УДК 681.142

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ НАВИГАЦИИ

Дубовик Николай Николаевич
Московский Государственный Технический Университет МГТУ им Н.Э. Баумана
студент, кафедра «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры»

Аннотация
Данная статья посвящена исследованиям проблем, связанных с созданием программной системы, реализующей функцию навигации внутри различных помещений. Рассматриваются вопросы, связанные с концептуальным проектированием информационной системы и с программной реализацией системы. Описывается экспериментальный образец программного комплекса навигации, реализованный на базе открытого ПО. В заключении приведены преимущества выбранного решения для построения навигации, даны рекомендации по применению.

Ключевые слова: алгоритмы, геометрия, здания со сложной архитектурой, математическое обеспечение, навигация, ориентация, трассировка, трехмерная графика


THE ANALYSIS OF STRUCTURE OF INFORMATION SYSTEM FOR SPATIAL NAVIGATION

Dubovik Nikolay Nikolaevich
Moscow State Technical University N.E. Bauman
student, department «Design and production technology of the electronic equipment»

Abstract
This article is devoted to researches of the problems connected with creation of the program system realizing function of navigation in various rooms. The questions connected with conceptual design of information system and with program realization of system are considered. The experimental sample of a program complex of navigation realized on the basis of open sourse software is described. Advantages of the chosen decision to creation of navigation are given in the conclusion, recommendations about application are made.

Keywords: algorithms, building with a complex structure, geometry, navigation, orientation, software, three-dimensional graphics, tracing


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Дубовик Н.Н. Анализ структуры информационной системы для пространственной навигации // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/03/65809 (дата обращения: 20.11.2016).

ВВЕДЕНИЕ

В данный момент на рынке представлено довольно много различных систем, методов и технологий, предназначенных для навигации [1]. Однако большая часть таких технологий предназначена для работы не внутри зданий, а на открытом воздухе. Среди таких систем можно выделить: GPS, Galileo, ГЛОНАСС, iBeacon, WPS и др. В свою очередь для обработки навигационных данных, предоставленных с помощью вышеуказанных технологий используются такие сервисы, как: Google Maps, NAVIMIND, 2GIS.

При этом сейчас все острее встает проблема навигации внутри различных зданий и помещений, так же растет и заинтересованность в услугах, предоставляемых на основе местоположения клиента и его предпочтений. Здания с каждым днем становятся все более объемными, а их структура усложняется. В сооружениях такого типа уверенно могут ориентироваться лишь постоянные гости и сотрудники, и то такие посетители часто знают лишь необходимые им участки здания. В свою очередь ориентирование в здании для человека, который оказался там впервые, в большинстве случаев является крайне сложной задачей. Очевидно, что в такой ситуации на освоение в незнакомом месте тратится огромное количество времени, что чревато, например, опозданием на работу. Таким образом возникает потребность в сервисе, который поможет любому его пользователю максимально просто и без траты лишнего времени добраться до нужного ему места в здании.

Стоит так же отметить, что решения такой проблемы часто являются актуальными не только внутри, но и вне зданий – в условиях плотной застройки часто неэффективны даже системы, предназначенные специально для навигации на открытой местности.

Так как здания становятся все более громоздкими, классические методы навигации сильно теряют в эффективности. Решение в виде настенных планов уже не являются наглядными, особенно если размеры здания весьма велики. Зачастую конфигурация этажей разнится, что вносит еще больше путаницы в попытку сориентироваться и определить свое местоположение в здании. Вариант использования указателей так же крайне неэффективен, так как они используются лишь для обозначения самых важных помещений. Если же попытаться установить в здании указатели для всех помещений, то посетитель окажется просто переполнен количеством информации, в которой ему будет необходимо разобраться.

Решением этой проблемы должна быть автоматическая система, реализующая следующий функционал и обладающая такими свойствами:

  • единое ядро для мобильного и веб-приложения;
  • использование 2D и 3D – карт;
  • построение наиболее простых и понятных маршрутов;
  • упрощение взаимодействия клиентов (посетителей) и зданий;
  • возможность пользовательского развития, когда пользователи имеют возможность вносить (после модерации) оперативные изменения в планы помещений;
  • предоставление актуальной информации, такой как график работы, контактная информация и т.п.

Задачи прокладки эффективных маршрутов внутри зданий можно отнести к классическим задачам трассировки с линейными и пространственными ограничениями, которые хорошо проработаны и эффективно применяются в радиоэлектронике [2-9].

1 ТРЕБОВАНИЯ К НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ

В данный момент существуют несколько вариантов реализации подобных информационных систем, и все они предусматривают наличие следующего функционала как для клиентов, так и для администрирования:

Для пользовательского приложения:

  • форма авторизации пользователя;
  • отображение актуальной карты здания;
  • просмотр свойств и информации о помещениях;
  • прокладка маршруты с выбором начальной и конечной точки;
  • запуск и остановка процесса формирования маршрута.

Для приложения администратора:

  • изменение доступности различных функций или информации;
  • предоставлять доступ к просмотру пользовательских данных;
  • формировать статистические отчёты о работе системы;
  • предоставлять доступ к управлению списком клиентов;
  • предоставлять доступ к управлению списком зданий.

Так как разрабатываемая система нацелена на активное использование мобильного приложения, для неё была выбрана клиент-серверная архитектура, состоящая следующих из компонентов:

  • сервер с базами данных;
  • веб-сервер;
  • веб-интерфейс и интерфейс баз данных;
  • тонкий клиент для мобильного приложения.

В данный момент на рынке имеется большое количество программных платформ и компонентов, дающих возможность реализации такой архитектуры. Однако в целях упрощения структуры и увеличения функционала были выбраны следующие компоненты:

  • серверная ОС Linux Ubuntu 14.04;
  • база данных MongoDB 3.0.6;
  • веб-серверное ПО NodeJS 4.0.0;
  • мобильные приложения для платформ Android и iOS.

Подобная структура информационной системы позволит в полной мере реализовать весь необходимый функционал, а также даст возможность легко и удобно работать над изменением самой системы.

2 ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ

2.1 Архитектура системы

Как уже отмечалось ранее, для организации работы мобильного приложения используется двухуровневая клиент-серверная архитектура. Подробно техническая реализация этой архитектуры представлена на рисунке 1.

Рисунок 1: – Архитектура системы

Основные данные системы хранятся на сервере БД под управлением СУБД MongoDB. Вывод и изменение необходимых пользователям данных осуществляется с помощью веб-сервера Nginx под управлением NodeJS. Клиенты в свою очередь взаимодействуют с системой с помощью специальных мобильных приложений, работающих как на платформе Android, так и на iOS.

2.2 Структура программы

Программная часть системы indoor-навигации реализуется в виде набора приложений на языке программирования JavaScript, основанном на ECMAScript 5. Помимо этого используется фреймворк AngularJS, который позволяет разделить систему на модули.
Приложение администрирования поделено на 5 основных модулей: «Аккаунт», «Статистика», «Управление», «Здание» и «Граф». Связь этих модулей в системе показана на рисунке 2.

Рисунок 2: – Модульная структура системы

Объекты класса «Статистика» играют роль транзакций в данной системе. Они отражают факты того, что пользователь A, авторизовавшийся в системе под своим аккаунтом B, в здании C запросил маршрут D. Эта информация в дальнейшем используется для формирования отчётности.

На диаграмме пакетов изображены связи между модулями приложения администрирования. Модули «Граф», «Здание» и «Клиент» напрямую связаны с соответствующими базами данных. Они нужны для хранения справочных данных.

Модуль «Маршрут» использует данные о зданиях, полученные через обращения к базе данных, для формирования маршрута и записи в статистику. Модуль «Управление системой» имеет доступ к модулю «Здание» и «Граф» для обеспечения актуальности информации и осуществления изменений.

2.3 Описание логической структуры

Взаимодействие клиента с мобильным приложением осуществляется в один этап. Пользователю необходимо авторизоваться, выбрать здание и задать начальную и конечную точки маршрута:

  • ввод логина и пароля или регистрация;
  • выбор здания из доступных вручную или по геопозиции;
  • вывод схемы 1-го этажа выбранного здания;
  • выбор начальной и конечной точек пути маршрута;
  • построение необходимого маршрута.

После формирования маршрута пользователю доступна возможность поделиться маршрутом, добавить его в избранное или построить другой маршрут. Аналогичным образом пользователь может запросить доступною информацию о любом объекте в выбранном здании.

2.4 Связи между составными частями программ

Связи между объектами навигационной системы показаны на рисунке 3. Центральным звеном является объект «Аккаунт», т.к. все перечисленные выше действия могут выполняться только с привязкой к конкретному пользователю.

Рисунок 3: – Связь модулей системы

Взаимодействие объектов «Аккаунт» и «Маршрут», как видно на диаграмме, является наиболее активным. Для обеспечения быстрой работы системы необходимо использовать высокоскоростные интерфейсы к БД в виду частых обращений как к данным аккаунта, так и к данным зданий.

Созданная информационно-навигационная система решает множество важных задач, связанных с проблемами навигации в зданиях со сложной архитектурой, объединяя наиболее существенные функции в единой системе.

Структура данной системы сразу несколькими важными преимуществами:

  • простота реализации;
  • использование открытого ПО;
  • работа на широком спектре устройств

Система реализована с помощью простой и уже зарекомендовавшей себя клиент-серверной архитектуры, которая обеспечивает стабильную и быструю работу, а также легкую масштабируемость и редактируемость системы.

Использование открытого и доступного ПО дает возможность тонкой настройки, модификации и отладки отдельных модулей системы, при этом не теряя в эффективности и скорости работы.

Программная реализация системы и используемые решения позволяют системе быстро и эффективно работать на широком спектре платформ и устройств.

Разработанная система является универсальным и удобным инструментом, способным быстро и эффективно решить любую задачу, связанную с предоставлением информации касательно здания, в котором применяется ИНС.


Библиографический список
  1. Шепель В. И., Ергалиев Д. С., Тулегулов А. Д. Сравнительный анализ глобальных навигационных спутниковых систем // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». Том 1. 2012.
  2. Камышная Э.Н., Маркелов В.В., Соловьев В.В. Конструкторско-технологические расчеты электронной аппаратуры: Учебное пособие. – М. Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014.
  3. Андреев К.А., Власов А.И., Камышная Э.Н., Тиняков Ю.Н., Лавров А.В. Автоматизированная пространственная оптимизация компоновки блока управления датчика давления по тепловому критерию // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2013. № 6 (18). – С. 51.
  4. Камышная Э.Н., Маркелов В.В., Соловьев В.В. Формальное представление электрических принципиальных схем для решения задач автоматизированного проектирования электронной аппаратуры: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 44, [4] с.
  5. Применение методов искусственного интеллекта в САПР технологических процессов производства электронной аппаратуры: Учебное пособие / Григорьев В.П., Камышная Э.Н., Нестеров Ю.И., Никитин С.А. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. 48 с.
  6. Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачов. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1989. – 272 с.
  7. Алексеев В.Г., Камышная Э.Н., Усачев В.П. Автоматизированная компоновка схем ЭВА и РЭА по конструктивным модулям первого уровня: Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. – М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1988. – 40 с.
  8. Н. Л. Дембицкий, А. В. Назаров. Модели и методы в задачах автоматизированного конструирования радиотехнических устройств – Москва, Изд-во МАИ. 2011. 203 с. Сер. Научная библиотека.
  9. Назаров А.В. Оптимизация расстановки элементов печатных модулей методом компактного размещения // Интеграл. 2014. № 4. С. 12-14.
  10. Власов А.И., Лыткин С.Л., Яковлев В.Л. Краткое практическое руководство разработчика по языку PL/SQL – Москва, Сер. Библиотечка журнала “Информационные технологии”. Том 2. 2000.
  11. WebGL [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/WebGL (дата обращения: 10.11.2015).
  12. A* search algorithm [Электронный ресурс] URL: https://en.wikipedia.org/wiki/A*_search_algorithm (дата обращения: 10.11.2015).
  13. Johnson’s algorithm [Электронный ресурс] URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Johnson%27s_algorithm (дата обращения: 10.11.2015).
  14. Floyd–Warshall algorithm [Электронный ресурс] URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Floyd%E2%80%93Warshall_algorithm (дата обращения: 10.11.2015).
  15. Дубовик Н. Н., Ногин О. А., Туманов В. М., Лагута А. Е. Исследование проблем 3D навигации в условиях пространственных ограничений // 17-ая международная конференция «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы». Том 2. 2015. [Электронный ресурс] URL: https:// http://iu4.ru/konf/2015_ts/03_tom02.pdf (дата обращения: 10.11.2015).
  16. Дубовик Н.Н., Ногин О.А., Туманов В.М. Информационно-навигационная система «ИНС» // Международный инвестиционный форум «WEB – Ready 2015». [Электронный ресурс] URL: https:// web-ready.ru/files/ins_1.doc (дата обращения: 10.11.2015).


Все статьи автора «Дубовик Николай Николаевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация