SEJS-NET

WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Mat. Symp. str. 245 – 254
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
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
BAZA DANYCH
GET http://... HTTP/1.0
<HTML>
....
....
....
</HTMLl>
<wml>
....
....
....
</wml>
Server HTTP
INTERNET
ENGINE
Silnik CBP
GSM
BRAMKA GSM
WAP
Przeglądarka WWW
Przeglądarka WAP
Rys. 2.1. Dostęp do zasobów systemu SEJS-NET poprzez przeglądarki WWW i WAP
Fig. 2.1. Accessing SEJS-NET resources through web browser and WAP browser
____________________________________________________________________________
246
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. 3.1. Schemat warstwowy oprogramowania systemu SEJS-NET
Fig. 3.1. 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
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. 3.2. Menadżer importu danych systemu SEJS-NET
Fig. 3.2. 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
WARSZTATY 2003 z cyklu „Zagrożenia naturalne w górnictwie”
____________________________________________________________________________
Rys. 4.1. Parametry projektów i stacji pomiarowych
Fig. 4.1. Parameters of Projects and Measuring Position
Rys. 4.2. Wizualizacja danych pomiarowych
Fig. 4.2. 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
J. MIREK – Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi...
____________________________________________________________________________
Rys. 4.3. Raporty przygotowane do druku
Fig. 4.3. 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. 5.1. Dostęp do zasobów systemu SEJS-NET poprzez przeglądarkę WAP
Fig. 5.1. 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
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).
b
a
Rys. 5.2. Lista projektów (a) i menu projektu (b)
Fig. 5.2. 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
b
Rys. 5.3. Informacje o zarejestrowanych zjawiskach: lista rejestracji (a) i informacja szczegółowa (b)
Fig. 5.3. Information about recording data: list of registration (a) and enhanced information (b)
____________________________________________________________________________
251
J. MIREK – Wykorzystanie technik mobilnych w sterowaniu sieciami pomiarowymi...
____________________________________________________________________________
b
a
Rys. 5.4. Akcelerogram (a) i widmo (b) sygnału
Fig. 5.4. 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. 5.5. Lista (a) i parametry (b) stacji pomiarowych
Fig. 5.5. 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. 5.6. Lista (a) i parametry (b) stanowisk pomiarowych
Fig. 5.6. List (a) and parameters (b) of Measuring Position
____________________________________________________________________________
252
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 SEJSNET 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 2000.
[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, 34 – 36.
[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, 319 – 324.
[4] Mirek J. 2001: SEJS-NET: działający rozległy sejsmometryczny system pomiarowy. Materiały Sympozjum “Warsztaty 2000 Zagrożenia naturalne w górnictwie” E. Pilecka, red., Kraków, 561 –568.
[5] Mirek J. 2002: Sejsmometryczny system pomiarowy SEJS-NET. Publs. Inst. Geophys. Pol. Acad.
Sci. M-27 (340).
____________________________________________________________________________
253
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, 173 –177.
[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