CC BY
75
Оригинальная статья / Original article УДК 004.41
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-58-64
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И ФОРМИРОВАНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
1 9
© Д.А. Медведев1, Л.А. Геращенко2
Братский государственный университет,
Российская Федерация, 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Была поставлена задача разработать автоматизированную систему обработки и формирования метеорологической информации, что позволит увеличить точность регулярных метеорологических наблюдений без использования автоматических метеорологических комплексов. МЕТОДЫ. При создании информационной системы применялись методы функционального проектирования и объектно-ориентированного программирования. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработаны архитектура и прототип системы, произведен разбор ее внутренних функциональных процессов. Полученные после испытания системы результаты сравнены со статистическими данными ручной обработки метеорологической информации. ВЫВОДЫ. Метеорологические станции, на которых не имеется возможности введения автоматических метеорологических комплексов, нуждаются в информационной поддержке в виде автоматизированной системы, и в качестве этой поддержки может выступать система, разработанная авторами. С ее помощью точность и достоверность получаемой метеорологической информации значительно возрастет.
Ключевые слова: метеорология, автоматизированная система, приземные метеорологические наблюдения, программирование, проектирование информационных систем.
Формат цитирования: Медведев Д.А., Геращенко Л.А. Разработка автоматизированной системы обработки и формирования метеорологической информации // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 8. С. 58-64. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-58-64
DEVELOPMENT OF AN AUTOMATED SYSTEM FOR METEOROLOGICAL INFORMATION PROCESSING
AND FORMATION
D.A. Medvedev, L.A. Gerashchenko
Bratsk State University,
40, Makarenko St., Bratsk, 665709, Russian Federation.
ABSTRACT. PURPOSE. The task is to develop an automated system for processing and formation of meteorological information in order to improve the accuracy of regular meteorological observations without the use of automatic meteorological complexes. METHODS. The methods of functional design and object-oriented programming have been used in the creation of the information system. RESULTS. The architecture and prototype of the system have been developed, its internal functional processes have been analyzed. The received results of system tests have been compared to the statistical data of meteorological information manual processing. CONCLUSIONS. Meteorological stations where automatic meteorological complexes are not available require information support in the form of an automated system. This support can be provided by the system developed by the authors. It will considerably increase the accuracy and reliability of the obtained meteorological information.
Keywords: meteorology, automated system, surface meteorological observations, programming, design of information systems
For citation: Medvedev D.A., Gerashchenko L.A. Development of an automated system for meteorological information processing and formation. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 8, pp. 58-64. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-8-58-64
1
Медведев Дмитрий Андреевич, студент, e-mail: [email protected] Dmitriy A. Medvedev, student, e-mail: [email protected]
2Геращенко Людмила Андреевна, кандидат педагогических наук, доцент кафедры менеджмента и информационных технологий, e-mail: [email protected]
Lyudmila A. Gerashchenko, Candidate of Pedagogical sciences, Associate Professor of the Department of Management and Information Technologies, e-mail: [email protected]
Введение
Приземные метеорологические наблюдения представляют собой процесс определения характеристик состояния и развития физических процессов в атмосфере при взаимодействии ее с подстилающей поверхностью.
Подстилающая поверхность - компоненты земной поверхности, осуществляющие тепло- и влагообмен с атмосферой и оказывающие влияние на ее состояние. Различные типы подстилающей поверхности по-разному поглощают солнечную радиацию и отдают тепло атмосфере, испаряют влагу и воздействуют на силу ветра [1].
Наравне с другими видами метеорологических наблюдений, такими как аэрологические, гидрологические, ионосферные, гелиофизические и другие, приземные метеорологические наблюдения играют важную роль в формировании важнейшей метеорологической информации, которая служит основой в синоптическом прогнозировании, т.е. составлении краткосрочных прогнозов погоды.
Для оперативной передачи обработанной информации используется код
КН-01 БУМОР, который является национальным вариантом международного кода ПМ 12-1Х БУМОР [2]. Он позволяет проводить кодировку конечных данных в скомпонованный цифровой код, что дает возможность увеличить скорость передачи информации в центры сбора данных. Использование данного кода вместе с системами обработки и формирования метеорологической информации значительно повышает точность и своевременность результирующих показателей комплекса приземных метеорологических наблюдений.
Автоматизация процесса обработки метеорологической информации является актуальной проблемой, так как качество и точность полученной конечной информации влияет на многие сферы жизнедеятельности человека, начиная с сельскохозяйственной и заканчивая построением маршрутов воздушных судов.
Была поставлена задача разработать автоматизированную систему обработки и формирования метеорологической информации, что позволит повысить точность и достоверность полученной конечной информации.
Проблемы автоматизации в метеорологии
Большинство крупных региональных, областных и районных центров оборудованы автоматическими метеорологическими комплексами (АМК), которые представляют собой сложную систему аппаратных и программных средств, производящих сбор, обработку и отправку метеорологических сводок в информационные центры. Данные комплексы минимизируют вероятность появления ошибок за счет переноса процессов сбора и обработки информации с ручного труда на техническую систему. Таким образом, опорные метеостанции страны автоматизированы и поставляют максимально точную информацию для прогнозирования.
Однако, помимо крупных метеорологических центров, имеются труднодоступ-
ные станции (ТДС) и метеорологические посты, которые суммарно вносят значительный вклад в общую информационную картину. Здесь до сих пор осуществляется ручной сбор и обработка данных каждые три часа, их передача посредством телеграмм или СМС-сообщений, что обусловлено зачастую отсутствием электроснабжения, дефицитом профессиональных кадров для нормального функционирования комплекса и др.
Наиболее оптимальный вариант решения заданной проблемы, по мнению авторов, - внедрение автоматизированной системы обработки и формирования метеорологической информации (АСОФИ-М). Для этого необходимо наличие ЭВМ на рабочем месте метеоролога, системы обра-
ботки и формирования информации и минимально возможных средств информационной коммуникации, которые в настоящее время имеются практически в любой точке страны (сотовая или спутниковая связь). Реализации поставленной задачи препятствует отсутствие единой АСОФИ-М для всех видов метеорологических станций, работающих без АМК.
Концепция проектируемой системы. Согласно ГОСТ Р ИСО/МЭК 152882005 «Информационная технология. Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем», одним из первостепенных по важности процессов разработки информационной системы является процесс проектирования архитектуры. Он выделяет и устанавливает области решения, представленные в виде набора различных проблем управленческого, концептуального и, наконец, реализационного характера. В рамках процесса определяются и исследуются одна или несколько стратегий реализации системы со степенью детализации, соответствующей техническим и коммерческим требованиям и рискам [3].
Существенным вопросом концептуального и реализационного характера является то, что у большинства станций имеются индивидуальные особенности, которые требуют аналогичного подхода при процессе внедрения информационной системы. Например, возникает проблема разнотипности проводимых метеорологических наблюдений: на одной станции осуществляются только приземные и гидрологические, а на другой - еще озонометриче-ские и гелиофизические наблюдения.
Все это не исключает возможности проектирования системы как единого, интегрированного программного продукта, но значительно усложняет процесс внедрения на конечном объекте функционирования. Такая система будет иметь функции, которые не требуются на большинстве объектов; тем самым увеличивается необходимое количество технических и информационных ресурсов, что, несомненно, приведет к увеличению затрат, а также может сказаться на ее конечной производительности.
Самым оптимальным вариантом выбора типа архитектуры проектируемой системы является модульный тип. Проектируется единое ядро, включающее в себя набор основных функций системы, и полный спектр модулей, выполняющих определенный набор регламентированных операций по расчету метеорологических показателей, их кодировке и передаче. Взаимодействие ядра системы и модулей должно осуществляться посредством специального интерфейса.
Одной из важнейших функций проектируемой системы является возможность гибкой настройки системы расчетов первичной информации, маршрутов информационных потоков, а также настройка выходной информации по определенному макету документа.
На рис. 1 представлена концептуальная схема взаимодействия объектов системы и программных модулей, выполненная в нотации иМЬ.
Разработка информационной системы. Основным фактором, обеспечивающим разработку качественного программного продукта, является понимание логики процессов обработки и выдачи информации. Для отражения логики процессов строятся объектные модели с использованием САБЕ-средств, что помогает придерживаться выбранного функционала будущей системы на этапе программирования и изменять его при необходимости. Следует особо подчеркнуть, что большинство САБЕ-средств, первоначально задуманных как инструмент разработчика, могут использоваться не только при анализе и проектировании. Они весьма эффективны на других этапах жизненного цикла: при тестировании, сопровождении и развитии программных систем [4].
Так как для разработки полноценно функционирующей системы обработки и формирования метеорологической информации, а именно для различных подключаемых программных модулей, требуются знания в определенной предметной области в зависимости от модуля, команда разработчиков и качественный проект-менедж-
Рис. 1. Концептуальная схема взаимодействия объектов системы и программных модулей Fig. 1. Conceptual interaction diagram of system objects and program modules
мент, то в данном исследовании авторами была поставлена цель: разработка прототипа системы, а именно ядра и модуля приземных метеорологических наблюдений.
Для этого использована методология функционального моделирования -ЮБРО. Данная методология позволила достаточно полно отобразить структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, преобразуемые этими функциями.
На рис. 2 представлена концептуальная модель системы по типу модели «черный ящик», отображающая саму систему как сложную, внутренние составляющие которой неизвестны, а также показывает, какие внешние факторы на нее влияют.
После декомпозиции концептуальной модели была сформирована функциональная модель работы системы первого уровня (рис. 3).
Данная функциональная модель бу-
дет иметь место при реализации любого программного модуля вне зависимости от предметной области, но при этом будут изменяться внутренние составляющие процессов 2 и 3, так как методика проведения расчетов и кодировка также модифицируются.
Следующим этапом после проектирования архитектуры является программирование системы. В качестве конечной платформы функционирования системы авторы выбрали операционную систему семейства Windows версий 7 и выше. Разработка производилась в среде Microsoft Visual Studio 2015, на языке программирования C#. Данный язык был выбран нами для разработки, поскольку поддерживает как статическую, так и динамическую типизацию, позволяет организовывать локальные переменные и перегрузки функций; также он имеет стандартизацию ISO ECMA [5].
На рис. 4 представлен интерфейс созданной системы.
Рис. 2. Концептуальная модель. Черный ящик Fig. 2. Conceptual model. Black box
Рис. 3. Функциональная модель первого уровня Fig. 3. Functional model of the first level
Рис. 4. Интерфейс разработанной автоматизированной системы Fig. 4. Interface of the developed automated system
Выводы
Так как данное исследование было направлено на оптимизацию деятельности на метеорологических станциях (где ведется ручная обработка информации) путем создания автоматизированной информационной системы, то для оценки результатов исследования достаточно объективным по-
казателем является количество ошибок в расчетах и кодировке.
Собрав статистические данные за месяц по определенной метеорологической станции и осуществив прогон данных за этот же месяц, получили следующие результаты (рис. 5).
100% 98% 96% 94% 92% 9G% SS% S6% S4% S2%
Ручная обработка / Manual processing Автоматизированная обработка /
Automatic processing
Рис. 5. Диаграмма относительного числа ошибок в расчетах и кодировке в зависимости от вида обработки информации Fig. 5. Diagram of the relative number of errors in calculations and coding, depending on the type of information processing
Из диаграммы следует: процент ошибок в ходе автоматизированной обработки информации значительно меньше, чем при ручной. Можно сделать вывод, что
система успешно справляется с поставленной задачей, но все же требуется время на апробацию для получения более обширных статистических данных.
Библиографический список
1. Код для оперативной передачи данных приземных метеорологических наблюдений в сети станций Росгидромета (КН-01 SYNOP). М.: Росгидромет, 2013. 80 с.
2. Наставления гидрометеорологическим станциям и постам. Л.: Гидрометиздат, 1985. Вып. 3. Ч. 1. 301 с.
3. Объектно-ориентированные CASE-средства [Электронный ресурс]. URL:
https://www.osp.ru/news/articles/1996/0930/13031509 (13.06.2017).
4. Пугачев С.В., Шериев А.М., Кичинский К.А. Разработка приложений для Windows 8 на языке C#. СПб.: БХВ-Петербург, 2013. 416 с.
5. Хейлсберг А., Торгерсен М., Вилтамут С., Голд П. Язык программирования C#. Классика Computers Science. 4-е изд. СПб.: Питер, 2012. 784 с.
References
1. Kod dlya operativnoj peredachi dannix prizemnix meteorologicheskix nablyudenij v seti stancij ROSGI-DROMET (КН-01 SYNOP) [Code for operational exchange of surface meteorological observation data in station network of Roshydromet (KN-01 SYNOP)]. Moscow, ROSGIDROMET Publ., 2013, 80 p. (In Russian)
2. Nastavlenie gidrometeorologicheskim stanciaym i postam. Vipusk 3. Chast' 1 [Manuals to hydrometeoro-logical stations and posts]. Leningrad, Gidrometizdat Publ., 1985, issue 3, part 1, 301 p. (In Russian)
3. Ob'ektno-orientirovannie CASE-sredstva [Object-oriented CASE means]. Available at: https://www.osp.
Критерий авторства
Медведев Д.А., Геращенко Л.А. являются авторами статьи и несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 10.07.2017
ru/news/articles/1996/0930/13031509 (accessed 13 June 2017). (in Russian)
4. Pugachev S.V.,Sheriev A.M., Kichinskij K.A. Raz-rabotka prilogenij dlya Windows 8 na yazike C# [Development of application programs for Windows 8 in the C# language]. St.-Petersburg, BHV-Peterburg Publ, 2013, 416 p. (in Russian)
5. Hejlsberg A., Torgersen M., Wiltamuth S., Golde P. Yazyk programmirovaniya C#. [The C# programming language]. Klassika Computers Science St.-Petersburg, Piter Publ., 2012, 784 p. (in Russian)
Authorship criteria
Medvedev D.A., Gerashchenko L.A. are the authors of the article and bear the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 10 July 2017
