CC BY
75
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
УДК 004.588, 004.823 Дата подачи статьи: 09.09.15
DOI: 10.15827/0236-235X.112.039-044
АКТИВНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ДЕЙСТВИЙ ЭКИПАЖА
С.И. Кравченко, к.т.н., начальник сектора, artstory@pk.ru;
А.Г. Душенко, к.т.н., начальник отдела;
Д.А. Андреев, инженер-программист, dimak134@)yandex.ru (Донской филиал Центра тренажеростроения, просп. Платовский, 101, г. Новочеркасск, 346400, Россия);
А.Г. Котов, начальник отдела, dlexander.kotov@sfoc.ru (Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева, ул. Ленина, 4а, г. Королев, Московская обл., 141070, Россия)
В статье отмечается, что задачи информационной поддержки деятельности экипажей космических кораблей и станций непрерывно расширяются за счет насыщенности бортовых планов, увеличения доли научной деятельности в бортовом расписании; возрастают требования к оперативности и наглядности бортовой документации, большое значение приобретают мультимедийный иллюстративный материал, дополнительная справочная информация, звуковое сопровождение. Приводятся результаты экспериментальной эксплуатации на борту Международной космической станции прототипа многофункциональной информационной системы, в ходе которой были определены первоочередные интерактивные объекты и функции, необходимые для обеспечения полноценной и эффективной работы экипажа: возможность сенсорного воздействия на модель окружающей среды, изменение вида, позиций и внутренних параметров виртуальных объектов, ввод данных в интерактивные области документов, установка отметок о выполнении предписанных действий, исполнение предписанных временных интервалов, работа с системой авторизованных закладок, участие оператора в анкетировании по результатам завершенной рабочей сессии, протоколирование поведения космонавта в информационной среде и передача протоколов на Землю.
Формулируются проблемы развития бортовых информационных систем и обеспечивающих их наземных комплексов. Затрагивается тема расширения возможностей интерактивного взаимодействия оператора и информационной среды.
Предлагаются ключевые решения, описываются новые средства подготовки документации. Приводятся примеры внедрения в среду активных элементов. Уделяется внимание ситуационному поведению оператора, работе с виртуальными органами управления, протоколированию результатов и оценке деятельности экипажа. Дается описание специального редактора управляющего слоя электронного документа. Предлагаются решения для преодоления неопределенности выбора операционной системы и технической платформы персональных планшетов.
Ключевые слова: бортовая документация, модуль интерфейса, мультимедиа, Российский сегмент МКС, интерактивные зоны.
Информационная поддержка деятельности экипажей космических кораблей и станций расширяется за счет повышения насыщенности бортовых планов, увеличения доли научной деятельности в общем расписании [1]. Соответственно возрастают требования к оперативности предъявления и наглядности бортовой документации, большое значение приобретают мультимедийный иллюстративный материал, дополнительная справочная информация, звуковое сопровождение [2].
Увеличивается информационная нагрузка на оператора, изменяется качественный характер его работы в информационном пространстве. Особую роль приобретают интерактивные составляющие бортовой документации. Оператор теперь не только работает на прием сведений, но и активно общается с информационной системой [3].
В результате разработки и экспериментальной эксплуатации на борту Международной космической станции (МКС) прототипа многофункциональной информационной системы (МИС) [4] были определены следующие интерактивные объекты и функции, необходимые для обеспечения полноценной и эффективной работы экипажа:
- возможность сенсорного воздействия на модель окружающей среды, изменение вида, позиций и внутренних параметров виртуальных объектов [5];
- ввод данных в интерактивные области документов электронной бортовой документации (ЭБД) (формуляры, аргументы функций, записи в блокнотах);
- установка отметок о выполнении предписанных действий;
- исполнение предписанных временных интервалов для отложенных действий с последующей реакцией;
- работа с системой авторизованных закладок;
- участие оператора в анкетировании по результатам завершенной рабочей сессии;
- протоколирование поведения космонавта в информационной среде и передача протоколов на Землю, офисная обработка протоколов, автоматизированная оценка действий экипажа.
Для реализации перечисленных требований в интерфейс и алгоритмы информационной системы должны быть внедрены соответствующие интерак-
39
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
тивные элементы управления [6] и средства привязки мультимедиа [7].
Существует проблема совместимости этих элементов с традиционными редакторами ЭБД.
Еще один важнейший аспект работы МИС - ее пространственная распределенность. Подготовка информации осуществляется наземным комплексом, преобразование этой информации в доступную оператору форму - на борту космического объекта.
Объемы обновляемой информации также имеют критическое значение для производительности существующей системы передачи данных по каналу Земля-борт. Проблема обостряется из-за отсутствия постоянного канала. Связь действует периодически в привязке орбиты к наземным пунктам. В этом отношении ключевой становится методика обновления информации в бортовой системе.
Дополнительной проблемой является неопределенность выбора ОС бортовых вычислительных средств. Наличие терминалов в планшетной реализации с различными техническими и операционными платформами создает дополнительные трудности.
Были проведены исследования с целью выбора оптимальной методологии работы наземного и бортового комплексов МИС и преодоления перечисленных проблем. В работе представлены их основные результаты.
Внедрение в ЭБД мультимедийных и интерактивных элементов
Основное различие классической, «бумажной» БД и мультимедийной интерактивной ЭБД состоит в постоянном расширении функциональных и пользовательских возможностей последней. Условная граница между БД и ЭБД проходит по линии разделения отображаемых элементов на две категории:
- визуальная основа процедуры (страницы), соответствующая стандарту ODF и имеющая привычный для космонавта вид; это то, что можно напечатать на бумаге; визуальная основа консервативна и не изменяется в ходе работы с документацией;
- интерактивный (управляющий) слой, состоящий из виртуальных органов управления ЭБД: кнопок, подсветки пунктов, отметок об исполнении, зон для генерации заполняемых формуляров, указателей расшифровки аббревиатур, гиперссылок, значков запуска мультимедийных приложений, привязки дикторских комментариев, записей в авторизованном блокноте и др.; эти элементы, естественно, не могут быть напечатаны на бумаге, они изменяются, трансформируются в соответствии со сценарием действий экипажа и бортовыми планами.
С учетом непрерывного совершенствования офисных редакторских инструментов [8] и не зависящей от них эволюции интерактивных средств космического назначения информационная среда разделена на две категории: визуальную основу и интерактивный управляющий слой. Их параллельная реализация позволяет, с одной стороны, использовать различные редакторские инструменты и не зависеть от закрытого кода редактора, с другой - развивать интерактивную составляющую в условиях непрерывно меняющихся требований прикладной среды.
Для наземной разработки интерактивных (управляющих) XML-файлов был создан простой и эффективный визуальный редактор (ВР) класса WISIWIG (рис. 1).
ВР устанавливается на АРМ разработчика ЭБД. В левой части экрана ВР выводится визуальная основа страницы ЭБД, в правой - так называемый Мастер интерактивного слоя (далее - Мастер).
Две верхние строки Мастера отображают адреса создаваемого интерактивного слоя и корреспондируемого файла визуальной основы.
Для взаимодействия с внешней средой на панели редактора имеется группа кнопок со следующими функциями:
- поиск и выбор файла визуальной основы;
- запись результата редактирования в файловую структуру модуля интерфейса пользователя (МИП);
- свертка окна редактора на нижнюю панель Windows;
- свертка окна в каскад окон Windows;
- выход из программы;
- откат в предыдущее состояние (отмена последнего действия);
- добавление новой зоны;
- выделение всех имеющихся на странице зон;
- снятие выделения со всех зон;
- удаление группы выделенных зон;
- удаление всех зон (очистка страницы);
- блокировка всех зон, функционал которых отличается от функционала фокусной зоны;
- выравнивание позиции группы выделенных зон по левому краю;
- уравнивание ширины выделенных зон по самой широкой зоне группы;
- выравнивание позиции группы выделенных зон по верхнему краю;
- уравнивание высоты выделенных зон по самой высокой зоне группы;
- копирование выделенных зон в буфер;
- вставка зон из буфера в позицию специального курсора, который появляется при копировании зон в верхнем левом углу экрана и может перетаскиваться в позицию вставки группы зон.
Размеры и позиция фокусной зоны на странице устанавливаются вводом числовых значений в со-
40
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
Рис. 1. Рабочее пространство ВР интерактивного слоя Fig. 1. An interactive layer visual editor’s workspace
ответствующие строки Мастера, захватом и перетаскиванием или перемещением движков на полях страницы.
Выделить зоны для редактирования можно нажатием на одиночную зону (она обводится красной рамкой) или растягиванием групповой, синей, рамки. Выделенными становятся только те зоны, которые полностью попадают в рамку.
При фокусировании единственной зоны в строках Мастера появляются ее параметры: номер зоны на странице, текущие позиции по горизонтали и вертикали, размеры по ширине и высоте.
Ниже в Мастере выводятся функциональные характеристики фокусной зоны: link - гиперссылка для перехода на заданную позицию в массиве ЭБД, abbrev (аббревиатура) - расшифровка принятых в системе сокращений, media (мультимедиа) - привязка к действию видео, анимации, графики, light -подсветка фокусного пункта (действия) при навигации, math - зона для вывода вычисляемого математического выражения, variable - зона для ввода переменных вычисляемого выражения, formular -строка для рукописных отметок в документе.
После создания на странице всех необходимых интерактивных зон и определения их функциональности производится запись файла управляющего слоя page#.xml. Итоговую композицию визуальной основы и управляющего слоя можно просмотреть и протестировать в редакторском экземпляре МИП.
Совокупность внедряемых на страницу ЭБД интерактивных и мультимедийных элементов
обеспечивает оператору новые функциональные возможности.
В качестве примера приведем функцию отложенного действия.
Некоторые пункты бортовых инструкций предусматривают некоторую временную задержку исполнения. Для блокировки органов управления МИП на время предписанной паузы предусмотрен специальный таймер отложенных действий (рис. 2), вызываемый атрибутом ^те_оШ="<сек.>" в теге подсветки данного действия слоя page#.xml.
Таймер имеет круговую, цифровую и линейную индикации отсчета, кнопку экстренного сброса паузы. Линейная индикация дублируется на поле строки комментариев.
Пока идет отсчет паузы, все пространство экрана, за исключением кнопки экстренного сброса, прикрыто затенением, блокирующим доступ к органам управления МИП.
Завершение отсчета сопровождается звуковым оповещением. Интерактивная среда МИП разблокируется, оператор приступает к исполнению данного пункта ЭБД, его действия протоколируются.
Преобразование потоков обновляемых данных
Следует выделить три этапа переработки данных в процессе работы с ЭБД.
1. Этап ЗЕМЛЯ - все, что можно заранее сделать на Земле в офисных условиях. Это относительно медленные операции в произвольном вре-
41
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
14-04-2015 вторник 14:13:43 X
28.01.13 -7
1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 1.1. ОБЯЗАННОСТИ ЭКИПАЖА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРОГРАММЫ ПОЛЕТА При выполнении программы полота экипаж обман:
1. Выполнять операции а соответствии с Б/Д и указаниями ЦУП-М с учетом
распределен«■ функциональных обязанностей и реальной обстановки на борту
2. Контролировать и докладывать о работе и состоянии бортовых систем
3. Фиксировать фактические времена выдачи или прохождения команд и время,
затраченное на выполнение операций по часам ИмПУ (время на формате ДИСПЛЕЯ не использовать)
При невозможности контроля времени по часам ИнПУ использовать наручные чесы
4. В начале записи на СЗИ надиктовывать дату, время начала записи, заголовок
информации, позывной говорящего
5. Докладывать 8 ЦУП-М о выполненных операциях и замечания по работе
и эксплуатации систем ТК
6- Контроль параметров КДУ проводить перед и после выполнения динамических операций, а таюке во время работы СКД на всех ростках полета
7. При посадке и нахождении в СА запрещается опираться не кабельные трассы,
трубопроводы. ПК. приборы и агрегаты
8. При выполнении динамических режимов запрещается резко перемещаться в ТК и
проводить монтажные работы
9. Перед выполнением динамических операций проверять исправность ИнПУ и
сигнализации ТС
В)ФИ<к-<П1К]К]©[>1[>||П> АНХ
Рис. 2. Таймер отложенного действия Fig. 2. Time delayed action timer
мени с привлечением относительно больших вычислительных ресурсов и квалифицированного персонала [9, 10].
2. Этап БОРТ - все, что можно сделать на борту при обновлении контента. Это также относительно медленные операции в произвольном времени с привлечением ограниченных ресурсов бортового сервера и без участия экипажа.
3. Этап МИП - все, что необходимо и достаточно для работы интерфейса мобильного терминала. Это быстрый доступ к разделам ЭБД, быстрое преобразование данных, высококачественное воспроизведение звукового сопровождения и рас-трированных изображений в темпе видео на разнородных вычислительных устройствах; экипаж не принимает участия в технологическом процессе, ограничиваясь только пользовательскими действиями; на этом этапе высока вероятность неконтролируемых аппаратных конфликтов и сбоев в работе.
Очевидно, что критическим аспектом приведенной классификации является соотношение операционной нагрузки и локальных вычислительных возможностей. Чем неопределеннее, ограниченнее, разнороднее вычислительные средства, используемые по мере продвижения процесса с Земли на борт, тем выше и строже требования к реализации алгоритмов переработки информации. Отсюда следует решение максимально освободить этап МИП от подготовительных задач переработки данных и перенести их на этапы ЗЕМЛЯ и БОРТ. На рисунке 3 приведены две последовательности операций переработки данных: традиционная
(верхняя гистограмма) и оптимизированная (нижняя гистограмма).
Цепочка тяжелых преобразований XML-XSL-XSLT-JavaScript-HTML-StageWebView, использовавшаяся в предыдущих версиях МИС (верхняя часть рис. 3), заменяется более «легкой» последовательностью XML-PDF-JPG+XML_inter (схема XPJX), в которой участвует опубликованный в наземных условиях документ PDF, за счет чего гарантируется идентичность вида процедуры на экране бортового терминала и утвержденного наземного бумажного документа. Разработка нетиповых инструкций (НИ) на Земле завершается формированием файла разметки, по которой на борту производится реконструкция НИ. Такое разделение позволяет избежать доставки на борт «тяжелых» элементов ЭБД. При этом в бортовом терминале выполняется обработка только связки JPG+XML_inter, преобразование XML-PDF осуществляется на Земле, а преобразование PDF-JPG, как и в случае с НИ, реконструируется на бортовом сервере. Планшетный терминал освобождается от самой опасной операции - кроссплатформенной конверсии потока данных в растровую форму, которая переносится из терминала в наземный и бортовой серверы.
Реализация интерфейса на различных ОС
Ключевым требованием при анализе возможности реализации МИП на компьютерах с различными ОС следует считать единство программного
42
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
Рис. 3. Технологический процесс переработки информации МИС Fig. 3. Information processing in a multifunctional information system
продукта, так как трудно поддерживать и адекватно модифицировать несколько версий системы, написанных под разные ОС. На опыте разработки нескольких прототипов в 2012-2015 годах и их исследованиях в реальных условиях космического полета установлено, что наиболее удобной и эффективной средой исполнения является AIR (Adobe Integrated Runtime), реализующая программы, написанные на языке сценариев ActionScript 3.0.
Приведенные выше концептуальные положения были реализованы при разработке базовой версии МИП и протестированы на настольных ПК и лэптопах с ОС Windows, планшетах iPAD (iOS) и Samsung (Android). Они показали высокую надежность, системную совместимость, гибкость конфигурирования, удобство эксплуатации и относительную простоту модернизации.
Созданный кластер новых систем интерактивного обеспечения деятельности экипажа существенно расширяет перспективы дальнейшего развития бортовой информационной среды пилотируемых космических объектов.
Литература
1. Операции и эксперименты на Международной космической станции 25 апреля 2013 года. URL: http://www.federal-space.ru/main.php?id=2&nid=20060 (дата обращения: 15.05.2013).
2. Технические эксперименты и исследования на Российском сегменте МКС. Эксперимент «ВИРУ». URL: http://www.
energia.ru/ru/iss/researches/techn/58.html (дата обращения: 15.05.2013).
3. Кравченко С.И. Бортовой модуль информационной поддержки экипажа Международной космической станции // Программные продукты и системы. 2013. № 3 (103). С. 68-72.
4. Душенко А.Г., Арестов Д.С. Многофункциональная информационная система поддержки действий экипажа // Программные продукты и системы. 2013. № 3 (103). С. 54-61.
5. Осипов В.П., Сивакова Т.В., Судаков В.А., Трахтен-герц Э.А., Загреев Б.В. Методологические основы поддержки принятия решений при планировании научно-прикладных исследований и экспериментов на Международной космической станции (МКС) // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 3 (9). С. 81-88.
6. Жук Е.И., Гуторов А.М. Применение виртуальных руководств при подготовке к проведению научных исследований на пилотируемых орбитальных комплексах. Научные чтения памяти К.Э. Циолковского. Калуга, 2009. URL: http://readings. gmik.ru/lecture/2009-primenenie-virtualnih-rukovodstv-pri-podgo-tovke-k-provedeniyu-nauchnih-issledovaniy-na-pilotiruemih-orbi-talnih-kompleksah (дата обращения: 15.05.2013).
7. Михеев А.М., Семочкина И.Ю. 3d-моделирование в интеллектуальной информационной системе поддержки научного эксперимента для систем мониторинга и контроля изделий ракетно-космической техники // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 28-32.
8. Забавникова Т.Ю. Элементы эргономики проблеме проектирования интерфейса // Вестн. Тамбовского ун-та. Сер.: Естествен. и технич. науки. 2009. № 1 (14). С. 227-228.
9. Мельникова Р.В. Проектирование пользовательского интерфейса // Восточно-Европейский журн. передовых технологий. 2010. № 8 (48). С. 18-20.
10. Быстров Д.А. Архитектуры презентационной системы образовательного насыщенного мультимедиа контента // Образовательные технологии и общество. 2007. № 4 (10). С. 329-338.
43
Программные продукты и системы /Software & Systems
№ 4 (112), 2015
DOI: 10.15827/0236-235X.112.039-044 Received 09.09.15
ACTIVE INFORMATION SUPPORT OF CREW ACTIONS Kravchenko S.I., Ph.D. (Engineering), Head of Sector, artstory@bk.ru;
Dushenko A.G., Ph.D. (Engineering), Head of Department;
Andreev D.A., Programmer Engineer, dimak134@yandex.ru (Don Branch of the Space Simulator Center,
Platovsky Av. 101, Novocherkassk, 346400, Russian Federation);
Kotov A.G., Head of Department, alexander.kotov@sfoc.ru (S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energia,
Lenina St. 4а, Korolev, Moskow Reg., 141070, Russian Federation)
Abstract. The article notes that the tasks of space ships and stations crews information support are continuously expanding due to onboard plans complexity, increasing scientific activities in an onboard schedule; increasing requirements to dispatch and clarity of the onboard documentation, importance of multimedia, additional background information and sound. The paper shows the results of experimental operation of a multifunctional information system prototype in the ISS. The experimental operation identified high-priority interactive objects and functions, which are necessary to ensure the effective work of the crew. They are: the possibility of sensor affection on the environmental model; changing the type, positions and internal parameters of the virtual objects; data input into interactive parts of the documents; marking the prescribed actions implementation; the prescribed time intervals execution; work with authorized bookmarks; questionnaire for an operator based on completed work session results; logging astronaut’s behavior in the information environment and transferring protocols to the Earth. The authors formulate the problems of onboard information systems and their ground facilities. They also pay attention to increasing the capabilities of the interaction between an operator and information environment. The paper offers key solutions, explains new means of documents preparation. There are some examples of implementing active elements into environment. The paper considers the operator’s situational behavior, work with virtual controls, logging the results and crew evaluation. It also describes the special editor of an e-document control layer. The authors offer solutions to overcome the uncertainty of choice of an operation system and personal tablets hardware platform.
Keywords: onboard documentation, interface module, multimedia, Russian segment of the ISS, interactive parts.
References
1. Operatsii i eksperimenty na Mezhdunarodnoy kosmicheskoy stantsii 25 aprelya 2013 goda [Operations and experiments at the ISS on April 25, 2013]. Available at: http://www.federalspace.ru/main.php?id=2&nid=20060 (accessed May 15, 2013).
2. Tekhnicheskie eksperimenty i issledovaniya na Rossiyskom segmente MKS. Eksperiment “VIRU” [Technical experiments and researches on the Russian segment of ISS. “VIRU” experiment]. Available at: http://www.ener-gia.ru/ru/iss/researches/techn/58.html (accessed May 15, 2013).
3. Kravchenko S.I. The onboard module for information support of the international space station crew. Pro-grammnyeprodukty i sistemy [Software & Systems], 2013, no. 3 (103), pp. 68-72 (in Russ.).
4. Dushenko A.G., Arestov D.S. Multifunctional crew activity support information system. Programmnyeprodukty i sistemy [Software & Systems], 2013, no. 3 (103), pp. 54-61 (in Russ.).
5. Osipov V.P., Sivakova T.V., Sudakov V.A., Trakhtengerts E.A., Zagreev B.V. Methodological base of decisionmaking support when planning scientific and applied research and experiments at the International Space Station (ISS). Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy [Electrical and data processing facilities and systems], 2013, no. 3 (9), pp. 81-88 (in Russ.).
6. Zhuk E.I., Gutorov A.M. Using virtual guides to prepary for scientific researches on piloted orbital segments. Nauchnye chteniya pamyati K.E. Tsiolkovskogo [Scientific readings in memory of K.E. Tsiolkovsky]. Kaluga, 2009. Available at: http://readings.gmik.ru/lecture/2009-primenenie-virtualnih-rukovodstv-pri-podgotovke-k-provedeniyu-nauchnih-issledovaniy-na-pilotiruemih-orbitalnih-kompleksah (accessed May 15, 2013).
7. Mikheev A.M., Syomochkina I.Yu. 3d-modeling in the science experiment support intelligent information system for rocket-and-space monitoring and control system. Nadezhnost i kachestvo slozhnykh system [Quality and Reliability of Complex Systems], 2013, no. 4, pp. 28-32 (in Russ.).
8. Zabavnikova T.Yu. Ergonomics elements for the interface design problem. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Tambov Univ. Reports. Series: Natural and Technical Sciences], 2009, no. 1 (14), pp. 227-228 (in Russ.).
9. Melnikova R.V. User interface design. Vostochno-Evropeysky zhurnal peredovykh technology [Eastern-Euro-pean Journal of Enterprise Technologies], 2010, no. 8 (48), pp. 18-20 (in Russ.).
10. Bystrov D.A. Architectures of a learning multimedia content presentation system. Obrazovatelnye tekhnologii i obshchestvo [Educational Technology and Society], 2007, no. 4 (10), pp. 329-338 (in Russ.).
44
