Разработка веб-интерфейса для экспериментов с численной моделью прогноза погоды Weather Research and Forecasting (WRF),

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1. Общие сведения о модели WRF 6
1.2. Структура модели 6
1.2.1. WPS 8
1.2.2. WRF 11
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 13
2.1. Определение требований к приложению 13
2.2. Разработка диаграммы вариантов использования 14
2.3. Диаграмма базы данных 16
2.4. Диаграмма классов для запуска модели WRF 17
2.5. Диаграмма классов REST API 18
4. РЕАЛИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ 21
4.1. Выбор средств разработки 21
4.2. Реализация базы данных 21
4.3. Реализация REST API 22
4.4. Реализация компонента для запуска модели 26
4. ТЕСТИРОВАНИЕ 28
4.1. Тестирование REST API 28
4.2. Функциональное тестирование 29
5. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 32
5.1. Процесс работы с веб-интерфейсом 32
5.2. Визуализация полученных данных 33
5.3. Проведение эксперимента с помощью веб-интерфейса 34
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 36
ЛИТЕРАТУРА 37

Введение

Актуальность исследования
Математическое моделирование атмосферных процессов широко используется в практике прогнозирования погоды и климатических изменений. В качестве модели в численных экспериментах специалистами в области метеорологии и климатологии широко используется модель WRF. Эта модель представляет собой целое семейство численных моделей прогноза погоды, которые могут быть использованы как для прогнозирования состояния атмосферы, так и для научных исследований.
Как и большинство существующих численных моделей, модель WRF требует для своей работы больших вычислительных мощностей. При этом не каждый пользователь имеет доступ к подобным вычислительным системам.
Поэтому я считаю актуальным создание веб-интерфейса, который обеспечит возможность работы с моделью удаленным пользователям. Пользователь независимо от места своего расположения может зайти в систему с любого доступного устройства, загрузить в систему интересующие его параметры местности и времени и получить необходимую информацию о погоде.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является создание веб-интерфейса, который бы позволял использовать модель численного прогнозирования погоды WRF расположенную на удаленном сервере.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить задачи, описанные ниже.
1. Выполнить анализ предметной области и разработать функциональные требования к системе.
2. Разработать базу данных для хранения экспериментов, проведенных пользователями.
3. Разработать клиент-серверную архитектуру для работы с моделью WRF удаленных пользователей.
4. Провести тестирование разработанного веб-интерфейса.
Структура и объем работы
Дипломная работа состоит из введения, пяти основных глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 38 страниц; список литературы содержит 16 библиографических наименований.
Обзор работы
Введение состоит из 4-x частей: «Актуальность исследования», «Цель и задачи работы», «Структура и объем работы» и «Обзор работы».
Первая глава, «Анализ предметной области», содержит описание предметной области, а также описание и структуру модели численного прогнозирования погоды WRF.
Вторая глава, «Проектирование» содержит описание функционала, свойств и характеристик, которыми должен обладать разрабатываемый веб-интерфейс.
Третья глава, «Реализация», содержит описание процесса разработки программы.
Четвертая глава, «Тестирование», содержит набор тестов, проверяющих работоспособность основного функционала программы.
Пятая глава, «Экспериментальная часть», содержит описание процесса работы с моделью WRF, а также описание численного эксперимента.
В заключении описаны основные результаты, полученные при выполнении дипломной работы.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

КУРСОВЫЕ СТАТЬИ ВКР

Заключение

Целью данной работы было создание веб-интерфейса, который позволял бы пользователем проводить эксперименты с использованием численной модели WRF, расположенной на удаленном сервере. В ходе проведенной научно-исследовательской работы эта цель работы была достигнута, что подтверждается решением следующих задач:
1) выполнен анализ предметной области и разработаны функциональные требования к системе;
2) разработана база данных для хранения экспериментов, проведенных пользователями;
3) разработана клиент-серверная архитектура для работы с моделью WRF удаленных пользователей;
4) проведено тестирование разработанного веб-интерфейса.
Таким образом в данной дипломной работе показано, что разработанный веб-интерфейс позволяет работать с численной моделью WRF расположенной на удаленном сервере. С ее помощью пользователь может проводить метеорологические эксперименты. Результаты прогнозирования хранятся на сервере, и пользователи могут получить к ним доступ в любой удобный момент времени.
В перспективе созданный веб-интерфейс поможет эффективно использовать модель WRF для исследования метеорологических условий пользователям, не имеющим прямого доступа к высокопроизводительным компьютерным системам.

Литература

Description of the Advanced Research WRF Version 4. [Электронный ресурс] URL: http://www2.mmm.ucar.edu/wrf/users/docs/arw_v4.pdf (дата обращения: 19.03.2020).
2. Aligo E. A., Gallus Jr W. A., Segal M. On the impact of WRF model vertical grid resolution on Midwest summer rainfall forecasts //Weather and forecasting. - 2009. - Т. 24. - №. 2. - С. 575-594.
3. ARW Users Guide. [Электронный ресурс] URL:
http: //www2. mmm. ucar. edu/wrf/users/docs/user_guide_V4/ (дата обращения: 19.03.2020).
4. Bengtsson L. et al. The need for a dynamical climate reanalysis //Bulletin of the American Meteorological Society. - 2007. - Т. 88. - №. 4. - С. 495-502.
5. Bengtsson L., Shukla J. Integration of space and in situ observations to study global climate change //Bulletin of the American Meteorological Society. - 1988. - Т. 69. - №. 10. - С. 1130-1143.
6. Coniglio M. C. et al. Evaluation of WRF model output for severe weather forecasting from the 2008 NOAA Hazardous Weather Testbed Spring Experiment //Weather and Forecasting. - 2010. - Т. 25. - №. 2. - С. 408-427.
7. Coniglio M. C. et al. Verification of convection-allowing WRF model forecasts of the planetary boundary layer using sounding observations //Weather and Forecasting. - 2013. - Т. 28. - №. 3. - С. 842-862.
8. Davis C. et al. Prediction of landfalling hurricanes with the advanced hurricane WRF model //Monthly weather review. - 2008. - Т. 136. - №. 6. - С. 1990-2005.
9. Chen F. et al. The integrated WRF/urban modelling system: development, evaluation, and applications to urban environmental problems //International Journal of Climatology. - 2011. - Т. 31. - №. 2. - С. 273-288.
10. Karan H. et al. The formation of multiple squall lines and the impacts of WSR-88D radial winds in a WRF simulation //Weather and forecasting. - 2010. - Т. 25. - №. 1. - С. 242-262.
11. Java Platform, Standard Edition 7API Specification [Электронный ресурс] URL: https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/ (дата обращения: 05.04.2020).
12. PostgreSQL 12.3 Documentation. URL: https://www.postgresql.org/docs/12/index.html (дата обращения: 05.04.2020).
13. Spring Framework Documentation. URL: https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/ (дата обращения: 05.04.2020).
14. Введение - Vue.js. URL: https://ru.vuejs.org/v2/guide/index.html (дата обращения: 03.05.2020).
15. Suryotrisongko H., Jayanto D. P., Tjahyanto A. Design and development of backend application for public complaint systems using microservice spring boot //Procedia Computer Science. - 2017. - Т. 124. - С. 736-743.
..16