Разработка программных средств микропроцессорных терминалов, предназначенных для работы в составе систем сбора и обработки гидрометеорологической информации
Введение 10
1 Обзор литературы 13
2 Объект и методы исследования 15
2.1 Постановка задачи 15
2.2 Исходные требования 19
2.3 Микропроцессорный терминал ВИП-МК 20
3 Проектирование и реализация программного обеспечения 22
3.1 Подходы к архитектуре программного обеспечения 22
3.2 Структура программного обеспечения 26
3.3 Описание программных модулей 28
3.3.1 Модуль межпроцессного взаимодействия 28
3.3.2 Модуль интерфейса пользователя 34
3.3.3 Модуль управления базой данных 42
3.3.4 Модуль обработки данных 45
3.4 Примеры межмодульного взаимодействия 49
Результаты проведенного исследования 56
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 59
4.1 Организация и планирование работ 59
4.1.1 Продолжительность этапов работ 60
4.1.2 Расчет накопления готовности проекта 65
4.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта 66
4.2.1 Расчет затрат на материалы 66
4.2.2 Расчет заработной платы 67
4.2.3 Расчет затрат на социальный налог 68
4.2.4 Расчет затрат на электроэнергию 68
4.2.5 Расчет амортизационных расходов 69
4.2.6 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе
платежных (расчетных) документов (кроме суточных) 70
4.2.7 Расчет прочих расходов 70
4.2.8 Расчет общей себестоимости разработки 70
4.2.9 Расчет прибыли 71
4.2.10 Расчет НДС 71
4.2.11 Цена разработки НИР 71
4.3 Оценка экономической эффективности проекта 71
4.3.1 Оценка научно-технического уровня НИР 72
5 Социальная ответственность 78
5.1 Производственная безопасность 78
5.1.1 Вредные факторы 79
5.1.2 Опасные факторы 82
5.2 Экологическая безопасность 86
5.3 Защита в чрезвычайных ситуациях 87
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 90
Заключение 92
Список публикаций студента 94
Список использованных источников 95
Приложение А 98
Приложение Б 110
Приложение В 112
Объектом исследования является микропроцессорный терминал ВИП- МК, используемый в системах сбора и обработки данных.
Цель работы - разработка программного обеспечения микропроцессорного терминала ВИП-МК для системы сбора и обработки гидрометеорологической информации.
В процессе исследования были проведены: анализ структуры сети сбора гидрометеорологической информации, обзор форматов передачи гидрометеорологических данных, анализ подходов к проектированию архитектуры программного обеспечения, проектирование модулей системы и разработка алгоритмов решения прикладных задач, определение пропускной способности модуля межпроцессного взаимодействия, интеграция программного обеспечения микропроцессорного терминала.
В результате исследования было разработано программное обеспечение микропроцессорного терминала ВИП-МК для системы сбора и обработки гидрометеорологической информации.
Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики разработанного программного обеспечения: язык
программирования - C++, операционная система - Linux, программа имеет модульную структуру.
Степень внедрения: результаты работы внедрены в проектах компании ООО «Инком».
Область применения: микропроцессорные терминалы в составе систем сбора и обработки гидрометеорологической информации.
В различных отраслях народного хозяйства и военном деле необходимо всесторонне учитывать как текущую гидрометеорологическую обстановку, так и иметь возможность строить прогнозы с заданной степенью достоверности на заданный промежуток времени. Исследованиями в указанной области занимается гидрометеорология — наука о гидросфере и атмосфере Земли.
Составление гидрометеорологических прогнозов должно осуществляться с максимально возможной точностью и оперативностью. Для точного прогнозирования необходимо учитывать целую совокупность факторов, которые выражены во множестве гидрометеорологических параметров, таких как температура воздуха, давление, влажность, скорость и направление ветра и т.п. Для измерения этих параметров используются специальные датчики. Параметры, измеряемые датчиками, проходят необходимую обработку и затем отправляются в центр сбора данных. Обычно такая обработка измеренных параметров заключается в кодировании измеренных параметров в соответствии с национальными и международными гидрометеорологическими стандартами в виде специальных телеграмм. На сегодняшний день для автоматического сбора информации с датчиков, для автоматической или автоматизированной обработки этой информации и для передачи обработанной информации в центр сбора данных часто используются специализированные вычислительные устройства — микропроцессорные терминалы.
При разработке программного обеспечения для микропроцессорных терминалов, предназначенных для работы в составе систем сбора и обработки гидрометеорологической информации, следует учитывать специфику предметной области и ресурсов аппаратного обеспечения. В частности, специфика предметной области заключается в необходимости преобразования данных в специальные метеорологические форматы для их передачи в центр сбора данных, а также в работе с внешними устройствами (датчиками). Особенности аппаратного обеспечения состоят в ограниченном количестве ресурсов микропроцессорного терминала по сравнению, например, с
современными персональными компьютерами. В отличие от современных персональных компьютеров, микропроцессорные терминалы обычно имеют в своем составе несколько стандартных интерфейсов для подключения датчиков: RS232, RS485 и др.
В связи с этим актуальной задачей является разработка программного обеспечения, которое позволило бы автоматизировать процесс обработки и передачи метеорологических данных с учетом вышеописанных особенностей микропроцессорных терминалов. Также к разрабатываемому программному обеспечению предъявляются требования экономии ресурсов микропроцессорного терминала, масштабируемости и устойчивости к сбоям и ошибкам.
Целью диссертационной работы является разработка программного обеспечения микропроцессорного терминала ВИП-МК для работы в составе системы сбора и обработки гидрометеорологической информации.
Для достижения цели диссертационной работы были поставлены следующие задачи:
1. Изучение аппаратных средств и системного программного обеспечения микропроцессорного терминала ВИП-МК.
2. Изучение специфики предметной области.
3. Анализ возможных подходов к архитектуре программного обеспечения.
4. Построение архитектуры программного обеспечения.
5. Определение пропускной способности модуля межпроцессного взаимодействия.
6. Реализация модулей пользовательского интерфейса, обработки данных, управления БД.
Объектом исследования является микропроцессорный терминал ВИП-МК, используемый для работы в составе системы сбора и обработки гидрометеорологической информации. Предметом исследования являются архитектура и алгоритмы программного обеспечения для реализации необходимых функций микропроцессорного терминала, работающего в составе системы сбора и обработки гидрометеорологической информации.
Научная новизна заключается в разработанных в процессе исследования алгоритмах и программных модулях, позволяющих решать поставленные перед аппаратно-программным комплексом задачи.
Практическая значимость результатов магистерской диссертации заключается в применении результатов работы для автоматизации сбора и обработки гидрометеорологической информации.
В рамках данной магистерской диссертации были исследованы вопросы,
связанные с разработкой ПО для микропроцессорного терминала ВИП-МК,
который используется для работы в составе системы сбора и обработки
гидрометеорологической информации.
В данной работе приведено описание основных стандартов кодирования
гидрометеорологической информации. Был рассмотрен стандарт КН-01 SYNOP,
являющийся национальным аналогом международного стандарта FM 12-IX
SYNOP. В соответствии с требованиями кодирование гидрометеорологических
данных ведется по описанным стандартам.
Для реализации данного ПО были рассмотрены два подхода к
построению архитектуры ПО: монолитный и модульный. По результатам
проведенного анализа данных подходов было установлено, что наиболее
подходящим решением является модульная архитектура. При построении
архитектуры учитывались особенности аппаратного обеспечения (ограниченные
ресурсы микропроцессорного терминала), а также особенности работы с
внешними устройствами. В работе приведено описание основных программных
модулей, а именно: модуля межпроцессного взаимодействия, модуля
пользовательского интерфейса, модуля управления базой данных, модуля
обработки данных. Помимо принципов объектно-ориентированного
программирования были внедрены основные принципы парадигмы событийноориентированного программирования.
Помимо разработки программных модулей было проведено измерение
пропускной способности модуля межпроцессного взаимодействия. В результате
анализа полученных результатов было установлено, что пропускной
способности данного модуля достаточно, чтобы осуществлять передачу данных
в ЦСД, а также между модулями.
В ходе разработки ПО и проектирования архитектуры было установлено,
что модульный подход является наиболее подходящим выбором, так как каждый
модуль — это независимая программа. Данное свойство ПО позволяет9
1. Код для оперативной передачи данных приземных метеорологических наблюдений с сети станций Росгидромета (КН-01 SYNOP) / Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). - М.:2013. - 79 с.
2. Учебное пособие по работе с кодами метеорологической информации КН- 01 / Заболотников Г.В. - С.-П.: РГГМУ, 2010 - 42 с.
3. Временная инструкция по приёму и передаче информации по системе связи Росгидромета. Введена в действие с 23.01.2010 г. приказом Росгидромета № 372 от 25.12.2009 г.
4. Shamin, A. A. Development of Intelligent Interface to Input and Edit Meteorological Data / A. A. Shamin, A. V. Ponomareva, N. V. Kurkan // Journal of Physics. - 2017 - Vol. 803. - 012140.
5. Академик. Словари и энциклопедии [Электронный ресурс]. - URL: dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/900674, свободный. - Дата обращения -
25.05.2017 г.
6. Группа компаний «Инком». Руководство разработчика: структура аппаратных средств микропроцессорного терминала ВИП-МК. - Томск,
2011. - 5 с.
7. Группа компаний «Инком». Микропроцессорный терминал «ВИП-МК»: системное программное обеспечение. - Томск, 2011. - 6 с.
8. IEEE Std 1471-2000. IEEE Recommended Practice for Architectural Description of Software-Intensive Systems. - IEEE: 2000. - 34 pp.
9. Надежность программного обеспечения / Майерс Г. - М.: Мир, 1980. - 359 с.
10. Объектно-ориентированное программирование в действии / Тимоти Бадд - СПб.: «Питер», 1997. - 464 с.
11. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений / Буч Гради, Максимчук Роберт А., Энгл Майкл У. и др. - М: ООО «И.Д. Вильямс», 2008. - 720 с.
12. А.В. Пономарева, А.А. Шамин. Применение модульной архитектуры программного обеспечения в системе сбора и обработки гидрометеорологической информации / А.В. Пономарева, А.А. Шамин // Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов XIV Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 7-11 ноября 2016, г. Томск. - Томск: Изд- во ТПУ. - Т. 1 - с.35-36.
13. Совершенный код. Мастер-класс / Макконнел С. - М: Издательство «Русская редакция», 2010. - 896 с.
14. Надежность и качество сотовой связи. Структура кадров в формате GSM [Электронный ресурс]. - URL: http://www.tvcell.ru/8.shtml, свободный. - Дата обращения - 12.05.2017 г.
15. А.В. Пономарева, А.А. Шамин. Применение событийно-ориентированного подхода к построению программного обеспечения при длительном времени обработки события, Молодежь и современные информационные технологии: сборник трудов XIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 9-13 ноября 2015,
г. Томск. - Томск: Изд-во ТПУ. - Т. 1 - с. 18-19.
16. ГОСТ 12.003-74. ССБТ Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 4 с.
17. СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. - 11 с.
18. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1989. - 50 с.
19. СанПиН 2.2.4.1294-03. Гигиенические требования к аэроионному составу
воздуха производственных и общественных помещений. - М.:
Информационно-издательский центр Минздрава России, 2003. - 3 с.
20. СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. - 11 с.
21. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных зданий. М.: Минздрав России, 2003. - 28 с.
22. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03. Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 2004. - 14 с.
23. ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1996. - 4 с.
24. СНиП 21-01-97. Пожарная безопасность зданий и сооружений. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. - 15 с.
25. ГОСТ 12.2.032-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1979. - 10 с.
26. Трудовой кодекс Российской Федерации: текст с изм. и доп. на 20 января 2016 г. - М.: Эксмо, 2016. - 272 с.