Научная статья на тему 'XML-хранилище для оценки электрофизических характеристик нагружаемых образцов горных пород'

XML-хранилище для оценки электрофизических характеристик нагружаемых образцов горных пород Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
163
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Волков Михаил Анатольевич, Соловьев Дмитрий Валерьевич, Белина Любовь Александровна, Пимонов Александр Григорьевич

Описаны XML-хранилище, функциональные возможности и интерфейс веб-приложения для оценки электрофизических свойств модельных образцов и образцов горных пород. Представлена формализованная структура описания образца на расширяемом языке разметки (XML). Обоснованы используемые программные средства создания веб-приложения. Приведены графические иллюстрации результатов обработки экспериментальных данных. Илл. 5. Библиогр. 5 назв.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «XML-хранилище для оценки электрофизических характеристик нагружаемых образцов горных пород»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 004.42:622.235

М.А. Волков, Д.В. Соловьев, Л.А. Белина, А.Г. Пимонов

ХМЬ-ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЖАЕМЫХ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

В настоящее время уделяется большое внимание разработке и совершенствованию бесконтактных методов контроля и прогноза динамических форм проявления горного давления. Одним из таких методов является метод регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ). Физической основой метода является генерация электромагнитного импульса, обусловленного возникновением зарядов на образующейся поверхности трещины и механизмами его дальнейшей релаксации. Образование, рост и распространение трещин в деформируемых материалах с различными скоростями нагружения представляют интерес для описания процессов хрупкого разрушения горных пород в условиях их залегания. Для изучения механизмов разрушения очень важным является исследование всех явлений, сопутствующих трещи-нообразованию. Одним из таких явлений и является импульсное электромагнитное излучение [1].

Результаты исследований кинетики электромагнитных импульсов и их параметров на разных стадиях деформирования позволили перейти от качественного описания к определению механических и электрофизических характеристик разрушаемого материала, а также к решению задач по созданию работоспособного алгоритма прогноза разрушения.

В исследования разрушения твердых тел методом регистрации импульсного электромагнитного излучения весомый вклад внесли ученые КузГТУ. На основании экспериментальных данных по разрушению горных пород, полученных в научно-исследовательской лаборатории кафедры РМПИ КузГТУ было спроектировано и разработано ХМЬ-хранилище для оценки электрофизических свойств горных пород [2]. ХМЬ-хранилище -это новейший способ хранения данных и метаданных (данных о данных), а также иллюстраций, бинарных данных, электронных таблиц и документов в одном месте. Инструменты исследований усовершенствуются, что приводит к изменению данных, а ХМЬ-хранилища легко адаптируются к подобным изменениям. Существующие системы анализа, обработки и управления технологическими процессами, реализованные на любых языках программирования, могут обращаться к данным ХМЬ-хранилищ.

Сегодня большинство разработчиков программного обеспечения в качестве формата представления данных выбирают XML (extensible Markup Language - расширяемый язык разметки). Используя XML, можно добиться структурной независимости данных и упрощения процесса выбора необходимых поднаборов с целью их дальнейшего анализа. Язык XML содержит единственное фундаментальное понятие: теги - ключевые слова, обрамленные угловыми скобками [3].

В экспериментальных данных исследований ЭМИ были выделены сущности, положенные в основу XML-хранилища:

- образец;

- эксперимент;

- деформация;

- импульс.

Наглядное структурное представление этих данных на расширяемом языке разметки будет выглядеть следующим образом:

<образец с набором характеристик <эксперимент с набором характеристик> <деформация с набором характеристик> <импульс с набором характеристик /> </деформация>

</эксперимент>

</образец>

Корневой (главной) сущностью из ранее приведенных является образец. Для репрезентативности получаемых статистических данных экспериментально исследуются не менее трех одинаковых экземпляров образцов горной породы. Поэтому дочерней (подчиненной) сущностью к образцу будет эксперимент. Количество записей об экспериментах в образце соответствует количеству экспериментов над однотипными образцами.

В рамках экспериментов образцы нагружают и в них возникают деформации, сопровождаемые электромагнитным излучением. Следовательно, данные эксперимента будут состоять из описания нагрузок и соответствующих деформаций. Основными параметрами электромагнитного излучения, зависящими от величины приложенной нагрузки, являются амплитуда импульса и интенсивность, оцениваемая количеством импульсов в единицу времени. Набором этих характеристик описывается сущность импульс.

По стандартам ХМЬ описание данных оформляется на английском языке, сами же данных могут быть представлены на любом языке. Правила описания задаются с помощью специальные схем, состоящих из правил оформления структуры и содержания данных.

Формализованное структурное представление образца будет выглядеть следующим образом: <?хт1 уегаоп="1.0" encoding="Windows-1251" ?> <mode1 id="идентификатор образца в системе"> <Ш:1е>Наименование образца</Ш:1е> <desc>Описание образца</desc>

<created>Дата изготовления</created> <height>Высота образца</height>

<diameter> Диаметр образца</diameter>

<experiment id="идентификатор эксперимента в системе" group="группа эксперимента"> <tit1e>Наименование эксперимента</tit1e> <date>Дата проведения эксперимента</date> <у>Предел измерения напряжения</у> <>Предел измерения времени</t> <picture1>Иллюстрация образца до эксперимента</рюШге 1 > <picture2>Иллюстрация образца после эксперимента</рюШге2> <picture3>Иллюстрация образца: вид сбоку </picture3>

<deformation id="идентификатор деформации в системе">

<p>Нагрузка в делениях</p>

<1> Деформация в делениях</1> <picture1>Иллюстрация деформации (1-ая серия импульсов^ф^ш^ > <picture2>Иллюстрация деформации (2-ая серия импульсов)</picture2> <picture3>Иллюстрация деформации (3-я серия импульсов^^^^^ >

<impu1se id="идентификатор импульса в системе">

<Ш>Время нарастания импульса в делениях </Ш>

<tr>Время релаксации импульса в делениях

</tr>

<a> Амплитуда импульса в делениях</а> </impulse>

</deformation>

</experiment>

</model>

XML-хранилище создается на основе системы управления XML-базами данных. Разработанные коммерческие и открытые XML-базы данных весьма различаются как по своим функциональным возможностям, так и в отношении архитектурной организации. Было предпринято несколько попыток классификации систем. Наиболее известной и используемой, но при этом не вполне обоснованной и убедительной, является классификация Рональда Буре [4]. В этой классификации насчитывается 37 XML-баз данных, среди которых 11 открытых и бесплатных систем. В результате анализа существующих открытых систем управления XML-базами данных была выбрана наиболее мощная и функциональная Sedna XML DBMS, разрабатываемая исследовательской группой MODIS ИСП РАН. При проектировании и разработке СУБД Sedna разработчики преследовали две основные цели.

Во-первых, система должны быть полнофункциональной. Это означает, что в ней обязаны присутствовать все традиционные механизмы систем баз данных:

- управление внешней памятью;

- средства запросов и обновления данных;

- управление параллельно выполняемыми транзакциями;

- оптимизация запросов и т.д.

Во-вторых, система должна поддерживать среду выполнения приложений, интенсивно обрабатывающих XML-данные. Для этого требуется тесная интеграция функциональных возможностей средства управления XML-данными и языка программирования [5].

Оформление данных в формате XML и создание XML-хранилищ было бы бесполезно без инструментов создания, проверки и обработки XML-данных, таких как XSLT (Extensible Stylesheet Language Transformation - расширяемый язык сти-

Рис. 1. Общий вид веб-приложения Scirock

n=10, d=0,S-170

) ы: :ннив IVV ідні Ьні-. ? о: іраьщі J і: 11! 3ti і :■,е| :жинивм і it*' :илі

и: "йтоЕ." 9ния и і о і not

Dl с эта lip а: 4.1 (мм) 1 Сі

Диэуогээбразда „

(мм)

I_____Коігіинііи-. гіїрстяц

Экспаримэнгы

| Д-іІіаимь jkl’i еру vi11 I Hefj.TM jjjih ПёчиТи

Дата проведення Наименование Кол-ро Кол-во л ееэорц. импульсов Групгн Образец после Г рзфи

і Оксгбриклэнг ґ-J'. і:- нчныл ин^чі- ін:■ 23 1Ь 1 ІЕЙ fit

1 Эксперимент N2 23 46 2 Л "Л

fr 1 ЗіСПСрИМС ~N.* 13 2: 3 KL ■Vt

.OfiCh-Ti зисгериче-г Ое|]~М ДЛЧ If'ISTU

Рис. 2. Интерфейс модуля описания образца и серий экспериментов над ним

инструментов и практически любого из существующих языков программирования можно создать графическую оболочку для данных ХМЬ-

лей преобразования XML-данных) и XSD (XML Schema - правила оформления структуры и описания данных). С использованием этих

Деформации

F (двл0 PJPrnax (дел.) F (10 "3HJ Q (МПа] L (дел.) Е

0 32 0.0МІ 0 5120 4.5294 11,06 0 0024

D.-ЧЭ Ci.0S.33 0 7840 S.S.356 0.12 0 0048

0.52 0.С1Є74 0 0920 3.7757 0.16 0 0034

0 74 0.0304 1 1840 10.4742 0.10 0 0076

0 76 0.0326 121Є0 10.7573 о.зе 00144

1 5 0 1Є30 2 4000 21 2314 05 0 0700

3 48 0 3/S3 b ЬЄЬ;0 49 2639 1 US 0 (Л 24

4.-SB 0.4 048 7 13Ё0 63.123' 1 24 0 04 36

5 72 0.6217 9 1520 30.9625 '.5 0 0600

7.15 0.7772 11.4400 101 2031 1.75 0 0700

7.Э5 Q.8M1 12.7200 112 5205 '.9 0 0700

7.7 0.5370 12.3200 1 os дазо 1.04 0 0776

3 24 0.6057 13.1340 1166313 1 OS О 0706

32 ' огоо 14 7700 130.2194 7 П5 О 0320

8.9 0.9Ё7-4 14.2400 125 9731 2.14 О 0856

Ё.0 0.9374 14.2400 125 9731 2.17 0 0838

о.- 0.930' 14.5300 128 £040 2.10 0 0876

9Ь ' .ОСОО '■4.7200 '30 2'04 2.23 О 08Э2

Мимп

ТобЩІ А1 Изображение

6.1 3 п

4,1 25 U

4,- 25 п

1.5 25 га

8.1 25 в

7 3 2 п

3 31 3 п

■01 3 L ]

4,1 25 В

4<1 1.4 в

3.1 1 в

2.6 1 5 в

4 05 в

3 ' 1 в

1 51 2 в

2.6 1 5 в

0.6 1 5 в

О 0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 3. Форма для вывода на печать описания эксперимента

Нэ-р/эка (деп) С 31

д; aopiv'i j.ir (дсп | >: л

LiMtpaißi !/■; дjocpnaj/и i l-afi ”1

■НИН -<v

і-ЬмЄни Ib i,t* иi.i¡.iЧ:dиЧ--

Импульсы

I jTjrfíFl-TK І-ІТуїЬП 1

Время нарастания Бргмя релг.ксации Амплитуда и * пульса

ffl С. Г,

Ф С .5 і 3.5

1 ü.tífcKib кіґГїЛьС

Рис 4. Интерфейс модуля описания электромагнитных импульсов

хранилища. Одним из перспективных на сегодняшний день является интерпретируемый язык программирования Python, разрабатываемый в течение 10 лет и прекрасно зарекомендовавший себя в иностранных и российских академических разработках.

Графическая оболочка изменения и анализа данных XML-хранилища реализована в виде вебприложения, доступного в сети Интернет/Интранет. Веб-приложение состоит из двух частей: серверной и клиентской.

Серверная часть построена на базе веб-сервера Apache HTTPD, наиболее часто используемого для построения веб-приложений.

В качестве клиентской части выступает приложение Microsoft Internet Explorer (интернет-обозреватель, доступный во всех версия операционной системы Windows).

Общий вид веб-приложения представлен на рис. 1. С помощью кнопки «Добавить образец» происходит добавление информации о новом образце, указывается его описание, вводятся данные о сериях экспериментов над образцом. Поскольку образцов очень много, в интерфейсном модуле реализован поиск по идентификатору образца для выбора интересующей группы.

Интерфейс модуля описания образца и серий экспериментов над ним представлен на рис. 2. С помощью кнопки «Изменить образец» происходит измене-

ние характеристик образца или уточняется его описание. С помощью кнопки «Добавить эксперимент» добавляется новая серия экспериментов, вводятся данные о нагрузках и соответствующих деформациях образца. Для вывода этой информации на принтер необходимо воспользоваться кнопкой «Версия для печати».

Форма вывода на печать описания эксперимента, состоящего из нагрузок и соответствующих деформаций образца, представлена на рис. 3.

п-10, d=0,5-1,0

Описание gara

изготовления Высота обр&зцэ 10 Диаметр образца 41

Модель нь и образец с 10% содержанием песка. 07.07.2006

Р/Рсштм, Е {blue ■ I, red - 2. green - 3)

- ЯХ " ■ ■ ' Bl # ■ ■

■ В ■ .л 1 ■

■ • ■ в

В і

". ■■ Г* J в

Рис. 5а. Зависимости экспериментальных данных

tn, P/Pmax (Ына -1, red - 2, green - 3)

; —

;

!

■ шяшм т ІВ-.-в-Ш ■ ■ ■ шти т я я. .ш. ■ ■ ш и .Я Ш ■ 1

Ci. D 03 04 06 OE 10

Р/КШІЇ

Рис. 5б. Зависимости экспериментальных данных

При нажатии на изображение электромагнитного импульса в любой строке будет отображен интерфейс модуля описания импульсов, представленный на рис. 4.

После нажатия на кнопку «Изменить деформацию»

можно изменить деформационные характеристики и добавить изображения серий импульсов. Возможно добавление трех серий импульсов. С помощью кнопки «Добавить импульс» происходит добавление электромагнитного импульса на основании изображений, полученных с осциллографа.

По данным любого или всех экспериментов над образцом строятся графики зависимостей характеристик электромагнитного излучения.

Графики зависимостей относительной нагрузки от деформации, времени нарастания импульса от относительной нагрузки представлены на рис. 5.

Созданное ХМЬ-хранилище является универсальным способом хранения данных, легко адаптируемым к изменениям методов исследования. На данный момент в ХМЬ-хранилище заносятся экспериментальные данные по разрушению мо-

дельных образцов и образцов горных пород, полученные в научно-исследовательской лаборатории кафедры РМПИ КузГТУ. Рассчитанные оценки электрофизических характеристик образцов и построенные графики качественно и количественно совпадают с ранее полученными в лаборатории с использованием других программных средств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Егоров П.В., Колпакова Л.А., Мальшин А.А., Колмагоров В.М., Коноваленко В.А. Исследование разрушения твердых тел методом регистрации импульсного электромагнитного излучения. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.- С. 15-19.

2. Волков М.А. Программный комплекс оценки электрофизических свойств горных пород// Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс-2006. Материалы XI Международная научнопрактическая конференции, 23-24 нояб. 2006 г.- Кемерово, 2006.- С.318-320.

3. Волков М.А. Архитектура открытой системы исследований на основе XML-хранилища// Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды V Всероссийской научно-практической конференции.- Новокузнецк: СибГИУ, 2005.- С. 390-391.

4. RonaldBourret. XML и базы данных// Школы консорциума W3C [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://xml.nsu.ru, свободный.

5. Гринев М., Кузнецов С., Фомичев А. Особенности СУБД Sedna. XML-СУБД Sedna: технические особенности и варианты использования// Журнал “Открытые системы”.- 2004. - №8 [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.osp.ru/os/2004/08/, свободный.

□ Авторы статьи:

Волков Михаил Анатольевич

- аспирант каф. вычислительной техники и информационных технологий

Соловьев Дмитрий Валерьевич

- аспирант каф. разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

Белина

Любовь Александровна

- канд. техн. наук, доц. каф. разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

Пимонов Александр Григорьевич

- докт. техн. наук, проф., зав. каф. вычислительной техники и информационных технологий

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.