CC BY
39
УДК 004.91 + 347.78.031
РУДИКОВА Л. В.
О РАЗРАБОТКЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ, СВЯЗАННЫХ С ЛАЗЕРНОЙ ЭКСПРЕССНОЙ
ЭКСПЕРТИЗОЙ
Учреждение образования «Гродненский государственный университет
имени Янки Купалы»
Рассматриваются общие подходы к созданию универсальной Интернет-системы, предназначенной для сбора, хранения и обработки данных, связанных с лазерной экспрессной экспертизой. Система основана на клиент-серверной архитектуре, в которой пользователям доступен веб-интерфейс. С помощью предлагаемой разработки можно обрабатывать и анализировать результаты экспертизы объектов художественной ценности и сопутствующие данные.
Введение
Разработка универсальной Интернет-системы, которая позволяет поддерживать различные этапы, связанные с проведением лазерной экспрессной экспертизы, автоматизировать процессы хранения и поиска данных с целью их дальнейшей обработки и получения требуемых экспертных заключений, является достаточно трудоемкой и актуальной задачей. Предлагаемые результаты представляют собой расширения общей концепции и реализации Интернет-системы, предназначенной для поддержки различных этапов лазерной экспрессной экспертизы [1-3].
Об особенностях предметной области,
связанной с проведением экспертизы объектов различной природы
Оптический эмиссионный спектральный анализ (ОЭСА) является одним из наиболее распространенных методов анализа элементного состава материалов [4]. Главным достоинством ОЭСА является быстрота (экспресс-ность) наряду с высокой точностью и низкими пределами обнаружения, а также низкая себестоимость, простота пробоподготовки.
В научных исследованиях, связанных с экспрессной лазерной экспертизой, с одной стороны, играет обработка полученных данных снятых спектров за короткое время, их нако-
пление в базе данных и дальнейшее использование на различных этапах лазерной экспрессной экспертизы. С другой стороны, интересным представляется анализ накопленных данных: применение аналитических структурных методов может позволить найти новые знания в разрезе имеющихся опытных данных и баз отснятых спектров.
Следует отметить, что программное обеспечение, которое поддерживает те или иные работы, связанные с проведением лазерной экспрессной экспертизы, в данный момент существует, но существует необходимость в авторизованном доступе к результатам исследований, а также в комплексной и разносторонней обработке данных. В силу этого актуальным является расширение универсальной веб-системы в двух аспектах: создание хранилища с возможностью последующего анализа данных и разработка системы поддержки экспертизы объектов различной природы, в частности, объектов художественной ценности (произведения искусства, в частности, произведения живописи). Рассмотрим основные аспекты, связанные с деятельностью эксперта-исследователя.
Работа экспертов состоит в проведении комплексной экспертизы, включающей различные направления технико-технологической и предметно-ориентированной экспертизы. Экс-
перт должен предоставить результаты работы в виде заключения (отчет, расчеты и т. п.), которое должно быть достаточно полным и подробным. Заключение эксперта должно обязательно включать: наименование объекта исследования; используемые методы исследования, дату исследования; заключение об объекте исследовании; данные об эксперте.
В настоящее время при проведении исследований различных объектов, материалов и веществ большую роль стали играть технико-технологические исследования, среди которых особое место занимают спектроскопические методы анализа вещества. Наиболее распространенными являются: рентгено-флуоресцент-ный анализ (РФА), спектроскопия комбинационного рассеяния (КР), микроскопический анализ, инфракрасная (ИК) спектроскопия поглощения, исследования в ультрафиолетовых (УФ) лучах и, в последнее время, лазерный эмиссионный спектральный микроанализ. Лазерный эмиссионный спектральный микроанализ дает возможность экспрессного определения элементного состава вещества без отбора пробы, и обладает рядом преимуществ по сравнению с указанными выше. Так, лазерный эмиссионный спектральный микроанализ позволяет анализировать элементный состав, как твердых веществ, так и жидкостей, а также дает возможность локального, поверхностного и послойного определения элементов, что позволяет изучать однородность материалов и распределение элементов. Существуют и ограничения, связанные с матричными эффектами, влиянием окружающей среды, однако постоянно развивающиеся лазерные технологии позволяют свести их к минимуму.
Лазерная технологическая экспертиза является для абсолютного большинства физико-химических лабораторий, учреждений и музеев новой и пока остается недоступной для массового использования. Лазерная атомно-эмиссионная спектроскопия может применяться в качестве экспресс метода определения элементного состава художественных материалов, и во многих случаях является достаточной, чтобы выявить подделку. Следует отметить, что на современном инструментально-методическом уровне лазерный спектральный микроанализ является эффективным и перспективным методом материаловедческой экс-
пертизы, прежде всего, историко-художествен-ных ценностей.
Следует отметить, что вся работа эксперта по подготовке и составлению отчета требует длительного времени и мало автоматизирована. Кроме того, отсутствует также и программное обеспечение, позволяющее, получить необходимую информацию по объектам исследований и заключениям экспертов.
Основные возможности системы, связанные с формированием экспертных заключений
Отметим, прежде всего, что предлагаемая универсальная система предназначена для поддержки различных этапов, связанных с проведением всех этапов лазерной экспрессной экспертизы: визуализацией полученных спектров, сохранением их в базе данных, работой с различными библиотеками спектральных линий и т. д. Кроме того, возможно расширение системы за счет соответствующих модулей обработки данных, баз данных опытных исследований, эталонных образцов, модулей OLAP-средств и т. п. В целом, система может быть использована для подготовки итоговых заключений экспертов при исследованиях технологических изделий, историко-художественных ценностей, объектов окружающей среды, биоструктур, а также для проведения анализа имеющихся данных (в случае разработки хранилища данных и использования соответствующих методов OLAP и Data Mining).
Итак, предлагаемая универсальная система направлена на использование через веб-браузер, носит модульный характер и является расширяемой. Применительно к данной системе, следует отметить следующие особенности. Система также должна хранить расширенные данные об объекте исследовании, его характеристиках, а также материалах, используемых при его создании.
На рисунке 1 представлена диаграмма вариантов использования, которая отражает необходимые функции для поддержки работы с системой эксперта-исследователя: добавление и модификация данных, связанных с объектом исследования и проведением экспертиз, выбор методики исследования, подготовка различного плана отчетов, аналитических сводок и итогового документа проведенной экс-
Рисунок 1. - Диаграмма вариантов использования для эксперта-исследователя
пертизы, поиск данных, включая сложные условия поиска, а также возможность определения структуры данных, которые будут добавляться в базу данных.
При подготовке итогового документа эксперту обязательно необходимо уточнить следующие аспекты: вид и тип объекта, название, размеры, принадлежность к типу, состав, дата создания и др. С учетом того, что наиболее часто экспертизе подвергаются объекты живописи и объекты художественной ценности, катальным являются следующие аспекты научной экспертизы: решение вопроса об авторстве (установление, подтверждение или отклонение авторства); датировка произведения и определение школы живописи; определение иконографии произведения; решение вопроса об оригинальности или вторичности работы; разграничение по типу вторичности (копия, авторское или соавторское повторение, принадлежность
к мастерской, кругу, школе либо последователю мастера, имитация, подделка, стилизация); определение состояния сохранности и определение художественного уровня произведения.
О модели данных для предметной области художественных экспертиз
Для получения модели данных используется структурная методология и общие принципы концептуального проектирования. Выделяются сущности системы, определяются ограничения на данные, ограничения целостности и пользовательские ограничения.
На данном этапе уточнены основные сущности уже существующей универсальной системы, поддерживающей отдельные аспекты лазерной экспрессной экспертизы, а также доработаны отдельные фрагменты, связанные с проведением экспертных заключений и произведениями художественной ценности.
Исторический Период
id периода <pi> Integer <М>
Название Variable characters (100)
Краткое описание Variable characters (1000)
Даты Date
¡с!_периода <pi>
Автор_Художник
id автора <pi> Integer <M>
Фамилия Variable characters (100)
Имя Variable characters (100)
Отчество Variable characters (100)
Дата_рождения Date
Другие даты Date
Краткая биография Variable characters (10000)
id_aBTopa <pi>
Место_Географическое
id места <pi> Integer
Название_Город Variable characters (100)
АдминистратмвныйОкруг_1 Variable characters (200) АдминистратмвныйОкруг_2 Variable characters (200) АдминистратмвныйОкруг_3 Variable characters (200)
id_MecTa <pi>
Участки фокусировки (SpectralResearch)
ID фзкусировки <pi>
Название
Время
Файл
Integer <M>
Variable characters (100) Date & Time Binary (10000)
Ю_фокусировки <pi>
-Ri1ationship_7
A
Произведение живописи (Works of art)
Relationship_12
Страна
id страны <pi> Integer
Название Variable characters (100)
Описан_Замеч Variable characters (300)
id_CTpaHbi <pi>
id картины <pi> Lonq inteqer <M=
Название Variable characters (100)
Размеры Variable characters (10)
Материал Variable characters (40)
Техника Variable characters (100)
Дата исследования Date
Цель исследований Variable characters (200)
Заключение об исследовании Variable characters (400)
Статус Variable characters (20)
idjrapTMHbi <pi>
J
Краски
iship_2
id краски <pi> Integer <M?
Название Variable characters (100) Замеч_1 Variable characters (200)
id_KpacKH <pi>
Relationship_10
A
Фотография
ID Фото <pi> Integer «
Фото Image
Замечания Variable characters (200)
Ю_Фото <pi>
Relation ship_13
iship_8
_A_
Паспорт исследования
Заключение по методу Variable chi
Spektr
id spektr <pi> Integer <M>
Wave Length Integer
Line Description Text
Spektrs_Base Text
id spektr <pi>
Химический элемент
id элемента <pi> Inteqer <M>
Название Variable characters (100)
АтомнНомер Integer
АтомнМасса Float
Описание Variable characters (400)
Ядро Integer
Ионы Integer
id_элeмeнтa <pi>
iship_3
Спектральная линия
id spjine Long integer
Datejine Date
Name_of_the_person Variable characters (50) Wa\ellengthLine Long float Other_options Variable characters (300)
v
Relatio|iship_9
_I_
Инструментальные методы
Замечания ПоДате
ЗамечПо ДатеСозд Variable characters (300)
ID-метода Название метода Описание
•pi> <Undefined> -
<Undefined>
Variable characters (400)
v
Relatior|ship_14
I
Дата_Создания
ishlp_1
Библиотека спектральных линий
id даты <pi> Integer <M> Дата Dale
djaibi <pi>
id библиотеки <pi> Byte <M>
Название_библиотеки Variable characters (50)
Описание_библ Variable characters (400)
Комментарии_библ Variable characters (500)
Identifier 1
:pl>
Рисунок 2.
Фрагмент концептуальной модель данных, связанный с исследованием объектов художественной ценности
Следует отметить, что система предполагает поддержку проведения количественного и качественного спектрального анализа различных элементов. Для автоматизации процесса поиска и сопоставления характеристик элементов предусматривается, во-первых, наполнение библиотеки имеющимися базами линий (со всеми необходимыми характеристиками) с указанием учреждения их регистрации, а также, возможностью будущего пополнения за счет новых регистраций и исследований.
Так, прежде всего, в системе учитывается информация следующего плана: об элементе, длинах волн, источнике возбуждения, интенсивности линии в зависимости от источника возбуждения, потенциале ионизации, наличии самообращения линий, принадлежности спектру нейтрального атома или иона. Также, хранится информацию о месте регистрации кон-
кретного спектра и отдельных свойств, дате регистрации, экспериментаторах и некоторой другой информации. Все это будет способствовать оптимизации работ при проведении спектрального анализа.
Фрагмент концептуальной модели данных, выполненной средствами Power Designer, для хранения данных об объектах художественной ценности и экспертизах, представлен на рисунке 2.
Об общей архитектуре универсальной системы обработки данных, связанных с лазерной экспрессной экспертизой
Общая архитектура реализации системы представлена на рисунке 3. Система представляется в виде трех уровней, имеющих минимальные связи между собой: база данных; сер-
Рисунок 3. - Общая архитектура реализации
верное приложение и пользовательское приложение.
База данных (Database) представляет собой отдельный сервер, на котором развернута СУБД. Уровень базы данных связан с сервисным проецированием бизнес-моделей на реляционные сущности базы данных с помощью репозитория (компонент Repository). Репози-торий также ответственен за работу с данными (сохранение, обновление, удаление, выборка). Основой репозитория является технология ADO. NET Entity, которая позволяет преобразовывать LINQ-запросы и другие выражения в эквивалентные SQL-запросы, а результаты выполнения запросов к объектам бизнес-сущностей.
Сервисное приложение (Back-end) представлено WCF-сервисами. Для уменьшения зависимостей между компонентами данного уровня используется 1оС-контейнер. Уровень сервисного приложения включает в себя следующие компоненты.
- Бизнес логика (Business Logic). Реализация логики по работе со спектрами, логика экспертной системы, логика работы с бизнес-сущностями и др.
- Бизнес модели (Business Model). Определены сущности, отражающие предметную область в виде объектов системы.
- Репозиторий (Repository). Реализация логики по работе с данными, формировании запросов к базе данных, проецирование бизнес-моделей на сущности БД, преобразование запросов в эквивалентные SQL-запросы и обратное преобразование результатов выполнения запросов к объектам бизнес-сущностей с использованием технологии ADO. NET Entity Framework, выбор провайдеров, в зависимости от типа базы данных.
- Контракты (Contracts). Описание операций, реализуемых сервисом.
- Сервисы (WCF Services). Реализация контрактов, предоставление конечных точек сервиса, определение протоколов, адресов, типов шифрования передачи данных и др.
Пользовательское приложение (Front-end) зависит от сервисного приложения в виде контрактов, реализованных сервисным приложением. Пользовательское приложение также включает компонент бизнес-моделей, для отображения информации, запрошенной у сервисного приложения. Уровень пользовательского приложения включает в себя следующие компоненты: Пользовательское представление (View); Пользовательские элементы управления (User Controls); Модель представления (View Model); Контракты (Contracts); Сервисы (Service Proxy Client).
ПРОИЗВЕДЕНИЯ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ЦЕННОСТИ:
ГАЛЕРЕЯ РАБОТ, ЭКСПЕРТНЫЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ, РАБОТА С ДАННЫМИ
Домашняя страница Художники Библиотека Добавить изображение О сайте Контакты Карта сайта Поиск
Рисунок 4. - Главная страница универсальной системы обработки данных, связанных с лазерной экспрессной экспертизой
Следует отметить, что предлагаемая универсальная система (рисунок 4) реализована с использованием следующего программного обеспечения: СУБД Microsoft SQL Server 2012 Standard; ОС Microsoft Windows 7 (Windows 8); Net Framework 4.5.
Заключение
Разработанная система обработки данных, связанных с лазерной экспрессной экспертизой, предлагает пользователям удобный интерфейс для осуществления гибкого просмотра информации, настройки личного кабинета, выполнения необходимых операций по подготовке экспертных заключений и т. д. Предлагаемое программное обеспечение является актуальной разработкой и представляет собой веб-ресурс, который позволит собирать в единую базу данных достаточно широкий
спектр информации, связанный с проведением лазерной экспрессной экспертизы, а, в дальнейшем, проводить и анализ имеющихся данных с использованием методов Data Mining и OLAP.
Результаты работы получены в процессе выполнения ГПНИ «Разработка научно-методического обеспечения практического использования мобильных лазерных спектроанали-тических систем и рентгенофлуоресцентного анализатора для экспрессной материаловедче-ской экспертизы в инновационных технологиях, предотвращении чрезвычайных ситуаций, экологии, криминалистике, сохранении исто-рико-художественного наследия. Разработка и адаптация программного обеспечения для использования при проведении экспрессной материаловедческой экспертизы различных изделий и образцов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рудикова, Л. В. Универсальная комплексная система, поддерживающая организацию лазерной экспрессной экспертизы // Л. В. Рудикова / Доклады БГУИР. - Мн.: БГУИР, 2013.- № 3 (73) - С. 26-32.
2. Рудикова, Л. В. Разработка программного визуализатора спектров для поддержки лазерной экспрессной экспертизы // Л. В. Рудикова / Доклады БГУИР. - Мн.: БГУИР, 2014.- № 1 (79) - С. 46-52.
3. Рудикова, Л. В. О разработке системы для поддержки лазерной экспрессной экспертизы. Монография / Л. В. Рудикова. - LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. - 134 с.
4. Burakov, V. S. Quantitative analysis of alloys and glasses by a calibration-free method using laser-induced breakdown spectroscopy // V. S. Burakov, S. N. Raikov / Spectrochimica Acta. Part B. - 2007. - V. 62. - P. 217-223.
Поступила 10.03. 15
Rudikova L.
UNIFIED DATA PROCESSING SYSTEM DEVELOPMENT FOR AN EXPRESS LASER EXAMINATION
The article describes general approach to the creation of an universal Internet-system, which is designed for the collection, storage and processing of data, which related with an express laser examination. The system is based on clientserver architecture. The user interface is implemented as a web-page. The system allows storing and processing results of examination of works of art and related data.
