Разработка WEB - интерфейса для анализа базы метеореологических данных

Федеральное агентство по образованию

Государственное Образовательное  Учреждение Высшего Профессионального  Образования 

 

ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ  ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)

 

 

 

Кафедра информационных систем

 

 

 

 

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

РАЗРАБОТКА WEB – ИНТЕРФЕЙСА ДЛЯ АНАЛИЗА БАЗЫ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ

 

 

 

 

 

 

 

Студент гр. ИС -02		Чепёлкин С.В.
Руководитель, инженер-программист, участок ЛВСиПК, цех ТАИ, Игналинская АЭС		Сплошнов Р.В.
Рецензент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обнинск 2008 
РЕФЕРАТ

67 стр., 33 рис., 6 табл., 15 ист., 12 прил.

ИАЭС, метеорологические  данные, база данных, Интернет, web-интерфейс, анализ данных, информирование общественности.

Данная дипломная работа посвящена созданию информационной страницы для отображения и анализа метеорологических данных на ИАЭС и окружающей её территории.

Цель работы – проектирование и  создание web-интерфейса, позволяющего просматривать текущие метеорологические данные, а так же просматривать и анализировать накопленные в базе метеорологические данные.

 Web-интерфейс “Анализ базы метеоданных” имеет вид Web-страницы, созданной в среде разработки Visual Studio.Net с использованием языка программирования C#. База данных создана на основе Microsoft  SQL Server 2000.

Web-интерфейс “Анализ базы метеоданных” прошел пробную эксплуатацию на компьютере разработчика и теперь работает на внешнем сайте ИАЭС. Дальнейшим развитием дипломной работы является сопровождение базы метеорологических данных и контроль вывода разрешённых для общего доступа на ИАЭС метеорологических данных.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОКРАЩЕНИЯ

 

DTS - ( Data Transformation Services) -служба преобразования данных;

ПО  - Программное обеспечение;

БД - База данных;

ИАЭС  - Игналинская Атомная Электростанция;

ИВС  - информационно-вычислительный комплекс;

iis  - (Microsoft Internet Information Server) служба информационной поддержки интернет;

HTML  - (Hyper-Text Markup Language) - язык гипертекстовой разметки - основное средство создания страниц для Internet;

URL  - (Universal Resours Locator, универсальный указатель ресурса) адрес Web-страницы;

HTTP - (HyperText Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста, сетевой протокол прикладного уровня передачи данных в виде текстовых сообщений;

Web - Сокращённо от WWW (World Wide Web) – Всемирная паутина, сеть;

OLDE DB - (Object Linking and Embedding for Data Base) - технология связывания и внедрения объектов а так же низкоуровневый интерфейс доступа к данным;

 ADO - (ActiveX Data Objects) - механизм доступа к данным;

SQL  - (Structured Query Language) — язык структурированных запросов;

Интерфейс - (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка, шутл. междумордие) в общем случае определяет место или способ соединения/соприкосновения/связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Атомные электростанции являются одним из сложных и высокотехнологичных изобретений человечества. Не каждый человек сразу разберётся в тонкостях технологического процесса  атомной станции -  а неизвестность и незнание вызывает опасения. Поэтому немаловажной задачей производителей атомной энергии является информирование общественности об экологической обстановке вокруг атомной станции.

Одними из основных показателей  безопасной работы атомной станции  являются  допустимое содержание вредных  веществ в выбросах, а так же контроль за температурой  водоёмов, участвующих  в технологическом процессе атомной станции.

Для полноценного анализа экологической  обстановки вокруг атомной станции  необходимы ещё и  наблюдения за такими параметрами как: скорость и  направление ветра. Анализируя скорость и направление ветра можно рассчитать, как долго и на каком расстоянии от атомной станции будут находиться  частицы выбросов.

Контроль за состоянием таких параметров как: температура озера, температура  воздуха на различных высотах, скорость и направление ветра, содержание различных веществ в выбросах атомной станции можно осуществлять как в реальном времени, так и в режиме анализа информации, накопленной в базе данных.

С целью анализа базы метеорологических  данных, а также контроля данных в реальном времени  и был разработан  web-интерфейс “Анализ базы метеоданных ”. В программе возможен просмотр метеорологических данных в реальном времени, в виде таблицы статистики с возможностью выбора любого параметра; с полями, в виде отчёта созданного с помощью приложения Crystal Report; так же в виде графика, отражающего зависимость значения  метеорологического параметра от времени. Есть так же возможность администрирования базы данных, с целью упорядочить вывод необходимых данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Постановка задач дипломного  проекта

 

Цель дипломной работы – создание удобного web–интерфейса для работы с данными, хранящимися в базе, а тек же для контроля данных в реальном времени. В соответствии с техническим заданием были разработаны структура и основные задачи web – приложения  “Анализ базы метеорологических  данных ”.

1. Структура вывода данных

Таблица 1. Задачи Стартовой страницы

 

Задачи Стартовой страницы	Переход  на другой язык страницы	Просмотр статистики	Просмотр отчёта	Редактирование вывода данных на странице статистики	Отображение данных в реальном времени
Выбирается указателями на главной странице	Указатель “RU”,”LT”	Кнопка перехода на страницу анализа  статистики	Кнопка перехода на страницу анализа  Crystal Report	Кнопка перехода на страницу редактирования базы данных	Вывод данных на стартовой странице

 

 

Таблица 2. Задачи страницы просмотра  статистики

 

Переход  на другой язык страницы	Выбор просматриваемых данных	Дата	Вывод данных за период	Вывод отклонения данных от нормы  за период	Вывод графика за период
Указатель “RU”, ”LT”	Выбирается из выпадающего списка	Выбирается с помощью  календаря  или вводится пользователем	Кнопка вывода данных за период	Кнопка вывода отклонения данных от нормы за период	Кнопка вывода графика за период

 

 

Таблица 3. Задачи страницы просмотра отчёта

 

Переход  На главную страницу	Дата	Вывод отчёта период
Кнопка перехода на главную страницу	Выбирается с помощью  календаря  или вводится пользователем	Кнопка вывода отчёта за период

 

 

 

Таблица 4. Задачи страницы редактирования базы данных

 

Переход на главную страницу	Выбор редактируемых данных	Переход  на другой язык хранящихся данных	Редактирование имеющихся в  базе данных	Добавление нового параметра для  отображения на главной странице	Редактирование данных
Кнопка возврата на главную страницу	Выбирается из выпадающего списка	Указатель “RU”,”LT”	Кнопка “ОК”	Кнопка “добавить новый ресурс”	Кнопки “изменить”, “удалить”, ”добавить”

 

1.2 Основные задачи  программы  “Анализ базы метеорологических  данных  ”.

Структура страниц

1. В базе данных фиксированная структура таблиц, в которых располагаются метеорологические данные, данные для отображения на разных языках, вспомогательные данные для анализа метеорологических данных. Структура и список таблиц даны в разделе «Проектирование базы данных»;

б) Пользователь может выбирать конкретные данные для анализа и указывать временной промежуток для вывода метеорологических данных. Редактирование вывода дополнительных данных или данных с ограниченным доступом к просмотру  должно осуществляться под правами администратора. Вход на страницу редактирования базы данных должен быть закрыт паролем.

Требования 

1 – Свободный доступ пользователей  к просмотру данных через страницы  web-интерфейса;

2 – Редактирование выводимых  данных используя права администратора;

3 – Вывод метеорологических  данных используя один выбранный  параметр и вывод всех метеорологических  данных одновременно;

4 –возможность отображения информации  на литовском и русском языках.

Для достижения поставленной цели в  дипломной работе решаются следующие задачи:

1. анализ области решения задачи;
2. создание схемы работы web-итерфейса “Анализ базы метеоданных” используя программу PLATINUM Bpwin 2.5;
3. Создание базы данных используя MS SQL Server 2000;
4. создание Web-приложения в среде разработки Visual Studio.Net используя технологию ASP.NET с применением языка программирования C#;
5. Тестирование системы на персональном компьютере;
6. Доработка системы по результатам тестирования;
7. Размещение системы на web-сервере ИАЭС для доступа к ней пользователей;

2. Анализ предметной области

 

После получения технического задания  на выполнение работы был проведен анализ программных средств и  способов информирования об экологической  обстановке на атомной станции.

Некоторая часть метеорологических данных выводится на внешнем сайте ИАЭС(www.iae.lt) – температура озера. Так же есть текстовый файл, хранящийся в директории внешнего сайта ИАЭС, данные в котором меняются каждые 2 минуты. Зная адрес текстового файла и порядок следования метеорологических данных в файле можно просмотреть информацию о метеорологической обстановке вокруг и на ИАЭС.

Количество выводимых данных на внешнем сайте ИАЭС не обладает достаточной  полнотой. А в выводимом текстовом  файле отсутствует какой-либо web-интерфейс. Кроме этого информация выводится только в реальном времени и не накапливается в базе данных для последующего анализа.

С целью лучшей организации вывода данных и потребовалось разработать  web-интерфейс для анализа метеорологических данных.

Преимущества разработанного web-интерфейса в том, что пользователь  может выбрать для анализа только те метеорологические данные, которые ему необходимы. Привлекательный дизайн и динамические свойства страниц также являются достоинством  разработанного web-интерфейса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Проектирование базы данных

 

3.1 Причины выбора ПО  для разработки web-интерфейса.

База данных, необходимая для  работы web-интерфейса  создаётся используя возможности программы MS SQL Server 2000 .

Основная таблица, где накапливаются  метеорологические данные пополняется  с помощью DTS. Вспомогательные таблицы для отображения и анализа метеорологических данных создаются и редактируются администратором из программы администрирования базы данных.

По многим причинам был выбран MS SQL Server 2000. Являясь версией семейства SQL Server, сервер SQL Server 2000 построен на современной расширяемой основе SQL Server 7.0, базовом выпуске СУБД корпорации Майкрософт. Благодаря своему быстродействию, масштабируемости, управляемости, возможности программирования и цене сервер SQL Server 7.0 за время, прошедшее после своего выпуска, стали предпочитать использовать в качестве СУБД многие производители и пользователи приложений, относящихся к управлению связями с потребителями (Customer Relationship Management, CRM), бизнес-интеллекту (Business Intelligence, BI), планированию ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP), а также других бизнес-приложений. Кроме того, его применение оказалось необычайно успешным при развертывании базы данных для Интернета..

MS SQL Server 2000 поддерживает традиции отличного качества проектирования и разработки ПО для баз данных. Microsoft SQL Server 2000 является законченным решением в области управления базами данных и анализа данных, предназначенным для быстрого создания масштабируемых web-приложений. Являясь базовым компонентом семейства .NET Enterprise Servers, он значительно ускоряет выпуск приложений электронной коммерции, бизнес-приложений и хранилищ данных, в то же время обеспечивая уровень масштабируемости, необходимый для сред с наиболее жесткими требованиями. SQL Server 2000 включает развитые возможности поддержки языка XML и протокола HTTP, средства повышения быстродействия и доступности, позволяющие распределить нагрузку и увеличить время безотказной работы, а также усовершенствованные функции управления и настройки, обеспечивающие автоматизацию повседневных задач и снижение общей стоимости владения. Помимо этого сервер SQL Server 2000 полностью использует преимущества операционной системы Windows 2000 и более поздних версий Windows, включая поддержку службы Active Directory™ и возможность использования до 32 процессоров и 64 ГБ оперативной памяти.

 

 

 

Microsoft SQL Server в сетях  INTERNET/INTRANET

Далее будет рассказано об использовании Microsoft SQL Server в сети Internet и в т.н. интрасетях (Intranets)  внутрикорпоративных сетях, построенных на технологиях Internet. Рост этих категорий сетей за последнее время просто ошеломительный[12]. При этом количество узлов интрасетей растет быстрее, чем число узлов "большого" Internet. Мы не будем подробно останавливаться на самом феномене Internet  об этом уже достаточно много написано, и хотя будущее Internet пока еще достаточно туманно, можно констатировать, что Internet и World Wide Web представляют новую парадигму общения человека с компьютером. Эта "новая парадигма" характеризуется простотой и универсальностью доступа к самым различным информационным ресурсам: классическим Web-страницам, электронным офисным документам, электронной почте, базам данных. Именно на интеграции Internet с базами данных мы сегодня и остановимся.

 

Роль БД в Internet

Качественный рост Internet идет не меньшими темпами, чем количественный. Технологи развиваются в направлении от статических Web-страниц к интерактивным и динамическим, содержание которых формируется в зависимости от запроса пользователя. Возможность наполнять Web-страницы информацией из баз данных, или, другими словами, осуществлять доступ к базам данных из программы просмотра Web (Web-броузера) существенно повышает информационную насыщенность Internet, увеличивает привлекательность узлов Web для посетителей, а также открывает новые возможности для компаний по информационному обслуживанию своих клиентов и расширению сбыта своих услуг.

 

Intranet - новый вариант архитектуры клиент-сервер

Применение технологий Internet во внутренних сетях корпораций позволяет использовать все преимущества "новой парадигмы": простоту, интуитивность и универсальность доступа в тех приложениях, которые традиционно строились в архитектуре клиент-сервер (или пока не строились вообще). Замечание в скобках не случайно, т.к. большинство создаваемых на практике Intranet-приложений не заменяет существующие, а дополняет их. Пока что Intranet-приложения не способны, скорее всего, в полном объеме заменить классические клиент-серверные приложения, особенно те, где преобладают сложные пользовательские формы. Но в тех случаях, когда для решения поставленной задачи достаточно применения простых форм и несложных сценариев диалога  там технологии Intranet даже предпочтительнее классических  в силу их вышеперечисленных свойств. Время обучения работе с Intranet-приложением даже для начинающего пользователя ПК может не превышать одного часа.

Впрочем, нужно сделать оговорку. Утверждение, приведенное несколькими  строчками выше  о том, что "Пока что Intranet-приложения не способны" было бы справедливо несколько лет назад. Технологии Internet вообще и взаимодействия Internet с БД в частности, настолько бурно развиваются, что сегодня нам доступны инструменты, на порядок более мощные, чем несколько лет назад. А с помощью этих новых инструментов можно строить практически столь же сложные приложения, что и в классических клиент-серверных технологиях.

Итак, пора поговорить о том, как  могут взаимодействовать Microsoft SQL Server и Internet.

 

Варианты взаимодействия SQL Server с Internet

 

Рисунок 1 -  Методы взаимодействия SQL Server c Internet

Pull- и Push-модели

Можно публиковать на Web данные, хранящиеся на SQL Server, двумя принципиально разными путями: по инициативе клиента и по инициативе SQL Server. Первый путь условно называется Pull-моделью (клиент "тянет" на себя данные), второй - Push-моделью (SQL Server "толкает" данные на Web-страницу). Push-модель является более простой и менее гибкой, хотя и не лишенной определенных преимуществ. Pull-модель способна обеспечить очень сложные сценарии взаимодействия пользователя Web с SQL Server, но зато и более сложна в реализации.

 

Рассмотрим сначала Push-модель. SQL

Internet Assistant

SQL Server "умеет" публиковать свои данные на Web-страницах при помощи входящего в его состав SQL Internet Assistant. Сам SQL Internet Assistant  это расширенная хранимая процедура с достаточно сложным набором параметров. Но Вам не обязательно изучать назначение этих параметров  для настройки SQL Internet Assistant имеется Мастер (Wizard), который предложит Вам ответить на несколько вопросов: указать, из какой таблицы или хранимой процедуры будут извлекаться данные, как форматировать результат выборки (можно использовать шаблон) и как следует организовать обновление получаемой Web-страницы: единовременно, по расписанию или по факту обновления данных на сервере (для этого Мастер создаст соответствующий триггер).

Преимущество этого метода перед интерактивными (когда данные на Web обновляются по запросу клиента) состоит в том, что каждый очередной запрос клиента всего лишь считывает Web-страницу, заранее сформированную SQL сервером. Это, несомненно, быстрее, чем выполнение запроса к БД при каждом обращении клиента к странице. Недостаток, как уже говорилось  в невысокой гибкости.

 

Рассмотрим теперь методы, относящиеся к Pull-модели.

Internet Database Connector (IDC) и классический HTML

Internet Database Connector - это расширение Internet Information Server (IIS), Internet-сервера фирмы  Microsoft. Принцип работы IDC достаточно прост. Если Вы хотите динамически заполнить Вашу страницу данными из БД, Вы используете не обычный файл с расширением ".htm", а специальный файл расширениеми ".idc", который содержит ссылку на ODBC-совместимый источник данных (например, БД на SQL Server) и текст запроса на языке SQL. Файлу с расширением ".idc" соответствует одноименный файл с расширением ".htx", содержащий шаблон (по сути  HTML-документ), в соответствии с которым будут отформатированы результаты выполнения запроса, содержащегося в ".idc"-файле. Отформатированные в соответствии с шаблоном результаты выполнения запроса попадут в Web-броузер клиента в таком же виде, как и стандартные HTML-страницы.

Используя для создания динамически связанных с БД Web-страниц средства стандартного языка HTML и те небольшие расширения, которые может содержать ".htx"-шаблон, можно строить достаточно функциональные Intranet-приложения, которые "умеют" не только считывать, но и вводить и обновлять серверные данные.

Явным недостатком такой  технологии являются очень скудные  возможности логического анализа и обработки данных на клиенте. Вся бизнес-логика приложения, и даже значительная часть функций формирования пользовательского интерфейса переносится на сервер. В этой технологии можно создавать только достаточно простые пользовательские формы, хотя серверная логика может быть сколь угодно сложной.

 

 

IDC, ActiveX и VB Script (активный клиент)

Web-броузер фирмы Microsoft  Internet Explorer, начиная с версии 3.0, поддерживает выполнение программ, написанных на языке Visual Basic Script (VB Script), а также позволяет встраивать в Web-страницу активные компоненты ActiveX. Использование VB Script и активных компонент позволяет буквально на порядок расширить возможности Web-клиента по работе с данными и формированию пользовательского интерфейса, т.к. теперь вместо текстового документа с некоторыми возможностями ввода и представления данных в Web-броузер загружается программа на достаточно развитом языке.

 

Active Server Pages и VBScript (активный  сервер)

Microsoft Internet Information Server 3.0 содержит компонент, называющийся Active Server Pages (ASP). Он является средой функционирования серверных объектов, которыми можно управлять из программ (скриптов) на VBScript, встроенных в Web-страницы (имеющие специальные расширения ".asp"). Серверный скрипт выполняется на сервере, управляет свойствами и методами серверных ActiveX-объектов, которые могут осуществлять самые разные функции, в том числе и доступ к SQL Server. Для этого служит набор объектов Active Data Objects, входящий в поставку Active Server Pages.

Наличие управляемых серверных  объектов создает еще один слой, в котором можно размещать  функции Internet-приложений. При этом в полном объеме можно использовать и клиентские скрипты, и ActiveX-компоненты. Фирма Microsoft позиционирует Active Server Pages как стратегический компонент Web-приложений и рекомендует именно его использовать для работы с базами данных.

 

3.2 Язык баз данных - язык SQL.

SQL (англ. Structured Query Language — язык структурированных запросов) — универсальный компьютерный язык, применяемый для создания, модификации и управления данными в реляционных базах данных[15]. Вопреки существующим заблуждениям, SQL является информационно-логическим языком, а не языком программирования.SQL основывается на реляционной алгебре.

Язык SQL делится на три части:

• операторы определения данных (Data Definition Language, DDL)

• операторы манипуляции данными (Data Manipulation Language, DML)

• операторы определения доступа  к данным (Data Control Language, DCL)

 

 

Преимущества 

а)  Независимость от конкретной СУБД. Несмотря на наличие диалектов и различий в синтаксисе, в большинстве своём тексты SQL запросов, содержащие DDL и DML, могут быть достаточно легко перенесены из одной СУБД в другую. Существуют системы, разработчики которых изначально закладывались на применение по меньшей мере нескольких СУБД (например: система электронного документооборота Documentum может работать как с Oracle Database, так и с Microsoft SQL Server и IBM DB2)

б) Наличие стандартов и набора тестов для выявления совместимости и соответствия конкретной реализации SQL общепринятому стандарту только способствует «стабилизации» языка.

в) Полноценность как языка для управления данными. С помощью SQL программист или пользователь может просматривать, изменять и удалять данные, что является основой самого понятия СУБД.

Недостатки

а)  Нереляционность.Создатель реляционной модели данных Эдгар Кодд, Кристофер Дейт и их сторонники указывают на то, что SQL не является истинно реляционным языком. В частности они указывают на следующие проблемы SQL [1]:

•  Повторяющиеся строки

•  Неопределённые значения (nulls)

•  Явное указание порядка колонок  слева направо

•  Колонки без имени и  дублирующиеся имена колонок

•  Отсутствие поддержки свойства «=»

•  Использование указателей

•  Высокая избыточность

б)  Сложность. Хотя SQL и задумывался как средство работы конечного пользователя, в конце концов он стал настолько сложным, что превратился в инструмент программиста.

в)  Отступления от стандартов. Несмотря на наличие международного стандарта ANSI SQL-92, многие компании, занимающиеся разработкой СУБД (например, Oracle, Microsoft, MySQL AB, Borland), вносят изменения в язык SQL, применяемый в разрабатываемой СУБД, тем самым отступая от стандарта. Таким образом появляются специфичные для каждой конкретной СУБД диалекты языка SQL.

В частности, для управления планом выполнения запроса в некоторые  реализации SQL добавлены подсказки.

г) Сложность работы с иерархическими структурами

Система SQL не предлагает стандартного способа манипуляции древововидными структурами. Некоторые поставщики СУБД предлагают свои решения. Например Oracle использует выражение «CONNECT BY».

Типы данных SQL.

Символьные типы данных - содержат буквы, цифры и специальные символы.

CHAR или CHAR(n) -символьные строки фиксированной длины. Длина строки определяется параметром n. CHAR без параметра соответсвует CHAR(1). Для хранения таких данных всегда отводится n байт вне зависимости от реальной длины строки.

VARCHAR(n) - символьная строка переменной длины. Для хранения данных этого типа отводится число байт, соответствующее реальной длине строки.

Целые типы данных - поддерживают только целые числа (дробные части и  десятичные точки не допускаются). Над  этими типами разрешается выполнять  арифметические операции и применять  к ним агрегирующие функции (определение максимального, минимального, среднего и суммарного значения столбца реляционной таблицы).

INTEGER или INT- целое, для хранения которого отводится, как правило, 4 байта. (Замечание: число байт, отводимое для хранения того или иного числового типа данных зависит от используемой СУБД и аппаратной платформы, здесь приводятся наиболее "типичные" значения) Интервал значений от - 2147483647 до + 2147483648

SMALLINT - короткое целое (2 байта), интервал значений от - 32767 до +32768

Вещественные типы данных - описывают  числа с дробной частью.

FLOAT и SMALLFLOAT - числа с плавающей точкой (для хранения отводится обычно 8 и 4 байта соответсвенно).

DECIMAL(p) - тип данных аналогичный FLOAT с числом значащих цифр p.

DECIMAL(p,n) - аналогично предыдущему, p - общее количество десятичных цифр, n - количество цифр после десятичной запятой.

Денежные типы данных - описывают, естественно, денежные величины. Если в ваша система такого типа данных не поддерживает, то используйте DECIMAL(p,n).

MONEY(p,n) - все аналогично типу DECIMAL(p,n). Вводится только потому, что некоторые СУБД предусматривают для него специальные методы форматирования.

Дата и время - используются для хранения даты, времени и их комбинаций. Большинство СУБД умеет  определять интервал между двумя датами, а также уменьшать или увеличивать дату на определенное количество времени.

DATE - тип данных для хранения даты.

TIME - тип данных для хранения времени.

INTERVAL - тип данных для хранения верменного интервала.

DATETIME - тип данных для хранения моментов времени (год + месяц + день + часы + минуты + секунды + доли секунд).

Двоичные типы данных - позволяют  хранить данные любого объема в двоичном коде (оцифрованные изображения, исполняемые  файлы и т.д.). Определения этих типов наиболее сильно различаются от системы к системе, часто используются ключевые слова: