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 https://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 (https://pacificinfo.ru/cdrom/) и отдельные тематические страницы сайта (https://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 (https://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. - https://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» (https://pacificinfo.ru/climate/) и «Атласа по океанографии Южно-Китайского моря» (https://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 (https://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» (https://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: https://oceaninfo.ru/news/news14.htm#st5.
Лист изменений
| № п/п | Дата внесения изменений | Номер раздела, пункта, в который вносится изменение | Номер страницы, на которой вносится изменение | Содержание внесенного изменения | Подпись | Должность, Ф.И.О. |