Экспериментальное исследование электрического поля Земли. Система компьютерной поддержки научных исследований флюктуации электрических процессов в атмосфере

Исследования поддержаны грантом РФФИ 14-07-00794. Получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ на составные элементы разработанного комплекса.

Безопасность и эффективность функционирования аэропортов и космодромов находятся в существенной зависимости от неуправляемых метеорологических и электрофизических факторов. Отличительная особенность этих объектов заключается в том, что повышение ресурсной оснащённости и технического уровня, увеличение масштабов и возможностей их функционирования приводят не к снижению, а к увеличению значимости проблемы учёта погодных условий и полей Земли.

Анализ прогнозов параметров окружающей среды показывает, что разрабатываются они в настоящее время в основном без учёта специфики функционирования радиосвязи и относятся к прогнозам общего назначения. По этой причине всё больше внимание исследователей уделяется вопросам оптимизации использования метеорологической и электрофизической информации с целью повышения эффективности функционирования объектов с высокой технической оснащённостью.

Существующие алгоритмы оптимального использования метеорологической и электрофизической информации окружающей среды, основанные на исследовании операций, в ряде случаев требуют существенной модификации. Особенно отчетливо это прослеживается при поэтапном принятии решений. Поэтому проблема оптимизации метеорологического и электрофизического обеспечения в настоящее время остается актуальной.

Для её решения необходимо выполнение следующих задач:

  1. Разработать систему автоматизированного удалённого мониторинга метеорологических и электрофизических параметров окружающей местности.
  2. Проведение анализа методов оптимизации использования информации при управлении аэропортами и космодромами для определения возможности повышения качества их применения в процессе обеспечения связи.
  3. Построение оптимизационных моделей использования метеорологической и электрофизической информации.
  4. Совершенствование методов прогнозирования природных явлений, применение которых обеспечивает эффективное уменьшение неопределенности.
  5. Постановка и проведение эксперимента по апробированию построенных моделей путем оценки потенциальной эффективности их применения.

Для решения этих задач необходимо использовать методы системного анализа, статистического анализа и исследования операций, физики атмосферы и Земли.

Таким образом, предоставленный анализ современных тенденций решения рассмотренной проблемы указывает на актуальность проведения исследований, направленных на уменьшение неопределенности, связанной с природными явлениями, и построение эффективных методик оптимизации использования метеорологической и электрофизической информации при управлении аэропортами и космодромами в целях их безопасной эксплуатации.

Система удалённого мониторинга

Датчики, являющиеся оконечными устройствами распределенной метеорологической сети, дополняются средствами фиксации изменений характеристик электростатического поля Земли и локализации местоположения. В этом случае список параметров, подлежащих регистрации и отображению, определяется перечнем, представленным в таблице.

В состав сети входят — датчики; компьютер-сервер; GSM-модем; средства коммутации, сбора и передачи данных в центральную базу. Частота считывания информации 2 Гц. Время хранения информации в памяти локального компьютер-сервера — до момента выгрузки данных по сети Интернет или с помощью внешнего носителя.

Функциями программного комплекса являются:

В целом разработано четыре автономных программных компонента:

Описание компонентов программного комплекса и требований корректной работы серверной части представлено для следующих составляющих — конфигурируемый сервер Apache; конфигурируемый сервер баз данных; PHP версии 5.2 и выше с расширением php_mysql.dll.

Передача данных между клиентом и сервером происходит запросами в зашифрованном виде с использованием метода POST по протоколу HTTP или HTTPS.

База данных состоит из следующих таблиц: организации — учреждения, работающие с локальными серверами и датчиками; пользователи — ответственные за локальные серверы лица от организаций; локальные сервера — локальные серверы, к которым подключаются датчики; типы показаний — метеорологические и электрофизические параметры местности; типы показаний на серверах — связь, указывающая какие показатели считываются на различных локальных серверах; датчики — устройства, собирающие показания; показания – значения измеряемых величин; показания GSM — данные о сотах, к которым подключён датчик, нужные для определения местоположения; компьютеры пользователей — компьютеры, с которых пользователи просматривают данные из центральной базы; сеансы связи — подключения локальных серверов или компьютеров пользователей к центральной базе; логирование — протоколирование IP-адреса, даты и содержания, приходящих на сервер запросов.

Сервер настроен на работу с интерфейсами программирования приложений (API) — «Яндекс.Карты» и «Яндекс.Локатор».

Первый предоставляет доступ к функциям определения местоположения по точкам доступа Wi-Fi и сотам мобильных сетей. Второй — позволяет использовать в приложениях актуальные карт местности с выделением собственных областей и меток.

Для определения местоположения датчиков, а также изменения положения используются три величины с точностью шести знаков после запятой — широта, долгота, высота.

Клиентское приложение состоит из экрана со списком ответственных лиц, экрана серверов, экрана датчиков, а также вспомогательных экранов добавления и редактирования информации.

Вывод показаний в приложении возможен в различных форматах: в виде таблиц, в виде графиков, а также в виде карт, с нанесёнными на них метками.

При построении графиков и таблиц в клиентском приложении требуется указать список датчиков, названия величин, значения которых необходимо вывести, дату начала периода и дату конца периода.

Для построения графиков на клиентском приложении используется свободная библиотека для .NET под названием “NPlot” (ранее известная как “SCPL”).

Графики величин, как и карты показаний, в приложении размещены на различных вкладках, соответствующих различным показаниям — температуре, давлению, влажности и напряжённости электростатического поля.

JavaScript-компоненты «Яндекс.Карт» реализуются в элементе контроля формы WebBrowser программной платформы .NET Framework.

Код, отображаемый в WebBrowser, генерируется на сервере после запроса, и отправляется обратно на клиентское приложение для вывода карты.

Все таблицы в интерфейсе приложения сортируются по произвольным полям, положение столбцов позволено изменять. Графики и карты масштабируются.

В результате выполненной работы создана система передачи, хранения и предоставления данных конечному пользователю. Клиентские приложения выполнены на языке программирования C#. Серверное — на языке программирования PHP с использованием системы управления базами данных MySQL. Имеется возможность вывода карт местности с отмеченными на них датчиками и показаниями. Предусмотрены графические и табличные формы предоставления данных.