Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi na przykładzie systemu SEJS-NET

Transkrypt

1 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Mat. Symp. str Janusz MIREK Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi na przykładzie systemu SEJS-NET Streszczenie Twórcy współczesnych systemów pomiarowych sięgają po nowoczesne rozwiązania teleinformatyczne dające szerokie możliwości zdalnej kontroli i pozyskiwania informacji. System pomiarowo-interpretacyjny SEJS-NET, przeznaczony do pomiarów drgań wzbudzanych wstrząsami górniczymi i nie tylko, oparto o rozwiązania bazujące na technologii Internetu. Uprawnieni użytkownicy uzyskują dostęp do systemu poprzez przeglądarkę internetową. Takie rozwiązanie jest bardzo funkcjonalne i daje dostęp do danych rozproszonemu gronu użytkowników, wymaga jednak stałego dostępu do komputera podłączonego do Internetu. Aby umożliwić stały dostęp użytkownika do systemu, został zaprojektowany i wdrożony moduł WMOBILE. Moduł ten udostępnia zasoby systemu SEJS-NET poprzez przeglądarki WAP wbudowane w telefony komórkowe. 1. Wstęp System SEJS-NET służy do monitoringu sejsmometrycznego drgań pochodzących od różnorodnych źródeł, a w szczególności pochodzących od wstrząsów górniczych. System ten jest zrealizowany w technologii Internetu i wykorzystując aktualne możliwości telekomunikacyjne, prowadzi automatycznie i praktycznie bezobsługowo rejestracje drgań sejsmicznych w dowolnej liczbie punktów pomiarowych. Użytkownicy systemu uzyskują dostęp poprzez przeglądarkę WWW do Centralnej Bazy Pomiarowej wyposażonej w wygodne i elastyczne funkcje wizualizacji, selekcji i edycji zgromadzonych obserwacji (Lasocki i Mirek 2001). Dane do Centralnej Bazy Pomiarowej dostarczają, rozmieszczone na terenie objętym pomiarami, Stacje Pomiarowe prowadzące nasłuch sejsmometryczny i przekazujące poprzez Internet dane do Centralnej Bazy Pomiarowej. Takie rozwiązanie daje możliwość niezależnego usytuowania Stacji Pomiarowych, Centralnej Bazy Pomiarowej i komputera użytkownika. Pomimo, iż system działa automatycznie, wymaga kontroli z uwagi na awarie związane choćby ze skutkami zjawisk atmosferycznych (np. uszkodzenie przez wichurę linii telefonicznej wykorzystywanej do transmisji danych). Z drugiej jednak strony system SEJS-NET jest systemem w pełni automatycznym i nie potrzebuje stałego nadzoru (Mirek 2000). Rozwiązaniem tego problemu jest moduł dający dostęp autoryzowanemu użytkownikowi do systemu w każdych warunkach i jednocześnie nie absorbujący go. W ostatnim czasie rozszerzono system SEJS-NET o moduł WMOBILE dający dostęp do systemu z poziomu przeglądarki WAP, w które wyposażone są telefony komórkowe. Uprawniony użytkownik systemu za pomocą telefonu komórkowego może zdalnie nadzorować prace systemu i uzyskać 245

2 J. MIREK Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi... dostęp zarówno do danych zgromadzonych w Centralnej Bazie Pomiarowej jak i parametrów pomiarowych poszczególnych Stacji Pomiarowych. Rozwiązanie takie daje pojedynczemu użytkownikowi możliwość zdalnego kontrolowania pracy systemu o każdej porze i w każdym miejscu. 2. Architektura systemu SEJS-NET System SEJS-NET działa w architekturze klient-serwer. Serwerem systemu jest Centralna Baza Pomiarowa, która pełni funkcję administracyjną, archiwizacyjną i interpretacyjną systemu. W systemie wyróżniono dwa rodzaje klientów. Pierwszy z nich to Stacje Pomiarowe rejestrujące zjawiska sejsmiczne na terenie objętym monitoringiem i przekazujące dane do Centralnej Bazy Pomiarowej. Drugi rodzaj klienta to Użytkownik komunikujący się z Centralną Bazą Pomiarową poprzez interfejs użytkownika. Standardowy interfejs użytkownika jest zrealizowany w oparciu o przeglądarkę internetową i jest dostępny dla autoryzowanych użytkowników poprzez sieć Internet (Mirek 2002). Nowo udostępnionym sposobem komunikacji z systemem jest interfejs użytkownika dostępny z poziomy przeglądarki WAP w telefonach komórkowych (m.in. Jamsa 2001). Schemat dostępu użytkowników do zasobów sieci SEJS-NET ilustruje rysunek 2.1. SEJS-NET GET HTTP/1.0 <HTML> </HTMLl> Server HTTP <wml> </wml> BAZA DANYCH ENGINE Silnik CBP INTERNET GSM BRAMKA GSM WAP Przeglądarka WWW Przeglądarka WAP Rys Dostęp do zasobów systemu SEJS-NET poprzez przeglądarki WWW i WAP Fig Accessing SEJS-NET resources through web browser and WAP browser 246

3 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie System SEJS-NET ma cechy systemu skalowalnego i otwartego. Skalowalność polega na możliwości regulowania wielkości systemu (Mirek 2001). W typowym przykładzie system składa się z komputera-serwera i pewnej ilości Stacji Pomiarowych. Można, w skrajnym przypadku, zintegrować Centralną Bazę Pomiarową ze Stacją Pomiarową w jednym urządzeniu uzyskując jednostanowiskowy, zintegrowany system pomiarowo-interpretacyjny. Można również pójść w drugą stronę i Centralną Bazę Pomiarową zainstalować na kilku serwerach obsługujących osobno bazę danych i poszczególne warstwy oprogramowania. Otwartość systemu SEJS-NET polega na możliwości łączenia sieci (Mirek i Bowanko 2002) i integracji z innymi systemami pomiarowymi (ARP2000, AMAX-99). Cechy te system zawdzięcza modułowej konstrukcji oprogramowania podzielonego na funkcjonalne warstwy. 3. Warstwowa implementacja systemu Centralna Baza Pomiarowa przechowuje dane pomiarowe w relacyjnej bazie danych. Dostęp do tych danych zapewnia oprogramowanie o budowie modułowej. Moduły oprogramowania obsługujące bazę danych tworzą silnik Centralnej Bazy Pomiarowej (engine, rys. 2.1) i można je podzielić na cztery główne warstwy, które komunikują się ze sobą. Są to: warstwa bazy danych, warstwa sieci, warstwa aplikacji, warstwa prezentacji (rys. 3.1). SEJS-NET Warstwa bazy danych BAZA DANYCH Warstwa aplikacji Warstwa sieci STACJE POMIAROWE Warstwa prezentacji WWW WAP Rys Schemat warstwowy oprogramowania systemu SEJS-NET Fig Scheme of SEJS-NET system application layers Warstwa bazy danych skupia część oprogramowania odpowiedzialną za zapis i odczyt danych z wykorzystywanej w systemie relacyjnej bazy danych. Warstwa ta posiada interfejsy do różnych typów relacyjnych baz danych takich jak Oracle, Sybase, PostgreSQL, MySQL. Dane przekazywane przez oprogramowanie tej warstwy są odpowiednio formatowane i przekazywane do dalszych warstw w postaci niezależnej od rodzaju bazy danych zastosowanej w systemie. Warstwa aplikacji to moduły w których skupia się oprogramowanie realizujące różnorakie operacje na danych, które przepływają z warstwy bazy danych do warstwy prezentacji (filtracja, liczenie widm, parametry sygnału, itd.) i odwrotnie (modyfikacje danych przez użytkownika, zmiana parametrów pracy systemu, itp.). Warstwa aplikacji kontroluje również przepływ danych między warstwą sieci a warstwą bazy danych. Warstwa ta jest niezależna od 247

4 J. MIREK Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi... rodzaju bazy danych, medium, jakim przesyłane są dane do systemu, oraz sposobu komunikowania się użytkownika z systemem. Warstwa sieci ma za zadanie kontrolować napływające dane ze Stacji Pomiarowych. Oprogramowanie tej warstwy zawiera procedury do odbierania danych i konwersji formatów stosowanych przez Stacje Pomiarowe do postaci wykorzystywanej w systemie. W systemie SEJS-NET standardowych Stacji Pomiarowych typu SNRC mogą pracować również inne rodzaje rejestratorów przystosowanych do zdalnego przesyłania danych zarówno automatycznego jak i inicjowanego przez użytkownika. Format danych pochodzących z obcych rejestratorów musi być dostosowany do wymogów systemu. Konstrukcja warstwy sieci umożliwia dostosowanie systemu do każdego typu rejestratora i oddziela warstwę aplikacji od konkretnej implementacji Stacji pomiarowej standaryzując dane pomiarowe do wewnętrznego formatu systemu. Warstwa sieci kontroluje również import danych przez użytkownika (rys. 3.2). Podczas importu dane przetwarzane są przez warstwę sieci tak, jakby były odebrane ze Stacji Pomiarowej. Takie rozwiązanie eliminuje oddzielny moduł importu danych. Rys Menadżer importu danych systemu SEJS-NET Fig SEJS-NET Data import manager Warstwa prezentacji nadaje formę danym przekazywanym do użytkownika. Moduły programowe należące do tej warstwy komunikują się z warstwą aplikacji. Dane uzyskane z warstwy aplikacji przystosowywane są do prezentacji na różnych typach urządzeń. Najbardziej typowym interfejsem użytkownika w systemie SEJS-NET jest przeglądarka internetowa. Dane przeznaczone do prezentacji w przeglądarce (np.: Netscape, Internet Explorer ) kodowane są w języku HTML i udostępniane przez serwer HTTP. Podobnie wygląda udostępnianie danych poprzez przeglądarkę WAP w telefonach komórkowych. W tym przypadku dane kodowane są w języku WML i poprzez serwer HTTP trafiają do klienta WAP. Przedstawione moduły służą do prezentacji on-line na ekranie komputera lub telefonu komórkowego. Oprócz tych modułów warstwa prezentacji zawiera moduł do prezentacji raportów w formacie PDF oraz moduł do przygotowywania raportów przeznaczonych do przesłania faksem. Warstwa prezentacji przekazuje również dane wprowadzane przez użytkownika do warstwy aplikacji. 4. Standardowy interfejs użytkownika Poprzez standardowy interfejs użytkownika, czyli przeglądarkę internetową, Centralna Baza Pomiarowa udostępnia informacje o projektach i stanowiskach pomiarowych (rys. 4.1), katalogi rejestracji i moduły interpretacyjne (rys. 4.2), raporty (rys. 4.3) oraz moduł administracyjny. 248

5 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Rys Parametry projektów i stacji pomiarowych Fig Parameters of Projects and Measuring Position Rys Wizualizacja danych pomiarowych Fig Data visualization Przeglądarka internetowa daje bardzo wygodny dostęp do Centralnej Bazy Pomiarowej z dowolnego komputera podłączonego do sieci Internet. Takie rozwiązanie daje możliwość korzystania z systemu użytkownikom rozproszonym na całym świecie. Tą cechę systemu wykorzystano np. przy pracach grupy niezależnych ekspertów międzynarodowych nad rozbudową zbiornika odpadów poflotacyjnych Żelazny Most. Innym przykładem może być sieć pomiarowa Gminy Rudna (Mirek i Bowanko 2002). W tym przypadku serwer Centralnej Bazy Pomiarowej znajduje się w Krakowie w Zakładzie Geofizyki WGGiOŚ Akademii Górniczo-Hutniczej, a główni użytkownicy systemu to grupa pracowników Urzędu Gminy Rudna. 249

6 J. MIREK Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi... Rys Raporty przygotowane do druku Fig Reports ready for printing 5. Interfejs użytkownika w technologii WAP Moduł WMOBILE należący do warstwy aplikacji w modelu architektury oprogramowania systemu SEJS-NET udostępnia zasoby poprzez przeglądarki wbudowane w telefony komórkowe. Funkcjonalność tego interfejsu jest bardzo podobna do interfejsu WWW. Po połączeniu z odpowiednim adresem URL zgłasza się system SEJS-NET gotowy do nawiązania sesji z użytkownikiem (rys. 5.1). Ekran logownia Rys Dostęp do zasobów systemu SEJS-NET poprzez przeglądarkę WAP Fig Accessing SEJS-NET resources through a WAP browser Po podaniu nazwy i hasła użytkownik uzyskuje dostęp do przydzielonych mu zasobów. W pierwszej kolejności należy wybrać projekt (rys. 5.2a). Lista projektów zawiera tylko te 250

7 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie projekty, do których użytkownik ma przyznane prawa. Po wybraniu projektu wyświetlany jest ekran z nazwą projektu i menu z którego można wejść do listy rejestracji, stacji pomiarowych i stanowisk pomiarowych (rys. 5.2b). a b Rys Lista projektów (a) i menu projektu (b) Fig List of projects (a) and project menu (b) Wybierając opcję Rejestracje uzyskuje się dostęp do listy zjawisk w danym projekcie (rys. 5.3a). W górnej części ekranu widoczna jest nazwa projektu. Po wybraniu daty zajścia zjawiska uzyskujemy dostęp do szczegółowej informacji o parametrach rejestracji (rys. 5.3b). Na górze ekranu widnieje dokładna data wystąpienia zjawiska. Na przewijanej części ekranu wypisane są parametry takie jak maksymalna amplituda poszczególnych składowych, maksymalna amplituda składowej poziomej, maksymalna amplituda wypadkowa, odległość epicentralna i energia wstrząsu. Poniżej tej informacji znajdują się odnośniki prowadzące do wyświetlenia akcelerogramów poszczególnych składowych oraz widma sygnału (rys. 5.4). Z tego poziomu można również usuwać zjawiska i dopisywać parametry źródła. a Rys Informacje o zarejestrowanych zjawiskach: lista rejestracji (a) i informacja szczegółowa (b) Fig Information about recording data: list of registration (a) and enhanced information (b) 251 b

8 J. MIREK Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi... a b Rys Akcelerogram (a) i widmo (b) sygnału Fig Accelerogram (a) and spectrum (b) of signal Z menu głównego projektu (rys. 5.2b) można wybrać opcję Stacje pomiarowe, która daje dostęp do informacji o fizycznych stacjach pomiarowych istniejących w systemie (rys.5.5a) i należących do danego projektu. Po wybraniu stacji wyświetlana jest szczegółowa informacja o istotnych parametrach stacji (rys. 5.5.b), oraz odnośnik do parametrów stacji, gdzie można zmienić parametry takie jak próg wyzwalania, częstotliwość odcięcia filtru dolnoprzepustowego itd. a b Rys Lista (a) i parametry (b) stacji pomiarowych Fig List (a) and parameters (b) of Measuring Station Z menu głównego projektu (rys. 5.2.b) można wybrać opcję Stanowiska pomiarowe, która wyświetla informacje o stanowiskach pomiarowych, na których zainstalowano czujniki. a b Rys Lista (a) i parametry (b) stanowisk pomiarowych Fig List (a) and parameters (b) of Measuring Position 252

9 WARSZTATY 2003 z cyklu Zagrożenia naturalne w górnictwie Ponadto uprawnieni użytkownicy mogą uzyskać poprzez interfejs WAP dostęp do modułu administracyjnego i zarządzać konfiguracją sieci, użytkownikami i katalogiem wstrząsów. Można również przeglądać dzienniki pracy urządzeń i zarządzać danymi pomiarowymi. 6. Podsumowanie Interfejs użytkownika zrealizowany w technologii WAP udostępnia zasoby systemu SEJS- NET poprzez przeglądarki wbudowane w telefony komórkowe. Interfejs ten powstał z bardzo praktycznych powodów. W odróżnieniu od systemów użytkowanych przez np. kopalnie, które są stale obsługiwane przez kilka osób w ciągu całej doby, system SEJS-NET jest systemem bezobsługowym. Nie potrzebuje zatrudnionej na stałe grupy fachowców obsługujących Stacje Pomiarowe i Centralną Bazę Pomiarową. Interwencja administratora systemu jest wymagana niezwykle rzadko i tylko w momencie zmiany topologii sieci (założenie, zlikwidowanie lub przeniesienie stanowiska pomiarowego), konfiguracji nowych projektów i kont użytkowników oraz w sytuacji awarii sprzętu. Tak daleko posuniętą autonomiczność systemu udało się osiągnąć dzięki temu, że dane pomiarowe ze Stacji Pomiarowych gromadzone w Centralne Bazie Pomiarowej udostępniane są bezpośrednio użytkownikom końcowym, a sam system może powiadamiać administratora o sytuacjach awaryjnych. Interfejs administracyjny dostępny poprzez przeglądarkę WAP z telefonu komórkowego daje administratorowi możliwość ingerowania w pracę systemu nie zmuszając go do ciągłego, osobistego nadzoru. Inny aspekt wykorzystania interfejsu WAP stanowi fakt, że system SEJS-NET ukierunkowany jest na udostępnianie informacji ośrodkom naukowym i administracji państwowej, które nie są zmuszane do organizowania osobnej komórki obsługującej system pomiarowy. System SEJS-NET stosowany jest głównie na terenach górniczych w celu monitorowania wstrząsów związanych z eksploatacją. W takim przypadku interesujące są zjawiska, które generują drgania na powierzchni przekraczające pewną amplitudę. Zdarzenia takie są stosunkowo rzadkie i bezcelowym wydaje się organizowanie stałego nadzoru jak w przypadku sieci kopalnianych. Dysponując dostępem poprzez WAP użytkownik systemu SEJS-NET może w każdej chwili, nawet poza godzinami pracy, zorientować się w skali zjawiska jakie zostało zarejestrowane i podjąć odpowiednie decyzje. Interfejs WAP systemu SEJS-NET udostępnia najcenniejszą rzecz w dzisiejszych czasach - informację. Informacja ta, osiągana bez większych nakładów czasowych i pieniężnych, może być wykorzystana przez odpowiednie ośrodki jako podstawa do dalszych działań, a zainteresowane jednostki mogą poświęcić swoje zasoby na opracowanie danych, a nie ich pozyskiwanie. Literatura [1] Jamsa K. 2001: WML i WMLScript, Wydawnictwo Edition [2] Lasocki S., Mirek J. 2001: SEJS-NET: rozległy system rejestracji drgań sejsmicznych zrealizowany w technologii Internetu. Streszczenia Referatów Konferencji Geofizyka w inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej, J. Jarzyna, red., Kraków, [3] Mirek J. 2000: Rozproszony system pomiarowo-interpretacyjny drgań gruntu wzbudzanych wstrząsami górniczymi projekt. Materiały Sympozjum Warsztaty 2000 Zagrożenia naturalne w górnictwie E. Pliecka, red., Kraków, [4] Mirek J. 2001: SEJS-NET: działający rozległy sejsmometryczny system pomiarowy. Materiały Sympozjum Warsztaty 2000 Zagrożenia naturalne w górnictwie E. Pilecka, red., Kraków, [5] Mirek J. 2002: Sejsmometryczny system pomiarowy SEJS-NET. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad. Sci. M-27 (340). 253

10 J. MIREK Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi... [6] Mirek J., Bowanko M. 2002: Sieć sejsmometryczna SEJS-NET na terenie Gminy Rudna. Materiały Sympozjum Warsztaty 2000 Zagrożenia naturalne w górnictwie E. Pilecka, red., Kraków, [7] Mirek J. 2002: Rozległy system pomiarowo-interpretacyjny drgań wzbudzanych wstrząsami górniczymi zrealizowany w technologii Internetu. Praca doktorska. Biblioteka Główna AGH. The use of mobile technologies for controlling strong ground motion recording networks SEJS-NET is a system for monitoring of ground vibrations, based on Internet technology. Authorized users can access system resources and control measurement parameters using web browser. Designers of sophisticated measuring systems try to use high telecommunication technology which gives possibility to make easier controlling of measurement process and data distribution. The work presents practical application of WAP technology in SEJS-NET system. Implemented WMOBILE module gives access to system resources via WAP browser from mobile phone. Przekazano: 25 marca 2003 r. 254