System wizualizacji informacji meteorologicznych SWIM wykorzystujący interfejs Google Maps(1), stz. Prace ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
INSTYTUT INŻYNIERII I GOSPODARKI WODNEJ
POLITECHNIKA KRAKOWSKA im. TADEUSZA KOŚCIUSZKI
Marta Zwolska
SYSTEM WIZUALIZACJI INFORMACJI
METEOROLOGICZNYCH
S W I M
WYKORZYSTUJĄCY INTERFEJS GOOGLE MAPS
praca magisterska
studia dzienne
kierunek studiów:
informatyka
specjalność:
informatyka stosowana w inżynierii środowiska
promotor:
dr inż. Robert Szczepanek
nr pracy: 2135
data złożenia: .....................
K
R A K Ó W
2008
ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków tel/fax (+48 12) 628 20 41 e-mail: sekretariat@iigw.pl internet: www.iigw.pl
PODZIĘKOWANIA
Serdecznie dziękuje
moim Rodzicom,
za wsparcie przez wszystkie lata edukacji,
Dr inż. Robertowi Szczepankowi,
za zainspirowanie mnie tematem, cenne uwagi i poświęcony czas,
Dyrekcji i Pracownikom firmy TRAX elektronik,
za umożliwienie wykorzystania istniejącego systemu firmy na potrzeby
implementacji systemu SWIM .
2
Marta Zwolska
SYSTEM WIZUALIZACJI INFORMACJI METEOROLOGICZNYCH
S W I M
praca magisterska
WYKORZYSTUJĄCY INTERFEJS GOOGLE MAPS
Spis treści
1.Wstęp .................................................................................................................................4
2. Meteorologia – definicje wielkości i sposób pomiaru ........................................................7
3. Techniki i języki programowania .....................................................................................13
4. Psychologia zachowań użytkownika................................................................................17
5. Implementacja systemu SWIM w oparciu o dane w formacie XML................................19
5.1. XML jako źródło informacji o zmianach pogodowych.........................................20
5.2. Przygotowanie ikon.............................................................................................23
5.3. Mechanizm umieszczania ikon na mapie Google Maps.....................................32
5.4. Mechanizm umieszczania obrazów z kamer na mapę Google Maps.................44
5.5. Prezentacja działania systemu SWIM w oparciu o pliki XML............................. 46
6. Implementacja systemu SWIM w oparciu o bazę danych...............................................48
6.1. Struktura meteorologicznej bazy danych.............................................................49
6.2. Przykład zapisu pomiaru w bazie danych............................................................53
6.3. Generowanie wykresów – założenia i implementacja .........................................56
6.4. Animacja wykresów – założenia i implementacja ...............................................67
6.5. Interfejs użytkownika – konfiguracja parametrów animacji..................................76
6.6. Prezentacja animacji konfigurowanej przez użytkownika....................................81
6.7. Prezentacja działania systemu SWIM w oparciu bazę danych............................86
7. Prezentacja działania systemu SWIM na mapie Google Maps.......................................93
8. Podsumowanie.................................................................................................................97
Spis rysunków....................................................................................................................100
Spis tabel............................................................................................................................104
Bibliografia.........................................................................................................................105
3
Marta Zwolska
SYSTEM WIZUALIZACJI INFORMACJI METEOROLOGICZNYCH
S W I M
praca magisterska
WYKORZYSTUJĄCY INTERFEJS GOOGLE MAPS
1. Wstęp
Środowisko naturalne i jego nieustanne zmiany w znacznym stopniu wpływają na
życie, zachowanie i samopoczucie człowieka. Od setek lat ludzkość bacznie obserwuje
otaczający ją świat i procesy, jakie w nim zachodzą. Od setek lat próbowano zrozumieć
i wyjaśnić zjawiska związane ze zmianą pogody. W czasach starożytnych powstały mity
dotyczące takich zjawisk jak deszcz czy śnieg. Ich wystąpienie przypisywano woli
bogów. Poprzez wieki człowiek coraz lepiej uświadamiał sobie przyczynę występowania
określonych zdarzeń związanych z meteorologią. Zjawiska atmosferyczne zachodzące
w przyrodzie od tysięcy lat budzą zainteresowanie człowieka. Jest to podyktowane
w dużej mierze ich wpływem nie tylko na nas samych, lecz także na chociażby
gospodarkę czy ekonomię.
Człowiek nadal nie jest w stanie wpływać na siły przyrody, jednak jest w stanie
prognozować zmiany, jakie mogą w niej zajść. Pozwala to ludziom na odpowiednie
przygotowanie się do zdarzeń, na które nie mają bezpośredniego wpływu. Tworzone są
systemy ostrzegania przed powodziami, przed suszą. Można przewidzieć nadchodzące
wichury czy opady śniegu. Świadomość tego, co przyniesie przyszłość daje ludziom
szansę na odpowiednie przygotowanie. Jest to możliwe dzięki rozwojowi techniki, która
pozwala na dokonywanie bardzo precyzyjnych pomiarów, ich przetwarzanie
i interpretację. Pomiary dokonywane są przy użyciu wyspecjalizowanych czujników
i urządzeń. Jednym z obserwowanych zjawisk meteorologicznych jest opad
atmosferyczny. Jego pomiaru dokonuje się przy użyciu deszczomierzy, pluwiografów
i wyspecjalizowanych czujników opadu uwzględniających jego rodzaj (deszcz, śnieg,
grad). Kolejnym ważnym pomiarem jest pomiar wiatru. Mierzony jest zarówno jego
kierunek jak i prędkość. Służą do tego anemometry, skaterometry, sodary, radary
i wiele innych urządzeń i czujników. Następny pomiar dotyczy temperatury. Obecnie
istnieje wiele urządzeń umożliwiających określenie temperatury, począwszy od prostych
domowych termometrów aż do wysoko wyspecjalizowanych czujników.
Dane pochodzące z pomiarów są na bieżąco gromadzone, a gdy zachodzi taka
potrzeba odpowiednio interpretowane. Dawniej tworzone były papierowe zbiory zwane
dziennikami meteorologicznymi. Wraz z rozwojem techniki zaczęto zastępować je
zapisami wykorzystującymi środowisko komputerowe. Popularne stały się programy
umożliwiające zapis w formacie tekstowym oraz w formatach obsługiwanych przez
arkusze kalkulacyjne. Kolejnym przełomem okazały się wyspecjalizowane bazy danych
znacznie usprawniające analizę i zarządzanie danymi. Obecnie nadal większość
informacji przechowywana jest w bazach danych, jednak sposób dostępu do nich ulega
bezustannym ulepszeniom.
Usprawnianie systemów meteorologicznych ściśle związane jest z przestrzenią,
czasem i przystępnością. Informacje o wyniku pomiaru powinny być dostępne
w każdym miejscu, w którym mogą okazać się przydatne. Czas przesłania informacji od
stacji pomiarowej do punktów odbiorczych powinien być możliwie jak najkrótszy. Czas
ten wynosi obecnie nie więcej niż kilka minut, a nierzadko kilka milisekund. Nie mniej
ważną cechą systemu meteorologicznego jest jego przystępność dla użytkownika.
4
Marta Zwolska
SYSTEM WIZUALIZACJI INFORMACJI METEOROLOGICZNYCH
S W I M
praca magisterska
WYKORZYSTUJĄCY INTERFEJS GOOGLE MAPS
Ze względu na potężne ilości informacji użytkownik musi posiadać możliwość ich łatwej
i wielowymiarowej interpretacji. Doskonałym rozwiązaniem technologicznym jest
wykorzystanie Internetu. Za jego pośrednictwem możliwy jest dostęp do informacji
z całego świata. Wykorzystanie urządzeń mobilnych takich jak laptopy, palmtopy czy
telefony komórkowe obsługujących standard GSM (
ang. Global System for Mobile
Communications
) i opartą na nim technologię GPRS (
ang. General Packet Radio
Service
) pozwala na szybkie i przejrzyste przekazywanie danych na bardzo duże
odległości. Wiodącym narzędziem służącym do prezentowania informacji są
przeglądarki internetowe. Od strony informatycznej tworzone są odpowiednie skrypty
pozwalające użytkownikom na intuicyjny i atrakcyjny wizualnie dostęp do informacji.
Stworzony i opisany w tej pracy autorski system SWIM bazuje na powyżej
opisanych zagadnieniach. Posiada on możliwość szybkiego prezentowania wyników
pomiarów meteorologicznych na obszarze całego świata. W obecnej wersji system
SWIM przewiduje monitoring terenu Polski, jest jednak skalowalny i przenośny, co
pozwala na zastosowanie go na dowolnym innym obszarze. Nie jest zależny od
systemu operacyjnego i rodzaju przeglądarki internetowej, co sprawia, że jest w pełni
uniwersalny. Aktualnie przewiduje obsługę pomiarów temperatury na trzech
wysokościach (na 2 metrach, 20 centymetrach i przy podłożu), pomiar wilgotności
powietrza, pomiaru kierunku i prędkości wiatru oraz pomiaru wysokości opadu.
W przypadku pojawienia się kolejnych rodzajów urządzeń pomiarowych możliwe jest
rozszerzenie systemu i dostosowanie do aktualnych potrzeb.
Systemy meteorologiczne często wykorzystywane są do oceny aktualnych
warunków pogodowych. Jednym z takich przykładów może być system monitoringu
dróg. Zachodzi wówczas potrzeba poszerzenia systemu o inne informacje,
niekoniecznie związane z meteorologią. System SWIM pozwala na dodawanie innych
informacji niebędących danymi meteorologicznymi, lecz często wykorzystywanych wraz
z nimi. Przykładowo do systemu dołączona została autonomiczna część umożliwiająca
obsługę obrazów z kamer usytuowanych przy drogach.
Od strony informatycznej w systemie SWIM zastosowane zostały dwa odrębne
podejścia do uzyskiwania danych z urządzeń pomiarowych. Pierwszą z zastosowanych
technologii jest wykorzystanie formatu xml. Drugie rozwiązanie oparte jest na
bezpośrednim dostępie do bazy danych. Obie metody różnią się od siebie między
innymi wydajnością, lecz każda z nich ma swoje wady i zalety, które wraz
z implementacją zostały szczegółowo opisane w kolejnych rozdziałach.
Środowiskiem do osadzenia obu opisanych powyżej technologii jest Google Maps. Jest
to interfejs udostępniony przez firmę Google w postaci interaktywnej mapy. Stanowi on
podstawę do przedstawiania danych w kontekście geograficznym i daje potężne
możliwości dostosowania jej do określonych potrzeb. Umożliwia m. in. dodanie do mapę
ikon reprezentujących warunki pogodowe takie jak temperatura, wiatr, opad czy
wilgotność w formie graficznej i numerycznej oraz obrazów rejestrowanych przez
kamery przy wykorzystaniu pierwszej z metod. Ponadto przy implementacji opartej na
metodzie drugiej umożliwia dodanie do interfejsu własnych dynamiczne generowanych
wykresów i animacji.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]