РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

ТИХООКЕАНСКИЙ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ИМ. В.И. ИЛЬИЧЕВА

ЕДИНАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ИНФОРМАЦИИ ОБ ОБСТАНОВКЕ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ

(ЕСИМО)

Дата 4 сентября 2007 г.

ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ

ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНОЙ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА И МОРЯМ ВОСТОЧНОЙ АЗИИ

Общее описание технологии, версия 1.0.0 от 16.08.2007

Владивосток 2007

Содержание

1 Введение

1.1 Цель

Целью документа является описание информационных технологий подготовки и распространения информационно-справочной и аналитической информации по северной части Тихого океана и морям восточной Азии на основе принятых стандартов Единой системы информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО).

Документ содержит общие сведения о построении технологий, их компонентах, методах и средствах функционирования и предназначен для разработчиков и пользователей технологий ЕСИМО.

Разработка документа выполнена Ростовым В.И. н.с. лаб. 8/1 ТОИ ДВО РАН в соответствии с действующими положениями и руководящим нормативным документом [1].

1.2 Обзор документа

Настоящий документ состоит из следующих разделов:

Раздел 1 «Введение»

Раздел 2 «Назначение» – описывается вид деятельности, для автоматизации которой предназначена технология; дается перечень объектов автоматизации, задействованных в технологии, и приводится перечень функций, реализуемых технологией.

Раздел 3 «Описание технологии» включает описание общей схемы функционирования технологии, дается общая структура технологии и назначение отдельных компонент; приводятся сведения о технологии в целом и ее компонентах в части методического (математического), программного, информационного и организационного обеспечения технологии.

Раздел 4 «Описание компонент» содержит общее описание каждой компоненты (назначение, структура, функции)

Раздел 5 «Описание применения» включает общее описание технологического процесса обработки данных; порядок и регламент выполнения основных работ технологии, а также программно-технические характеристики (состав и характеристики операционных систем, СУБД, ГИС и другого общего программного обеспечения, минимально необходимый набор вычислительных средств и иного оборудования для бесперебойной работы технологии, условия организационного характера и др.)

Раздел 6 «Документация технологии» содержит перечень и краткую характеристику разработанной и предъявляемой к испытаниям документации.

Раздел 7 «Руководство пользователя»

1.3 Основные определения

1.3.1 Информационные технологии подготовки и распространения информационно-справочной и аналитической информации по северной части Тихого океана и морям восточной Азии - совокупность процедур, методов, производственных и программно-технологических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающих основные функции технологии с привлечением ручных операций, а также методов и средств вычислительной техники и систем связи.

1.3.2 Программно-технический комплекс – это совокупность средств вычислительной техники, программного обеспечения и средств создания и заполнения информационной базы.

1.3.3 Информационная база данных технологии - это совокупность упорядоченной информации, используемой при функционировании информационной технологии.

1.3.4 Массив информации (данных) - это систематизированная совокупность однородных по структуре данных, логическая единица информационной базы данных. Массив информации может быть представлен в виде базы данных СУБД или наборов данных в виде системы файлов данных.

1.3.5 Рабочая документация на информационную технологию - комплекс взаимоувязанных документов, в котором полностью описаны все решения по созданию и функционированию технологии.

1.3.6 Эксплуатационная документация на информационную технологию - часть рабочей документации, предназначенная для использования при реализации технологии, определяющая правила действия при ее функционировании, проверке и обеспечении ее работоспособности.

1.4 Порядок ведения и использования

Разработка и сопровождение технологий осуществляется в лаборатории 1/5 информатики и мониторинга океана ТОИ ДВО РАН. В рамках сопровождения технологии проводится консультационное обслуживание. Использование технологии не должно противоречить положениям Закона РФ об интеллектуальной собственности [2].

Для технологии устанавливается следующая схема назначения версий:

1. Первая цифра изменяется в случае кардинальных изменений.

2. Вторая цифра изменяется в случае существенных изменений.

3. Третья - в случае уточнений, исправления ошибок, незначительных поправок.

Текущая версия - 1.0.0.

1.5 Нормативные ссылки

ГОСТ 19.001-77 ЕСПД. Общие положения.

ГОСТ 19.101-77 ЕСПД. Виды программ и программных документов (переиздан в ноябре 1987 г с изменениями).

ГОСТ 19.103-77 ЕСПД. Обозначение программ и программных документов.

ГОСТ 19.105-78 ЕСПД. Общие требования к программным документам.

ГОСТ 19.401-78 ЕСПД. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению.

ГОСТ 19.402-78 ЕСПД. Описание программы.

ГОСТ 19.504-79 ЕСПД. Руководство программиста.

ГОСТ 19.781-90. Обеспечение систем обработки информации программное.

ГОСТ 34.201-89 Виды, комплектность и обозначение документов при создании автоматизированных систем.

РД 50-34_698-90 Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы.

Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию банков данных в автоматизированных системах различного назначения (ОРММ).

Системный проект Единой системы информации об обстановке в Мировом океане. Утвержден заказчиком подпрограммы ЕСИМО Росгидрометом (январь, 2001 года).

2 Назначение

Технологии предназначены для разработки автономных приложений баз данных (БД) - интерактивных информационных систем статического и динамического типов для доступа, визуализации океанографических данных и распространения продукции на CD-ROM и через Интернет. Информационной основой таких систем являются полидисциплинарные БД, результаты многолетних исследований и другие информационные ресурсы.

2.1 Вид деятельности технологии

Технологии поддерживают весь цикл проектирования, разработки и реализации автономных приложений различного типа на основе предварительно обработанных материалов БД и доступных информационных ресурсов. Они позволяют более эффективно использовать информацию, содержащуюся в базах данных, создавать новые информационные продукты и доводить данные наблюдений и результаты фундаментальных исследований до практического использования.

2.2 Перечень объектов автоматизации

К объектам автоматизации технологии в первую очередь относятся данные по морской природной среде, а также используемые программные средства, как коммерческого происхождения, так и специально разработанные для нужд технологии.

2.3 Перечень функций, реализуемых технологиями

Технологии обеспечивают создание информационных систем (ИС) двух уровней [3]:

- обобщенно-справочного, статического типа;

- информационно-аналитического, динамического типа, ориентированных на использовании в среде Интернет.

Основными функциями технологий являются:

- организация интерфейса для взаимодействия с пользователем, не имеющим специальной подготовки в области информационных технологий;

- реализация средств создания хранилищ данных;

- создание средств обработки поступивших запросов и получения данных из хранилищ;

- построение графических изображений, визуализация информации.

К общим требованиям и условиям их реализации относятся:

- создание навигации по исходным данным, текстовой и графической информации;

- возможность получения доступа к данным из основных операционных систем (Unix, MacOS, Microsoft Windows) без каких-либо изменений в составе оболочки (перекомпиляция, изменение исходного кода и т.п.);

- дружественный интерфейс и отсутствие затруднительных для конечного пользователя элементов;

- конечный продукт не должен превышать размер, ограниченный вместимостью лазерного компакт-диска;

- возможность представления ИС в сети Интернет;

- высокий уровень переносимости и быстродействия.

Результаты применения технологий формируются в виде автономных приложений на CD-ROM и страницах сайта http://pacificinfo.ru/.

3 Описание технологиЙ

Технологии реализуются в виде одной из двух составных частей в зависимости от типа создаваемой информационной системы:

1) ИС статического типа;

2) Информационно-аналитические ИС динамического типа.

ИС последнего типа обладают более широкими функциями и ориентированы на использование в среде Интернет.

3.1 Общая функционально-логическая схема технологий

3.1.1 ИС статического типа

Примером первых региональных ИС статического типа, подготовленных ТОИ в 2001-2002 гг. на CD-ROM и размещенных в Интернете, явились электронные атласы по океанографии дальневосточных морей и прибрежной зоны Японского моря (http://pacificinfo.ru/cdrom/) и отдельные тематические страницы сайта (http://pacificinfo.ru/climate/). При разработке этих ИС весь набор текстовых, графических и табличных материалов готовился заранее в результате предварительной обработки данных и другой информации, содержащейся в БД и архивах. Графические материалы готовились с использованием средств СУБД, пакетов ODV и Surfer. При этом каждая иллюстрация или таблица помещаются в отдельные файлы, доступ к которым осуществляется в интерактивном режиме. От этих информационных систем требовался высокий уровень переносимости и быстродействия, поэтому при их проектировании и разработке за основу бралась технология HTML. Такой выбор позволяет добиться максимальной независимости от типа платформы при условии соблюдения стандарта W3С (http://www.w3.org). Во всех современных операционных системах в комплект стандартной поставки входят разработки, предназначенные для просмотра HTML-страниц (браузеры), и тем самым полностью достигается эффект универсальности оболочки. Конечный продукт представляет собой набор статических HTML-страниц, которые формируются автоматически на основании определенных параметров (например, координаты станций, время). Для правильного и быстрого формирования таких страниц создавался специальный промежуточный инструментарий, который позволяет в кратчайшие сроки и с минимальными затратами пользователя принять, обработать и разобрать входные данные.

В качестве основного языка программирования для создания инструментария был выбран язык сценариев PHP версии 4 (на момент разработки информационной системы язык сценариев PHP 5 версии находился в стадии бета-тестирования). Выбор языка PHP обусловлен, тем, что он является слабо типизированным языком и обладает высоким уровнем взаимодействия с технологией HTML.

Задача создания следующих томов CD-ROM, включающих пользовательские версии различных БД ТОИ (данные гидрологических наблюдений, наблюдений над течениями и т.п. - http://pacificinfo.ru/cdrom/), потребовала обработки больших массивов данных, в связи с этим использовалась СУБД MySQL. Основной причиной этого выбора является наличие в языке PHP встроенного прикладного программного интерфейса (API) для работы с СУБД MySQL.

В разработке инструментария использовались также технологии CSS и JavaScript и функции PHP, обеспечивающие поддержку регулярных выражений. Особое внимание уделялось использованию регулярных выражений. Проблема заключается в том, что исходные данные на стадии обработки нуждаются в проверке на корректность, которая обусловлена размерами данных. Поддержка языком PHP регулярных выражений делает эту задачу менее трудоемкой и обеспечивает отличный конечный результат.

Общий принцип функционирования и порядок использования специального промежуточного инструментария в ИС статического типа реализован в четырех модулях:

- Модуль 1. Обеспечивает обработку входных данных и проверку их на корректность с помощью механизма регулярных выражений. Полученные разделенные данные модуль 1 помещает в базу данных (производится первичная обработка информации).

- Модуль 2 посредством общения с пользователем через HTML-формы получает значения необходимых параметров (например, координаты районов расположения необходимых станций, тип сортировки и т.п.), проверяет их на корректность и строит конечный запрос к БД на языке SQL.

- Модуль 3 представляет собой логическое продолжение модуля 2; он обеспечивает получение по сформулированному запросу данных, формирует эти данные в единый массив и проверяет их на корректность.

- Модуль 4 - самое сложное звено этой цепи, выполнят наиболее ответственное задание: формирует конечные HTML-страницы с полным наполнением и оформлением согласно установленному шаблону. Модуль 4 также проверяет на корректность не исходные данные, а полученные HTML-страницы: правильность ссылок на файлы, корректность изображений и др.

В результате работы специального промежуточного инструментария формируется комплект HTML-страниц, файлов с данными и файлов изображений. После дополнительной оптимизации кода HTML-страниц, данный комплект и становится удобной, быстродействующей и легко переносимой системой отображения океанографических данных.

3.1.2 Информационно-аналитические ИС динамического типа

Отсутствие какой-либо динамичности в обработке и выводе информации делает работу с системами статического типа ранних версий недостаточно продуктивной. Одним из решений возникающей проблемы является создание полностью динамических продуктов, ориентированных на использование в сети Интернет в виде информационно-аналитической системы (ИАС), в которой уровень взаимодействия с пользователем будет выведен на качественно новый уровень. Передовые web-технологии позволяют также с успехом переносить все преимущества ГИС на Web-приложения. В настоящее время в распоряжении пользователей Интернет присутствует обширный круг технологий для создания высококачественного и эффективного программного обеспечения, ориентированного на использование в глобальной сети. Особо это касается языков программирования и систем управления базами данных, которые позволяют создавать Интернет-хранилища для данных различного масштаба и сферы применения, которые предстанут перед конечным пользователем в виде высокоскоростных и очень удобных в использовании продуктов.

Для реализации запросов пользователей была применена технология Macromedia Flash, получившая широкое распространение как в среде Web-дизайна, так и в среде Интернет-разработчиков. Разработки ведутся в строгом соответствии с принципами объектно-ориентированной парадигмы программирования (ООП), что даст возможность расширяемости и модифицирования разработанного продукта. Разрабатываемые ИС ориентированы на использование в среде операционной системы *nix (FreeBSD, Linux).

На рис. 1 представлены как реализованные, так и планируемые в перспективе основные возможности ИАС. Как отмечалось выше разработка системы ведется по принципу «модульности», который позволяет совершенствовать продукт в процессе эксплуатации.

Рис. 1. Основные возможности ИАС

Технология реализована при разработке трех ИС «Характеристики ледовых условий дальневосточных морей» (http://pacificinfo.ru/climate/) и «Атласа по океанографии Южно-Китайского моря» (http://pacificinfo.ru/cdrom/).

3.2 Общая структура технологий

Создание динамических Web-систем нового поколения подразумевает разработку информационных продуктов, которые имеют сложную структуру и производят многоступенчатую обработку данных. На рис. 2 представлена принципиальная схема работы подобной динамической системы.

Рис. 2. Принципиальная схема ИС динамического типа

3.3 Назначение компонент технологий

С технической точки зрения, создаваемые ИС работают по принципу ГИС, обеспечивая графическое отображение данных, представленных в виде массивов. Значения исследуемых характеристик наносятся на карты районов исследований, для отображения различий применяется цветовая шкала (т.н. «легенда»). Основной задачей ИС является полное взаимодействие с пользователем и предоставление ему полного объема требуемых данных в удобочитаемом и наглядном виде.

Большинство разрабатываемых ИС нового поколения предназначено исключительно для работы в условиях сети Интернет. По этой причине создаваемые продукты имеют тесную интеграцию с действующим web-сайтом ТОИ (http://pacificinfo.ru). Подразумевается внедрение существующих и будущих ИС в общую структуру сайта с целью создания крупного Интернет-портала.

4 Описание компонент

4.1 Средства для взаимодействия с пользователем

Так как ИС являются web-приложениями, то в основе их взаимодействия с конечным пользователем лежит протокол обмена данными HTTP, который обеспечивает обмен информацией между компьютером пользователя и ИС.

Интерфейс пользователя и структура страниц с результатами работы ИС описываются с помощью языка разметки HTML. Оформление этих страниц реализуется средствами каскадных таблиц стилей (CSS), а интерактивные элементы – средствами языка сценариев JavaScript. Эти инструменты и технологии реализованы во всех без исключения браузерах, существующих на данный момент (Microsoft Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera, Apple Safari и другие). Дополнительной настройки или установки специального программного обеспечения от пользователя не требуется.

4.2 Средства для хранения и доступа к данным

Для хранения данных и работы с ними используются системы управления базами данных. В разрабатываемых ИС в основном используются следующие СУБД: Microsoft SQL Server, MySQL, PostgreSQL; в основе всех этих продуктов лежит стандартизированный язык запросов – SQL.

Данные инструменты устанавливаются на сервере, на котором физически расположены ИС, и не имеют к пользователю и его компьютеру никакого отношения и доступа. Соответственно, пользователь не зависит от используемых СУБД, и не должен использовать специальное программное обеспечение.

4.3 Средства обработки поступивших запросов

Для обработки запросов, полученных от пользователя, и получения необходимых данных из хранилища используется программное обеспечение, разработанное на языке сценариев PHP5. Средства этого языка позволяют создавать полностью функциональные системы для взаимодействия пользователя с хранилищами данных в условиях Интернета. В PHP5 присутствуют необходимые инструменты для взаимодействия со всеми перечисленными выше СУБД: MSSQL, MySQL, PostgreSQL.

Помимо этого, PHP5 позволяет использовать инструменты программного пакета «MapServer» (http://mapserver.gis.umn.edu/) для построения карт и нанесения на них данных.

4.4 Средства для построения графических изображений

Данные, полученные из СУБД по запросу пользователя, обрабатываются и накладываются на карты исследуемых районов. Как было сказано выше, для этих целей используются средства языка PHP5 для работы с проектом «MapServer».

«MapServer» - среда разработки, предназначенная для построения web-приложений, которое по своей функциональности повторяют ГИС. «MapServer» позволяет строить динамические изображения и работать с ними впоследствии.

Используя внутренние библиотеки «MapServer», ИС способна оперировать данными при их отображении на картах (изменять масштаб, поворачивать изображения и т.д.).

«MapServer» разворачивается и функционирует на сервере, где расположена сама ИС. Использование технологий «MapServer» не требует от пользователя установки дополнительного программного обеспечения.

5 Описание применения

5.1 Технологический процесс

Все ИС являются полноценными web-приложениями. Общая схема функционирования типичных разработанных ИС и их взаимодействия с пользователем может быть представлена следующим образом (рис. 3):

Рисунок 3. Общая схема функционирования разработанных ИС

При разработке ИС применяется широкий спектр технологий и технических средства. Инструменты, входящие в этот список, подбираются и используются таким образом, чтобы обеспечить максимальную техническую переносимость создаваемых систем, облегчить их (ИС) поддержку и модернизацию. Кроме того, важнейшим требованием в разработке ИС является задача обеспечения доступа к данным с любого персонального компьютера в мире, оборудованного доступом к сети Интернет, без необходимости установки дополнительного программного обеспечения (в таком случае приступить к использованию ИС пользователь может немедленно по возникновении необходимости).

Необходимо заметить, что перечисленные инструменты и средства могут не применяться в тех или иных реализациях ИС, - все зависит от поставленных перед ИС задач.

5.2 Условия применения

Обязательными условиями применения технологий являются:

- наличие действующих компонент технологии

- наличие необходимых информационных ресурсов

- соответствие поставленной пользователем задачи функциональности технологии.

6 Документация технологиЙ

Документация на технологии ТОИ подготовки и распространения информационно-справочной и аналитической информации по северной части Тихого океана и морям восточной Азии подготовлена в соответствии с требованиями ЕСИМО и включает в себя настоящий документ. Этот документ содержит общие сведения о построении технологии, ее составляющих, методах и средствах функционирования и краткое руководство пользователю. Они предназначены для использования в ТОИ ДВО РАН, являющимся организацией - поставщиком данных и информации в ЕСИМО.

7 РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

В распоряжение пользователя предоставляются конечная информационная продукция, созданная разработчиками в рамках описанных выше технологий. Разработанные информационные системы ориентированы на пользователей, не имеющих специальной подготовки в области информационных технология. Эти ИС размещаются на CD, DVD и web-страницах, а их использование не требует разработки специальных руководящих документов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Документация на информационные технологии ЕСИМО. Требования к содержанию и оформлению. – Обнинск: ГУ «ВНИИГМИ-МЦД». – 2006. – с.29

2. Закон РФ «Об интеллектуальной собственности».

3. Воронцов А.А., Белинских А.Л., Олейников С.А. Подход к проблемам создания электронных справочных пособий по морской природной среде с применением новых информационных технологий в рамках ЕСИМО // Электронный журнал "Новости ЕСИМО". Обнинск, ВНИИГМИ-МЦД. 2003. Вып. 14. Доступно из URL: http://oceaninfo.ru/news/news14.htm#st5.

Лист изменений