки), наколенные (лэптопы) и карманные (палмтопы);

- по этапам создания и элементной базе компьютеры бывают на электронных лампах, транзисторах, микросхемах;

16

-по сетевым возможностям они делятся на серверы и рабочие станции;

-по аппаратной платформе бывают типа IBM PC, типа Apple macintost, типа рабочих станций SUN и т.д.;

-по степени доступности бывают коллективные и персональные, которые по своему назначению делятся на следующие категории: массовый ПК, деловой ПК, портативный ПК, развлекательный ПК и рабочая станция.

ПК оказался первым индивидуальным инструментом, который позволил миллионам людей, занятых в информационной сфере народного хозяйства, перейти от рутинной работы по обработке данных (которая даже у людей творческих профессий отнимает большую часть трудозатрат) к игре с потоками информации.

Основная задача персональных вычислений – формализация профессиональных знаний – выполняется, как правило, полностью самостоятельно непрограммирующим специалистом (инженером лесного хозяйства, агрономом, зооинженером, экономистом-аграрником и т. п.) или при минимальной технической поддержке программиста, который в этом случае имеет возможность включаться в процесс формализации знаний только на инструментальном уровне, оставляя наиболее трудную для его понимания содержательную часть задачи специалисту в данной предметной области.

Главный компонент – центральный процессор (ЦП) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), которые размещаются внутри системного блока на отдельных печатных платах. Основой ЦП является Микропроцессор (МП). МП выполняет все вычисления, управляет потоком данных, определяет места их хранения, способы ввода/вывода. От типа микропроцессора зависит быстродействие ПК, его функциональные характеристики и стоимость компьютера.

2.2 Принципы взаимодействия основных устройств ПК

Центральной частью компьютера является системный блок, с присоединенными к нему клавиатурой, монитором и мышью. Системный блок и монитор независимо друг от друга подключаются к источнику питания - сети переменного тока. В современных компьютерах дисплей и системный блок иногда монтируются в едином корпусе.

В системном блоке располагаются все основные устройства компьютера:

-микропроцессор — мозг компьютера, который выполняет поступающие на его вход команды: проводит вычисления и управляет работой остальных устройств ПК;

-оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;

-контроллеры, предназначенные для независимого от процессора управления отдельными процессами в работе ПК;

накопители на гибких магнитных дисках, используемые для чтения и записи на дискеты;

17

-накопитель на жестком магнитном диске, предназначенный для чтения и записи на жесткий магнитный диск (винчестер);

-дисководы для компакт-дисков, обеспечивающие возможность чтения данных с компьютерных компакт-дисков и проигрывания аудиокомпактдисков,

атакже запись информации на компакт-диск;

-блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток, подаваемый на электронные схемы компьютера;

-счетчик времени, который функционирует независимо от того, включен компьютер или нет и другие устройства.

Все компоненты ПК по их функциональному отношению к работе с информацией можно условно разделить на: устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры); устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память, др.); устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.); устройства вывода информации (монитор, принтер и т.д.).

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) - программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти. Представляет собой небольшую микросхему, находящуюся внутри системного блока и установленную на материнской плате, связанную с материнской платой интерфейсом процессорного разъема (Socket) (рис. 1)

Рисунок 1 – Центральный микропроцессор (CPU)

Микропроцессор может обрабатывать данные любой природы: текст, числа, графика, звук и др. Это возможно потому, что данные перед использованием на компьютере преобразовываются к простейшему виду, представляются в двоичном коде, «оцифровываются». Физически это может выглядеть как чередование намагниченных и размагниченных участков жесткого диска, отражающих и не отражающих луч участков компакт-диска, передаваемых сигналов напряжения высокого и низкого уровня и т.д. Основными характеристиками процессора являются: быстродействие - количество операций, производимых в 1 секунду, измеряется в бит/сек. Каждая последующая модель имеет более высокую производительность по сравнению с предыдущей;

18

тактовая частота - количество тактов, производимых процессором за 1 секунду. Операции, производимые процессором, не являются непрерывными, они разделены на такты. Эта характеристика определяет скорость выполнения операций

инепосредственно влияет на производительность процессора. Процессор Pentium и его модификации имеют тактовые частоты от 60 МГц до 4,1 ГГц (выполняют 4 миллиарда операций в секунду); разрядность - количество двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Указывая разрядность процессора 64, имеют в виду, что процессор имеет 64-разрядную шину данных, т.е. за один такт он обрабатывает 64 бита.

Материнская (системная) плата - важнейший элемент ПК, к которому подключено все то, что составляет сам компьютер. Она служит для объединения

иорганизации взаимодействия других компонентов. Выбор конфигурации компьютера начинается с выбора системной платы. В нее устанавливается процессор, оперативная память, с ней связаны жесткий диск и CD-ROM, к ней через соответствующие различным интерфейсам разъемы и порты подключаются различные дополнительные устройства (рис. 2).

Рисунок 2 – Схема материнской платы (motherboard)

Таким образом, материнская плата, центральный процессор, оператив-

ная память составляют основу ПК, от их производительности в большой степени зависит производительность компьютера в целом. Материнские платы различаются по типу процессоров, которые могут быть установлены на них, и названиям фирм, их выпускающих. На материнских платах находятся специальные перемычки - джамперы, позволяющие подстроить еѐ под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней.

Компьютер должен быть готов к добавлению в систему стандартных дополнительных устройств, используя стандартные способы их подключения. Все узлы компьютера взаимосвязаны физически и логически. На материнской плате устанавливаются разъемы для установки дополнительных устройств - слоты

19

расширения. Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных — шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины. Данные могут передаваться между внешними устройствами и процессором, оперативной памятью и процессором, внешними устройствами и оперативной памятью или между устройствами ввода-вывода. Шина характеризуется типом, разрядностью, частотой и количеством подключаемых внешних устройств. При работе с оперативной памятью шина проводит поиск нужного участка памяти и обменивается информацией с найденным участком. Эти задачи выполняют две части системной шины: адресная шина и шина данных.

Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими всеобщее взаимодействие. Совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует то, что называют архитектурой компьютера.

Для каждого устройства в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет - контроллер. Все контроллеры взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную шину. При вставке в слоты расширения материнской платы контроллеры подключаются к шине. Кроме того, необходим драйвер этого устройства - программа, позволяющая программно связать это устройство с системой в целом. Контроллер должен учитывать аппаратные особенности подключаемого устройства, а драйвер должен позволить операционной системе, используя стандартный набор командных запросов, управлять нестандартным устройством.

Порты - это устройства для подключения к системной шине различных внешних устройств. Различают несколько типов портов: внутренний (таймерный), клавиатурный, коммуникационный, игровой (джойстик). Каждому порту выделяется группа адресов, по которым в порт записываются или из порта считываются данные, служебная информация для программирования параметров порта и текущее состояние порта.

2.3 Классификация компьютерных устройств

Аппаратные средства ПК бывают внутренние (внутри системного блока) и внешние (вне системного блока).

Устройство ввода — устройство, позволяющее вводить информацию в память компьютера. К устройствам ввода относятся:

-клавиатура - устройство для ввода алфавитно-цифровой информации и управляющих команд. Клавиатуры различаются по количеству клавиш (обычно 101 клавиша). Различают клавиши управления курсором, алфавино-цифровые, служебные, функциональные и дополнительные;

-мышь - устройство для более удобного ввода управляющих команд и перемещения по экрану. Мыши бывают проводные (механические и оптические)

ибеспроводные (инфракрасные). Основными характеристиками мыши является