Hardwareaspekte in Geo-Informationssystemen - Prof. Dr.-Ing. Ralf Bill Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Professur für Geodäsie und ...

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Hardwareaspekte in Geo-Informationssystemen - Prof. Dr.-Ing. Ralf Bill Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät Professur für Geodäsie und ...

Hardwareaspekte in
                                    Geo-Informationssystemen

                                                 Prof. Dr.-Ing. Ralf Bill
                                     Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät
                                      Professur für Geodäsie und Geoinformatik
                                                  Universität Rostock

GI-Hardware   UNIVERSITÄT ROSTOCK, Professur für Geodäsie und Geoinformatik

Anliegen

 Kennenlernen ausgewählter wichtiger Hardware (Geräte) im Kontext der Geo-
  Informationssysteme

 Aufzeigen von charakteristischen Kennzahlen dieser Hardware

 Aktuelle Trends bei Hardwareaspekten

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Themen

 Hardware
        zur Datenerfassung (E)

        zur Datenverarbeitung: Datenverwaltung (V) und –analyse (A)
        zur Datenpräsentation (P)

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Hardware

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Hardware
 Hardware subsumiert alle physischen Bestandteile einer Datenverarbeitungsanlage, also die
  Geräte. Hardware wird erst gemeinsam mit der Software zur funktionsfähigen Einheit.
 Neben dem eigentlichen Rechner zählen zur Hardware auch die zahlreichen Peripheriegeräte,
  die in der Geoinformatik noch über das hinausgehen, was von der Informatikseite unter
  Hardware verstanden wird.
                                            Digitalisier-          Analytischer      Scanner/       Vermessungs-
  GIS-spezifische Peripherie                tisch                  Plotter           Bildsensoren   geräte

                                      Bussystem

                                                                        Rechner
                                                                        Bildschirm
                                                                        Tastatur
                                                                        Maus

                                      Bussystem

                                            Festplatte              DVD/CD           Drucker        Plotter
  Standard-Rechnerperipherie

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Hardware zur Erfassung
 raumbezogener Daten
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Hardware zur Erfassung
                                                                               raumbezogener Daten

 Vermessung
        Tachymetrie
        Global Navigation Satellite System
        Multisensorsysteme
 Laserscanner
 Satellitenfernerkundungssensoren
 Luftbild- und UAV-Photogrammetrie
 Digitalisiertisch
 Scanner
 Sachdatenerfassung
        Belegleser
        Feldcomputer
 Andere
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Digitalisiertisch

 Wandlung existierender Karten und Pläne                                     Bildschirm
  manuell von der analogen in die digitale
  Form als Vektordaten                                                         Karte
 Aufnahmemodi                                                                                        Tastatur
                                                                                                      Digitalisier-

        Einzelpunkt- oder Inkrementalmodus
                                                                                                      menu

 Auflösung:
        1000 Linien/Inch (0.0254mm)                                                                    Maus

 Erfassungsgenauigkeit:                                                                   Rechner

        etwa 0,15 – 0,25mm
 Ergebnis
        Vektordaten
 Preis
        0.1T€ - 5T€
 Trends
        Abnehmende Bedeutung
        Alternative: Heads-up-digitizing gescannter
         Vorlagen am Bildschirm
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Scanner

 Digitales Sekundäraufzeichnungssystem,                                        Flachbettscanner
  mit dem Belege, Zeichnungen oder Bilder
  abgetastet und analoge Vorlagen in                                                       Abtasteinheit Abtastvorlage
                                                                                                         (Karte)
  digitale Daten gewandelt werden.                                                     X                       Flachbett
 Bauart
        Trommel-, Flachbett-, Durchlaufscanner
 Aufnahmemodus = Abtastung
        Binär (1Bit/Pixel), Grauwerte (8Bit/Pixel),                                       Y
         Farbe (3*8Bit/Pixel)
                                                                                                              Scankopf
 Abtastprinzip
        Punkt- und Zeilenabtastung
 Auflösung
        besser als 0.01mm (gemessen in dpi-
         dots per inch)
          400dpi = 0.064mm Pixel
              400dpi = 24400 Pixel/mm
              400dpi = 10 Linienpaare/mm                                                             ACER's ScanPremio 1220ST
Quelle: www.geoinformatik.uni-rostock.de – Geoinformatik-Lexikon                                     http://www.scanneroutlet.com/
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Scanner
 Datenmengen:                                                           Trommelscanner
        Katasterkarte (70*90cm, einfarbig,
                                                                              AbtastwalzeAbtastkopf
         10LP/mm) ~ 31.5MByte                                                 (rotierend)
                                                                                          Detektor
        Topograph. Karte (48*70cm,
         mehrfarbig, 20LP/mm) ~ 67.5MByte                                                                X
                                                                                                        Laser
        Farbiges Luftbild (23*23cm, 40LP/mm)
         ~ 127MByte
                                                                                                             Y
 Vorlagen
                                                                              Abtastvor-
        Texte, Bilder, Zeichnungen                                           lage (Karte)
                                                                                                      Rotierende
                                                                                                      Trommel
 Ergebnis
        Rasterdaten
 Anwendungen
        DTP, Texterkennung
        CAD, Kartographie, Bildverarbeitung
 Trends
        Zunehmende Bedeutung in der digitalen
         Gesellschaft
Quelle: www.geoinformatik.uni-rostock.de – Geoinformatik-Lexikon
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Tachymeter
 kombinierte Lage- und Höhenmessung
  (3D) mittels Theodolit zur Winkelmessung
  und elektronischem Distanzmesser zur
  Streckenmessung                                                                                      Projekt: Rostock   - [Digitale Karte]

 Aufnahmemodi
       Einzelpunktaufnahme
                                                                                N    X     Y     P
                                                                               212 132.45 243.01 KD
                                                                               213 138.97 231.33 Sch
                                                                                                               34.4                            Whs. 9

 Genauigkeitsstufen                                                                                                                             Sch

       Winkelmessgenauigkeit(0,1 bis 3 mgon)
       Streckenmessgenauigkeit (0,5 mm + 1
        ppm bis zu 5 mm + 3 ppm)
 Ergebnis
       Objektkodierte 3D-Vektordaten
 Preis
       5T€ - 15T€
 Trends
       Motorisierung
       Integration einer Kamera                                          Leica Total Station MS50

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Terrestrisches
                                                                                         Laserscanning (TLS)

 dreidimensionale, schnelle und direkte                                         Kamera-Scanner
  Erfassung von Objektoberflächen in
  hoher räumlicher Auflösung
 Bauarten                                                                                          Hybrid-Scanner
        Kamera-Scanner
        Panorama-Scanner
        Hybrid-Scanner
 Streckenmessung
        Impuls-Laufzeitmessung                                                  Panorama-Scanner

        Phasendifferenzmessung
        Triangulationsverfahren
 Messung
        ~ 1 Million Punkte/Sekunde
 Ergebnis
             3D-Punktwolke + evtl. Intensität des
              reflektierten Signals
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Terrestrisches
                                                                                          Laserscanning (TLS)

 Anbieter
        Leica (HDS-Produktfamilie und
         ScanStation-Serie)
        FARO Technologies (Photon und
         Focus)
        Cyra Technologies
        MDL Laser Systems (Quarryman)
        Riegl (LMS und VZ)                                                   Leica P15         Faro Laserscanner LS
        Topcon
        Trimble Navigation
        Zoller & Fröhlich (Z+F Profiler und
         Imager)

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Global Navigation Satellite
                                                                                        System (GNSS)

 Satellitenbasierte 3D-                                                 Mehrere weltweite Systeme
  Punktbestimmung                                                               Global Positioning System (GPS,
        Mind. 4 Satelliten zur                                                  USA, eigentlich NAVigation Satellite
         Punktbestimmung                                                         Timing And Ranging-Global
 Passives System aus Nutzersicht                                                Positioning System NAVSTAR-GPS)
        Satelliten auf mehreren Bahnen im                                      GLONASS (GLObal NAvigation
         Orbit                                                                   Satellite System, Russland)
        Nutzer mit Empfänger auf der Erde                                      GALILEO (Europa)
 Verschiedene Messprinzipien                                                   Beidou/Compass (China)
        Absolut- versus Differenziell
        Code- versus Phasenmessung                                                                    Raumsegment
        Echtzeit versus Postprocessing
 Ergebnis
                                                                                                         Kontrollsegment
        Objektkodierte 3D-Vektordaten                                         Nutzersegment

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Global Navigation Satellite
                                                                                        System (GNSS)

 Satellitengestützte                                                    SAPOS
  Erweiterungssysteme
       EGNOS, WAAS, MSAS, GAGA
 Referenzdatenanbieter
       ALF, VRSNow, Smart Net Europe, Axio-
        Net, starfire, IGS-RTS, Omnistar,
        SAPOS
 Preis
       ~0,,1 T€ bis zu mehreren 1=T€
 Empfänger
       Garmin, Leica, Magellan, Sokkia,
        Trimble u.v.a.
 Trends
       Real-time-kinematic
       Vom low-cost- bis zum high-end-
        Empfänger

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Global Navigation Satellite
                                                                                        System (GNSS)

 Vielfältige GNSS-Empfänger unterschiedlicher Leistungsklassen

                                                                        Leica GG03

                                                               GNSS-Steckkarte

                                                            GNSS-Maus

                                                                                     Leica Zeno 5

 Leica Zeno 10          Leica MS50 plus GNSS

                                                                                                    Leica GG03_CS25
                                                            TomTom Go30Traffic

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Multisensorsystem

 Ein Multisensorsystem ist charakterisiert als kinematisches Messsystem, das eine
  vollständige Kartierungslösung durch die Integration verschiedenster Sensoren
  auf einer gemeinsamen zeitlich synchronisierten Plattform bietet.
 Im Prinzip werden keine weitere externe Informationen, also auch keine
  Passpunkte, benötigt. Derartige Informationen können aber in die Auswertung als
  redundante Informationen miteinbezogen werden (nach K. P. Schwarz (1998b)).
 Beispiele:
        Multisensorkonzepte im Bildflugzeug
                  Klassischer Luftbildflug
                  Unmanned Aircraft Systems (UAV)
        Multisensorkonzepte im Fahrzeug
               - Mobiles Laserscanning (MLS)
               - Mobile Mapping-Systeme (MMS)
 Trends
             An Bedeutung zunehmend
             Hoher Automationsgrad
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Mobiler Mapping-Systeme
                                                                                                (MMS)

 Fusion unterschiedlichster Sensoren, zumeist                                           Leica Pegasus:Two

  Laserscanner und Kameras, deren Position
  und Orientierung durch integriertes DGNSS
  und INS (Inertial Navigation System) bestimmt
  werden.
 Sind nur Laserscanner an Bord, so spricht
  man von Mobiles Laserscanning (MLS).
 Trägerplattformen
       Autos, Quads, Schienenfahrzeuge, Schiffe,
        Schneefahrzeuge, Fahrräder, Personen
 Anbieter
       Leica, Topcon (IP-S2), Eagle Eye
        Technologies.

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Mobiler Mapping-Systeme
                                                                                                   (MMS)

    Komponenten                                                                    Positionierungseinheit
                                                                                        GNSS = 3D-Position
Positionierungs-/                Integrations-             Erfassungseinheit            INS = 3D-Geschwindigkeiten
Navigationseinheit               einheit                                                 bzw. 3D-Beschleunigungen
 DGNSS                          Synchronisation               CCD-Kamera                Odometer resp. Radabgriff =
                                                              Panorama-
                                                                                         Geschwindigkeit und
 INS                            Aufzeichnung
                                                              kamera                     Lauflänge in Fahrtrichtung
 Odometer                       Speicherung                   Laserscanner              Barometer =
 Barometer                                                    3G/GSM/
                                                                                         Höhenunterschied
                                                              Wi-Fi-Antennen            Kompass und Inklinometer =
 Kompass                                                                                 Azimute und Neigungen
                                                                                    Erfassungseinheit
                                                                                        CCD-Kameras = Bilddaten
                     Postprocessing mittels Kalmanfilter
                                                                                        Laserscanner = Punktwolken
                     Kartierung mittels Bildverarbeitung                                Farbvideokamera =
                             Verarbeitungseinheit                                        Bildsequenzen
                                                                                        Sracheingabe = Texte
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Beispiele Mobile
                                                                                 Mapping Systeme

 Gispro Based Mobile Mapping System  LYNX Mobile Mapper
  (MMS/MLS).
             3 Laserscanner
             6 digitale Videokameras
             Radar (Detektion unterirdischer Kabel)
             2 GNSS-Empfänger mit IMU (Inertial
              Measurement Unit)

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Unmanned Aircaft System
                                                                                                (UAV)
 UAV/UAS (engl. Unmanned                                                Anbieter
  Aerial/Aircraft/Airborne/Assisted                                            Micodrones
  Vehicles/Systems) oder RPAS
                                                                               Aibotix
  (engl. RemotelyPiloted Aircraft
  Systems)                                                                     Ascending Technologies
                                                                      MD4-1000                           Falcon 8
 Gesamtsystem bestehend aus
        fliegender Trägerplattform mit der
         On-board-Sensorik, der Nutzlast
         und der Bodenstation zur Führung
         und Überwachung des Flugs
 Einsatz im GIS-Kontext
        Mikro- und Mini-UAV mit einer
         Nutzlast kleiner als 5 kg
 Ergebnis
        3D-Punktwolken
        Digitale Oberflächenmodelle
        Digitale Orthophotos
                                                                                                     Aibotix X6
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Unmanned Aircaft System
                                                                                                  (UAV)

 Trägerplattformen
        Modellflugzeuge
        Modellhelikopter
        Multicopter (Quadro- mit vier,
         Hexa- mit sechs und Octocopter
         mit acht Rotoren)                                      Multicopter                                   Starrflügler

        Flächenflügler
        Ballons/Blimps
        Transitions-Fluggeräte (TFG)
 On-board-Sensorik zu                                                          Transitions-Fluggerät (TFG)
  Positionierung und Orientierung
             GNSS
             INS
             Kompass
                                                               Helicopter                                          Blimp
             Barometer

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Unmanned Aircaft System
                                                                                                (UAV)

                                                                         Nutzlast = Erfassungssensorik
                                                                               Still-Videokamera = Bildsequenz
                                                                               Digitalkamera = Bild
                                                                               Multispektralkamera, Spektrometer,
                                                                                Hyperspektralsensoren =
                                                                                Multispektrale Bilder
                                                                               Laserscanner = 3D-Punktwolke
                                                                         Bodenstation
                                                                               Computer
                                                                               Kommunikationskanal
                                                                               Steuermodul

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Luftbildphotogrammetrie
                                                                                    - Reihenmesskammer

 Unterscheidung
        Analoge oder digitale
         Reihenmesskammer
                                                                                              Analogkamera:
 Messprinzip                                                                                 Leica RC 30
        Multisensorsystem (GNSS, INS) zur
         Positionierung und Orientierung der
         Reihenmesskammer
        Kamera zur Bilderfassung
                                                                                  Digitalkamera:
 Ergebnis                                                                        Leica ADS 100
        Bilddaten
        Orientierungsdaten
 Anbieter
                                                                                               Digitalkamera:
             Z/I Imaging
                                                                                               UltraCAM Eagle
             Leica Geosystems
             Integrated Geospatial Innovation (IGI)
             Microsoft Ultracam Business
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Luftbildphotogrammetrie
                                                                                   - Multisensorsystem

 Multisensorsystem
        Kopplung verschiedener Sensoren                                                  DGPS   INS

 Messprinzip
        GNSS, INS zur Positionierung und                                      Laser Profiler
                                                                                                  MSS
                                                                                                   Luftbildkamera
         Orientierung der Reihenmesskammer
        Kamera = Bilddaten
        Airborne Laserscanning = 3D-
         Punktwolke                                                                                                 Luftbild

 Ergebnis
        Bilddaten
        Orientierungsdaten                                                                      Testflug Hannover (Dornier)

        3D-Punktwolke

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Luftbildphotogrammetrie
                                                                                       - Dreizeilenkamera

 High Resolution Stereo Camera - Airborne Extended
 Dreizeilenkamera-Prinzip der HRSC-Familie
             Pushbroom-Scanner
             GPS/INS Orientierung
             5 Stereokanäle
             4 multispektrale Kanäle

                 HRSC-AX: dlr.de

 Quelle: DLR, 1998
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Hyperspektralsensor

 System, das Bilder von sehr vielen, eng                                  Beispiele:
  beieinanderliegenden Wellenlängen                                            AVIRIS (Airborne Visible InfraRed
  aufzeichnet                                                                   Imaging Spectrometer) mit 224
 Plattform                                                                     Spektralkanälen im sichtbaren und
                                                                                infraroten Bereich
        kopter-, flugzeug- oder satellitengestützt
                                                                               HyMAP (Hyperspectral Mapper)
 Messprinzip                                                                   besitzt 128 Spektralkanäle im
        für jeden Spektralkanal entsteht ein Bild                              sichtbaren und infraroten Bereich und
                                                                                zwei Kanäle im thermalen Bereich
                                                                               AISA (Airborne Imaging Spectrometer
                                                                                Application)

                HyMAP: gis.wiki.fau.de                                          AISA Fenix: specim.fi/products/aisafenix/

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Airborne Laserscanning
                                                                                                (ALS)

 Aktives Fernerkundungssystem                                             Messmodus
 LIDAR ( Light Detection and Ranging)                                         Footprint, First-/Last Pulse resp.
 Entfernung vom Flugkörper zum Boden                                           Auflösung der Welle
  wird mittels Laser gemessen                                              Sensorpositionierung/-orientierung
        einzelner Laserstrahl wird über                                    mittels GNSS und INS
         kippenden/rotierenden Spiegel zur                                 Anbieter
         Erdoberfläche abgelenkt                                              Leica Geosystems (ALS80),
        mehrere Laser zeilenartig angeordnet                                    DragonEye, Trimble (AX60/AX80)
 Messprinzip
        Gepulstes System
        Continuous Wave Laserscanning
 viele Punkte pro m²
 Ergebnis
        3D-Punktwolke
        Digitales Geländemodell (DGM)
        Digitales Oberflächenmodell (DOM)
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Charakteristik aktueller
                                                                                        Luftbildsensoren

 System                                       Bodenauf-               Empf.         Spektrale   Breite
                                               lösung               Maßstabs-       Auflösung   Aufnahmepfad
                                                                     bereich        (Bänder)    = f(Flughöhe)
 Schwarz-Weiß-Luftbilder                        0,2 – 5 m           ab 1 : 2000         1       ca. 2-5 km
 Panchromatische Bilder
 Colorinfrarot (CIR)-Luftbilder                 0,2 – 5 m           ab 1 : 2000         3       ca. 2 – 5 km
 Near Infrared (NIR)-Luftbilder
 Flugzeugscanner (multispektral,              0,1 – 0,4 m             1 : 2000          4       ca. 2 – 5 km
 z. B. HRSC – AX)
 Flugzeugscanner                                    5m               1 : 10.000        128      ca. 3 km, abh. von
 (Hyperspektral, z. B. HyMap)                                                                   Flughöhe (2500m)

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Photogrammetrische
                                                                               Plotter/Auswertegeräte

 Analog => Analytisch => Digital
 Auswertung
        Photogrammetrie
 Ergebnis
        Objektcodierte Vektordaten
 Preis
                                                                                  Analytischer Plotter
        bis zu einigen 100T€                                                     LH Systems AM 2000
                                                                                  LH Systems SD 2000/3000
                                                                                  http://www.gis.leica-geosystems.com/

Digitaler Plotter
ZI Imaging - Image Station 2002
http://www.ziimaging.de
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Satellitensensoren
                                                                                      - Einteilung

 Unterscheidung
        Analog oder digital
        Aktiv (Radar, Lidar, TIR)
        Passiv (Optisch, NIR, Multispektral,
         Hyperspektral)
        Auflösung (räumlich, zeitlich, spektral)
 Ergebnis
        Bilddaten
        Mehrkanalige Bilddaten

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Passive Satellitensensoren
                                                                                  - Optische Fernerkundung

 Optisch-elektronische Scanner                                              Optisch-mechanische Scanner
  (CCD Linear Array Scanner, Push-                                            (Whiskbroom-Scanner, Across-
  broom Scanner)                                                              Track-Scanner)
       SPOT-Familie                                                                Landsat-Familie
                                                                                                       Rotierendes Prisma
                                             Dx
                                                                                           Motor                            Flugrichtung
                             CCD-Sensor
                                                                                                           T
                                   Dy
              f
                                              Flugrichtung

                        Objektiv                                                                                        a
                                                                                       h           y

              h

                                                      Dy

                                                  x                                                                             x

                                                                                                                      Panorama-
                                                                                                                      Verzerrung
                                   Dx

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Aktive Satellitensensoren
                                                                     - Mikrowellen-Fernerkundung

 Radar (Radio Detection and Ranging)
 Sensor besteht aus Sender und                                                                                          Flug-
  Empfänger                                                                                        Antenne               richtung

       Sender schickt Mikrowellen aus                                        Wellenfront

       Empfänger zeichnet deren Rückstrahlung auf                                                                Sender und
                                                                                                                  Empfänger

 Aktuelle Technologie
                                                                                                              S
       Synthetic Aperture Radar (SAR)                                                Dy
                                                                                                                                    t
       SAR-Interferometrie (InSAR)
                                                                              Beobachtete Fläche
                                                                                                                    Bildzeile

 Verfügbare Systeme
       ERS 1 (1991)
                                                                                                             TanDEM-X: dlr.de
       TerraSAR-X (2008)
       TanDEM-X (2010)

                                                    TerraSAR-X: dlr.de

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Charakteristik aktueller
                                                                                      Satellitensensoren
 System                                      Boden-                Empfohlener Maß-    Spektrale   Breite
                                             auflösung             stabsbereich        Auflösung   Aufnahmepfad
                                                                                       (Bänder)
 IKONOS-PAN                                  1m                    1 : 5000            1           11 km
 SPOT-5 PAN                                  2,5 m                 1 : 10.000          1           60 km
 Quickbird-MS                                2,8 m                 1 : 10.000          4           16,5 km
 IKONOS-MS                                   4m                    1 : 10.000          4           11 km
 IRS-IC/D-PAN                                5m                    1 : 10.000          1           70 km
 IRS-P6 / Resourcesat-1 LISS-4               5,8 m                 1 : 10.000          4           23 km
 SPOT-4 PAN                                  10 m                  1 : 25.000          1           60 km
 SPOT-5 XS                                   10 m                  1 : 25.000          4           60 km
 Radarsat-1                                  10 – 100 m            > 1 : 25.000        1           50 – 500 km
 Terra-ASTER                                 15 / 30 m             1 : 35.000          14          60 km
 SPOT-4 XS                                   20 m                  1 : 50.000          3           60 km
 IRS-1C/D LISS-3                             23 m                  1 : 50.000          4           141 km
 ENVISAT-ASAR                                25 m                  1 : 50.000          1           120 km
 Landsat-7ETM                                30 m                  1 : 75.000          7           185 km
 ENVISAT-Meris                               300 – 1200 m          1 : 750.000         15          1150 km
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Geosensornetze
                                                                                                       Satellit
 Geräte
             Low-cost-Sensoren
                                                                                                                  Internet
             Kamera                                                             Gateway
             GNSS
             INS
                                                                                                                     Senke
             drahtlose Kommunikation
 Datentyp                                                                                           Sensornetzwerk

             Beobachtungen
 Qualität
             Sensorabhängig                                                               Computing unit
 Trend
             Zunehmende Bedeutung im Kontext der
                                                                                   Communica-
              Digital Earth                                                          tion unit
                                                                                                           Sensors

                                                                                                 Battery

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Weitere Erfassungsgeräte

 Klartext-, Klarschriftbelegleser und
  Strichcodeleser zur Analog-Digital-
  Wandlung von Felderhebungen,
  Umfrageergebnisse und Codierungen
 RFID-Systeme (Radio Frequency
  Identication) zum Auslesen von
  Objektdaten und zur Verortung der
  Objekte z.B. in der Logistik
 Leitungsortungsgeräte oder
  Kanalvideosysteme zum Auffinden von
  Leitungsinfrastruktur oder zur Prüfung
  der Funktionsfähigkeit der Kanalrohre

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Hardware zur Verarbeitung
 raumbezogener Daten
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GIS-Arbeitsplätze

 Preisklasse
                                                                     Server

  5000 €
                                                                                       Server

                                    Arbeitsplatzrechner                         Personal-
  1000 €                            Mobile/stationäre                           Computer
                                    Clients
                                                                   Laptop
                                             Notebook
              Mobile personen-          Subnotebook
              bezogene IuK-         Tablet PC
              Geräte            Ultramobile PC
                             Netbook
                        PDA
                   Smartphone
                Mobiltelefon
  100 €                                                                          Leistungsklasse
                                                                                 z.B. interner Speicherplatz

              Wenige MB                   1 GB                      > 10 GB Interner Speicherplatz
              100 MHz                     1 GHz                     > 2 GHz Taktrate

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Hardware zur Verarbeitung
                                                                        raumbezogener Information

 Desktop-GIS-Arbeitsplatz (Rechner, Tastatur, Maus und Tablett)
 Netzwerk - Server - Client
 Mobile Endgeräte

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Rechnerkomponenten

                                                           Zentraleinheit
                                                           Graphikadapter
                                                           Prozessoren
                                                           Arbeitsspeicher
                                                           Speichermanager
                                                           Ein-/Ausgänge

 Speichererweiterung

       Internes Bussystem/Schnittstellen                                      Bildschirm/Tastatur/Maus

                                           Externer Bus-Adapter

    CD/DVD                      Drucker                             Festplatte          Weitere Geräte

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Netzwerk:
                                                                                                             Server - Client

 Hardwareseitiger Zusammen-

                                                                                          Externes Netz
  schluss mehrerer Rechner zu einem

                                                                                          (Internet)
  Verbund, in dem sie sich in be-                                                                                        Festplatte

  stimmten Funktionen (Software) un-                             Bildschirm

  terstützen, ergänzen oder absichern
  können. Dies gilt sowohl für Rech-                                                      Server                         CD/DVD-
                                                                                                                         Laufwerke
                                                                Plotter
  nerauslastung, Ressourcenverwal-

                                                                                          Lokales Netzwerk
  tung hinsichtlich der Peripheriege-                                                                                         Disk
  räte, Programm- und Datenverbund                               Laserdrucker

                                                                                          (Intranet)
  und Kommunikation in allen mög-                                       Digitizer                                   DTP-Scanner
  lichen Kombinationen.
 Netzausdehnung
                                                                               Client A                       Client B
       LAN (Local Area Network)
       WLAN (Wireless Local Area
        Network)                                                               Client D                      Client C
       WAN (Wide Area Network)
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Client-Server-
                                                                                    Architektur

 Server ist der Teil des Client-Server-Modells, welcher verantwortlich
  ist, Dienste bereitzustellen. Der Server, auch back-end-Computer
  genannt, ist ein Programm (ein Rechner), das (der) im Netz
  besondere Leistungen übernimmt und diese Dienste ständig im
  Hintergrund anbietet. Überträgt man dies auf Rechner, so dient der
  Server als:
             Massenspeicher (Dateienserver, DB-Server, Dokumentenserver).
             Kommunikationsrechner (Mailserver, Webserver, Chatserver, Faxserver).
             Ressourcenverwalter (Securityserver, Nameserver, Applikationsserver).
             Peripheriegerätebereitsteller (Systemserver für Drucker, Plotter usw.).
 Der Client nutzt diese Dienste. Er ist die Seite einer Client-Server-
  Architektur, die den Anwender mit einem Mittel bzw. einer Methode
  versorgt, mit der er auf Informationen und Anwendungen Zugriff
  erhält, die auf einem Server liegen. Ein Web-Browser ist ein Beispiel
  eines Client. Der Ausdruck wird manchmal verwendet für den
  Computer des Nutzers, aber allgemein bezieht er sich auf ein
  spezielles Programm, das mit dem Server über das Netzwerk
  kommuniziert.
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Hardware zur Präsentation
 raumbezogener Daten
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Hardware zur Präsentation
                                                                                  raumbezogener Daten

 Backupmedien
 Drucker
 Plotter
 CAVE
 Head-mounted Displays
 …

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Speicher- und Backupmedien

 Unterscheidung nach Medien
        Magnetplatten
        CD-ROM/CD-R/CD-RW (650-900MB,

Drucker

 Oberbegriff für verschiedene Peripheriegeräte eines Computers
  zur Ausgabe von Texten, Daten und Bildern auf Papier, bei
  denen, im Gegensatz zum Plotter, nicht Linienzüge, sondern
  einzelne Symbole oder Punkte dargestellt werden und ein
  Druckbild ergeben.
 Unterscheidung
             Format DIN A4 oder DIN A3
             Farbe oder Graustufen
             Drucktechnik
             Laserdrucker (> 300 dpi, Postscript oder HP Laserjet, Berichts-
              und Graphikdrucker)
                  Thermo- oder Thermotransferdrucker (360 dpi, Farb-
                  Hardcopygeräte)
                  Zeilendrucker (Ergebnisausdrucke von Berechnungen,             HP Color LaserJet Pro MFP
                  Programmentwicklung)
                  Nadel- oder Matrixdrucker (9,18,24-Nadeln, 240-360dpi)
                  Tintenstrahldrucker (200-300 dpi)

Quelle: www.geoinformatik.uni-rostock.de – Geoinformatik-Lexikon
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Plotter

 Computergesteuerte Geräte zur exakten Ausgabe von
  Zeichnungen und Bildern
 Unterscheidung:
        Format DIN A1, DIN A0 bzw. „endlos“
        Stift-/Vektorplotter und Rasterplotter.
               Vektorplotter (DIN A 3 - DIN A 0, < +- 0.1mm,
               Karten mit Strichgraphiken, hochgenaue Ausgabe)
               Rasterplotter oder elektrostatischer Plotter ((DIN A 3 - DIN A
               0, +- 0.1mm, Rastergraphikausgabe)
               Filmplotter ( +- 10 Mikrometer, > 2000 dpi)
               Bildaufzeichnungsgeräte (25 - 200 Mikrometer Auflösung,
               < 1*1m Ausgabeformat, für digitale Kartographie, digitale
               Bildverarbeitung, Reproduktionstechnik)

Quelle: www.geoinformatik.uni-rostock.de – Geoinformatik-Lexikon
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Plotter

 Vektorplotter
                                       y
  RotierendeZeichen-
  Trommel werkzeug

       x

              Papier                                                             HP Designjet 500 A1
                                                                                 http://www.hardware-guide.de/
 Rasterplotter/Elektrostatischer Plotter
               Papierrolle Ebener                    Fertige
                           Papierweg                 Zeichnung
                           Durchlaufrichtung

                                                                                 Epson Stylus Pro 7600
                                                                                 http://www.hardware-
       Zyan (C)          Magenta (M)         Gelb (Y)     Schwarz (K)            guide.de/
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Weitere Ausgabegeräte

 Cave Automatic Virtual Environment
  (CAVE)                                                             slideshare.net
        In der mittels Stereoprojektion auf
         die umgebenden Wände eines
         Würfels projizierten Welt kann
         mittels Datenhandschuh interagiert
         und so ein multimodales Gefühl für
         die räumlichen umgebenden Eigen-
         schaften erzeugt werden

 Head-Mounted-Display
        auf dem Kopf getragenes visuelles
         Ausgabegerät.
        präsentiert Bilder entweder auf
         einem augennahen Bildschirm oder
         projiziert sie direkt auf die Netzhaut
        z.B. Apple iGlass, Microsoft
         HoloLens, Google Glass
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Mobile Felddatenerfassung
                                                                                            der Zukunft

 Spracheingabe für Anweisungen und Attribute
 Head up Display zur Visualisierung
 Touchpad und Pencomputer am Gürtel oder
  Handgelenk
 Sensorik zur Messung
        Freihanddistanzmesser
        Elektronischer Kompass
        Neigungsmesser

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Trends

 Engere Kopplung der Hardware zur Erfassung von Daten an die Analyse
 Always online: Trennlinie zwischen Erfassung im Felde und Verarbeitung im Büro
  verschwindet.
 Hardwareentwicklung profitiert von der allgemeinen IT-Entwicklung
 Sensorik allgegenwärtig:
        Neben den klassischen Gerätekomponenten ermöglicht die Sensoreinbettung in das
         tägliche Leben neue Erfassungsverfahren.
        Smartphones als Erfassungsgeräte.

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Selbststudium

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Literatur-
                                                                                hinweis

 Bill (2016): Kapitel 2.1 und 2.2

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Videomaterial auf youtube

 Tachymetrie
        Stadt Duisburg - Vermessung | Tiger & Turtle
        LENFERS Vermessungstechnik - Produktvideo Topcon IS
        Leica Geosystems AG - Leica TPS700
 Terrestrisches Laserscanning (TLS)
             FARO Laser Scanner Focus3D - Eine Revolution im 3D Laser Scanning
             Darling Geomatics - 3D Laser Scanning - Underground Mine Mapping
             IngenieurTeam2 - AV Mariendom in Neviges
             National Geograpic - Laser Scanning Reveals Cathedral’s Mysteries
 GNSS
             Adrian Jagusch - Wie funktioniert das GPS-System?
             spacelivecast - Funktionsweise Galileo Satellitennavigation
             RedaktionErde - Außerirdischer Wegweiser: Wie funktioniert GPS-Technik?
             mobileGIS.at - Zeno Field - GIS-Datenerfassung mittels GPS
             ATLOG INTERNATIONAL- TOPOGRAPHY and SURVEYING WITH GNSS
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