Автореферат (Автономные отказоустойчивые веб-приложения для геоинформационных систем с использованием данных дистанционного зондирования Земли)

На правах рукописиГинзбург Илья БорисовичАВТОНОМНЫЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЕ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАННЫХДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИСпециальность 05.13.01Системный анализ, управление и обработка информации(авиационная и ракетно-космическая техника)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена на кафедре 609 «Прикладная информатика»Аэрокосмического факультета ФГБОУ ВО «Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет)» (МАИ).Научный руководитель:Падалко Сергей Николаевич, доктор техническихнаук,профессор,заведующийкафедрой«Прикладная информатика» МАИОфициальные оппоненты:Матвеев Иван Алексеевич, доктор техническихнаук, заведующий сектором Вычислительногоцентра им А.А. Дородницына Российской академиинаук Федерального исследовательского центра«Информатика и управление» Российской академиинаукМельникЭдуардВсеволодович,доктортехническихнаук,заведующийотделом«Информационных технологий и процессовуправления» Южного научного центра Российскойакадемии наукВедущая организация:АО «Российские космические системы»,111250, г.

Москва, Авиамоторная ул., 53Защита состоится «17» ноября 2016 г. в 15:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.125.12 при ФГБОУ ВО «Московскийавиационный институт (национальный исследовательский университет)» поадресу: 125993, г. Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское ш., д. 4, Учёныйсовет МАИ.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МАИ поссылке: http://www.mai.ru/events/defence/index.php?ELEMENT_ID=71837Отзывы, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 125993,г.

Москва, A-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, Учёный совет МАИ.Автореферат разослан «___» _____________ 2016 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 212.125.12кандидат технических наукА.В. Старков3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияВ«Концепцииразвитияроссийскойкосмическойсистемыдистанционного зондирования Земли на период до 2025 года» отдельноговорится (глава 7) о необходимости создания современного наземногокомплекса приема, обработки и распространения космических данных,получаемых от космических аппаратов дистанционного зондирования Земли(ДЗЗ), как неотъемлемого компонента отечественной космическойинфраструктуры. В настоящее время данный комплекс создается в виде Единойтерриториально-распределенной информационной системы ДЗЗ (ЕТРИС ДЗЗ).Задачей ЕТРИС ДЗЗ является объединение разрозненных систем,обеспечивающих сбор, хранение, обработку и доступ к данным ДЗЗ разныхтематик, и обеспечение доступа широкого круга пользователей к этим данным,используя как ведомственные или иные линии связи, так и сеть Интернетпосредством веб-приложений.В настоящее время существующие системы мониторинга земнойповерхности и геоинформационные системы (ГИС), использующие данныеДЗЗ, обеспечивают доступ к своим ресурсам на основе традиционных вебприложений, которые недостаточно учитывают специфику веб-представлениягеопространственных данных.

В то же время эта специфика согласуется свозможностями, предоставляемыми недавно принятым стандартом HTML5. Вэтой связи актуальным является исследование возможностей использованияназванной специфики для создания веб-приложений на базе стандарта HTML5,расширяющих применение геоданных при решении социально-экономическихзадач за счет использования мобильных клиентских устройств с минимизациейпоследствий разрыва соединений в процессе обмена информацией междуклиентом и сервером ГИС.Степень разработанности темы исследования. Согласно приведенномув работе аналитическому обзору, близкими к теме диссертации являются двегруппы известных результатов, которые базируются на: 1) рекомендацияхстандартов веб-представлений геоданных Open Geospatial Consortium;2) результатах в области современных веб-технологий.

При этом первые из нихникак не ориентированы на обеспечение отказоустойчивости и возможностиавтономной работы, а вторые, в первую очередь, базирующиеся нарекомендациях стандарта HTML5, хотя и имеют соответствующиеуниверсальные механизмы, но никак не учитывают специфику вебпредставления геоданных. Результаты, на получение которых ориентированаработа, а именно: обеспечение отказоустойчивого доступа к геоданным сразличных клиентских устройств с помощью веб-приложений с возможностьюавтономной работы и резервированием вводимых пользователем данных –среди известных отсутствуют.Целью работы является исследование возможностей использованиятехнологий стандарта HTML5 для создания веб-приложений, обеспечивающих4мониторинг земной поверхности и работу пользователей с геоданными сразличных клиентских устройств, включая мобильные, в условиях:а) сбоев соединения с сервером ГИС (отказоустойчивость);б) полного отсутствия соединения с сервером ГИС (автономность).Научная новизна работы состоит в том, что в ней проведеноисследование, которое учитывает специфику геоданных (объем, срокактуальности, пространственное разрешение, многослойность структуры) ииспользует хорошо согласующиеся с этой спецификой возможности стандартасоздания веб-приложений HTML5 (механизмы сохранения данных иманипулирования ими на клиентском устройстве средствами только вебприложения).На основе результатов исследования предложено автономноеотказоустойчивое веб-приложение (АВП).

Его основная идея состоит в том, чтов состав клиент-серверной системы вводится программно-информационныйкомплекс (рис. 1), обладающий следующим свойством: информация, попавшаяв него с клиентского устройства или с сервера, сохраняется до тех пор, пока онанеобходима.Хранилище полученныхс сервера данныхКлиентОбменданнымиСерверКлиентКлиентскиесредстваОтказоустойчивый обменданными ифункционаломСерверные средстваАВПЕдиныйпрограммныйкомплекс.СерверХранилище введенныхпользователем данныха)б)Рис.

1. Клиент-серверное взаимодействиеа) на основе традиционного веб-приложения; б) на основе АВПДля сохранения в АВП информации используются механизмы,предоставляемые стандартом HTML5. Управление локальным сохранением иактуализацией полученных с сервера данных на стороне клиентаосуществляется на основе конфигурационного файла локального хранилища,предусмотренного этим же стандартом и называемого манифестом кэша.Объектом исследований является система обеспечения доступа кданным дистанционного зондирования Земли с произвольных типовстационарных и мобильных клиентских устройств посредством сетиИнтернет/Интранет.Областью исследований является разработка на базе стандарта HTML5метода и основанных на нем алгоритмов функционирования клиент-серверногокомпонента системы мониторинга земной поверхности и обеспечения доступа кгеопространственным данным.5Основные задачи, решаемые в работе:1.

анализ специфических особенностей геоданных, структуры вебпредставлений геоданных и их сопоставление с возможностями,предоставляемыми стандартом HTML5;2. разработка и обоснование метода функционирования клиентскогоприложения нового типа, ориентированного на расширение кругапользователей системы обеспечения доступа к геоданным, базирующегося навозможностях, предоставляемых стандартом HTML5 и обеспечивающего:а) автономную работу веб-клиента с полученными с сервера данными;б) автоматическое аварийное резервирование вводимых пользователемданных при потере соединения с сервером;в) поддержку произвольных типов стационарных и мобильныхклиентских устройств;3. построение и обоснование математических моделей оценки экономиитрафика и ускорения загрузки страниц в АВП по сравнению с традиционнымвеб-приложением;4. разработка алгоритмов функционирования клиентских и серверныхкомпонентов АВП;5.

реализация АВП на основе разработанных алгоритмов;6. подтверждение заявленных преимуществ АВП на примерах решениязадач: а) мониторинга лесного хозяйства; б) проведения геодезических работ.Результаты, выносимые на защиту:1. результаты анализа специфических особенностей геоданных,структуры веб-представлений геоданных и их сопоставление с возможностями,предоставляемыми стандартом HTML5;2.

метод функционирования клиентского приложения нового типа,названного АВП, который согласуется со спецификой веб-представленийгеоданных и базируется на возможностях, предоставляемых стандартомHTML5, обеспечивая при этом: автономную работу веб-клиента с полученнымис сервера данными; автоматическое аварийное резервирование вводимыхпользователем данных при потере соединения с сервером; поддержкупроизвольных типов стационарных и мобильных клиентских устройств;3.

математические модели, разработанные для оценки количественныхпреимуществ использования веб-приложений на базе технологий стандартаHTML5 (АВП) для доступа к геоданным в зависимости от числа локальносохраненных элементов и их объема. Использование разработанных моделейпоказало преимущества АВП по сравнению с традиционным веб-приложением:экономию трафика – более 30%; уменьшение времени загрузки обновленийданных – более 86%; возможность моментального запуска.4. архитектура АВП, основу которой составляют объединенныеразработанными в диссертации алгоритмами элементы стандарта HTML5(Local Storage, Application Cache), библиотека jQuery, а также концепцияпостроения интерактивных веб-интерфейсов AJAX.65. подтверждение заявленных преимуществ АВП на примерах решениязадач: а) мониторинга лесного хозяйства; б) проведения геодезических работ.Реализованное согласно предложенной архитектуре АВП использовалосьдля проведения натурных экспериментов и подтверждения достоверностиразработанных моделей.Методы исследования основаны на методах системного анализаприкладных объектов сбора, хранения и удаленной обработки информации,математического моделирования, а также экспериментального определенияхарактеристик пользовательских выборок данных, каналов связи и клиентскихтерминальных устройств.Практическая значимость полученных в работе результатовзаключается в создании нового типа веб-приложений, обеспечивающихотказоустойчивое взаимодействие пользователей различных клиентскихплатформ в компьютерных сетях при решении задач мониторинга земнойповерхности и работы с геоданными, включая возможность полностьюавтономной работы с предварительно загруженными выборками данных.

Этопозволяет расширить круг терминальных устройств и обеспечить доступконечных пользователей к данным там, где раньше это было невозможно.Одновременно обеспечивая экономию трафика и увеличение скорости загрузкистраниц по сравнению с традиционным веб-приложением.Диссертация является результатом исследований, проводимых на кафедре609 «Прикладная информатика» Аэрокосмического факультета ФГБОУ ВО«Московского авиационного института (национального исследовательскогоуниверситета)» в рамках научного проекта №14-08-01028а РФФИ; выполненапри финансовой поддержке Министерства образования и науки РоссийскойФедерации в рамках базовой части государственного задания в сфере научнойдеятельности, проект № 834.Апробация работы и публикацииОсновные результаты доложены и обсуждены на всероссийскихконференциях молодых ученых и студентов «Информационные технологии вавиационной и космической технике» (Москва, МАИ, 2008, 2009 гг.), VIвсероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых«Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Москва, МАИ,2009), 8-й, 9-й, 13-й международных конференциях «Авиация и Космонавтика»(Москва, МАИ, 2009, 2010, 2014 гг.), международных научно-практическихконференциях «Развитие науки и образования в современном мире» (Москва,АР-Консалт, 2014), «Наука, образование, общество: тенденции и перспективы»(Москва, АР-Консалт, 2014), «Актуальные проблемы развития современнойнауки и образования» (Москва, АР-Консалт, 2015).Список публикаций по теме диссертации содержит 15 наименований, изних 5 – в изданиях, рекомендованных ВАК.Личный вклад автора.