Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega sistema (MOIS

ZAKLJUČNO POROČILO O REZULTATIH OPRAVLJENEGA RAZISKOVALNEGA DELA

PROJEKTA CILJNEGA RAZISKOVALNEGA PROGRAMA (CRP) »ZNANJE ZA VARNOST IN MIR2004-2010«

Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega sistema (MOIS) za spremljanje in modeliranje širjenja

onesnaženja z radiološkimi, biološkimi in kemičnimi polutanti v ozračju

AMES d.o.o., Ljubljana

ZAKLJUČNO POROČILO MOIS

2006 VER. 1.1 Stran 2


2006 VER. 1.1 Stran 3

Predstavitev osnovnih podatkov raziskovalnega projekta 1. Številka pogodbe CRP: 3311-04-828037

2. Šifra projekta: M1-0037 3. Naslov projekta: Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega sistema (MOIS) za

spremljanje in modeliranje širjenja onesnaženja z radiološkimi, biološkimi in kemičnimi polutanti v ozračju

4. Naziv nosilne raziskovalne organizacije: AMES d.o.o. Ljubljana

5. Financer: Ministrstvo za obrambo Republike Slovenije

6. Sofinancer/sofinancerji: Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

7. Šifra ter ime in priimek odgovornega nosilca/odgovorne nosilke projekta:

04290 dr. Primož Mlakar Datum: 20.08.2006

Podpis odgovornega nosilca/odgovorne nosilke projekta:

Podpis in žig izvajalca:

dr. Primož Mlakar direktor, mag. Martin Lesjak


2006 VER. 1.1 Stran 4


2006 VER. 1.1 Stran 5

KAZALO 1. UVOD POROČILA ..........................................................................................................................7

2. PROJEKTNA SKUPINA .................................................................................................................8

3. OPIS ZASTAVLJENIH CILJEV PROJEKTA..................................................................................9

3.1 NAMEN PROJEKTA .............................................................................................................9 3.2 METODE IZVEDBE PROJEKTA IN OPIS NAČRTOVANIH BODOČIH ZMOGLJIVOSTI IZDELKA............................................................................................................................................10 3.3 ROČNI INTELIGENTNI MERILNIK RIM..............................................................................10 3.4 OBDELOVALNA ENOTA....................................................................................................11 3.5 KRITERIJI ZA RAZVOJ MOISA..........................................................................................11 3.6 PODROBNOSTI NAČRTOVANE IZVEDBE MOISA...........................................................12 3.7 FAZE RAZVOJA .................................................................................................................13 3.8 ZAJEM PODATKOV IZ GEOGRAFSKIH INFORMACIJSKIH SISTEMOV IN PRENOS REZULTATOV NAZAJ VANJE .........................................................................................................14

4. ČASOVNA REALIZACIJA PROJEKTA .......................................................................................15

5. PREGLED IN IZBIRA TEHNOLOGIJ ZA REALIZACIJO PROJEKTA ........................................18

5.1 SENZORJI ...........................................................................................................................18 5.2 MIKROPROCESORJI, RAČUNALNIKI...............................................................................20

5.2.1 PREGLED IN IZBIRA RAČUNALNIKA ZA KOMUNIKATOR........................................21 5.2.2 IZBIRA RAČUNALNIKA ZA OBDELOVALNO ENOTO.................................................29

5.3 KOMUNIKACIJE .................................................................................................................30 5.3.1 GSM KOMUNIKACIJA ...................................................................................................30 5.3.2 SATELITSKE KOMUNIKACIJE .....................................................................................31 5.3.3 RADIJSKE KOMUNIKACIJE .........................................................................................32 5.3.4 BREZŽIČNE MREŽNE KOMUNIKACIJE WI-FI .............................................................33

5.4 METEOROLOŠKI STOLPI ..................................................................................................41 5.5 C, C++ IN QT GRAFIČNI VMESNIK ...................................................................................43 5.6 LINUX OPERACIJSKI SISTEM ZA VGRADNE NAPRAVE................................................45

5.6.1 RAZLIKE MED OBIČAJNIM IN VGRADNIM LINUXOM ................................................45 5.7 BAZA PODATKOV..............................................................................................................47

5.7.1 UVOD..............................................................................................................................47 5.7.2 TESTIRANJE RAZLIČNIH OBLIK BAZ PODATKOV ZA SHRANJEVANJE REZULTATOV MODELIRANJA ...................................................................................................48

5.8 IZBIRA TEHNOLOGIJE ZA PRIKAZOVALNE PROGRAME ZA PRIKAZ MERITEV, EMISIJSKI MODEL IN REZULTATE MODELIRANJA ŠIRJENJA ONESNAŽENJA .......................50

5.8.1 OPERACIJSKI SISTEM..................................................................................................51 5.8.2 INTERNETNI SERVER...................................................................................................51 5.8.3 INTERNETNO PROGRAMIRANJE ................................................................................51 5.8.4 XML ................................................................................................................................52 5.8.5 XML SHEMA...................................................................................................................52 5.8.6 XSLT...............................................................................................................................53 5.8.7 XPATH IN XQUERY .......................................................................................................53 5.8.8 MYSQL ...........................................................................................................................53 5.8.9 VSADEK ZA KONČNI PRIKAZ ......................................................................................53 5.8.10 OBDELOVALNI PROGRAMI V OZADJU..................................................................54 5.8.11 KOMBINIRANJE TEHNOLOGIJ ZA KONČNI IZDELEK ..........................................54 5.8.12 PRIMER UPORABE TEHNOLOGIJ ZA PRIKAZOVALNI PROGRAM .....................55

5.9 MODELIRANJE ONESNAŽENJA OZRAČJA.....................................................................64 5.9.1 DISPERZIJA...................................................................................................................64 5.9.2 REKONSTRUKCIJA ŠIRJENJA ONESNAŽENJA V OZRAČJU - PREGLED OSNOVNIH VRST MODELOV......................................................................................................65 5.9.3 GAUSSOVI MODELI ZA RAZGIBAN RELIEF ...............................................................66 5.9.4 PREGLED PROGRAMSKE OPREME ZA MODELIRANJE...........................................67

5.10 EMISIJSKI MODEL – TEHNOLOŠKE PODLAGE..............................................................71 5.11 GIS – GEOGRAFSKI INFORMACIJSKI SISTEMI ..............................................................72


2006 VER. 1.1 Stran 6

6. PREIZKUS NOVIH TEHNOLOGIJ NA PRIMERU RIMA..............................................................73

6.1 SENZORJI ...........................................................................................................................74 6.1.1 ROČNI MERILNIK ..........................................................................................................74 6.1.2 DODATNI SENZORJI .....................................................................................................77

6.2 KONFIGURACIJA KOMUNIKATORJA ..............................................................................81 6.3 PROGRAMSKA OPREMA KOMUNIKATORJA .................................................................83

6.3.1 KOMUNIKACIJSKI PROGRAM “MOISKOMGPS"........................................................83 6.3.2 KOMUNIKACIJSKI PROGRAM “MOISSRV" ................................................................87

7. PREIZKUS NOVIH TEHNOLOGIJ NA PRIMERU OE ..................................................................90

7.1 RAZVOJ PROGRAMSKE OPREME...................................................................................90 7.2 KOMUNIKACIJSKA PROGRAMSKA OPREMA OE ..........................................................91

7.2.1 KOMUNIKACIJSKI PROGRAM “RIM" ..........................................................................91 7.2.2 KOMUNIKACIJSKI PROGRAMA “GSM_EWS”............................................................95 7.2.3 STREŽNIK ZA GIS PODATKE “GISVMESNIK”............................................................99

7.3 BAZA PODATKOV............................................................................................................102 7.3.1 KONČNA OBLIKA BAZE PODATKOV REZULTATOV MODELIRANJA....................102 7.3.2 OPIS POTEKA SHRANJEVANJA REZULTATOV MODELIRANJA RAZŠIRANJA SNOVI V ZUNANJEM ZRAKU V VMESNE PRENOSNE DATOTEKE ......................................105

7.4 EMISIJSKI MODEL ...........................................................................................................107 7.4.1 UVOD............................................................................................................................ 107 7.4.2 OSNOVNE DELITVE ....................................................................................................109 7.4.3 SHEMA DELITEV IN ATRIBUTOV EMISIJE................................................................117 7.4.4 NAČRT IN FORMAT ODLOČITVENIH DATOTEK ......................................................119 7.4.5 PRIKAZ REALIZACIJE UPORABNIŠKEGA VMESNIKA ZA ŠTUDIJO TEHNOLOGIJE EMISIJSKEGA MODELA ...........................................................................................................122 7.4.6 VZORČNI PRIMERI SCENARIJEV ..............................................................................124

7.5 GEOGRAFSKI INFORMACIJSKI SISTEMI ......................................................................127 7.5.1 UVOD............................................................................................................................ 127 7.5.2 GIS VMESNIK............................................................................................................... 127

7.6 PRIKAZI MERITEV IN OBDELAV.....................................................................................140 7.6.1 PRIJAVA V PRIKAZOVALNI SISTEM .........................................................................140 7.6.2 SPLOŠNI GRAFI IN TABELE (PODROBNE NASTAVITVE).......................................140 7.6.3 ZAKASNITEV PODATKOV ..........................................................................................142 7.6.4 OSNOVNO STATISTIČNO POROČILO.......................................................................144 7.6.5 ROŽA VETROV ............................................................................................................145 7.6.6 BRSKANJE PO PODATKIH.........................................................................................147 7.6.7 SPLOŠNO MODELIRANJE..........................................................................................149 7.6.8 EMISIJSKI MODEL ......................................................................................................149

8. PREIZKUS NOVIH TEHNOLOGIJ NA PRIMERU CENTRALNE ENOTE..................................150

8.1 ENOSTAVNO PREGLEDOVANJE REZULTATOV MODELIRANJA S TERENA............150 8.2 POPOLNO SPREMLJANJE IN PREGLEDOVANJE DOGAJANJA NA TERENU........... 151

9. BIBLIOGRAFSKI IN DRUGI DOSEŽENI REZULTATI PROJEKTNE SKUPINE V OKVIRU PROJEKTA ..........................................................................................................................................152


2006 VER. 1.1 Stran 7

1. UVOD POROČILA Ta dokument predstavlja končno poročilo projekta CRP Znanje za varnost in mir 2004: Projekt št. M1-0037

RAZVOJ MOBILNEGA OKOLJSKEGA INFORMACIJSKEGA SISTEMA (MOIS) ZA SPREMLJANJE IN MODELIRANJE ŠIRJENJA ONESNAŽENJA Z RADIOLOŠKIMI, BIOLOŠKIMI IN KEMIČNIMI POLUTANTI V OZRAČJU vodja projekta: dr. Primož Mlakar izvajalec: raziskovalna skupina AMES d.o.o. v sodelovanju z: raziskovalno skupino IGEA d.o.o. (GIS) in Institut Jožef Stefan, F2 odsekom (meritve radioaktivnosti v mobilnih sistemih)

Projekt zajema realizacijo raziskave podane v razpisu pod točko:

• 3.3 (Zaščita ljudi in sredstev) • podtočka 3.3.1 Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega

sistema za spremljanje in modeliranje širjenja onesnaženja z radiološkimi, biološkimi in kemičnimi polutanti v ozračju.

Raziskava pokriva predlagano temo v celoti. Projekt MOIS je temeljna raziskava v kateri smo zamisel o mobilnem okoljskem sistemu, ki vključuje model za spremljanje širjenja nevarnega onesnaženja v ozračju, izoblikovali do te mere, da predstavlja uporabno enoto. Na osnovi zastavljenih osnovnih principov smo postavili prvo študijo, ki predstavlja podrobno analizo karakteristik sistema. Sistem MOIS je sestavljen iz večih delov, od senzorjev do obdelovalne enote. V študiji smo opredelili podrobne karakteristike posameznih delov, njihovo delovanje, izgled, medsebojne povezave, vse z namenom, da bi po takem konceptu sestavljen sistem lahko v morebitnem nadaljevanju projekta razvili v ustrezen prototip. Dosedanji rezultati temeljne raziskave, ki so popisani v tem poročilu, jasno kažejo, da je zastavljena smer pravilna in obetavna, predvsem pa primerna za nadaljnji razvoj in kasnejšo implementacijo v obliki praktičnega izdelka primernega za uporabo v okviru Slovenske vojske.


2006 VER. 1.1 Stran 8

2. PROJEKTNA SKUPINA Sestava projektne skupine: Šifra raziskovalca

Ime in priimek raziskovalca

Šifra in ime raziskovalne organizacije

Šifra razisk. skupine

04290 dr. Primož Mlakar 6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

11773 dr. Marija Zlata Božnar

6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

05590 Martin Lesjak 6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

02067 Boris Glavič 6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

18962 Darko Popović 6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

02549 Vladislav Božjak 6517, AMES d.o.o., Ljubljana

6517-001

15811 dr. Benjamin Zorko 0106, Institut Jožef Stefan, Ljubljana

0106-009

01489 prof. dr. Andrej Likar 0510-1554, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

1554-009

10075 mag. Fajfar Dušan 1504, Igea d.o.o., Ljubljana 1504-001 22682 Černe Tomaž 1504, Igea d.o.o., Ljubljana 1504-001


2006 VER. 1.1 Stran 9

3. OPIS ZASTAVLJENIH CILJEV PROJEKTA V tem podpoglavju so navedeni zastavljeni cilji projekta MOIS. 3.1 Namen projekta Cilj projekta je razviti in izdelati ročen avtomatski mobilni okoljski merilno - informacijski sistem, ki ga v primeru resnega nezgodnega ali terorističnega dogodka z izpustom nevarnih snovi v ozračje enota nemudoma lahko uporabi na terenu v okolici kraja dogodka za meritve in določitev razredčevalnih sposobnosti atmosfere z uporabo vgrajenega modela. Avtomatski mobilni okoljski informacijski sistem (MOIS) na terenu nemudoma po začetku meritev avtomatsko z vgrajenim modelom izdela prvo sliko - rekonstrukcijo širjenja nevarnih snovi v zraku, z daljšimi meritvami na terenu pa periodično izdeluje nove slike širjenja polutantov v ozračju. Sistem lahko avtomatsko prenaša rezultate v obliki tabelaričnih in nazornih grafičnih slik preko varovane vojaške komunikacijske linije v štab, kjer so podatki na voljo za učinkovito organizacijo ukrepov za zaščito prebivalcev in / ali vojaških enot. Vsi rezultati modeliranja se prikazujejo v grafični obliki nad geografskimi podatki in za to izkoriščajo vnaprej pripravljene podatke Geografskega informacijskega sistema (GIS). Ti podatki vključujejo tudi poseljenost na obravnavanem območju in tako omogočajo takojšnjo oceno števila prizadetih prebivalcev na osnovi določenega geografskega območja ogroženosti. Meritve na terenu v okolici kraja dogodka in na njihovi osnovi izvedeno modeliranje predstavljajo nepogrešljivo osnovo za ukrepanje, ker iz naših raziskovalnih in merilnih izkušenj nedvomno sledi, da nad zelo razgibano orografijo Slovenije, za katero so po večini značilni relativno šibki vetrovi in pogoste temperaturne inverzije, lahko pričakujemo kompleksne situacije širjenja onesnaženja v ozračju, za katere pavšalne ocene niso dovolj. Mobilni okoljski merilni sistem bo kompakten, lahek, enostaven za uporabo in primeren za takojšnjo rabo ob prihodu vojaške ekipe na kraj dogajanja. Vse meritve, izračuni, prezentacije informacije in prenosi bodo do najvišje možne mere avtomatizirani.


2006 VER. 1.1 Stran 10

3.2 Metode izvedbe projekta in opis načrtovanih bodočih zmogljivosti izdelka MOIS je sestavljen iz ročnih inteligentnih merilnikov (RIM), obdelovalne enote (OE) in centralne enote (CE). RIM izvaja osnovne meteorološke meritve, prikazuje rezultate meritev in jih brezžično prenaša v obdelovalno enoto. Obdelovalna enota (OE) je zmogljiv vgrajen računalnik in/ali prenosni PC, ki skrbita za komunikacijo z enim ali večimi RIMi, izvajata posebne obdelave, shranjujeta rezultate, prikazujeta podatke preko LCD prikazovalnika in prenašata podatke naprej v nadzorni center. OE je montirana v vodotesno ohišje in enostavno prenosljiva. Centrala enota se nahaja v štabu. Sproti sprejema podatke iz obdelovalnih enot na terenu. Glavne naloge CE so še arhiviranje sprejetih podatkov, prikazovanje rezultatov analiz posameznih OE, alarmiranje uporabnikov in predlaganje varnostnih ukrepov. Eden izmed glavnih ciljev je narediti enoti RIM in OE čim lažji, odporni na zunanje vplive in čim bolj prijazni do uporabnika. 3.3 Ročni inteligentni merilnik RIM Ročni inteligentni merilnik je miniaturen grozd senzorjev za nadzor vremenskih pojavov v spodnji plasti atmosfere. Nabor senzorjev omogoča tudi določevanje razširjanja primesi v ozračju. Meritve, ki se izvajajo z RIMom:

• osnovne meritve smeri in hitrosti vetra, • temperature zraka na dveh višinah, • relativne vlažnosti, • zračnega tlaka, • globalnega sončnega sevanja, • lokacije z GPS.

Obdelave podatkov v RIMu:

• klasične meteorološke obdelave z nastavljivimi časi povprečenja, • dodatne meteorološke obdelave:

o temperature rosišča, o potencialne evapotranspiracije i.p.d..

Razvoj RIMa bo vključeval težnjo k čim manjši in lažji enoti, ter čim večji zmogljivosti in avtonomnosti merilnika. Z integracijo in optimizacijo sestavnih delov bomo povečevali vlogo merilnika in zmanjševali vlogo OE, ki bi jo lahko na koncu opustili. V okviru prvih dveh let projekta je predvidena izdelava enega končnega prototipa RIMa za namen študije zamišljene tehnologije.


2006 VER. 1.1 Stran 11

3.4 Obdelovalna enota Obdelovalna enota (OE) je nadgradnja RIMov. Omogoča dodatne obdelave podatkov z raznimi modeli od preprostejših do modernejših, ki potrebujejo dodatne meritve. Zato je OE modularno zasnovana, tako glede materialne opreme, kakor tudi pri programski opremi. Omogoča komunikacijo z enim ali večimi RIMi, pa tudi priključitev samostojnih senzorjev oz. merilnikov. OE tudi vodi komunikacijo s CE. Srce OE je enokartični PC združjiv računalnik na katerem lahko tečejo Windows in Linux operacijski sistemi. Za dodatne obdelave in prikazovanje GIS podatkov pa bo poskrbel prenosni PC. 3.5 Kriteriji za razvoj MOISa Pri Ročnem inteligentnem merilniku: - meritve po stanardu WMO, - združitev velikega števila senzorjev v eno samo točko, - manjše mere in nizka teža, - večja avtonomost, - čim več funkcij mobilnega okoljskega sistema. Pri obdelovalni enoti: - kvaliteta ocene ogroženosti okolja, - avtomatizirano delovanje, - uporabniku prijazno delovanje, - hitri rezultati, - manjše mere in nizka teža, - večja avtonomost. Za celoten sistem: - določitev geografskega območja ogroženosti iz podatkov pridobljenih na

terenu, ter določitev števila prizadetih prebivalcev, - zanesljivo delovanje v vseh pogojih, - robustnost, - prijaznost delovanja z ustrezno grafično predstavitvijo.


2006 VER. 1.1 Stran 12

3.6 Podrobnosti načrtovane izvedbe MOISa Vhodi OE - brezžična komunikacija z RIMi, - predvidene opcije za možen direkten priklop še drugih senzorjev: GM

sonde, padavin, vlažnosti lista, dodatnih temperatur, globalnega sončnega sevanja, vlažnosti prsti tal (za požarno ogroženost),

- predvidene opcije za serijski vhode za priklop intiligentnih senzorjev in monitorjev (present weather (trenutno vreme), SODAR (merilnik vertikalnega profila vetra na daljavo, izredno pomemben za zahtevne numerične modele širjenja onesnaženja v ozračju), radioaktivno sevanje, imisijske koncentracije onesnaževal v ozračju, hidrološki senzorji za kvaliteto vode),

- predvidene opcije za prenos podatkov s katerihkoli drugih merilnih sistemov (na primer razvitih v drugih projektih tega CRPja) za merjenje imisijskih ali emisijskih podatkov o RBK kontaminaciji (na primer detektirane okvirne količine bioloških agensov na volumsko enoto zraka)

- predvidene opcije za vnos podatkov, ki niso izmerjeni avtomatsko (naprimer podatki o emisiji)

Modeli v OE, modularno zasnovano: - model za predprocesiranje in preračun meteoroloških podatkov na izvor

onesnaženja (ni potreben v primeru ene same enote RIM), oziroma opcija za nadgradnjo - model za vetrovno polje,

- osnovni Gaussovi dvodimenzionalni modeli za izračun razširjanja primesi v zraku: model za kontinuirane točkovne, linijske (opcija), ploskovne izpuste (opcija) in model za eksplozijo, ki jih predpisuje US EPA ali druga okoljska agencija (opcija),

- možnost dodajanja drugih modelov. Geografski informacijski sistem na OE - OE ima lastno bazo GIS, ki je standardizirana na MORS, - avtomatska nadgradnja po brezžični povezavi s centrom, - prikaz GIS podatkov na vgrajenem prikazovalniku. Določevanje emisije - postopki in baza podatkov za ročni vnos posledic napada oziroma

nesreče, Ocena vpliva na okolje - Ocena vpliva na okolje in okoliško prebivalstvo se določi s pomočjo

sprotnih meteoroloških meritev, ocenjene emisije, izračuna izbranega modela in GIS podatkov.

- Ocena je podana numerično in grafično prijazno do uporabnika, prikazuje število prizadetih prebivalcev v GISu, predlaga varnostne ukrepe, rezultati se prenesejo tudi v center.

Komunikacija s CE - Komunikacija s centrom bo izdelana po standardih MORSa oziroma bomo

svoj prenos podatkov navezali na ostale komunikacije.


2006 VER. 1.1 Stran 13

Centralna enota - izdelana na osebnem računalniku, - sproti sprejema podatke iz obdelovalnih enot na terenu, - arhivira sprejete podatke, - prikazuje rezultate analiz posameznih OE v grafični obliki z geografsko

podlago, v obliki sekvenc slik i.p.d., - alarmira uporabnike in - predlaga varnostne ukrepe. 3.7 Faze razvoja Razvoj mehanike RIMa: - načrtovanje prvega prototipa, - izdelava prvega prototipa, - vgradnja elektronike, - testiranje prvega prototipa, - izboljšave in izdelava drugega prototipa, - testiranje drugega prototipa. Razvoj elektronike RIMa: - načrtovanje elektronike, - nabava komponent, - izdelava elektronike, - izdelava programske opreme, - testiranje, - spremembe in dopolnitve elektronike in programske opreme, - končno testiranje. Razvoj elektronike OE: - načrtovanje elektronike vgradnega (embeded) računalnika, - nabava komponent, - izdelava elektronike, - izdelava programske opreme, - testiranje programske opreme na prenosnem računalniku s prototipom

RIMa, - testiranje vgradnega računalnika, - prenos programske opreme na vgradni računalnik, - spremembe in dopolnitve elektronike in programske opreme, - končno testiranje. Razvoj programske opreme OE: - analiza potencialne uporabe okoljskega informacijskega sistema, - analiza in izdelava postopkov za pravilno ocenitev emisije, - analiza fizikalnih modelov in njihova prilagoditev za sprotno delovanje, - prilagoditev in vključitev standardne komunikacijske opreme MORS, - izdelava komunikacijske programske opreme za prenos podatkov z RIMa, - vključitev standardnega GIS paketa v OE, - izdelava baze podatkov za kasnejše obdelave, - izdelava programov za analizo in prikaz podatkov,


2006 VER. 1.1 Stran 14

- izdelava poročil, - izdelava avtomatskega alarmiranja v primeru samostojnega delovanja, - testiranje programske opreme na prenosnem računalniku s prototipom

RIMa, - prenos programske opreme na vgradni računalnik, - končno testiranje. Razvoj programske opreme CE: - analiza potencialne uporabe CE okoljskega informacijskega sistema, - razvoj programske opreme, - testiranje v sistemu. 3.8 Zajem podatkov iz geografskih informacijskih sistemov in prenos rezultatov nazaj vanje V okviru razvoja mobilnega okoljskega informacijskega sistema za spremljanje in modeliranje širjenja onesnaženja z radiološkimi, biološkimi in kemičnimi polutanti v ozračju bomo razvili aplikativne rešitve: GIS modul, katerega osnovni namen je pozicioniranje in orientacija v prostoru, vizualizacija modeliranj ter prikaz ogroženih prebivalcev. Funkcionalnosti GIS modula : - osnovne funkcije:

• pregledovanje atributnih podatkov • prostorska izbira podatkov • atributna izbira podatkov • pomoč za delo z GIS modulom,

- prostorsko pozicioniranje meteoroloških postaj, - prostorska vizualizacija rezultatov modeliranja, - prikaz karte ogroženosti na osnovi izračunanih in modeliranih ogroženih

področjih - priprava tematskih slojev rezultatov meritev in modelov za prenos v

centralno GIS bazo na Ministrstvu za obrambo (Generalštab), - konverzija podatkov med formati WGS in UTM. V okviru predpriprave podatkov bodo izvedene sledeče naloge : - konverzija podatkov v obliko primerno za vključitev v bazo podatkov, - združevanje podlag, - priprava image catalogov, - usklajevanje podatkov.


2006 VER. 1.1 Stran 15

4. Časovna realizacija projekta Izdelava ciljnega raziskovalnega projekta št. M1-0037 z naslovom “Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega sistema (MOIS) za spremljanje in modeliranje širjenja onesnaženja z radiološkimi, biološkimi in kemičnimi polutanti v ozračju” se je začela po revidiranem časovnem planu. V prvih treh mesecih do 31. marca 2005 smo pripravili analizo zahtev in idejnih rešitev ter začeli z razvojem mehanskih in elektronskih delov ročnega inteligentnega merilnika (RIMa). V obdobju od 1. oktobra 2004 do 31. marca 2005 smo razvijali mehanske in elektronske komponente RIMa. Razvijali in preizkušali smo tudi elektronsko opremo obdelovalne enote (OE). Za RIM smo projektirali in izdelali tiskana vezja za ročni merilnik in dodatna senzorja. Za komunikator RIMa in OE smo nakupili standardne module za vgradni računalnik PC/104 in razne vrste komunikacije. Viper proizvajalca Arcom je PC/104 modul s 400 MHz procesorjem Intel Xscale PXA255. Na Viper smo naložili posebno verzijo Linuxa. Za razvoj programske opreme za Viper pa smo instalirali na domač računalnik Linux Suse 9.2. Na tem računalniku smo razvijali vso programsko opremo komunikatorja s pomočjo QT/Embedded, ki je knjižnica za grafično okolje (GUI) na vgradnih sistemih. Preizkusili smo komunikacijo z Wi-Fi, ki je idealna za kratke razdalje in veliko podatkov. Preizkusili smo tudi GSM vgradne module, ki so zelo uporabni, vendar pa so odvisni od pokritosti terena s signalom. Preverili smo tudi radijsko povezavo z UKV radio modemom SATELLINE-1870. V tem obdobju smo začeli z razvojem programske opreme OE in centralne enote (CE). Postavili pa smo tudi MySQL podatkovno bazo za meteorološke parametre in za 3 dimenzionalne podatke rezultatov modelov. Prav tako pa smo postavili temelje za razvoj emisijskega modela. Od 1. aprila 2005 do 30. septembra 2005 smo končali razvoj mehanske in elektronske komponente RIM ter ga podrobno testirali. Za razvito elektronsko opremo OE smo razvijali programsko opremo. Razvijali smo tudi programsko opremo za CE. RIM smo testirali v laboratoriju in s pomočjo meteorološke postaje, ki je postavljena ob stavbi podjetja. Za OE smo nakupili standardni PC/104 modul s 400 MHz procesorjem Intel Xscale PXA255, module za razne vrste komunikacije in vgradne module za GPS. Module je bilo potrebno prilagoditi z elektronsko opremo, ki smo jo sami razvili in izdelali. Programsko opremo za RIM, OE in CE smo razdelili na module za mikroprocesorje INTEL i51 in osebne računalnike s procesorji i386. Za mikroprocesorje i51 (uporabljajo se v inteligentnih senzorjih RIMa) smo izdelali s pomočjo jezika in prevajalnika »C« module za komunikacijo in


2006 VER. 1.1 Stran 16

obdelave. Programske module za osebne računalnike smo razvijali z MS Visual C++ in QT pod operacijskim sistemom WINDOWS (2000 in XP). Vse delujoče module smo prenesli tudi pod Linux (Suse 9.x). S tem smo zagotovili prenosljivost programske opreme med različnimi platformami. Programsko opremo, ki je namenjena za PC/104 modul, enako razvijamo in testiramo z MS Visual C++, nato pa prenesemo pod Linux, kjer zamenjamo QT s QT/Embedded verzije 3.3 in jo prevedemo za procesor Intel Xscale PXA255, ki se nahaja na PC/104 modulu. Za OE in CE smo razvili komunikacijske, obdelovalne, bazne in prikazovalne programske module. Razvili smo več vrst komunikacijskih modulov, ki so med seboj zamenljivi. Na primer: OE bo običajno komunicirala z RIMom s pomočjo radijskih postaj. V primeru, da to ni možno (prevelika razdalja), pa je možno zamenjati radijske postaje z GSM komunikatorji, ustrezno nastaviti RIM in OE in povezava bo potekala kot z radijskimi postajami. Preizkusili smo tudi brezžično mrežno povezavo, ki pa ima za sedaj preveliko porabo in trenutno še ni primerna. Posebno pozornost smo posvetili obdelovalnim modulom, predvsem dvema: emisijskemu in disperzijskemu. Osnova za emisijski programski modul je emisijski model, v katerem smo opredelili osnovne delitve virov po obliki, vzgonskih lastnostih polutantov, količini emitirane snovi in trajanju izpusta. Postavili smo podatkovno strukturo emisijskega modela in izdelali predloge za uporabo modela. Na bazi tega modela smo razvili programski modul za vnos in obdelavo emisijskih podatkov. Od 1. oktobra 2005 do 31. marca 2006 smo nadaljevali z razvojem programske opreme za OE in za CE. Za OE in CE smo nadaljevali z razvojem baznega modula ter komunikacijskih, obdelovalnih, in prikazovalnih programskih modulov. V tem obdobju smo posebno pozornost posvetili razvoju Gaussovega disperzijskega modela, ki smo ga povzeli po Ameriški agenciji U.S. Nuclear Regulatory Commission. Disperzijski modul je zasnovan večplastno, tako da je možno samo računanje disperzije zamenjati z drugimi izračuni, obdelave dobljenih podatkov, shranjevanje in prikazovanje pa je posplošeno in uporabno tudi za tri-dimenzionalne naprednejše disperzijske modele. Izvedli smo tudi integracijo geografskega informacijskega sistema (GIS) in modelirnega sistema v enovito aplikacijo. To je obsegalo predvsem naslednje naloge: • izvedbo vmesnika za opis pogojev modeliranja širjenja onesnaženja v ozračju, • izvedbo uporabniškega vmesnika za GIS, • načrtovanje interakcije med modeli in GIS vmesnikom, • načrtovanje ostalih prikazovalnih programov.


2006 VER. 1.1 Stran 17

Vse navedene naloge smo izvedli na skupni osnovi - načrtovanju podatkov po XML in w3schema standardih. XML (EXtensible Markup Language) je standard za zapis podatkov, ki je bil v svoji osnovi razvit za izmenjavo podatkov med različnimi računalniškimi platformami in je zato zaradi svoje splošnosti zelo primeren za to nalogo. w3schema pa je standardni način za kontrolo vsebinske pravilnosti podatkov v XML obliki. Izdelali smo podatkovne modele za dvosmerni prenos informacije med GIS in disperzijskim modelom. Izdelali smo GIS uporabniški vmesnik, ki ga bo operater uporabil za vnos vseh zahtevanih geografsko vezanih podatkov o modeliranju (avtomatsko se prikažejo lokacije merilnih postaj, s klikom na zemljevidu pa se določi lokacijo vira in velikost domene za modeliranje). Pomembno je, da GIS aplikacija omogoča uporabo zemljevidov v različnem merilu, s prikazanimi različnimi sloji in podobno. Na prototipu so vključeni zemljevidi za Slovenijo, seveda pa je možno vključiti tudi zemljevide drugih držav. Zajem podatkov z GIS vmesnika za potrebe modeliranja poteka avtomatsko in teče v ozadju (neposredna kontrola operaterja ni potrebna). Vsi zajemi so prilagojeni zahtevam najmodernejših numeričnih modelov, tako, da bomo sedaj vključeni Gaussov model lahko kasneje nadgradili z Lagrangeevim ali podobnim numeričnim modelom. V tem obdobju smo začeli z integracijo in testiranjem celotnega sistema. Med tem smo odpravljali napake in pomankljivosti, ki smo jih odkrivali pri skupnem testiranju. V zadnjem obdobju pa smo nadaljevali z integracijo in testiranjem celotnega sistema. Pomemben korak je bil tudi zamenjava QT in QT/Embedded verzije 3.x z novo verzijo 4.x, ki je prinesla dosti sprememb.


2006 VER. 1.1 Stran 18

5. Pregled in izbira tehnologij za realizacijo projekta V tem poglavju so opisane tehnologije strojne in programske opreme, ki smo jih preizkusili za kar najboljšo realizacijo projekta. 5.1 Senzorji Senzorji so priklopjeni na »ročni merilnik« in »dodatne senzorje«, ki vsebujejo poleg senzorjev še mikroprocesorje in pripadajočo elektroniko. Ročni merilnik sestavljajo sledeči senzorji: • senzor za smer vetra s kompasom, • senzor za hitrost vetra, • senzor za pritisk, • senzor za globalno sončno sevanje, • senzor za relativno vlažnost zraka in • senzor za temperaturo zraka . Tehnične zahteve za senzorje in celoten merilnik: • delovna temperatura: od –40 °C do 60, °C • temperatura skladiščenja: od –50 °C do 70 °C, • napajanje: od 5 V do 12 V. Merilne zahteve za senzor za smer vetra s kompasom so: • merilno območje: 0 ° – 360, ° • skupna natančnost: ±10, ° • ločljivost: 6, ° • startna hitrost: 0.1 m/s, • merilna metoda: opto-električna, • kompas za določitev nulte točke senzorja za smer vetra: ♦ natančnost: ±2, ° ♦ ločljivost: 1. ° Merilne zahteve za senzor za hitrost vetra so: • merilno območje: 0 – 50 m/s, • natančnost: ± 0.5 m/s, • ločljivost: 0.1 m/s, • startna hitrost: 0.2 m/s, • merilna metoda: opto-električna. Merilne zahteve za pritisk so: • merilno območje: 300 – 1100 mbar, • natančnost: ± 1 mbar, • ločljivost: 0.1 mbar, • merilna metoda: piezo-uporovna.


2006 VER. 1.1 Stran 19

Merilne zahteve za globalno sončno sevanje so: • območje spektra (50% točk): 400 to 1100 nm, • občutljivost (µV/ W / m²): > 60, • odzivni čas (95 %): <1 s, • temperaturna odvisnost občutljivosti < 0.1 %/ºC, • delovna temperatura -30 ºC to +70 ºC, • merilno območje 2000 W/m². Merilne zahteve za relativno vlažnost zraka so: • merilno območje: 10 – 100 %, • natančnost: ± 3 %, • ločljivost: 1 %, • merilna metoda: kapacitivni polimer. Merilne zahteve za temperaturo zraka so: • merilno območje: –30 °C do 50 °C, • natančnost: ± 0.2 °C, • ločljivost: 0.1 °C, • merilna metoda: PT100 ali termistor. Preizkušeni senzorji: • za hitrost in smer vetra: AMES senzorja, • za relativno vlažnost in temperaturo zraka:

- proizvajalec Sensirion, - tip SHT75, - način priključitve: serijski,

• za zračni pritisk: - proizvajalec Intersema Sensoric SA, - tip MS5534AM, - način priključitve: serijski,

• kompas za orientacijo senzorja za smer vetra: - proizvajalec PNI Corporation, - tip Vector 2X, - način priključitve: serijski,

• za temperaturo zraka: - PT100,

• za globalno sončno sevanje: - proizvajalec Kipp&Zonen, - tip SP LITE, - način priključitve: napetostni, - merilni princip: fotodioda.

Uporabne internetne povezave: • globalno sončno sevanje: http://www.kippzonen.com • zračni pritisk http://www.amsys.de/ • vlaga in temperatura http://www.sensirion.com/


2006 VER. 1.1 Stran 20

5.2 Mikroprocesorji, računalniki Za ročni merilnik in dodatne senzorje smo preizkusili dva mikroprocesorja: C8051F124 in ADUC848 ki imata oba jedro legendarnega Intelovega 8051. To omogoča prenosljivost programske opreme med procesorjema. Programi so bili večinoma napisani s “C” programskim jezikom. Deli programa, ki so odvisni od strojne opreme, pa so napisani tudi v zbirnem jeziku. Mikroprocesor C8051F124 • proizvajalec: Silicon Laboratories, • napajalna napetost: 2.7 to 3.6 V, • poraba: tipično 25 mA pri 50 MHz, • procesorsko jedro: 8051, • hitrost: 50 MIPS pri 50 MHz sistemski uri, • 8448 B RAM, • 128 kB Flash, • digitalni vmesniki:

- 64 I/O vrat, - 2 UART serijska vmesnika, - 5 programabilni 16-bit counter/timer –ji, - watchdog timer, - real-time clock,

• 12 bitni ADC z: - 8 analognih vhodov, - nastavljivo ojačanje 16, 8, 4, 2, 1, 0.5;

• dva 12 bitna DACa.


2006 VER. 1.1 Stran 21

Mikroprocesor ADUC848 • proizvajalec: Analog Devices, • napajalna napetost: 3V in 5V, • poraba: maksimalno 4.8 mA pri 3.6 V, • procesorsko jedro: 8051, • hitrost: 12 MIPS, • 2304 B SRAM, • 62 kB Flash za programe, 4 kB Flash za podatke, • digitalni vmesniki: - 24 I/O vrat, - 1 UART serijski vmesnik, - 3 programabilni 16-bit counter/timer –ji, - watchdog timer, - real-time clock, • 16 bitni ADC z: - 10 analognih vhodov, • eden 12 bitni DAC.

5.2.1 Pregled in izbira računalnika za komunikator Naloge komunikatorja so komunikacija z ročnim merilnikom in dodatnimi senzorji, obdelava in kontrola zbranih podatkov, shranjevanje podakov in komunikacija z obdelovalno enoto ali s centrom. Za določitev lokacije meritve ima komunikator tudi GPS modul. Za izvajanje teh nalog potrebujemo računalniški sistem s sledečimi zahtevami: • 2x USB, • 2x RS232 / RS485, • ethernet 10/100 Mbps, • hitrost večja kot 133 MHz, • vsaj 32 MB RAMa, • vsaj 32 MB Flash ROMa, • majhna poraba < 10W pri največji obremenitvi, • možnost avtomatskega izklapljanja v “standby mode” in ponovne oživitve

zaradi komunikacije ali vnosa preko tipkovnice ali ob določenem času, • možna uporaba različnih operacijskih sistemov LINUX, WINDOWS. Možen priklop sledečih naprav: • GPS modula, • GSM/GPRS modula, • Wi-Fi brezžične omrežne povezave, • radio modema, • ročnega merilnika in dodatnih senzorjev.


2006 VER. 1.1 Stran 22

Zgoraj opisane zahteve lahko zadostimo z vgradnimi (embedded) računalniki in ročnimi računalniki (PDA). Vgradni računalniki Razvoj mikroračunalnikov, ki so namenjeni za vgradne sisteme, je šel v integracijo komponent in zmanjšanje porabe. Največ se uporabljajo enokartični računalniki (Singel Bord Comuters SBC). Prvi mikroračunalniki so bili sestavljeni iz ducata ali več elektronskih vezij, ki so bila vključena na glavno elektronsko vezje. Na elektronskih vezjih so se nahajali spominski elementi, centralna procesna enota, krmilniki diskov in vhodno-izhodna vrata. Taki mikroračunalniki so bili uporabljeni za merjenje podatkov, vodenje procesov ter druge razvojne projekte. V glavnem pa so bile izvedbe preokorne za uporabo v vgrajenih sistemih. V zgodnjih 80 letih prejšnega stoletja pa je tehnologija integriranih vezij napredovala do te mere, da je bilo možno združiti funkcionalnost večih elektronskih vezij v LSI (Large Scale Integration) integrirano logično vezje. Uporaba LSI integriranih vezij, ki vsebujejo CPE, trajni in začasni spomin, vhodno-izhodna vrata, sedaj omogoča izdelavo celotnih mikroračunalniških sistemov na enem samem elektronskem vezju. “Big Board”, ki je temeljil na Z80 mikroprocesorju, je bil najbrž eden izmed prvih mikroračunalnikov na enem elektronskem vezju, ki je bil zmožen poganjati komercialni operacijski sistem (CP/M). V začetku je bila večina SBC produktov povsem unikatna, tako v smislu arhitekture kot fizično. Razlog je bil predvsem v svojstveni raznolikosti zahtev vgrajenih sistemov ter široki izbiri procesorjev ter ostale opreme, ki je bila na voljo. V sredini osemdesetih let pa se je pojavilo veliko zanimanje tudi za IBM PC kompatibilnost v vgrajenih ter ostalih nenamiznih aplikacijah iz dveh razlogov: • vpliv strojne opreme: kompatibilnost PC integriranih vezij in perifernih

naprav je omogočala izdelavo cenejših in enostavnejših sistemov za katere je bilo tudi lažje zagotavljati podporo,

• vpliv programske opreme: PC kompatibilnost je omogočala izkoriščanje prednosti PC operacijskih sistemov (najprej MS-DOS-a, potem Windows operacijskega sistema), razvojnih jezikov in orodij, ter uporabniške programske opreme.

Razvoj je prinesel kar nekaj standarnih oblik SBC mikroračunalnikov. Glede na dimenzijo ločimo več industrijskih standardov med katerimi so popularnejši sledeči:


2006 VER. 1.1 Stran 23

Slika 1 Industrijski standardi PC/104, EPIC in EBX

Ker so PC/104 moduli najmanjši, velikosti 90 x 96 mm, za katere so značilni kompaktnost, robustnost in zlaganje modulov v kopico, so za nas najzanimivejši in si zaslužijo, da si jih pobliže pogledamo. PC/104 moduli PC104 je pridobil ime od zelo popularnih namiznih osebnih računalnikov (prvi izdelovalec IBM jih je poimenoval PC) in števila nožic konektorja za povezovanje razširitvenih kartic. PC104 kartice so bistveno manjše od običajnih ISA kartic v osebnem računalniku in zložene v kopico, kar je odpravilo potrebo po osnovni (matični) plošči ter posebnem ohišju. Poraba energije je prilagojena potrebam v vgrajenih sistemih. Ker se v osnovnih komponentah PC104 ne razlikuje bistveno od običajnega osebnega računalnika (PC) (razlika je v velikosti), je večina razvojnih orodij, ki se uporabljajo na osebnih računalnikih, uporabna tudi za PC104 sisteme. Ta lastnost zmanjšuje stroške za nabavo novih orodij, predvsem pa bistveno skrajšuje čas razvoja novih aplikacij zaradi hitrejšega prilagajanja programerjev in elektronikov novim tehnologijam. Sistemi, ki temeljijo na PC104 tehnologiji, so uporabljeni v raznovrstnih aplikacijah kot so tovarne, laboratoriji, procesne linije, vozila in skoraj vsepovsod, kjer je potrebno vodenje naprav s pomočjo programabilnega računalnika. PC104 sistemi so majhni in imajo običajno zelo majhne močnostne zahteve. Zaradi tega so odlični za aplikacije, ki preprosto nimajo prostora za običajne velike namizne osebne računalnike. Dodatno so PC104 sistemi zgrajeni robustneje od namiznih. Velika večina naprav, ki so bile zgrajene za osebne računalnike, je na voljo tudi v obliki PC104 modula: centralna procesna enota (CPU), serijska vhodno/izhodna vrata (I/O ports), video. Poleg tega pa je na voljo tudi veliko ostalih malce bolj eksotičnih modulov kot so: GPS sprejemniki, napajalniki za vozila, brezžične komunikacije. Kopica P104 modulov je lahko priključena kot


2006 VER. 1.1 Stran 24

komponenta na večji elektronski sistem ali pa sestavljena v majhno ohišje kot samostojni sistem. PC104 format je razvilo podjetje Ampro Computers, California leta 1980. Specifikacija pa je bila za pospešitev razvoja objavljena leta 1992. Trenutno ponuja okoli 150 različnih proizvajalcev PC104 kompatibilne produkte kot so kontrolne kartice, programsko opremo ter ostalo dodatno opremo. PC104 konzorcij (http://www.pc104.org) je bil ustanovljen za vzdrževanje specifikacij, objavljanje vodičev po virih opreme, sodelovanje v aktivnostih za standard ter za promocijo PC104 na sejmih in v raznih publikacijah. Dodatne tehnične podrobnosti so objavljene tudi spletni strani The E-Zine of PC104 Controlled Systems (http://www.controlled.com/pc104) in The PC104 FAQ (http://www.controlled.com/pc104faq). Tipične lastnosti PC104 SBC mikroračunalnikov nekaterih proizvajalcev: MOPSlcdVE Proizvajalec: Kontron (www.kontron.com) CPU: VIA Eden (300Mhz), pasivno hlajenje Spomin: do 512 Mb SDRAM Grafika: S3 Savage 4 (4xAGP, do 1600x1200), CRT/Panel Mreža: 10/100 BaseT Ethernet WatchDog: da Realtime Clock: da Priključek USB: da (2x), verzija 1.1 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da Vrata za tiskalnik: da RS232: da (2x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 2.03A, standby 1.63A, suspend 0.72A Compact Flash socket: ne PCMCIA: ne MOPS/520 Proizvajalec: Kontron (www.kontron.com) CPU: AMD ELAN SC520 (100MHz), pasivno hlajenje Spomin: do 64 Mb SDRAM Grafika: potrebuje dodatni PC104 kompatibilni modul Mreža: 10/100 BaseT Ethernet WatchDog: da Realtime Clock: ne Priključek USB: da (2x), verzija 1.1 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da Vrata za tiskalnik: da RS232: da (3x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 0.75A

http://www.pc104.org/

http://www.controlled.com/pc104

http://www.controlled.com/pc104faq

http://www.kontron.com/



2006 VER. 1.1 Stran 25

Compact Flash socket: ne PCMCIA: ne MOPSlcd6 Proizvajalec: Kontron (www.kontron.com) CPU: Intel Pentium MMX 166 MHz, pasivno hlajenje Spomin: do 256 Mb SDRAM Grafika: CT96000, CRT/Panel Mreža: 10/100 BaseT Ethernet WatchDog: da Realtime Clock: ne Priključek USB: da (1x), verzija 1.1 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da Vrata za tiskalnik: da RS232: da (2x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 1.6A (133MHz) Compact Flash socket: ne PCMCIA: ne ARMBASE board Proizvajalec: CompuLab (http://www.compulab.co.il ) CPU: Intel Xscale PXA255 (do 400 MHz) Spomin: do 64 Mb SDRAM Grafika: on-chip, CRT/Panel Mreža: 10/100 BaseT Ethernet (1x ali 2x) WatchDog: / Realtime Clock: da Priključek USB: da (1x), verzija 1.1 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da Vrata za tiskalnik: da RS232: da (4x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 0.8A, Compact Flash socket: da PCMCIA: opcija 586BASE board Proizvajalec: CompuLab (http://www.compulab.co.il ) CPU: ElanSC520 CPU @100-133 MHz Spomin: do 64 Mb SDRAM Grafika: on-chip, CRT/Panel Mreža: 10/100 BaseT Ethernet (1x ali 2x) WatchDog: / Realtime Clock: da Priključek USB: da (1x), verzija 1.1 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da





2006 VER. 1.1 Stran 26

Vrata za tiskalnik: da RS232: da (4x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 0.8A, Compact Flash socket: da PCMCIA: opcija Cool EcoRunner Proizvajalec: LiPPERT GmbH (http://www.lippert-at.com) CPU: Geode GX1 300 MHz Spomin: do 512 Mb SODIMM Grafika: on-chip, CRT/Panel Mreža: 10/100 BaseT Ethernet (2x) WatchDog: da Realtime Clock: da Priključek USB: da (2x), verzija 1.0 Priključek EIDE: da Priključek floppy: da Vrata za tiskalnik: da RS232: da (2x) Tipkovnica, miška: PS2,PS2 Napajanje: 5V, normal 1.2A, Compact Flash socket: da PC104 vhodno/izhodni moduli PC104-ADIO128 Proizvajalec: Kontron (www.kontron.com) Gonilniki: Linux, DOS, Windows 95, 98, NT, 2000, XP Analogni vhodi: 8, (12 bit, 100k samples/sec, 0-5V, 0-10V) Analogni izhodi: 4 Digitalni vhodi/izhodi: 24 (TTL) Digitalni števci: 3 (16 bit) PCM-3718H/HG Proizvajalec: AdvanTech (http://www.advantech.com) Analogni vhodi: 16, (12 bit, 100k samples/sec, 0-0.25, 0-5V, 0-10V) Analogni izhodi: 0 Digitalni vhodi/izhodi: 8 (TTL) Digitalni števci: 0 PC/104-PCMCIA-1 Proizvajalec: Kontron (www.kontron.com) Gonilniki: Linux, DOS, Windows 95, 98, NT, 2000, XP Število kartic: 2 (za WLAN ali ATA hardisk) PC104 GPS (Global Positioning System) in GSM/GPRS moduli PCM-3292/N Proizvajalec: AdvanTech (http://www.advantech.com) Sprejemni kanal: 12 vzporednih kanalov Sprejemna občutljivost: pod –145dBm







2006 VER. 1.1 Stran 27

Natančnost pozicije: 10 m (50%) Natančnost hitrosti: 0.2 m/s Poraba: 3V, 35mA Gonilniki: ? GPS/GSM-PC104 Proizvajalec: ATON Systemes (http://www.aton-sys.fr) Sprejemni kanal: ? Sprejemna občutljivost: ? Natančnost pozicije: ? Natančnost hitrosti: ? Poraba: ? Gonilniki: upravljanje preko dveh RS232 vrat GSM: Dual-band Wavecom GSM COM17035 Proizvajalec: RTD Finland (http://www.rtdfinland.fi) Sprejemni kanal: 12 vzporednih kanalov Sprejemna občutljivost: ? Natančnost pozicije: ? Natančnost hitrosti: ? Poraba: 5V, 1.3W (idle) Gonilniki: upravljanje preko dveh RS232 vrat GSM: Siemens MC35 GPRS modem PDA PDA (Personal Digital Assistants) računalniki, ki jih pri nas imenujemo dlančniki, ročni računalniki ali žepni računalniki, so bili razviti za potrebe poslovnežev, da si beležijo sestanke. To so že zdavnaj prerasli, saj omogočajo snemanje govornih sporočil, predvajanja filmov in glasbe ter pregledovanje slik. Z dodajanjem Wi-Fi brezžične omrežne povezave, GSM/GPRS komunikacije in GPS modulov pa so postali še bolj popularni. Večina ročnih računalnikov uporablja za vnos podatkov zaslon s peresom (touch screen) in pomožne tipke. Velikosti so različne, vendar so običajno manjše od 10 x 15 x 3 cm. Običajno so tudi lažji od 200 g. Ročne računalnike delijo na PocketPC-je in Palm-e. Razlika je predvsem v operacijskem sistemu. Palm-i uporabljajo PalmOS operacijski sistem in jih proizvajajo predvsem PalmOne, Sony in Visor. PocketPC-ji pa uporabljajo različne Microsoftove operacijske sisteme. Glavni proizvajalci so Dell, HP in Toshiba. Cena za osnovne modele se giblje med 100 $ in 600 $. V zadnjem času pa so se pojavili ročni računalniki z operacijskim sistemom Linux. Eden prvih proizvajalcev takih ročnih računalnikov je Sharp. Glavne tehnične karekteristike Sharp-a SL-6000 so VGA zaslon, 802.11b brezžično omrežje, QWERTY tipkovniva, dva CF in SD razširitvena priključka in USB port.



2006 VER. 1.1 Stran 28

Zelo primeren za našo aplikacijo je ročni računalnik BOBm firme LOGiN: procesor: Intel XScale PXA255 400MHz RAM 128 MB Flash ROM 64 MB zaslon 4 in. VGA TFTLCD Razširljiv z GPS, digitalnim kompasom, GPRS, SDIO, Wi-Fi, PCMCIA, IR in 2xUSB.

Slika 2 Ročni računalnik BOBm

VIPER Za komunikator smo izbrali VIPER PC104 modul proizvajalca ARCOM: CPU: Intel Xscale PXA255 (do 400 MHz) Spomin: 64 Mb SDRAM, 32 Mb Flash Grafika: TFT/STN 800x600 Mreža: 10/100 BaseT Ethernet (1x ) WatchDog: da Realtime Clock: da Priključek USB: da (1x), verzija 1.1 RS232: da (4x) RS485: da (1x) Compact Flash socket: da PC/104 razširitev da Poraba: 2 W tipično.


2006 VER. 1.1 Stran 29

5.2.2 Izbira računalnika za obdelovalno enoto Naloga obdelovalne enote je komunikacija z RIMi, shranjevanje podatkov, modeliranje podatkov in prikaz v GIS okolju. Zaradi tako različnih funkcij (komunikacija – GIS) smo najprej preizkusili obdelovalno enoto z dvema računalnikoma: z vgradnim (komunikatorjem RIMa) in prenosnikom. Ugotovili smo, da je poraba mikroprocesorskega časa za komunikacijo, obdelave in shranjevanje dosti manjša od GIS prikazov. Ker GIS prikazi delujejo samo pod WINDOWS NT/2000/XP operacijskim sistemom in potrebujejo zelo zmogljiv procesor, smo se odločili za prenosnik. Razlika med prenosniki in vgradnimi računalniki pa je tudi vedno manjša, tako da bomo lahko v naslednjih letih prenesli programe na vgradni računalnik. V primeru, da potrebujemo le komunikacije in obdelave, pa je lahko OE kar komunikator RIMa.


2006 VER. 1.1 Stran 30

5.3 Komunikacije

5.3.1 GSM komunikacija Danes so GSM (Global Standard for Mobile Communications) komunikacije že zelo razvite in izpodrivajo navadne telefonske linije oziroma komutirane linije. Tudi pokritost s signalom je kar zadovoljiva, vendar je še vedno slabša kot je bila s starim odsluženim NMT-jem. Za govorne in podatkovne komunikacije se uporabljajo različni “terminalčki” oziroma modemi, ki delujejo na frekvencah 900 in 1800 MHz. Običajna maksimalna oddajna moč modemov je 2 W pri 900 MHz in 1 W pri 1800 MHz. Skoraj vsi modemi podpirajo GSM/GPRS protokole. Modemi tretje generacije na primer UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) pa so še zelo redki, predvsem zato, ker pokritost s signalom še ni dovolj velika. GPRS(General Packet Radio Service) omogoča IT protokole kot je IP protokol. Tudi hitrost je večja kot pri GSM, ki je 9600 bps. Prednost GSMja pa je v tem, da se dva modema lahko direktno povežeta, pri GPRS pa je potreben poseben strežnik, ki ga zagotovi skrbnik mreže. Skoraj vsi GSM/GPRS modemi uporabljajo AT nabor komand, ki pa se lahko razlikuje med proizvajalci modemov. Komunikacija z modemom poteka preko RS232 vmesnika s hitrostmi do 115 Kbps. Poraba v mirovanju je okoli 50 mW pri oddaji pa tudi za kratek čas do 5 W. uporabne povezave: modemi: proizvajalec WAVECOM (http://www.wavecom.com) proizvajalec FALCOM (www.falcom.de) dobavitelj GLYN (http://www.glyn.de) antene: ALLGON (http://www.allgon.com ) MOTECO (http://www.moteco.com ) AMPHENOL (http://www.amphenol.com ) GALTRONICS (http://www.galtronics.com ) RADIALL / LARSEN (http://www.larsenantennas.com ) RANGESTAR (http://www.rangestar.com )

http://www.wavecom.com/

http://www.falcom.de/


2006 VER. 1.1 Stran 31

5.3.2 Satelitske komunikacije V Evropi so trenutno aktualni trije sistemi, ki ponujajo možnost satelitskih komunikacij: • Inmarsat (www.inmarsat.org) (LEO sistem, pokriva večino svetovnega

prebivalstva), • Thuraya (www.thuraya.com) (GEO sistem, pokriva Evropo, Severno Afriko

in Rusijo), • Globalstar (www.globalstar.com) (LEO sistem, 48 satelitov pokriva večino

sveta). Za satelitska operaterja Thuraya in Globalstar ponuja Mobitel možnost gostovanja v omenjenih omrežjih. Pogovori in digitalne komunikacije so primerljive z običajnim GSM omrežjem. Cena minute pogovora v Slovenijo znaša približno 500 SIT, iz Slovenije na omrežje pa 1200 SIT (Thuraya) ali 2200/1800 SIT (Globalstar). Cena poslanega SMS-a znaša v obeh omrežjih 67 SIT. Možno pa je tudi gostovanje s predplačniško SIM kartico, pri čemer so cene približno 15% višje. Vsi operaterji ponujajo poleg storitev tudi telefonske aparate. V omrežju Thuraya delujejo naprave podjetja Huges, cena pa znaša okrog 850 USD (standby time 34h, talk time 2.4 h). Zmogljivost naprav in velikost je podobna GSM napravam. Naprave v omrežju Inmarsat pa so dražje (reda 2500 USD do 6000 USD) ter tudi večjih dimezij. Naprave v omrežju Globalstar ponuja več proizvajalcev (Telit, Qualcomm, Ericsson). Naprave so tudi velikosti običajne GSM naprave (Ericsson R 290 standby time 6 h, talktime 1.5 h, Telit Sat-600 standby time 10h, talk time 2.5 h, cena 1700 USD, QUALCOMM GSP-1600 standby time 19 h, talk time 3.75h, cena 1500 USD). Med opisom sistema je zaslediti, da je možen nakup naprave že od 700 USD naprej. Poseben satelitski sistem je Orbcomm sistem. Sateliti krožijo v nizki orbiti nad zemljo in niso prisotni ves čas. Teoretično je zagotovljeno, da sporočilo prispe v center v roku 5 minut, vendar praktične izkušnje kažejo, da so časi tipično reda 15 minut.

http://www.inmarsat.org/

http://www.thuraya.com/

http://www.globalstart.com/


2006 VER. 1.1 Stran 32

5.3.3 Radijske komunikacije Radijske frekvence so po mednarodnem dogovoru razdeljene na področja in podpodročja glede na namen uporabe. V vsaki državi posebej je za razdeljevanje frekvenc za civilne potrebe odgovorna posebna služba oziroma agencija, ki podeljuje uporabnikom frekvence. Agencija določa na kakšen način se te frekvence lahko uporabljajo. Običajno specificirajo maksimalno moč, modulacijo, tip antene... Po mednarodnem dogovoru pa so tudi področja, ki so odprta za vse. Potrebno se je le držati tehničnih predpisov za ta področja. Teh področij je kar nekaj, za vsa pa je določena uporaba in tehnične omejitve. Tako je za prenos alarmov in kratkosežnih komunikacij dogovor držav CEPTe o uporabi frekvenčnega območja 868-870 MHz. To področje so še razdelili na podpodročja glede na maksimalno izhodno moč ( do 500 mW ) in glede na razmerje med komunikacijo in tišino (duty cicle). Podpodročja so razdeljena predvsem za telekomande, telekontrole, telemetrijo in alarmiranje. Moči (5, 10, 25, 50, 100, 500 mW) so določene za vsako podpodročje. Prav tako je določeno razmerje med komunikacijo in tišino (1 urno povprečje) za vsako podpodročje in se giblje od 0.1% do 100% Včasih je bil radijski modem sestavljen iz dveh delov: radijske postaje in modema. Za hitrost prenosa, za ustrezne zakasnitve, za preklop med sprejemom in odajo pa je morala poskrbeti aplikacija. Danes to ni več potrebno. Modemi in radijske postaje so integrirani in mikroprocesorsko vodeni z lastnim spominom za podatke, sami vodijo komunikacijo in omogočajo tudi repetitorsko povezavo. Radijski postaji: WHM900 v Embedded Wireless Modem (902 – 928 MHz) Proizvajalec: Radicom (www.radi.com) Frekvenčno območje: 902 – 928 MHz hoping algoritem (256 nastavljivih kanalov) SALTELLINE 1870 Economical Short-Range Radio Modem Proizvajalec: SATEL (www.satel.de) Frekvenčno območje: 868 – 870 MHz 74 kanalov (moč odvisna od izbranega kanala)


http://www.falcom.de/


2006 VER. 1.1 Stran 33

5.3.4 Brezžične mrežne komunikacije Wi-Fi Brežična širokopasovna računalniška omrežja pokrivajo vse več hišnih in pa tudi profesionalnih omrežij. Omogočajo veliko prilagodljivost, prenosnost in udobja katerih druga ne. Marsikatera naprava je postala veliko bolj uporabna odkar ni potrebno uporabljati navadnega ožičenja. Poleg računalnikov obstaja še mnogo drugih naprav (kamere, tiskalniki, senzorji, dlančniki, telefoni, ...), ki izkoriščajo brežična omrežja.

Brezžičnih omrežij se je prijela kratica Wi-Fi, kar je okrajšava za »Wireless Fidelity«. Wi-Fi omrežja uporabljajo radijsko tehnologijo z oznako IEEE 802.11b ali 802.11a za zagotavljanje varne, zanesljive in zelo hitre brezžične povezave. Wi-Fi omrežje se uporablja za medsebojno povezovanje posameznih računalnikov, za dostop do spleta in za dostop do statičnih omrežij, ki uporabljajo IEEE 802.3 ali Ethernet. Wi-Fi omrežje deluje na prostih radijskih frekvenčnih območjih 2.5 GHz (801.11b, 11Mbps) in 5 GHz (802.11a, 54Mbps). Wi-Fi naprave se povezujejo z oddajanjem in sprejemanjem signalov na določenih frekvencah radijskega območja. Komponente se lahko povezujejo direktno (to se imenuje “peer-to-peer”) in preko usmerjevalnika (“gateway”) ali dostopne točke (“access point AP”). Sestavljeno Wi-Fi omrežje sestavljata dve osnovi komponenti: Wi-Fi radijska postaja in dostopna točka ali usmerjevalnik. Wi-Fi radijska postaja je ponavadi vgrajena ali priključena na namizni računalnik, prenosni računalnik ali mobilno napravo v omrežju. Dostopne točke pa prevzamejo vlogo bazne postaje (sprejemajo in oddajajo signale od Wi-Fi radijskih postaj za povezovanje različnih komponent med seboj, ter povezovanje s spletom). Vsi računalniki povezani v Wi-Fi omrežje si lahko delijo datoteke in uporabljajo skupno povezavo s spletom.


2006 VER. 1.1 Stran 34

Wi-Fi (Wireless Fidelity) predstavlja logo certifikata, ki ga izdaja Wi-Fi Alliance združenje (http://www.wi-fi.com) za brezžično omrežno opremo, ki je prestala testiranje po IEEE 802.11 standardu. Naprave, ki so opremljene z Wi-Fi CERTIFIED logom, so bile strogo preverjene, da lahko zagotavljajo povezljivost z napravami ostalih proizvajalcev.

Wi-Fi certifikat naprav

Organizacija Wi-Fi Alliance predstavlja neprofitno skupino, ki se ukvarja oglašanjem 802.11 brezžičnih tehnologij po vsem svetu ter podeljuje Wi-Fi CERTIFIED certifikate. Radij delovanja Wi-Fi omrežja je odvisen od tipa Wi-Fi radijskih postaj, uporabe posebnih anten ter samega okolja (ali se nahaja v odprtem okolju ali v urbanem okolju z veliko zidovi ali pohištva). Ravno struktura okolja v katerem deluje omrežje ima bistven vpliv, saj radijski signali zelo nizkih moči ne morejo predreti preko kovin, vode in ostalih gostih materialov. Wi-Fi Alliance organizacija se ne ukvarja z meritvami in primerjavami posameznih produktov in njihovih dometov. S povečevanjem razdalje med posameznimi napravami se hitrost prenosa zmanjšuje. Standardi Wi-Fi Za red in modsebojno kompatibilnost skrbi razširjeni IEEE beržični ethernet standard 802.11. Osnovna različica je bila namenjena infrardeči in brezžični povezavi v območju 2.4 GHz s hitrostjo 1 do 2 megabita na sekundo, vendar zaradi prevelikega števila načina realizacij ni bil tržno zanimiv. Trenutno so aktualne tri različice Wi-Fi ethernet standarda 802.11: • 802.11b

Prva različica standarda, ki se je pojavila na trgu. Je najpočasnejša in najcenejša. Uporablja 2.4 Ghz področje. Maksimalna hitrost prenosa je 11 megabitov na sekundo. Napravo, ki uporablja ta standard, dandanes že težko dobimo na trgu, saj je ta standard izrinila novejša »g« različica.

• 802.11a Nadaljevanje prve različice. Uporablja 5 GHz področje, kar naredi naprave razmeroma dražje. Največja hitrost prenosa znaša 54 megabitov na sekundo.

• 802.11g Trenutno nabolj razširjena različica Wi-Fi standarda. Uporablja 2.4 GHz področje (kar naredi naprave cenovno ugodnejše) in dosega maksimalne hitrosti prenosa do 54 megabitov na sekundo. Kar je pomenbno pri tem standardu je, da je kompatibilen s starejšim 802.11b.

http://www.wi-fi.org/


2006 VER. 1.1 Stran 35

Obstajajo še druge različice tega standarda vendar so še v razvojni fazi oziroma še niso razširjene na trgu. Večina od teh so nadaljevanje »G« standarda z dodanimi varnostnimi zaščitami. Moč oddajanja je omenjena glede na državo v kateri se nahajate in je večinoma pod 100mW. Večina naprav oddaja z močjo 32mW (nekateri gonilniki Wi-Fi naprav omogočajo da moč povečamo do 84mW). Standada 802.11b in 802.11g razdelita frekvenčno območje v 14 kanalov, kateri se med seboj prekrivajo. Razlika med kanali je 22 MHz. Topologije Wi-Fi omrežij V splošnem sta uporabljeni dve topologiji. Vse Wi-Fi mrežne naprave (tudi AP) so med seboj fizično enakovredne. Delujejo na istih frekvenčnih območjih, v splošnem enake moči oddajanja. Razlike med clienti in AP se pojavijo le v protokolih, natančneje v MAC sloju. Infrastruktura z AP (dostopno točko)

Vsi klienti komunicirajo preko AP. Med sabo klienti ne komunicirajo. Ta topologija se na splošno (v rač. omrežjih) uporablja največkrat. AP je tipično sestavljen iz navadnega klienta (kartica se da v AP fizično ločit) in vgrajenega računalnika (ponavadi podprtega z linuxom), ki nudi povezavo na ožičeno ethernet omrežje. Večina AP na trgu deluje tudi kot usmerjevalnik (router). Omejitev pri tej topologiji je vidljivost vseh klientov z AP. Tako s klientom, ki ne vidi AP, ni mogoče komunicirati (kljub temu, da ta klient vidi druge kliente). Ta topologija za dinamčna omrežja (lokacije klientov se spreminjajo) ni primerna, saj ob izpadu (nevidljivosti) AP celotno omrežje preneha delovati.

AP

Client

Client

Client

Client Client

Client


2006 VER. 1.1 Stran 36

b) AdHoc topologija

AdHoc način AdHoc topologija je namenjena komunikaciji med klienti, brez AP. Ima dva načina delovanja. Singlehop omogoča neposredno komunikacijo med dvema klientoma. Žal pa klienti ne posredujejo tujih sporočil drugim klientom.

AdHoc single hop način To pomankljivost odpravi AdHoc multihop način komuniciranja. Tako lahko komunicirata dva klienta med seboj tudi če se ne vidita, preko drugih klientov.

Client

Client Client

Client

Client

Client

Client

Client


2006 VER. 1.1 Stran 37

AdHoc Multihop način ob oviri Slabost multihopa se pokaže ob večjem številu klientov. Tako vsak klient ponovi sporočilo (sproži se val ponavljanj), če le to ni namenjeno njemu, kar izredno upočasni oz. onemogoči komunikacijo.

AdHoc Multihop način ob večjem številu klientov postane neučinkovit Žal multihop način ni deloval ob testiranju s tremi klienti (različni proizvajalci opreme) zaradi slabe podpore gonilnikov, saj je ta način redkeje uporabljen oz. se uporablja le med dvema klientoma (kot »crossover« UTP kabel pri navadnih mrežnih povezavah). Kot rešitev se ponuja AdHoc topologija s programsko OLSR (Optimized Link State Routing protocol) podporo.

Client

Client Client

Client

http://ietf.org/rfc/rfc3626.txt


2006 VER. 1.1 Stran 38

AdHoc topologija z OSLR protokolom OLSR (Optimized Link State Routing) protokol je bil razvit v podporo AdHoc Wi-Fi topologijam. Nastal je kot odprtokodni projekt, zato je zagotovljena podpora večini operacijskih sistemov. Protokol je namenjen dinamičnim topologijam, kjer se pogoji komunikacije med klienti in število klientov med komunikacijo spreminja.

AdHoc Multihop način z OLSR protokolom Vsak klient, ki uporablja OLSR protocol, hrani seznam povezav, časovnih zamikov, svojih sosednih klientov in seznam klientov, ki jih lahko dostopa preko sosednjih klientov. Na podlagi vseh teh podatkov vsak klient dinamično preračuna optimalno pot po kateri bo poslal sporočilo. Protokol je natančneje opisan na strani: http://www.olsr.org. Zaščita Wi-Fi omrežij Brezžična omrežja so lahko zaščitena ali odprta. Na odprto omrežje se lahko poveže vsak, ki ima Wi-Fi mrežni vmesnik. Če je omrežje zasčiteno mora imeti vsak, ki se želi povezati na omrežje poleg opreme še »WEP« ključ omrežja. Vsi oddani paketi so zakodirani po tem ključu, kar onemogoča prisluškovanje. Prvotni ključi so bili 64 bitni, vendar se je izkazalo da je ključ prekratek. Trenutno so v uporabi 128 bitni ključi, v pripravi pa je že WEP2 standard z izboljšanim kodiranjem. Prav tako pa dostop do omrežja lahko omejimo, če dovolimo uporabljati omrežje le napravam z določenimi unikatnimi indetifikacijskimi MAC naslovi. Žal pa ta način omejitve dostopa ne ščiti pred presluškovanjem nedovoljenim klientom. Tako omrežje najbolje zaščitimo, če uporabimo obe metodi. Zanimiv je podatek, da je v svetu le 30% dostopnih Wi-Fi točk žaščitenih.

Client

Client Client

Client

Client Client

http://ietf.org/rfc/rfc3626.txt

http://www.olsr.org/


2006 VER. 1.1 Stran 39

Antene Obstaja več vrst izvedb anten. Večina Wi-Fi naprav ima antene vgrajene v lastno ohišje (če le to ni kovinsko) in popolnoma zadoščajo v primerih, ko je razdalja manjša od 200m (50 m v prostorih). Obstajajo pa tudi Wi-Fi naprave z možnostjo priklopa zunanje antene. Obstajata dva tipa anten: a) neusmerjene antene Med njih spadajo takoimenovane omni 360° antene katere imajo tipično ojačanje od 5-6dB. Domet anten je od 1000-1500m.

Primer »omni« antene in graf prostorskega ojačanja b) usmerjene antene Ojačanje usmerjenih anten je odvisno od širine usmerjenega spektra. Najbolj razširjena je uporaba »biquad« anten katere imajo ojačanje od 10-12dB in domet do 2000m. S pomočjo dodatnega parabolnega krožnika pa to radaljo povečamo do 10 km.

Primer »biquad« antene in graf prostorskega ojačanja Velik problem pri zunanjih antenah povzroča slabljenje na antenskem kablu. Tako zaradi slabljenja ob uporabi najkvalitetnešega kabla dolžina ne sme presegati 5m (2-3m tipična razdalja). Za vse omenjene dolžine dosega anten mora biti izpoljen pogoj vidne linije brez ovir. Pogosto lahko povezavo prekine ozelenela veja drevesa.


2006 VER. 1.1 Stran 40

Nastavitve Samostojne Wi-Fi naprave ponavadi konfiguriramo s pomočjo internetnega brskalnika (naprava ima vgrajen nastavitveni strežnik) oz. telnet protokola. Vgradne Wi-Fi mrežne naprave ponujajo možnost nastavitev preko gonilnikov ali sistemskih nastavitev (med seboj se izključujejo): a) uporaba gonilnikov Različni proizvajalci ponujajo različne gonilnike. Tako eni omogočajo neomejeno vrsto nastavitev. Recimo sam Asusov gonilnik za USB Wi-Fi omogoča, da klient deluje kot dostopna točka. Prav tako gonilniki ponujajo natančnejši pregled moči signala, moči oddajanja... Žal pa se pojavi problem ob mešanju med sistemskimi nastavitvami in nastavitvami gonilnika. Tako se zaman trudimo, da bi med priklopljenim Wi-Fi omrežjem pod operacijskim sistemom WindowsXP (nastavljenim z gonilniki) in mrežno povezavo ustvarili bridge. Prav tako nas od nastavljanja omrežja preko gonilnikov odvrača netrasparentnost nastavitev ob uporabi mrežnih kartic različnih proizvajalcev. b) uporaba sistemskih nastavitev S sistemskimi nastavitvami se odrečemo kakšni uporabni opciji, vendar pa s tem ohranimo dober sistematičen pregled nad nastavitvami omrežja. Brezžične naprave Glede na izbrano topologijo omrežja, ki ga želimo zgraditi, so na voljo sledeče brezžične komponente: • USB omrežni vmesnik, • PCI omrežni vmesnik, • PCMCIA omrežni vmesnik, • Ethernet most, • dostopna točka, • usmerjevalnik, • portal (“gateway”). • Spisek večjih proizvajalcev brezžičnih naprav: • LinkSys (http://www.linksys.org), • ASUS (http://www.asus.com), • D-Link (http://www.d-link.com).

http://www.linksys.org)/

http://www.asus.com)/

http://www.d-link.com)/


2006 VER. 1.1 Stran 41

5.4 Meteorološki stolpi Višina meteorološkega stolpa mora biti čim višja (zaradi določevanja razlike temperature). Mora pa biti zložljiv in čim lažji. Slika 3 Meteorološki stolp Trival od ST-5 do ST-12

Tehnične karakteristike stolpov ST:

ST-5 ST-8 ST-10 ST-12 Višina (m) 5 8 10 12 Masa stebra (kg) 9 13 15.5 19 Masa pribora (kg) 15.4 17.3 17.3 20.3 Število členov 5x1 m 5x1,4 m + 1 m 7x1,4 m 8x1,4 m + 1 mPremer členov (mm) 60 60 60 60 Število nivojev sidranja 1 2 2 3 Prostor za postavljanje 5x5 m 7x7 m 10x10 m 10x10 m Čas postavljanja 1 os./5 min. 2 os./10 min. 2 os./10 min. 2 os./10 min.


2006 VER. 1.1 Stran 42

Slika 4 Meteorološki stolp Trival ST-R

Tehnične karakteristike stolpa ST-R: Višina 6 m Masa trinožnega podst. 6 kg Masa enega člena 2 kg Število členov 4 Dolžina členov 1400 mm Premer členov 60 mm Prostor za postavljanje D = 2,8 m Čas postavljanja 1 os./5 min.


2006 VER. 1.1 Stran 43

5.5 C, C++ in QT grafični vmesnik Programski jezik C je nizkonivojski standardizirani programski jezik, ki je bil razvit v zgodnjih 80 v Bellovih laboratorijih. Najprej je bil razvit za operacijski sitem Unix, kasneje pa se je hitro pojavil tudi na drugih operacijskih sistemih. C velja za učinkovit jezik in primeren za sistemska opravila. Je tudi eden od najbolj razširjenih programskih jezikov. C++ je močan naslednik in nadgradnja programskega jezika C. V začetku osemdesetih je Bjarne Stroustrup (tudi inženir pri Bellovih laboratorijih) iznašel programski jezik C++. C jeziku je dodal koncept razreda, ki omogoča uporabo abstraktnih podatkovnh tipov. Jezik podpira objektno orientirano programiranje, abstrakcijo, večkratno dedovanje in povezovanje med delovanjem. Leta 1989 je bil pod okriljem ANSI (American National Standards Institution) organizacije ustanovljen oddelek za standardizacijo programskega jezika C++. Kmalu zatem pa je bil ustanovljen ISO (International Standardization Organization) oddelek za mednarodno standardizacijo C++. Qt je zmogljivo objektno orodje in knjižnica za izdelavo GUI (grafični uporabniški vmesnik) namenskih programov. Qt omogoča hitrejši razvoj namenskih programov za različne operacijske sisteme v programskem jeziku C++. Programe je možno razviti pod enim operacijskim sistemom, na drugega pa jih je možno prenesti samo s prevajanjem izvorne kode. Qt izdeluje norveško podjetje Trolltech (http://www.trolltech.com), ki je bilo ustanovljeno nekaj let po rojstvu Qt-ja (leta 1991) Za Qt, kot glavno razvojno orodje za projekt, smo se odločili, ker omogoča prenos programov med različnimi platformami. Želeli smo izdelati vse programe za operacijske siteme Windows, Linux in vgradni Linux. To nam je uspelo, le GIS vmesnika ni možno prestaviti v Linux okolje. Qt podpira sledeče operacijske sisteme: Qt/X11 — Qt za X Window System (Unix, Linux,...) Qt/Mac — Qt za Apple Mac OS X Qt/Windows — Qt za Microsoft Windows Qt/Embedded — Qt za vgradne platforme (PDA, Smartphone, ...) Qt/Jambi — Qt za razvoj Java aplikacij. Poleg objektov grafičnega vmesnika, Qt vsebuje še podporo za datotečni sistem, razne vsebnike, mrežne objekte, SQL objekte, XML objekte ... Med izdelavo MOIS projekta je Qt doživel preobrazbo. Iz Qt verzije 3.x so prešli na novo verzijo 4.1, ki ima veliko novosti in hroščkov. Veliko hroščkov so že odpravili pri prehodu iz verzije 4.0 na verzijo 4.1.


2006 VER. 1.1 Stran 44

Podjetje Trolltech je razvilo tudi Qtopia-o, ki je podlaga za aplikacije na vgradnem Linuxu. Qtopia je nadomestilo za X Windows System (grafični vmesnik), ki teče na večini Unix-ov in Linux-ov. Qtopia se uporablja za PDA-je in pametne telefone. Pri prehodu Qtja na 4.x verzijo se je spremenil tudi vgradni Qt. Pri verziji je bil Qt/Embedded orodje za aplikacije, ki so tekle pod Qtopi-jo. Dejansko sta bili aplikaciji neodvisni. Pri verziji 4.x pa se je Qt/Embedded preimenoval v Qtopia Core. Qtopia Core je sedaj osnova za Qtopia-o Platform, ki omogoča več-predstavnost na vgradnem Linuxu. Vse verzije Qt-ja je možno dobiti kot odprtokodne z GPL licenco (General Public License ) ali kot licenčne. Ker licenčni Qt nudi nekaj več uporabnih objektov in kvalitetno podporo razvijalcem, smo se odločili za licenčno verzijo.


2006 VER. 1.1 Stran 45

5.6 Linux operacijski sistem za vgradne naprave Definicij, kaj je operacijski sistem, je veliko. Lahko je sklop ročnih in avtomatskih postopkov, ki uporabniku omogočajo uspešno uporabo računalnika. Operacijski sistem je tudi osnovni sistemski program, ki nadzira vso računalnikovo materialno opremo in predstavlja osnovo, nad katero nastajajo uporabniški programi. Na osebnih računalnikih običajno tečejo MS Windows NT/2000/XP ali Linux ali Mac OS ... Na vgradnih računalnikih, ki so nekoliko manj zmogljivi kot osebni, pa tečejo embedded (vgradni) Linux, embedded Windows XP, Windows CE, VxWorks, QNX. Za vgradne naprave, ki jih bomo uporabljali, smo izbrali vgradni Linux, ker je odprtokodni in ker uporabljamo Qt za razvoj programov.

5.6.1 Razlike med običajnim in vgradnim Linuxom Ob zagonu običajnega PC kompatibilnega računalnika BIOS zazna in preveri delovanje različnih dodatnih naprav kot so RAM, trdi disk, mehki disk, grafična kartica, serijska in paralelna vhodno-izhodna vrata. BIOS zatem izvede zagon operacijskega sistema iz spominskega medija, ki je določen v nastavitvah BIOS-a. Novejše verzije BIOS-a omogočajo zagon iz različnih medijev kot so mehki disk, trdi disk, CDROM, mrežna kartica, USB vodilo, CF kartica in drugi. Ob zagonu je možno tudi ob določeni kombinaciji tipk zaustaviti zagon (običajno pritisk na tipko DEL) in spremeniti določene nastavitve BIOS-a. Uporabniki si včasih na isti računalnik naložijo dva ali več operacijskih sistemov. Ker BIOS ne omogoča ob zagonu izbire med operacijskimi sistemi, poskrbi za izbiro dodaten program (boot loader, najbolj pogosto MS Windows Bootloader, Grub, Lilo,…), ki omogoči uporabniku izbiro. BIOS pa je v takem primeru nastavljen tako, da namesto direktnega zagona operacijskega sistema izvrši zagon omenjenega programa. »Bootloader« omogoča tudi zagon operacijskega sistema z določenimi parametri (na primer Safe Mode). Vgrajene naprave pa običajno ne vsebujejo klasičnega BIOS-a, kot ga srečamo pri PC kompatibilnih računalnikih, ampak vedno opravijo zagon iz določenega spominskega medija (običajno Flash spomina). Na tem spominskem mediju se nahaja običajni »Bootloader«, ki poskrbi za izbiro in zagon izbranega operacijskega sistema iz nekega drugega medija. Proizvajalec vgrajene naprave ponavadi poskrbi, da se »Bootloader« že nahaja v spominskem mediju. Med izvorno kodo Linux jedra za vgrajene sisteme in običajne PC kompatibilne računalnike ni razlike. Razlika je le v končni prevedeni verziji jedra in je odvisna predvsem od mikroprocesorja za katerega je bilo prevedeno jedro ter gonilnikov, ki so bili prevedeni poleg za različne vhodno-izhodne naprave.


2006 VER. 1.1 Stran 46

Ob zagonu Linux jedra se glede na zagonske nastavitve operacijskega sistema napravi začetna nastavitev in uporaba vhodno-izhodnih naprav ter namestitev datotečnega sistema. Zatem pa se odvisno od nastavitev prikaže na zaslonu terminalski ali grafični uporabniški vmesnik. Terminalski uporabniški vmesnik je zelo preprost in omogoča uporabniku vnos in izvajaje ukazov operacijskemu sistemu preko tipkovnice z vpisovanjem ukazov. Grafični vmesnik pa omogoča tudi vnos s pomočjo uporabe miške preko namizja in uporabniku prijaznega okna z ikonami. Grafični vmesnik zahteva bistveno boljšo zmogljivost zaslona in je tudi spominsko bolj zahteven. Glede na to, da je na vgrajenih sistemih potrebno varčevanje z energijo in prostorom, so ponavadi tudi grafične zmogljivosti slabše kot na osebnih računalnikih. Iz tega razloga je ponavadi na vgrajenih sistemih nameščen okrnjen grafični vmesnik. Za Linux operacijski sistem v vgrajenih napravah sta trenutno najbolj razširjeni namizji Qtopia podjetja Trolltech in okrnjeni Xfree86, ki ima GPL licenco. Qtopia namizje je bilo zgrajeno po zgledu namizja KDE za osebne računalnike in je bilo zgrajeno z uporabo razvojnega orodja Qt/Embedded (Qt/Embedded za razliko od klasičnega orodja Qt ne uporablja X strežnika za prikazovaje grafičnih vsebin, ampak uporablja direkten dostop do pomnilnika grafične naprave). Namizje vsebuje različne uporabniške programe za mobilne telefone, ročne računalnike in druge vgrajene naprave. Med uporabniškimi programi najdemo na primer koledar, predvajalnik glasbe in filmov, urejevalnik besedila in druge. Qtopia omogoča tudi zagon in uporabo drugih programov, ki so bili razviti z orodjem Qt/Embedded (v glavnem je mogoče skoraj vse programe, ki so bili razviti v Qt orodju, prevesti tudi v Qt/Embedded).


2006 VER. 1.1 Stran 47

5.7 Baza podatkov

5.7.1 Uvod Shranjevanje rezultatov modela razširjanja snovi v zunanjem zraku v bazo podatkov je potrebno zaradi potrebe po ugotavljanju trenutnega stanja v okolju ter analiziranju predhodnega stanja v okolju. Rezultat modela običajno predstavlja trenutno stanje v okolju za zadnji polurni interval. Včasih so na primer za določitev stanja okolja v zadnjih 24 urah skupaj potrebne dodatne obdelave, ki za končen rezultat potrebujejo polurna stanja okolja v 24 urnem intervalu. Za takšne analize pa je shranjevanje neobhodno. Druga prednost shranjevanja podatkov rezultatov modela v standardno obliko baze podatkov pa se prikaže pri izgradnji različnih programov za prikazovanje rezultatov modeliranja. Poleg tega lahko s takimi programi z uporabo standardne oblike baze podatkov prikazujemo rezultate modeliranja z različnimi metodami (na primer lahko primerjamo rezultate modeliranja z Gaussovimi in Lagrangeevimi modeli). Rezultat modeliranja razširjanja snovi v zunanjem zraku je 3-dimenzionalna porazdelitev koncentracij posamezne snovi, ki je bila izpuščena iz posameznih virov v določenem časovnem intervalu. Časovni interval je običajno enak meterološkemu intervalu za povprečenje, ki znaša ½ ure. 3-dimenzionalni prostor je razdeljen v plasti (običajno v 20 plasti) za katere je značilno da sledijo terenu (terrain-following coordinates). Za ocenjevanje vpliva na prostor se največkrat spremljajo rezultati spodnje (prve) plasti v kateri se gibljejo ljudje in živali ter se nahaja večina vegetacije. Vsaka plast (običajno je kvadratne oblike) je razdeljena v celice (običajno 100x100 celic). Rezultat modela je zato skupina kvadratnih numeričnih matrik (vsaka kvadratna matrika opisuje razmere v eni plasti). Vsaka vrednost v kvadratni numerični matriki pa opisuje razmere v posamezni celici (običajno koncentracijo izpuščene snovi). Modelirani sistem običajno izpisuje rezultate numeričnih matrik v človeku berljivo tekstovno datoteko (ASCII datoteko) velikosti približno 160 kB. Torej bi na primer za shranjevanje rezultatov modeliranja v časovnem intervalu enega leta za en vir izpuščanja ene snovi potrebovali približno 2.6 GB spominskega prostora (160 kB x 365 dni x 48 časovnih intervalov v enem dnevu). Za primer večjega števila virov ali večjega števila izpuščenih snovi pa se potrebna velikost temu primernu linearno poveča. Glede na velikost današnjih spominskih medijev in tudi na potrebo do hitrega dostopa v veliki množici podatkov je opisana metoda direktnega shranjevanja podatkov praktično neuporabna. Boljši način predstavlja shranjevanje kvadratnih matrik v binarni obliki. Pri opisu ene celice s podatkovnim tipom float (velikosti 4 B) bi znašala velikost rezultata približno 40 kB (100 x 100 celica x 4 B), kar je približno 4x manj. Količina je sicer že manjša, vendar pa jo je z uporabo ZIP kompresije podatkov možno še bistveno bolj zmanjšati v podatkovne bloke velikosti povprečno okrog 4 kB. Velikost se zmanjša predvsem zaradi dejstva, da je v običajnih razmerah v večini celic koncentracija zanemarljivo majhna (numerično je enaka 0). Velikost podatkovnih blokov se poveča samo v primeru izrednih dogodkov.


2006 VER. 1.1 Stran 48

Obstoječi urejevalni sistemi podatkovih baz (na primer MySQL, Oracle, MS SQL Server) na žalost ne omogočajo posebno praktično uporabnega načina shranjevanja matričnih podatkov v standardni obliki. Poleg tega pa tudi ne omogočajo hitrih aritmetičnih operacij (računanje povprečij, maksimumov, minimumov, vsot, ...) na matričnih podatkih. Za končno izbiro najboljšega načina shranjevanja in zajemanja podatkov je bil izveden realen test različnih načinov v izbranem urejevalnem sistemu podatkovnih baz, ki je prikazan v naslednjem podpoglavju. Za potrebe shranjevanja rezultatov modela je bil izbran odprtokodni sistem urejanja podatkovnih baz MySQL. MySQL spada v skupino urejevalnih sistemov, ki dosledno upoštevajo SQL standarde za shranjevanje in zajem podatkov iz podatkovnih baz. Poleg tega pa ima na voljo tudi dostop do baze preko standardnega ODBC (Open DataBase Connectivity) gonilnika. S tem je zagotovljeno, da je možno enak sistem podatkovnih baz uporabiti tudi za drugačne urejevalne sisteme podatkovnih baz, ki upoštevajo SQL standarde in imajo na voljo ODBC gonilnike (na primer Oracle, MS SQL Server, SQLite, ...).

5.7.2 Testiranje različnih oblik baz podatkov za shranjevanje rezultatov modeliranja Za testiranje podatkovne baze je bil narejen poseben program testMySQL, ki je zajemal podatke iz izhodne datoteke modela. Izhodna datoteka modela je vsebovala podatke ene plasti ozračja velikosti 101x101 celic. Program je nato simuliral shranjevanje podatkov o eni plasti v tabelo baze podatkov za časovni interval 1 mesec. To pomeni, da je v tabelo shranil 1440 podatkov o eni plasti, vsak podatek o plasti pa je imel drugačen čas. Vse podatke o plasti je program najprej zajel iz izhodne datoteke modela, sestavil ustrezen SQL stavek ter poslal stavek ODBC gonilniku, ki je poskrbel, da je MySQL podatkovni sistem SQL stavek tudi izvedel. Za testiranje je bilo zgrajeno več različnih tabel, rezultati testa posamezne oblike tabele pa so prikazani v nadaljevanju. Primer 1: Oblika tabele (polja): • EIS_D_T, BIGINT(20), indeks, časovna oznaka vrstice, • IDX, INT(11), index, indeks celice na plasti (indeks se izračuna kot y*širina_plasti + x), • AMES, BIGINT(20), oznaka posebnega statusa v celici, • VALUE, DOUBLE, vrednost v celici. Končna velikost podatkovne datoteke MYD: 418.890.000 byte-ov. Končna velikost indeksne datoteke MYI: 240.727.000 byte-ov. Čas shranjevanja ene plasti: približno 1.00 sekunde (v glavnem je bil čas porabljen za pretvorbo tekstovne datoteke v SQL stavek). Čas zajema ene plasti za določen čas: 0.05 sekunde. Čas zajema ene celice glede na izbrani indeks (koordinate) in za daljši časovni interval: 60.00 sekund.


2006 VER. 1.1 Stran 49

Primer 2: Oblika tabele (polja): • DTPOS, BIGINT(20), indeks, združena časovna oznaka in indeks celice na plasti, • AMES, BIGINT(20), oznaka uredbe v celici, • VALUE, DOUBLE, vrednost v celici. Končna velikost podatkovne datoteke MYD: 358.750.000 byte-ov. Končna velikost indeksne datoteke MYI: 176.844.800 byte-ov. Čas shranjevanja ene plasti: približno manj od 1.00 sekunde (v glavnem je bil čas porabljen za pretvorbo tekstovne datoteke v SQL stavek), za 10% hitrejše shranjevanje od prejšnjega primera. Čas zajema ene plasti za določen čas: 45.00 sekund. Čas zajema ene celice glede na izbrani indeks (koordinate) in za daljši časovni interval: 30.00 sekund. Primer 3: Oblika tabele (polja): • EIS_D_T, BIGINT(20), indeks, časovna oznaka vrstice, • X, INT(11), x koordinata celice na plasti, • Y, INT(11), y koordinata celice na plasti, • AMES, BIGINT(20), oznaka uredbe v celici, • VALUE, DOUBLE, vrednost v celici. Končna velikost podatkovne datoteke MYD: 475.200.000 byte-ov. Končna velikost indeksne datoteke MYI: 345.672.704 byte-ov. Čas shranjevanja ene plasti: približno 1.50 sekunde, za 50% slabše shranjevanje od prvega primera. Čas zajema ene plasti za določen čas: 0.03 sekunde. Čas zajema ene celice glede na izbrani indeks (koordinate) in za daljši časovni interval: 20.00 sekund. Čas zajema ena celice glede na izbran indeks (koordinate) in za 24 časovnih intervalov: 6.00 sekund. Primer 4: Oblika tabele (polja): • VALUE, LONGBLOB, celotna plast v eni celici, • AMES, VARCHAR(16), uredba, • VELJ, VARCHAR(8), veljavnost, • EIS_D_T, BIGINT(20), indeks, časovna oznaka vrstice. Končna velikost podatkovne datoteke MYD: 58.786.580 byte-ov. Končna velikost indeksne datoteke MYI: 19.456 byte-ov. Čas shranjevanja ene plasti: približno 0.10 sekunde. Čas zajema ene plasti za določen čas: 0.01 sekunde. Čas zajema ene celice glede na izbrani indeks (koordinate) in za daljši časovni interval: 0.01 sekunde, zajem celotne plasti.


2006 VER. 1.1 Stran 50

5.8 Izbira tehnologije za prikazovalne programe za prikaz meritev, emisijski model in rezultate modeliranja širjenja onesnaženja Pri tehnologijah za razvoj uporabniškega vmesnika za prikazovanje merjenih podatkov in rezultatov modeliranja imamo na voljo predvsem dva načina:

• izdelava namenskih prikazov v enem od višjih jezikov (naprimer C++), • izdelava namenskih prikazov v okolju internetnega brskalnika.

Oba sta primerna za uporabo na platformi osebnih računalnikov in omogočata nadaljnji razvoj v smeri uporabe na Linux operacijskem sistemu in vgradnih osebnih računalnikih. Ker mora na obdelovalni enoti hkrati s temi prikazi delovati tudi GIS, nas slednji zaenkrat omejuje, da uporabljamo relativno zmogljive osebne računalnike in Microsoft Windows operacijske sisteme. Pri navedenih prikazih moramo združevati tako osnovne tabelarične prikaze ter dvodimenzionalne grafe kot tudi zahtevne namenske prikaze (naprimer rožo vetrov kot radialni frekvenčni diagram po meteoroloških standardih, prikaz vertikalnega profila vetra, če je vključen merilnik SODAR, prikaz talnih in 3D rezultatov modeliranja, po možnosti na geografski podlagi vzeti iz GISa). Te zahteve pomenijo, da moramo vsekakor izdelati zelo namenske prikazovalne module, saj takih prikazov ni v standardnih grafičnih knjižnicah. Kljub vsemu pa želimo, da bi bili prikazi izdelani za okolje internetnih brskalnikov, ki s stališča uporabnikov predstavljajo precejšnje poenostavitve in zahtevajo manj znanja o računalniškem okolju v ozadju aplikacije. Zato smo se odločili, da vso izmenjavo zahtev uporabnika in posredovanje rezultatov standardiziramo v okviru XML standarda zapisov informacije. To pomeni, da smo vse končne produkte izdelali v obliki slik, ki so eden od temeljnjih gradnikov prikazov v internetnem okolju. Na ta način smo minimizirali odvisnost od nadaljnjega razvoja internetnih prikazovalnikov (ki žal niso dovolj poenoteni). Hkrati pa smo ohranili popoln nadzor nad oblikovanjem posredovane informacije, saj brskalniki slik ne spreminjajo (formatiran tekst pa se razlikuje od brskalnika do brskalnika). Vse ključne prikaze tako izdelamo v ozadju (na serverski strani) s popolnoma namenskimi v celoti v AMESu izdelanimi programi. Za prikaz v okolju internetnih brskalnikov smo se odločili za vsadke (plug-in), ki omogočajo prikazovanje standardnih XSLT transformacij informacije, ki je popisana v XML datotekah. Kar je kode potrebne izven teh vsadkov, pa smo uporabili HTML, php, javascript in vbscript. Za realizacijo vsadka imamo zaenkrat vsadek podjetja ALTOVA, ki podpira vse navedene standarde, zaenkrat pa deluje za okolje Microsoft Internet Browserja. Zanj smo se odločili, ker na tržišču trenutno še ni možno dobiti vsadka, ki bi podpiral vse navedene tehnologije in bi hkrati dobro deloval v večih različnih internetnih


2006 VER. 1.1 Stran 51

brskalnikih. S stališča nadaljnjega razvoja pa je to manjša omejitev, ker je naš del aplikacije minimalno odvisen od tega. Vse navedene tehnologije so podrobno predstavljene v naslednjih podpoglavjih.

5.8.1 Operacijski sistem Zaradi omejitev, ki jih narekuje trenutna stopnja razvoja GIS prikazov, smo morali ostati na Microsoft Windows platformah (XP, 2003 Server, 2000). Skušali pa smo čiv več delov razviti tako, da bo možna kasnejša prenosljivost na Linux platformo. To bo prednost predvsem takrat, ko bodo tudi vgradni osebni računalniki dovolj zmogljivi, da bodo primerni tako za obsežne GIS aplikacije kot tudi za hitro izvajanje najzahtevnejših modelov (naprimer Lagrangeevih modelov delcev).

5.8.2 Internetni server Paleta je precej široka. Odločili smo se za APACHE server, ker deluje enako dobro tako na Microsoft Windows kot tudi na Linux platformah. Poleg tega pa podpira php. Je open source in dovolj razširjen, da lahko z veliko gotovostjo pričakujemo njegov nadaljnji razvoj.

5.8.3 Internetno programiranje Glede na izbiro APACHE serverja smo se odločili za php kodo na serverski strani (za izvajanje nalog, ki se morajo izvršiti pri viru). Poleg tega pa smo glede na izbiro vsadka proizvajalca ALTOVA morali dodati še nekaj kode v javascriptu in vbscriptu. Vse ostalo pa je čim bolj standardni HTML brez uporabe tistih njegovih delov za katere se predvideva, da čez čas ne bodo več v uporabi. Dodatno možnost uporabe prikazov predstavlja vodenje evidence o večih možnih uporabnikih, kjer si vsak uporabnik kreira svoje najpogostejše izbire in si tako ustvari sebi prilagojeno delovno okolje. Za vodenje evidence uporabnikov smo uporabili odprto kodo Mambo, ki izpolnjuje vse naše navedene zahteve. Poudariti pa je potrebno, da od te kode nismo odvisni (za primer, da bi njen razvoj zamrl). Enouporabniški sistem lahko uvedemo nemudoma brez uporabe tega nadzornika uporabnikov.


2006 VER. 1.1 Stran 52

5.8.4 XML Uporaba XML standarda pa predstavlja bistveni preskok v standardizaciji naše prikazovalne programske kode. XML je okrajšava za »Extensible Markup Language« in je standard razvit v okviru W3C (konzorcij za razvoj internetnih tehnologij, ki praktično narekuje in standardizira razvoj internetnih tehnologij). XML je standardni način pakiranja, opisovanja, hranjenja in prenašanja informacij. Uporaben je za različne platforme (Windows, Linux....). Predvsem pa je podlaga za številne druge nanj navezujoče se tehnologije (nekatere so navedene v nadaljevanju). XML smo tako uporabili v okviru naših internetnih prikazovalnih programov za dve bistveni nalogi:

• zapis uporabnikovih zahtev o tem, kaj naj mu prikaz prikaže in • zapis odgovora modelirnega sistema v katerih slikah in ostalih modulih

je zbrana zahtevana informacija. Poenostavljeno povedano se v prvem delu, ko uporabnik v meniju izbere želene nastavitve njegove zahteve zapišejo v XML datoteko. Menijsko XML datoteko nato namenski programi na serverski strani preberejo in izvršijo vse zahtevane naloge ter izdelajo ustrezne slike, ki so nosilci zahtevane informacije. Ti programi te slike posredujejo uporabniškemu brskalniku preko vsadka, bistveno pa je, da je popis slik in njihov namen zopet posredovan uporabniškemu brskalniku v obliki standardne XML datoteke. Podrobnosti standardov in učne strani lahko bralec najde na: http://www.w3schools.com

5.8.5 XML shema XML shema je nabor ukazov s katerimi izdelamo predpis, kaj naj naša XML datoteka vsebuje. Shema tako omogoča preverjanje pravilnosti zapisa v XML datoteki in sicer na dva načina, najprej formatno, potem pa še vsebinsko.


2006 VER. 1.1 Stran 53

5.8.6 XSLT XSL je okrajšava za »Extensible Stylesheet Language«, XSLT pa je XSL transformacija. Oboje je standard razvit v okviru W3C. Predstavlja nadgradnjo XMLja v smislu standardnega jezika za oblikovanje prikaza informacije, ki je vsebovana v XML datotekah. Na ta par se vedno bolj navezujejo tudi zapisi zmogljivih urejevalnikov besedil in slik. Pričakuje se, da bo v bodočnosti to standard za zapisovanje oblikovanja informacije, XML pa standard za zapisovanje informacije. Zato bo prenosljivost tega para zelo velika.

5.8.7 XPath in XQuery XPath je nabor sintaktičnih pravil (jezik) za definiranje struktur delov XML dokumenta. Xpath je eden glavnih delov W3C XSL standarda. XQuery je nabor sintaktičnih pravil (jezik) za ekstrahiranje informacije iz XML dokumentov. Bazira na XPath. XQuery je bil prav tako razvit in standardiziran v okviru W3C.

5.8.8 MySQL Današnje baze podatkov so standardizirane z SQL dostopom do informacije, ki jo vsebujejo. MySQL predstavlja zelo razširjeno implementacijo take baze. Uporabili smo MySQL za izgradnjo baze vseh naših podatkov razen GIS izvornih podatkov.

5.8.9 Vsadek za končni prikaz Poiskali smo orodje in vsadek (plug in za internetni brskalnik), ki uporablja vse zgoraj navedene standardizirane tehnologije. Na ta način smo v največji možni meri »zavarovali« svoj razvoj za uporabo na bodočih materialnih in programskih platformah. Vse navedene zahteve izpolnjujejo programska orodja podjetja ALTOVA. Njihov vsadek zaenkrat deluje v okviru Microsoft Internet Browserja.


2006 VER. 1.1 Stran 54

5.8.10 Obdelovalni programi v ozadju Za obdelavo informacij v ozadju na strežniški strani smo uporabljali php in C++. Pri tem smo za C++ uporabili QT, ki prav tako omogoča prenosljivost na Linux.

5.8.11 Kombiniranje tehnologij za končni izdelek Končni izdelek – prikazovalni program – tako vsebuje vse navedene tehnologije od katerih je večina popolnoma standardizirana. Zato smo vse module lahko dokaj brez problemov združili v celoto. Hkrati pa pričakujemo, da bomo programe lahko uspešno nadgrajevali z razvojem materialnih in programskih platform.


2006 VER. 1.1 Stran 55

5.8.12 Primer uporabe tehnologij za prikazovalni program V tem podpoglavju bomo na shematičnem primeru prikazali, kako z uporabo navedenih tehnologij zgradimo prikazovalni program. Primer bo prikazovalni program za prikaz rože vetrov – posebnega namenskega prikaza frekvenčne porazdelitve vetrov. Vsebina prikaza izhaja iz zahtev meteorologov, sama oblika prikaza pa je del naše izvedbe.

Prikaz prikazuje v barvah in s pozicijo posameznih krakov na diagramu smer in hitrosti vetrov iz posameznih smeri neba. Vetrovi so grupirani v 16 smeri in v 6 razredov po hitrosti začenši od brezvetrja do močnih vetrov. Vsebina diagrama pa je dodatno prikazana v tabeli za podrobno numerično analizo.

Načrtovanje uporabniške izbire Če želimo prikazati rožo vetrov, mora uporabnik povedati prikazovalnemu programu naslednje podatke:

• katera merilna postaja (RIM) naj se uporabi za risanje rože vetrov • kateri časovni interval naj obdelamo.


2006 VER. 1.1 Stran 56

Za grafično načrtovanje smo uporabili paket programske opreme proizvajalca Altova. Osnovne gradnike si lahko predstavljamo kot spremenljivke (tipa niz znakov, cello število, realno število, niz znakov za datum in uro in podobno). V vsako spremenljivko bomo shranili določeno informacijo. S predpisom pa moramo uporabnika dovolj omejiti, da bo naprimer lahko v spremenljivko “konecIntervala” shranil le primerno formatiran zapis datuma in ure, ki ju je izbral za konec intervala zajema podatkov. Grafično načrtovanje sheme za opis intervalov, oblik podatkov, pritiklin grafov:

Ekvivalent v tekstovni obliki:


2006 VER. 1.1 Stran 57

Grafično načrtovanje popisa parametrov, ki jih uporabimo pri risanju:


2006 VER. 1.1 Stran 58

Ekvivalent v tekstovni obliki:

Celotna shema vsebuje tudi nekatere elemente, ki poskrbijo, da bomo prikaz lahko navezali na našo bazo podatkov in ga uporabili vzporedno še z ostalimi prikazi. Ko na tak način sestavimo celoten predpis po katerem bomo zajeli uporabniške zahteve in želje, preidemo na naslednji korak – izdelavo XML datoteke z namišljenimi podatki. V XML datoteki se posamezne “spremenljivke”, ki so predpisane s shemo, konkretno udejanijo v obliki elementov xml datoteke. Element je predstavljem s svojim imenom za začetek <konecIntervala> in </konecIntervala> za konec elementa.


2006 VER. 1.1 Stran 59

Razlikujemo med enostavnimi elementi kot sta naprimer naslednja dva elementa za popis intervala podatkov: <konecIntervala>2005-09-14T22:00:00.0Z</konecIntervala> <zacetekIntervala>2005-09-13T22:00:00.0Z</zacetekIntervala> In sestavljeni elementi, ki so zgrajeni iz poljubno gnezdenih nadaljnjih elementov: Krovni element pisave je tako sestavljen iz podelementov graf, maliGraf, grafTiskanje, Tabela in tabelaTiskanje, ki so vsak zase sestavljeni iz enostavnih podelementov, ki vsak vsebuje informacijo o eni konkretni lastnosti – naprimer s katerim fontom bomo pisali na grafe. <pisave> <graf> <ime>Tahoma</ime> <velikost>12</velikost> </graf> <maliGraf> <ime>Tahoma</ime> <velikost>3</velikost> </maliGraf> <grafTiskanje> <ime>Tahoma</ime> <velikost>10</velikost> </grafTiskanje> <tabela> <ime>Tahoma</ime> <velikost>8</velikost> </tabela> <tabelaTiskanje> <ime>Tahoma</ime> <velikost>7</velikost> <vrsticNaStran>50</vrsticNaStran> <stolpcevNaStran>4</stolpcevNaStran> </tabelaTiskanje> </pisave>


2006 VER. 1.1 Stran 60

Na naslednji sliki je prikazan primer realizacije začetka XML datoteke, ki bo vsebovala uporabnikove želje za prikaz.

Ko smo pripravili shemo in vzorčno XML datoteko, pa lahko začnemo pripravljati prikazovalni vmesnik, ki bo uporabniku prikazal na lep način informacijo, ki jo vsebuje XML datoteka. Hkrati pa bo vmesnik poskrbel, da bomo uporabnikove želje shranili v ustrezne spremenljivke in jih vrnili serverskemu programu v ozadju, ki bo poskrbel za izvedbo želja. Oblikovano predstavitev vsebine XML datoteke izvedemo z ustrezno XSLT transformacijo. Za povrnitev uporabnikovih želja nazaj na server, pa poskrbi ustrezni vsadek (plug-in), ki vnešene vrednosti pretvori in zapiše nazaj v XML datoteko na serverski strani. Prikazovalni vmesnik tako lahko razumemo kot namenski editor za XML datoteko (podobno, kot bi vpisovali podatke v vnaprej pripravljeni obrazec). XSLT transformacijo lahko pišemo direktno ali pa uporabimo ustrezno orodje, ki nam omogoča grafično hitrejšo izgradnjo.


2006 VER. 1.1 Stran 61

Primer grafičnega oblikovanja:

in pripadajoča koda za HTML prikaz:


2006 VER. 1.1 Stran 62

Del izgleda izvedenega prikaza:

Pri izdelavi prikazov si pomagamo z XQuerry jezikom, ki bazira na XPath-ih, takrat, ko moramo vnesti odločitvene stavke, izvajati sortiranje in podobno. Po opisanem postopku smo tako zgradili prikazovalni vmesnik za zajem uporabnikovih želja. Na enak način moramo zgraditi še uporabniški vmesnik za prikaz zahtevanih rezultatov. Primer prikaza za rože vetrov:


2006 VER. 1.1 Stran 63

Da pa bo aplikacija v celoti delovala, seveda na serverjevi strani potrebujemo še namenski program, ki zna iz zahtevanih podatkov o smeri in hitrosti vetra izračunati in izrisati ustrezno sliko rože vetrov. To pa je že povsem drug del aplikacije. Izvedli smo ga na različnih platformah, tako v php-ju kot tudi v C++ jeziku (QT).


2006 VER. 1.1 Stran 64

5.9 Modeliranje onesnaženja ozračja Širjenje snovi v ozračju oziroma disperzija je zapleteno dogajanje, ki ga znanstveniki poskušajo modelirati na različne načine. V grobem lahko modeliranje razdelimo na dve skupini. V prvo skupino sodijo modeli, ki skušajo posnemati oziroma rekonstruirati fizikalno dogajanje. S pomočjo podatkov o emisiji in o meteorološkem dogajanju (sem sodi predvsem vetrovno polje) v obravnavanem območju želijo rekonstruirati koncentracije primesi. V drugo skupino pa sodijo modeli, ki za določena značilna mesta v opazovanem območju skušajo napovedati koncentracije za določeno časovno obdobje vnaprej. Pri tem pa ni nujno, da je v model vpleten zapleten mehanizem disperzije. V prvo skupino sodijo Gaussovi modeli, različni “puff” modeli in zapleteni numerični modeli delcev. V drugo skupino pa sodijo predvsem različni statistični modeli in pa tudi model na osnovi nevronskih mrež. Take vrste napovedovalni modeli pa pridejo v poštev le pri polutantih, za katere imamo na voljo “zgodovino” kot so to naprimer meritve emisije in imisije SO2 v okolici termoelektrarne za nekajletno obdobje. Pri aplikacijah, ki jim je MOIS prvenstveno namenjen, si seveda ne moremo pomagati s takimi modeli, zato bodo v nadaljevanju tega poglavja predstavljeni reprezentativni modeli iz prve skupine.

5.9.1 Disperzija Razširjanje snovi oziroma primesi v ozračju označujemo s skupno besedo disperzija. Disperzijo delimo na dva mehanizma. Prvi mehanizem je transport snovi v ozračju. Transport se izvede s premikom zračnih mas, to je z vetrom. Drugi mehanizem pa je difuzija. Difuzija povzroča, da se primesi v ozračju razširjajo tudi prečno na smer vetra in se tako razredčujejo. Difuzija je lahko na ravni molekul, ko primesi prehajajo iz mesta z višjo koncentracijo na mesto z nižjo koncentracijo. To dogajanje je v ozračju praktično zanemarljivo v primerjavi z drugo obliko - prisilno difuzijo. Poglavitni mehanizem za prisilno difuzijo so vrtinci oziroma turbulence v ozračju. Vrtinci poskrbijo, da se dim iz termoelektrarne močno razredči. Če se ne bi, bi pri tleh lahko namerili take (tudi zelo visoke) koncentracije škodljivih snovi kot v dimniku. Emisijski parametri (količina, koncentracija, temperatura dimnih plinov, oblika dimnika) in meteorološke razmere (predvsem veter, stabilnost atmosfere, temperatura zraka) določajo, koliko se bodo škodljivi plini razredčili in kam se bodo razširili (Zanetti90, Milosavljevi}88, Hočevar84). Pri enakih pogojih emisije je torej predvsem od vremenskih razmer odvisno, kako visoke (in s tem škodljive) bodo koncentracije pri tleh. Razgiban relief močno vpliva predvsem na temperaturno in vetrovno polje in zato tudi na koncentracije škodljivih plinov.


2006 VER. 1.1 Stran 65

5.9.2 Rekonstrukcija širjenja onesnaženja v ozračju - pregled osnovnih vrst modelov Modeli za rekonstrukcijo širjenja primesi v ozračju skušajo ponazoriti fizikalne mehanizme transporta in razredčevanja.

Osnovni Gaussov model Med najpreprostejšimi modeli za rekonstrukcijo je prav gotovo osnovni Gaussov model . Ta model upošteva smer in hitrost vetra le v eni točki, to je na mestu izpusta. Razredčevanje pa je upoštevano s stabilnostnim razredom atmosfere (naprimer Pasquill - Giffordovi stabilnostni razredi), ki je osnovni parameter na osnovi katerega se določa razredčevanje. Orografije model ne upošteva.

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧+⋅⋅

⋅⋅⋅=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

222

.5.0.5.0.5.0)( zzy

HzHzy

zy

eeeu

xQXσσσ

σσπ

X koncentracija polutanta v ozračju v točki (x,y,z) (koordinatni sistem je orientiran vzdolž smeri vetra) x prostorska koordinata v smeri vetra (to je v smeri širjenja oblaka) y prostorska koordinata horizontalno prečno na smer vetra z prostorska koordinata v vertikalni smeri Q hitrost izpusta H efektivna višina izpusta u povprečna skalarna hitrost vetra σy in σz standardni deviaciji razredčevanja horizontalno prečno na veter in po vertikali Enačba osnovnega Gaussovega modela je navedena v prejšnji enačbi. Shematski prikaz širjenja pa na naslednji sliki.


2006 VER. 1.1 Stran 66

Slika 5 Razširjanje primesi - osnovni Gaussov model

5.9.3 Gaussovi modeli za razgiban relief Pri agenciji za varstvo okolja v ZDA so razvili več modelov, ki so zasnovani na osnovnem Gaussovem modelu in so prirejeni za uporabo v pogojih razgibanega reliefa. Ti modeli predstavljajo tipičen pristop, zato bodo v nadaljevanju podrobno predstavljeni. Na naslednjih slikah je shematsko prikazanih nekaj principov enostavnega upoštevanja hribov (razgibanega reliefa). COMPLEX-I je model, pri katerem je položaj centralne linije dimnega oblaka odvisen od orografije tako, da se dimni oblak do določene mere dvigne nad teren. RTDM je model, ki vpliv orografije bolj detaljno obdela glede na “kritično višino”, ki odloča o dvigu dima nad orografijo. Oba modela imata tudi določene izboljšave pri računanju razredčevanja prečno na smer vetra. Model CTDMPLUS pa zahteva posebno predobdelavo orografije, tako da jo razdelimo na “izolirane” hribe, dim pa se potem lahko giblje nad temi hribi ali pa se razdeli na dva dela, ki ločeno potujeta okrog hriba.


2006 VER. 1.1 Stran 67

5.9.4 Pregled programske opreme za modeliranje V tem poglavju so predstavljene najpomembnejše zbrane informacije o posameznih modelih.

CALLPUFF, CALMET IN CALPOST PROIZVAJALEC: Earth Tech; za EPA / ZDA. VRSTA MODELA: Puff model, ki lahko upošteva kompleksno orografijo. Calmet je meteorološki predprocesor, ki izdela slojevito vetrovno polje. Polje je masno zvezno. Calmet tudi pripravi ostale meteorološke podatke. Calpost je postprocesor za obdelavo rezultatov modeliranja. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Upošteva kompleksno orografijo in meteorologijo. Izračunano vetrovno polje je masno zvezno. Resolucija je lahko nekaj deset metrov. Model je primeren za lokalno napovedovanje. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Lahko teče na PC-ju. Ni podatkov o hitrosti pri zelo zahtevnih aplikacijah.

HAWK Atmospheric Dispersion Software PROIZVAJALEC: Environmental Management Services CC, Južna Afrika VRSTA MODELA: Gaussov puff model, primeren tudi za nuklearne elektrarne. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Upošteva kompleksno orografijo, vsebuje masno zvezni vetrovni model. Upošteva kompleksne meteorološke podatke (tudi REMTECH SODAR). ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Model teče na zmogljivih PC-jih pod Windows 3.11 ali Windows NT.


2006 VER. 1.1 Stran 68

CONDOR PROIZVAJALEC: Institut Fur Technische Thermodynamik, Universitat Karlsruhe, Nemčija VRSTA MODELA: Diagnostični 3D masno zvezni vetrovni model. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Zelo kvaliteten model za 3D masno zvezno rekonstrukcijo vetrovnega polja nad kompleksno orografijo. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Teče na PC-ju. Model je pisan v fortranu 77.

SAFE_AIR PROIZVAJALEC: FiatLux Publications, ZDA VRSTA MODELA: Gaussov segmentni puff model. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Vsebuje 3D masno zvezni vetrovni model, ki upošteva kompleksno orografijo. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Teče na “vsakem PC-ju” (po navedbah proizvajalca).

RIMPUFF PROIZVAJALEC: RISO, Danska VRSTA MODELA: RIMPUFF (Riso Mesoscale Puff model) je Lagranžev puff model za srednje razdalje. RIMPUFF je disperzijski model vsebovan v sistemu RODOS. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Kompleksno orografijo in meteorologijo lahko uporablja preko dveh vetrovnih modelov. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Model je pisan v fortranu 90 za PC-je. Soliden PC zadostuje.


2006 VER. 1.1 Stran 69

MINERVE PROIZVAJALEC: ARIA Technologies, Francija VRSTA MODELA: Zelo kvaliteten model za 3D masno zvezno rekonstrukcijo vetrovnega polja nad kompleksno orografijo. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: V celoti upošteva kompleksno orografijo in zahtevne meteorološke meritve. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Teče na PC-ju v Windows 95 ali Windows NT.

TRAMES PROIZVAJALEC: ARIA Technologies, Francija. VRSTA MODELA: Gaussov puff model, ki uporablja 3D vetrovno polje, ki ga proizvede MINERVE. OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Upošteva kompleksno orografijo in kompleksne meteorološke meritve (glej komentar pri MINERVE). ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Teče na PC-ju.

SPRAY PROIZVAJALEC: ARIA Technologies, Francija. VRSTA MODELA: Lagrangeov model delcev, ki uporablja 3D vetrovno polje (iz modela Minerve). OROGRAFIJA IN METEOROLOGIJA: Upošteva kompleksno orografijo in meteorologijo. ZAHTEVAN RAČUNALNIK: Teče na PC-ju.


2006 VER. 1.1 Stran 70

Ostali modeli o katerih smo zbrali informacije Na voljo je več zahtevnejših modelov, ki pa v glavnem delujejo le na delovnih postajah in super računalnikih. Nekaj kratkih pojasnil je zbranih v nadaljevanju. Navedenih pa je tudi nekaj modelov, ki pa niso primerni za uporabo v OE. MERCURE je nehidrostatični neelastični model pisan v terenu prilegajočih se koordinatah. Zelo dobre reference. Dobavitelj: Electricite de France in ARIA Technologies, Francija. Model dela le na delovnih postajah. METRAS (Mesoskaliges Transport und Stroemungsmodell) je 2D in 3D nehidrostatični Eulerjev model. Minimalno območje 10x10km. Model je bolj primeren za večje razdalje. Teče tudi na PC-ju, vendar za zahtevnejše aplikacije ni on-line (na PC-ju). Proizvajalec: University of Hamburg, Meteorological Institute. ADMS 2 (The Multiple Source Air Dispersion Model) je paket, ki so ga razvili v Veliki Britaniji (tudi za potrebe njihove regulative). Je izpopolnjen Gaussov model (model “nove generacije”), ki zna delno upoštevati tudi orografijo. LOTOS je nizozemski model za dolgoročne simulacije ozona. Je Eulerjev model, ki pokriva Evropo. Ni primeren za OE. MARS (Model for the Atmospheric Dispersion of Reactive Species) je razvit na Univerzi v Solunu. Je 3D Eulerjev model za modeliranje fotokemičnih reakcij (ozon in ostalo). Ni primeren za OE. Deluje na delovnih postajah. MEMO (Mesoscale model) je razvit na Univerzah v Solunu in v Karlsruhe-u. Je 3D prognostični nehidrostatični model za rekonstrukcijo vetrovnega polja za srednje razdalje (meso-scale). Proizvajalec nam ga zaradi precej večje zahtevnosti za uporabo, kot je ta pri modelu CONDOR (iz iste skupine), ne priporoča za aplikacijo OE. MUSE (Multilayer Dispersion Model) je razvit na Univerzi v Solunu. Je večslojni Eulerjev fotokemijski disperzijski model. Bolj primeren je za srednje velike razdalje. Teče na delovnih postajah. OML (Operationelle Meteorologiske Luftkvalitetsmodeller) je Danski moderen Gaussov model, ki ga na Danskem uporabljajo tudi v regulativne namene.


2006 VER. 1.1 Stran 71

5.10 Emisijski model – tehnološke podlage Pri oceni vpliva vira onesnaženja na okoliško ozračje je več bistevnih korakov:

• meritve meteoroloških razmer v prizemnem delu atmosfere, • ocena karakteristik izpusta onesnaževal v ozračje, • model razširjanja izpuščenih snovi v ozračju, • ocena vpliva teh snovi na okoliško prebivalstvo, biotop in morebitne

važnejše zgradbe. Oceno karakteristik izpusta onesnaževal v ozračje lahko kratko imenujemo emisijski model in predstavlja bistveni korak v celotni verigi ocene. Ta korak je predvsem pri nesrečah in terorističnih dejanjih hkrati tudi tisti korak, pri katerem lahko v končno oceno vnesemo največjo negotovost, kadar o viru ne vemo praktično ničesar. Zato je za delovanje in uporabo celotnega sistema bistveno razumevanje emisijskega modela. Relativno enostavna končna izvedba uporabniškega vmesnika je poleg predznanja operaterja bistvenega pomena pri minimizaciji modelne negotovosti. Emisijski model mora tako odgovoriti predvsem na naslednja vprašanja:

• kje izpuščamo snovi v ozračje, • kaj so te snovi, • kolikšna je količina snovi, kako je časovno razporejen njihov izpust, • kakšna je geometrijska oblika vodila za izpust v ozračje in • kakšne so fizikalne ter kemijske karakteristike izpuščenih snovi.

V okviru te temeljne raziskave smo tako emisijski model obdelali v obliki celovite študije, ki je hkrati tudi učni pripomoček za operaterje sistema. V celovit model smo skušali vključiti značilnosti čim večih vrst izpustov, ki zajemajo naslednje zelo raznolike možnosti:

• industrijski kontrolirani izpusti v ozračje, • kontrolirani izpusti v ozračje iz termoenergetskih objektov in sežigalnic, • nekontrolirani nezgodni izpusti v ozračje iz industrijskih objektov

(predvsem kemijskih obratov), • nezgodni izpusti iz jedrskih objektov, • namerni teroristični izpusti, • izpusti v okviru vojaškega udejstvovanja v vojnih razmerah.

Uporabniški vmesnik smo izdelali na isti platformi kot ostale prikaze vezane na meritve (glej ustrezna podpoglavja).


2006 VER. 1.1 Stran 72

5.11 GIS – geografski informacijski sistemi Mobilni okoljski informacijski sistem je prvenstveno namenjen za uporabo na terenu v nujnih razmerah tako ob morebitnih naravnih nesrečah, kot tudi ob ekoloških nesrečah in v vojnih razmerah. Vsem tem vidikom uporabe pa je skupno to, da mora ekipa, ki sistem upravlja, oditi na teren, se tam ustrezno orientirati, čim hitreje startati z meritvami in potem na osnovi teh meritev izračunati rezultate o onesnaženju. Za hitro orientacijo na terenu pa je seveda nujen sodoben geografski informacijski sistem. Postavili smo ustrezne zahteve za njegovo vsebino in delovanje, raziskovalna skupina podjetja IGEA d.o.o. pa je poskrbela za testno izvedbo in študijo karakteristik. GIS mora tako zadostiti najmanj naslednjim zahtevam:

• delovati mora na osebnem računalniku, • pokrivati mora vsaj področje veliko kot je Slovenija s podatki v merilu, ki

je primerno za podrobno terensko orientacijo, • zajemati mora specialne topografske karte in če je mogoče tudi orto-

foto posnetke v podrobnem merilu, vse z namenom pomoči pri orientaciji,

• za potrebe modeliranja mora za izbrano področje izvažati podatke o višini terena (digitalni model višin), rabi terena na osnovi satelitskih posnetkov in enotne klasifikacije (CORINE land cover, pokritost terena),

• omogočati mora prikaz demografskih podatkov in študijo števila prebivalcev na prizadetem območju,

• mora biti uporabniško prijazen in enostaven ter zelo nazoren za uporabo,

• mora hkrati z uporabniškim vmesnikom izvajati tudi vse zahtevane funkcije strežbe podatkov modelirnemu sistemu v ozadju.

Glede na postavljene zahteve so v IGEA d.o.o. razvili namensko uporabniško aplikacijo, ki deluje povsem samostojno in je dovolj hitra, da dobro deluje na osebnem računalniku. Ker vsa tehnologija GISov večinoma deluje na platformi Microsoft Windows operacijskih sistemov, je tudi ta aplikacija razvita za to platformo in za normalno uporabo zahteva vsaj prenosni računalnik z zmogljivo resolucijo grafičnega prikazovalnika, sicer so prednosti GISa preveč okrnjene. Predvsem ta omejitev GISa, da potrebuje Microsoft Windows okolje in vsaj zmogljiv osebni računalnik, je narekovala, da smo obdelovalno enoto razvili na tej platformi. Hitri razvoj računalnikov pa bo predvidoma kmalu omogočil, da bomo tudi to enoto prenesli na vgradne računalnike.


2006 VER. 1.1 Stran 73

6. Preizkus novih tehnologij na primeru RIMa Ročni inteligentni merilnik (RIM) je miniaturen grozd senzorjev za nadzor vremenskih pojavov v spodnji plasti atmosfere. Nabor senzorjev omogoča tudi določevanje razširjanja primesi v ozračju. RIM zagotavlja osnovne meteorološke meritve smeri in hitrosti vetra, temperature zraka na dveh višinah, relativne vlažnosti, zračnega tlaka in globalnega sončnega sevanja. Ima tudi vgrajen GPS. RIM izvaja klasične meteorološke obdelave z nastavljivimi časi povprečenja, omogoča pa tudi dodatne meteorološke obdelave: QNH, QFE, temperaturo rosišča, potencialno evapotranspiracijo i.p.d. Na RIM je možno priklopiti merilnik radiaoaktivnosti in druge okoljske merilnike, ki imajo serijski ali analogni vmesnik. Ročni inteligentni merilnik-RIM je sestavljen iz ročnega merilnika, komunikatorja in dodatnih senzorjev (Slika 6). Vsi ti sestavni deli so samostojne enote procesorsko vodeni in so povezani samo s štirižilnim komunikacijskim (RS485) in napajalnim kablom. Vse enote so montirane na montažni meteorološki stolp višine od 5 m do 10 m.

C8051F124

VMESNIK ZA HITROSTIN SMER VETRA

KOMPASvector 2X

MERILNIK ZRAČNEGA TLAKAMS5534A

ADUC848

ANALOGNIVMESNIK

SENZOR ZA HITROST IN SMER VETRA

SENZOR ZAZR. VLAGO inTEMPERATUROSHT75

SENZOR ZATEMPERATUROZRAKA PT 100

SENZOR ZA GLOBALNOSONČNO SEVANJECM3

ADUC848

ANALOGNIVMESNIK


KOMUNIKATORNAPAJALNIKINSERIJSKI RS485VMESNIK

4 ŽIČNA POVEZAVA - NAPAJANJE- RS 485 KOMUNIKACIJA ZLOŽLJIV

PLASTIČNISTOLP

SENZOR ZAZR. VLAGOSHT75

ročnimerilnik

dodatnasenzorja

dodatnasenzorja

GPS sprejemnik

Slika 6 Povezave med komunikatorjem, ročnim merilnikom in dodatnimi senzorji


2006 VER. 1.1 Stran 74

6.1 Senzorji Izdelali smo dva prototipa senzorjev. Pri drugem smo popravili manjše napake pri shemah, tiskanih vezjih in izdelavi.

6.1.1 Ročni merilnik Ročni merilnik je miniaturna meteorološka postaja, ki zagotavlja osnovne meteorološke meritve in obdelave smeri in hitrosti vetra ter zračnega tlaka. Te meritve so po priporočilih WMOja. Meritve relativne vlažnosti in temperature zraka pa so zaradi neustreznega ohišja in merilnih karakteristik namenjeni le za primer ročne uporabe.

C8051F124

VMESNIK ZA HITROSTIN SMER VETRA

KOMPASvector 2X

MERILNIK ZRAČNEGA TLAKAMS5534A

SENZOR ZA HITROST IN SMER VETRA

SENZOR ZAZR. VLAGO inTEMPERATUROSHT75

Uporabljen mikroprocesor C8051F124 • proizvajalec: Silicon Laboratories, • napajalna napetost: 2.7 to 3.6 V • poraba: tipično 25 mA pri 50 MHz, • procesorsko jedro: 8051, • hitrost: 50 MIPS pri 50 MHz sistemski uri, • 8448 B RAM, • 128 kB Flash, • digitalni vmesniki:

- 64 I/O vrat, - 2 UART serijska vmesnika, - 5 programabilni 16-bit counter/timer –ji, - watchdog timer, - real-time clock,


2006 VER. 1.1 Stran 75

• 12 bitni ADC z: - 8 analognih vhodov - nastavljivo ojačanje 16, 8, 4, 2, 1, 0.5;

• dva 12 bitna DACa: Uporabljeni senzorji: • za hitrost in smer vetra: AMES senzorja • za relativno vlažnost in temperaturo zraka:

- proizvajalec Sensirion, - tip SHT75 - način priključitve: serijski

• za zračni pritisk: - proizvajalec Intersema Sensoric SA, - tip MS5534AM - način priključitve: serijski

• kompas za orientacijo senzorja za smer vetra: - proizvajalec PNI Corporation, - tip Vector 2X - način priključitve: serijski


2006 VER. 1.1 Stran 76

Na naslednji sliki je shema ročnega merilnika:


2006 VER. 1.1 Stran 77

6.1.2 Dodatni senzorji Dodatni senzorji so potrebni za ustrezno merjenje temperature zraka in relativne zračne vlage (po WMO). Za določanje stabilnosti zraka pa so dodane meritve globalnega sončnega sevanja in merjenje temperatute zraka na dveh nivojih.

ADUC848

ANALOGNIVMESNIK

SENZOR ZA GLOBALNOSONČNO SEVANJECM3



ADUC848

ANALOGNIVMESNIK

SENZOR ZAZR. VLAGOSHT75

Uporabili smo mikroprocesor ADUC848: • proizvajalec: Analog Devices, • napajalna napetost: 3V in 5V • poraba: maksimalno 4.8 mA pri 3.6 V, • procesorsko jedro: 8051, • hitrost: 12 MIPS, • 2304 B SRAM, • 62 kB Flash za programe, 4 kB Flash za podatke, • digitalni vmesniki:

- 24 I/O vrat, - 1 UART serijski vmesnik, - 3 programabilni 16-bit counter/timer –ji, - watchdog timer, - real-time clock,

• 16 bitni ADC z: - 10 analognih vhodov,


2006 VER. 1.1 Stran 78

• eden 12 bitni DAC: Uporabili smo sledeče senzorje: • za relativno vlažnost zraka:

- proizvajalec Sensirion, - tip SHT75 - način priključitve: serijski

• za temperaturo zraka: - tip PT100 - način priključitve: analogno diferencialno z generatorjem toka,

• za globalno sončno sevanje: - proizvajalec Kipp & Zonen, - tip SP-LITE, - način priključitve: analogno diferencialno.


2006 VER. 1.1 Stran 79

Elektronika za dodatne senzorje je skoraj identična. Razlikuje se samo pri nastavitvah za vhode:


2006 VER. 1.1 Stran 80

Tiskana vezja ročnega merilnika in dodatnih senzorjev: RM CPU ploščica

RM zgornja ploščica

RM spodnja ploščica

Tiskano vezje dodatnih senzorjev:


2006 VER. 1.1 Stran 81

6.2 Konfiguracija komunikatorja Srce komunikatorja je Viper PC/104 modul proizvajalca ARCOM. Glavni tehnični podatki Viper-a so: CPU: Intel Xscale PXA255 (do 400 MHz) Spomin: 64 Mb SDRAM, 32 Mb Flash Grafika: TFT/STN 800x600 Mreža: 10/100 BaseT Ethernet (1x ) WatchDog: da Realtime Clock: da Priključek USB: da (1x), verzija 1.1 RS232: da (4x) RS485: da (1x) V sistemskem Flash pomnilniku je naložen Arcom Embedded Linux (AEL). AEL je standardna Linux distribucija, ki jo Arcom pripravlja za svoje SBC-je (Single Bord Computers). AEL je optimiziran na ciljno (16MB RAMa in 8MB Flash-a) velikost pomnilnika. Večji pomnilnik omogoča večje aplikacije. AEL distribucijo sestavljajo:

- standardno Linux jedro, zgrajeno, da podpira dostop do Flash-a, - številni gonilniki in - sistemske in aplikativne knjižnice.

Glavne instalirane komponente AEL so:

- THTTPD web server, - FTP in telnet serverja, - Bourne Again Shell (BASH), - OpenSSH(varen telnet in FTP server)

Ker je ponilnik Viper-a premajhen, da bi lahko gostil celotno razvojno okolje, je bilo potrebno instalirati razvojno okolje na gostiteljski računalnik. Uporabili smo PC z operacijskim sistemom SUSE 9.2.


2006 VER. 1.1 Stran 82

SENZORJI

VIPERGSM

aliRADIOMODEM

OBDELOVALNAENOTA

ETHERNET

COM5

COM2

COM4

GPS

ali

RS485

RS232

RS232LAN

V komunikatorju smo povezali Viper preko serijskih vrat z GPS modulom, z GSM ali radio-modemom in s senzorji. Za prenos programov in komunikacijo z OE pa smo uporabili 100 Mbps Ethernet priključek.


2006 VER. 1.1 Stran 83

6.3 Programska oprema komunikatorja

6.3.1 Komunikacijski program “MOISKOMGPS" Komunikacijski program “MOISKOMGPS” je namenjen komunikaciji z ročnim merilnikom in dvema dodatnima senzorjema, ki so povezani preko direktne RS485 povezave. Programu je dodan tudi GPS modul, ki komunicira s GPS sprejemnikom in združuje meteorološke podatke z geografskimi. Komunikacijski program MOISKOMGPS deluje v poljubnih intervalih, kot ročni merilnik in dodatni senzorji. Program na primer vsake pol ure (minuto čez polno uro ali pol ure, če je izbran polurni interval) zahteva polurne podatke. Vsako minuto pa zahteva trenutne podatke. Komunikacijski program uspešno sprejete podatke s pomočjo podprograma za kontrolo kvalitete preveri in tvori skupne datoteke za lokalno bazo podatkov iz katere se črpajo podatki za prenos v OE. Program z vsemi nastavitvami se nahaja v mapi “C:\AMES\EXE\RIM”. Pri zagonu programa je potrebno dodati nastavitveno datoteko in ime okna: »moiskomgps mois.ini moiskom n -g«. Ime programa se ne uporablja, ker je program pognan v konzolnem načinu (brez GUI, nastavitev “-g”). Za natavitev glavnih parametrov je potrebna datoteka “mois.ini”: V glavni nastavitveni datoteki so nastavljeni: statusna datoteka kamor se zapisujejo statusi, pot do nastavitvene datoteke za komunikacijo s GPS sprejemnikom, število senzorjev s katerimi želimo komunicirati in posamezne nastavitve za senzorje. Za vsak senzor so nastavljeni: pot do nastavitvene datoteke senzorja, njegovo ime in kako preimenujemo podvojene parametre.

Zajem podatkov z RMja in ostalih senzorjev /AMES/Exe/Statusi/mois.sts //statusna datoteka 3 //stevilo senzorjev /AMES/Exe/moiskomgps/rmp1.ini //datoteka za nastavitev komunikacije senzor1 //ime senzorja 0 //preimenuj parametre /AMES/Exe/moiskomgps/rmp2.ini //datoteka za nastavitev komunikacije senzor2 //ime senzorja 1 //preimenuj parametre P10 P11 //preimenuj /AMES/Exe/moiskomgps/rmp3.ini //datoteka za nastavitev komunikacije senzor3 //ime senzorja 3 //preimenuj parametre P10 P12 //preimenuj P11 P13 //preimenuj P35 P36 //preimenuj 2 //stevilo podatkov Trenutni podatki //Ime komunikacije /AMES/Exe/moiskomgps/arhivT.ini //datoteka za shranjevanje 60 25,30 //perioda, offseti od ure v sek lo?ni z vejicami | //znak: | Polurni podatki //Ime komunikacije /AMES/Exe/moiskomgps/arhivP.ini //datoteka za shranjevanje 1800 55,120 //perioda, offseti od ure v sek lo?ni z vejicami | //znak: | } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 84

Na koncu pa je še nastavitev za trenutne in polurne podatke. Glede na to, da se perioda da nastaviti poljubno, lako določimo tudi 5, 10 in 60 minutne podatke. Na spodnji sliki je izpisana nastavitvena datoteka za ročni merilnik “RIM.ini”. Datoteki za nastavitev dodatnih senzorjev sta skoraj identični. V tej datoteki so vsi pomembni parametri (statusna datoteka, komunikacijaka datoteka, delovni direktorij, način klicanja...) za delovanje podprograma programa za komunikacijo z ustreznim senzorjem. Nastavitvena datoteka RIM.ini Vsi trije podprogrami za komunikacijo s senzorji zapisujejo svoje delovanje v isto statusno datoteko MOISKOM.STS, ki se nahaja v mapi “E:\AMES\EXE\STATUSI”. Nastavitvena datoteka ima veliko vrstic, zato je v vsaki vrstici komentar, ki se začne z znakoma //. Za natavitev komunikacijskih parametrov je potrebna posebna datoteka “KOMUNIK.INI”:

/AMES/Exe/moiskomgps/komunik.ini //datoteka za nastavitev komunikacije 4 //stevilo seans Trenutni podatki //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 8 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 8=AMS156 S1PINS\r 60 //zahteva; perioda v sekundah 0 //offseti od ure v sek locni z vejicami n //klicanje za nazaj /AMES/Exe/moiskomgps/arhivTs.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Polurni podatki //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 8 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 8=AMS156 S1PAVG\r 1800 //zahteva; perioda v sekundah 30,90 //offseti od ure v sek locni z vejicami n //klicanje za nazaj /AMES/Exe/moiskomgps/arhivPs1.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Polurni za nazaj //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 8 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 8=AMS156 S1SEEK hh:mm dd/MM/yy\r 1800 //zahteva; perioda v sekundah 150,210,270,330,390,450 //offseti od ure v sek locni z vejicami Y //klicanje za nazaj /AMES/Exe/moiskomgps/arhivPs1.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Nastavitev ure //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 0 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik STI\x04DE hh:mm:ss dd/MM/yy\r 60 //oddajni string; perioda v sekundah 40 //offseti od ure v sek locni z vejicami //klicanje za nazaj //datoteka za arhiveranje /AMES/Exe/moiskomgps/ura.ini //datoteka za nastavitev ure | //znak: | } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 85

Za shranjevanje trenutnih in polurnih podatkov sta potrebni dve nastavitveni datoteki, za vsako vrsto podatkov svoja. Za trenutne podatke je zadolžena nastavitvena datoteka ARHIVT.INI: Program shranjuje trenutne podatke na direktorij, s katerega program za komunikacijo z obdelovalno enoto podatke shranjuje v lokalno bazo in jih na zahtevo odda. Za polurne podatke pa je zadolžena nastavitvena datoteka ARHIVP.INI: Program shranjuje polurne podatke v mapo. Podatki, ki se odlagajo na direktorij, so namenjeni programu za komunikacijo.

1 //stevilo seans 0 //Tip shranjevanja 0=file \tmp\CNEW //direktorij za oddajo datotek PAhhmmdd.MMyyY Phhmmdd\x00f.\x06D07 //format datoteke 0 0 //0=ne zamenjaj, 1= polurne, 2= trenutne; dodaj P0... 0 //sekunde premaknitve casov //datoteka za filtriranje podatkov /AMES/Exe/moiskomgps/kon_ams.pod 0 //kontrolna datoteka, heksa vr. za nastavitev /AMES/Exe/moiskomgps/baza.ini //datoteka za nastavitev lokalne baze 0 //dodatna transformacija podatkov | } //kon~ni znak

1 //stevilo seans 0 //Tip shranjevanja 0=file /tmp/CNEW //direktorij za oddajo datotek TAhhmmdd.MMyyY //format datoteke 0 0 //0=ne zamenjaj, 1= polurne, 2= trenutne, 3= trenutne LET; dodaj P0... 0 //sekunde premaknitve casov //datoteka za filtriranje podatkov /AMES/Exe/moiskomgps/kont_ams.pod //kontrolna datoteka, heksa vr. za nastavitev //datoteka za nastavitev lokalne baze 0 //dodatna transformacija podatkov | } //kon~ni znak

0 //0= asinhrona serijska komunikacija /dev/ttyS4 \\.\COM2 //port 9600 N 8 1 //[BAUD] [PARITY] [DATA] [STOP] 0 //0= dela kot master; 1= dela kot server 1 //0=port je vedno nastavljen, 1=sproti nastavlja port 0 1 1 1 0 7 //glej kometar za 6. vrsto 500 //dovoljena zakasnitev znaka 1000 //dovoljena zakasnitev po oddaji(ce je sprejeto prevec znakov) //zacetek sprejema //konec sprejema 1 //time out porta 0=ga ni; 1=port da timeout; } //kon~ni znak kometar za 6. vrsto: 1 1 1 0 50 80 1=caka na RTS in CTS; 0= RTS=Hi, 1= RTS=Lo; 1=half duplex, 0=full duplex; 0=zakasnitev pred in po oddaji, 1=readAfterWrite+ zakasnitev 50 zakasnitev pred oddajo 80 zakasnitev po oddaji


2006 VER. 1.1 Stran 86

Program “RIM” lahko tudi nastavlja uro RIM-u. Parametri za nastavitev ure so shranjeni v nastavitveni datoteki “URA.INI”: V nastavitveni datoteki “URA.INI” nastavimo koliko lahko prehiteva ali zaostaja ura na senzorju. Dodana je posebna vrstica, v kateri določimo, kdaj program ne nastavi ure. Komunikacija z GPS GSM modul programa “MOISKOMGPS” ima svojo nastavitveno datoteko gps.ini: Z nastavitveno datoteko je nastavljeno, da GPS sprejemnik avtomatsko oddaja podatke v NMEA protokolu. Podatki se zapisujejo v bazo, če je pozicija bolj natančno opisana (več satelitov, manjša napaka HDOP), če je vsaj 600 sekund med dvema meritvama ali pa, če se je lokacija spremenila vsaj za 1000 m. Program sprejme tri ukaze GGA, RMC in VTG iz katerih določi: • status kvalitete (0=ni, 1=GPS, 2=DGPS), • lokalni čas (yyyyMMddhhmm) • UTC (yyyyMMddhhmm) • zemljepisno širino (latitude) +dd.dddddd • zemljepisno dolžino (longitude) +ddd.dddddd • število uporabljenih satelitov 0-12 • HDOP relativno natančnost horizontalne pozicije xxx.x • višino nad elipsoidom (m) xxxx.x • višino nad morjem (m) xxxx.x

0 tardis //1= gleda program, 0 ne gleda program za sinhronizacijo ure 30 30 //dovoljeno prehitevanje in zaostajanje v sekundah 0 //razlika v sek ob nastavitvi ure Trenutni podatki //Ime zajema, ki nastavi uro 2 //format ukaza 1 = MILOS520, 2=Meta,Mfm,3=radioMfm 0,1,2,28,29,30,31,32,58,59 //minute, ko ne nastavlja ure 20 //razlika v sekundah med monitorjem in PCjem } //kon~ni znak

Zajem podatkov GPS //ime /AMES/Exe/Statusi/gps.sts //statusna datoteka /AMES/Exe/gps/komunik.ini //datoteka za nastavitev komunikacije 0 //protokol 0=NMEA, 1=bin SIRFF 0 //kakšen mode je nastavljen: 0=kontinuirano 1=trickle..... -1 //perioda pobiranja podatkov 1 //0=na zahtevo odda, 1=avtomatsko oddaja //datoteka za arhiveranje 600 //s ->minimalni čas med dvema vzorcema 1000 //m ->minimalna razdalja med dvema vzorcema -1 //m/s ->minimalna hitrost med dvema vzorcema 0 /0=ne sinhronizira ure, 1= jo sinhronizira 0 //sekunde, ki jih doda UTCju } //končni znak


2006 VER. 1.1 Stran 87

6.3.2 Komunikacijski program “MOISSRV" Komunikacijski program “MOISSRV” je namenjen komunikaciji z obdelovalno enoto OE. Program deluje kot server in čaka na klice OE. Program podpira dva protokola: ASCII in radio protokol. Pri ASCII protokolu se zahteve in podatki prenašajo brez zaščite, tako da je možno podatke zahtevati tudi ročno naprimer s Hyper Terminalom. Pri tako imenovanem radijskem protokolu, ki se v AMESu in drugod po Sloveniji uporablja za prenos podatkov o radioaktivnosti, pa je določen začetek paketa, njegova dolžina in zaščitna vsota. Pogram lahko dela preko direktne povezave RS232 ali RS485, radijske povezave, navadne telefonske linije in preko GSM modema. Program z vsemi nastavitvami se nahaja v mapi “/AMES/Exe/moissrv”. Pri zagonu programa je potrebno dodati nastavitveno datoteko in ime okna: »moissrv moissrv.ini moissrv n -g«. Ime programa se ne uporablja, ker je program pognan v konzolnem načinu (brez GUI, nastavitev “-g”). Za natavitev glavnih parametrov je potrebna datoteka “moisstv.ini”. V tej datoteki so vsi pomembni parametri (statusna datoteka, komunikacijska datoteka, datoteka za shranjevanje v lokalno bazo in datoteka za nastavitev komunikacijskega serverja) za delovanje programa: Za nastavitev komunikacijskih parametrov je potrebna posebna datoteka “KOMUNIK.INI”:

Program za oddajo podatkov /AMES/Exe/Statusi/moissrv.sts //statusna datoteka /AMES/Exe/moissrv/komunik.ini.dir //datoteka za nastavitev komunikacije /AMES/Exe/moissrv/shranjevanje.ini //opis shranjevanja postaj /AMES/Exe/moissrv/server.ini //opis zahtev za podatke } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 88

Komunikacijska datoteka omogoča nastavitev tako direktne povezave kakor tudi povezave preko komutirane linije in GSM. V nastavitveni datoteki “shranjevanje.ini” nastavimo kako program pospravi prejete datoteke ene ali večih merilnih postaj. To smo razvili, ker lahko na komunikator priklopimo več meteoroloških merilnih postaj, merilnik radioaktivnosti in druge okoljske monitorje:

2 //0=ni modema, 1=stalna linija, 2=komutirana, /dev/ttyS3 //port 9600 N 8 1 //[BAUD] [PARITY] [DATA] [STOP] 1 //1=čaka na RTS in CTS 1 //0=originate, 1=autoanswer 30 2 //s=čaka na povezavo; število ponovitev klicanja, če ne poveže ATZ\r //nastavitev ob resetu ATL0S7=15D //pred klicanjem 120 //prekinitev linije, če ni sprejema; -1 ne prekinja linije RING //prihajajoči klic ATA\r //answer 0 //0=čaka na RLS; 1= čaka na CONNECT 1 //1= spusti DTR 0= prekini s +++ ATH\r //ukaz za prekinitev linije OK,ok //potrditev ukaza ERROR //napaka pri ukazu; CONNECT //povezava BUSY,NO CARRIER,NO ANSWER,NO DIAL TONE //ni povezal 12 //število dodatnih ukazov <SMS RECEIVE> +CMTI: "SM", //sprejme, ko modem dobi SMS <SMS READMESS> AT+CMGR= 1500 //preberi x-ti SMS <SMS READSTR> +CMGR: //neprebran SMS se zacne <SMS ERROR> ERROR //+CMS ERROR: //napaka pri branju SMS <SMS DELETEALL> AT+CMGD=1,4\r 10000 //briši vse SMS <QALITY SIG> AT+CSQ\r //Zahteva za kvaliteto signala <QALITY ANSW> +CSQ: //odgovor kvalitete signala <CLIP ENABLE> AT+CLIP=1\r //zahteva za CLIP <CLIP DISABLE> AT+CLIP=0\r //prepoved CLIPa <CLIP MESS> +CLIP: //odgovor clipa <SEND SMS> AT+CMGS= 5000 //poslji SMS <RESET GSM> AT+WRST=1,"024:00"\r xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx za komunikacijo po connectu xxxxxxxxxxxxxxxxx 700 //dovoljena zakasnitev znaka 5000 //dovoljena zakasnitev po oddaji(ce je sprejeto prevec znakov) //zacetek sprejema //konec sprejema 1 //time out porta 0=ga ni; 1=port da timeout; } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 89

V nastavitveni datoteki “server.ini” pa nastavimo kako se program oziva na oddaljene ukaze in ketere podatke oddaja:

/AMES/Exe/moissrv/y //direktorij lokalne baze 5 //perioda sempliranja v sekundah /tmp/CNEW //kje se nahajajo datoteke vseh postaj 2 //stevilo postaj MOISp //ime postaje //kje se nahajajo datoteke ene postaje PAhhmmdd.MMyyY //format datoteke 0 //0= določi čas iz datoteke; 1= čas iz imena datoteke /AMES/Exe/moissrv/kon_ams.pod //kontrolna datoteka za določitev časa podatkov 300 //najvecja dolzina datoteke 1800 //merilni interval post1 //ime za datoteko lokalne baze ALI //direktorij za zadnjo datoteko | //ločitev med postajami MOISt //ime postaje //kje se nahajajo datoteke ene postaje TAhhmmdd.MMyyY //format datoteke 0 //0= določi čas iz datoteke; 1= čas iz imena datoteke /AMES/Exe/moissrv/kont_ams.pod //kontrolna datoteka za določitev časa podatkov 300 //najvecja dolzina datoteke 60 //merilni interval //ime za datoteko lokalne baze ALI /tmp/TRN //direktorij za zadnjo datoteko | //ločitev med postajami } //koncni znak

2 //protokol 0=ASCII,2=RADIO 3 //stevilo zahtev GET PG //formatni string za zajem 0 //0=zadnji podatki,1=podatki za poljuben časovni interval MOISp //ime postaje | //ločitev med zahtevami GET PGhhmmdd.MMe //formatni string za zajem 1 //0=zadnji podatki,1=podatki za poljuben časovni interval MOISp //ime postaje | //ločitev med zahtevami GET TG //formatni string za zajem 0 //0=zadnji podatki,1=podatki za poljuben časovni interval MOISt //ime postaje | //ločitev med zahtevami } //koncni znak


2006 VER. 1.1 Stran 90

7. Preizkus novih tehnologij na primeru OE 7.1 Razvoj programske opreme Ker smo uporabljali Qt za razvoj skoraj vse programske opreme, smo jo najprej razvili in testirali pod operacijskim sistemom Windows XP. V ta namen smo sestavili obdelovalno enoto OE kot prikazuje spodnja slika:

SENZORJI

RS485 RS485VMESNIK

OBDELOVALNA ENOTA

Senzorje smo priklopili direktno preko vmesnika RS232/RS485 na osebni računalnik. Funkcije komunikatorja ročnega inteligentnega senzorja so zato razvite in nato simulirane na osebnem računalniku. S tem smo lahko paralelno razvijali tudi ostale programe OE (bazo, osnovne prikaze, GIS)

SENZORJI

ETHERNETaliRS232aliGSMaliRADIOMODEM

KOMUNIKATOR

OBDELOVALNA ENOTA

Naslednji korak pri izdelavi RIMa je bil, ko smo preložili programe na komunikator. Tak sistem je omogočal razvoj in testiranje komunikacijskih programov. Preizkusili smo komunikacije preko mreže, RS232, GSM modemov in radio modemov.


2006 VER. 1.1 Stran 91

SENZORJI

GSMaliRADIOMODEM

KOMUNIKATOR

OBDELOVALNA ENOTA

KOMUNIKATOR

Preizkusili smo tudi OE s komunikatorjem in osebnim računalnikom. Iz prejšnjih konfiguracij smo vedeli, da lahko osebni računalnik uspešno prevzame vse funkcije komunikatorja, ker samo GIS program določa in omejuje uporabo osebnega računalnika. Zato smo to konfiguracijo uporabili, da smo ostale programe poskusili prenesti na vgradni računalnik. Bazo in strežnik za podatke smo uspešno preselili. Za ostale pa nam je zmanjkalo RAMa, ki je omejen na 64 MB. 7.2 Komunikacijska programska oprema OE

7.2.1 Komunikacijski program “RIM" Komunikacijski program RIM je namenjen komunikaciji z ročnim inteligentnim merilnikom, ki je povezam preko direktne RS232 ali RS485 povezave. Lahko pa ga uporabljamo tudi za komunikacijo preko radio modemov. Komunikacijski program RIM deluje v poljubnih intervalih podobno kot ročni inteligentni merilnik. Program na primer vsake pol ure (minuto čez polno uro ali pol ure, če je izbran polurni interval) zahteva polurne podatke. Vsako minuto pa zahteva trenutne podatke. Komunikacijski program uspešno sprejete podatke s pomočjo podprograma za kontrolo kvalitete preveri in tvori datoteke za uporabniško bazo podatkov iz katere se črpajo podatki za prikaze, poročila in druge obdelave. Program z vsemi nastavitvami se nahaja v mapi “C:\AMES\EXE\RIM”. Pri zagonu programa je potrebno dodati nastavitveno datoteko in ime okna: »unikomk.exe RIM.ini RIM«. Ime programa se pokaže na vrhu okna.


2006 VER. 1.1 Stran 92

Na spodnji sliki je izpisana glavna nastavitvena datoteka “RIM.ini”. V tej datoteki so vsi pomembni parametri (statusna datoteka, komunikacijska datoteka, delovni direktorij, način klicanja...) za delovanje programa. Nastavitvena datoteka RIM.ini za program “unikomk.exe” Program zapisuje svoje delovanje v statusno datoteko RIM.STS, ki se nahaja v mapi “E:\AMES\EXE\STATUSI”. Nastavitvena datoteka ima veliko vrstic, zato je v vsaki vrstici komentar, ki se začne z znakoma //.

Zajem podatkov z RIMa 0 //1=dodatne zahteve c:\ames\exe\statusi\rim.sts //statusna datoteka komunik.ini komunik.tcp1 //datoteka za nastavitev komunikacije 4 //stevilo seans Trenutni podatki //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 0 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 2=MFM radio TG 60 //zahteva; perioda v sekundah 15 //offseti od ure v sek ločeni z vejicami n //klicanje za nazaj arhivT.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Polurni podatki //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 0 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 2=MFM radio PG 1800 //zahteva; perioda v sekundah 40,90 //offseti od ure v sek ločeni z vejicami n //klicanje za nazaj arhivP.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Polurni za nazaj //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 0 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 2=MFM radio PGhhmmdd.MMe 1800 //zahteva; perioda v sekundah 30 180,220,260,300,340,380 //offseti od ure v sek ločeni z vejicami Y //klicanje za nazaj arhivP.ini //datoteka za arhiveranje //datoteka za nastavitev ure | //znak: | Nastavitev ure //Ime komunikacije 0 //Protokol: 0= ASCII, 1=KERMIT 0 //0=Ni pretvorbe, 1=MILOS 520 Brnik, 2=MFM radio NUP(hhmmddMMyy)\r 60 //oddajni string; perioda v sekundah 40 //offseti od ure v sek ločeni z vejicami //klicanje za nazaj //datoteka za arhiveranje ura.ini //datoteka za nastavitev ure | //znak: | } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 93

Za natavitev komunikacijskih parametrov je potrebna posebna datoteka “KOMUNIK.INI”: Za shranjevanje trenutnih in polurnih podatkov sta potrebni dve nastavitveni datoteki, za vsako vrsto podatkov svoja. Za trenutne podatke je zadolžena nastavitvena datoteka ARHIVT.INI: Program shranjuje trenutne podatke na dva direktorija. Podatki, ki se odlagajo na “D:\C”, so namenjeni programu za lepljenje datotek “POP”, podatki na “D:\CNEW” pa se shranjujejo v MySQL bazo. Za polurne podatke pa je zadolžena nastavitvena datoteka ARHIVP.INI: Program shranjuje polurne podatke v mapo. Podatki, ki se odlagajo na “D:\C”, so namenjeni programu za lepljenje datotek.

1 //stevilo seans 0 //Tip shranjevanja 0=file d:\c //direktorij za oddajo datotek pghhmmdd.MMyyn //format datoteke 0 0 //0=ne zamenjaj, 1= polurne, 2= trenutne; dodaj P0... 0 //sekunde premaknitve casov //datoteka za filtriranje podatkov Kon_let.pod 0 //kontrolna datoteka, heksa vr. za nastavitev baza.ini //datoteka za nastavitev lokalne baze 0 //dodatna transformacija podatkov | } //kon~ni znak

1 //stevilo seans 0 //Tip shranjevanja 0=file d:\d //direktorij za oddajo datotek TGhhmmdd.MMyyN //format datoteke 0 0 //0=ne zamenjaj, 1= polurne, 2= trenutne; dodaj P0... 0 //sekunde premaknitve casov //datoteka za filtriranje podatkov Kont_let.pod 0 //kontrolna datoteka, heksa vr. za nastavitev //datoteka za nastavitev lokalne baze 0 //dodatna transformacija podatkov | } //kon~ni znak

0 //0= asinhrona serijska komunikacija, 1=TCP/IP \\.\COM1 //port 2400 N 8 1 //[BAUD] [PARITY] [DATA] [STOP] 1 //0= dela kot master; 1= dela kot server 0 //0=port je vedno nastavljen, 1=sproti nastavlja port 0 //1=čaka na RTS in CTS 1000 //dovoljena zakasnitev znaka 5000 //dovoljena zakasnitev po oddaji(ce je sprejeto prevec znakop) //zacetek sprejema \r //konec sprejema 1 //time out porta 0=ga ni; 1=port da timeout; } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 94

Program “RIM” lahko tudi nastavlja uro RIM-u. Parametri za nastavitev ure so shranjeni v nastavitveni datoteki “URA.INI”: V nastavitveni datoteki “URA.INI” lahko nastavimo ime sinhronizacijskega programa, lahko tudi nastavimo, ali se preverja sinhronizacijski program ali pa ne. Nastavimo tudi koliko lahko prehiteva ali zaostaja ura na RIM-u. Dodana je posebna vrstica, v kateri določimo, kdaj program ne nastavi ure.

0 tardis //1= gleda program, 0 ne gleda program za sinhronizacijo ure 30 30 //dovoljeno prehitevanje in zaostajanje v sekundah 0 //razlika v sek ob nastavitvi ure Trenutni podatki //Ime zajema, ki nastavi uro 2 //format ukaza 1 = MILOS520, 2=Meta,Mfm,3=radioMfm 0,1,2,28,29,30,31,32,58,59 //minute, ko ne nastavlja ure 20 //razlika v sekundah med monitorjem in PCjem } //kon~ni znak


2006 VER. 1.1 Stran 95

7.2.2 Komunikacijski programa “GSM_EWS” Program GSM_EWS je program za komunikacijo preko GSM, ki je bil razvit iz programa, ki je bil namenjen klicanju le MFMjev (merilnikov radioaktivnosti). Programu smo pustili nekaj funkcij, ki so tipične za merjenje radioaktivnosti. To so določanje alarmne stopnje, hitrejše klicanje ob alarmu in dodatna zahteva za prenos podatkov. Te funkcije so potrebne, če na RIM priklopimo merilnik radioaktivnosti ali pa druge okoljske merilnike (merilnike strupenih plinov, prahu...) Delovanje programa se usmerja preko treh tekstovnih datotek: GLAVNE_NASTAVITVE.TXT, ALARM.TXT in INDOP.TXT. Polja v datotekah so ločena s podpičji. Komentar se začne z #. S komentarjem je podrobno opisano delovanje vsake vrstice. Vse nastavitvene datoteke lahko urejujemo z običajnim ASCII urejevalnikom (NOTEPAD). V datoteki GLAVNE_NASTAVITVE.TXT so opisane glavne nastavitve kot so opis komunikacije z postajami, direktorij kamor se odlagajo podatki, opis FTPja in druge pomembnejše nastavitve. V njej so zapisane tudi poti do datotek ALARM.TXT in INDOP.TXT ter pot do datoteke z dodatnimi nastavitvami LOKALNE_NASTAVITVE.TXT. GLAVNE_NASTAVITVE.TXT: #to je glavna nastavitvena datoteka # direktorij za prenos podatkov v bazo outDir="\\alpha\ews\in" #inDopolnjevanje datoteka za nastavljanje dodatnih klicev postaj inDopolnjevanje ="\\alpha\ews\ad\INDOP.TXT " #ftp on/off vklopljen ali izklopljen FTP ftp= off #ime postaje; format polurne dat.; format trenutne dat.;IP;port;dial-up ime;Lokacija merilnika mfm=01M;PAhhmmdd.MMyyY;TAhhmmdd.MMyyY;;;051694498;MOIS01 mfm=02M;PBhhmmdd.MMyyY;TBhhmmdd.MMyyY;;;051694473;MOIS02 #datoteka za nastavljanje alarma vsake pol ure alarmneNastavitve=ALARM.TXT #stevilo linij za hkratno klicanje steviloLinij=1 #sinhronizacija casa za postaje on/off timeSinh=on


2006 VER. 1.1 Stran 96

#posebne nastavitve lokalneNastavitve="LOKALNE_NASTAVITVE.TXT" #konec datoteke GLAVNE_NASTAVITVE.TXT Datoteka ALARM.TXT: #to je nastavitvena datoteka za alarmiranje #prva stopnja alarma P163 v Sv firstAlarm=2.50e-7 #druga stopnja alarma P163 v Sv secondAlarm=3.00e-7 #tretja stopnja alarma P163 v Sv thirdAlarm=5.00e-7 #nastavitve za alarmno klicalnje:Stopnja alarma;Število postaj, ki jo presežejo alarmCalling=secondAlarm;3 #število ur po katerih se alarm samodejno ukine, če ni prekoračitve prvega alarmnega nivoja alarmTimeOut=5 #perioda klicanja v minutah v običajnem načinu delovanja normalPeriod=30 #perioda klicanja v minutah v primeru alarma alarmPeriod=5 #Število postaj, od katerih vedno zahtevamo trenutne podatke numberMfm=1 #kode postaj, ki jih kličemo mfm=01M #konec datoteke ALARM.TXT Datoteka GLAVNE_NASTAVITVE.TXT se prebere samo ob restartu računalnika, ALARM.TXT pa vsakič na začetku komunikacijskega cikla, ki je odvisen od stanja alarma (normalPeriod ali alarmPeriod) in od premaknitve časa (offsetKomunikacije), ki ga nastavimo v nastavitveni datoteki LOKALNE_NASTAVITVE.TXT. Alarm se avtomatsko prekine po določenih urah, ko ni alarmnih vrednosti, s spremenljivko "alarmTimeOut". Če to spremenljivko postavimo na 0, ne bo avtomatske prekinitve alarma. Pri normalnem delovanju se bodo zahtevali trenutni podatki samo od izbranih postaj. Na direktorij za shranjevanje pa se bodo prenesli samo tisti z alarmom.


2006 VER. 1.1 Stran 97

Ko bo program prvič zaznal alarme, bo šel program v alarmno delovanje. Prenašali se bodo vsi podatki, tudi trenutni. Prekinitev bo lahko avtomatska ali pa preko konzole s posebnim ukazom. Komunikacijski PC vsake pol ure prebere datoteko “inDat” v kateri so zapisani MFMji in intervali podatkov, za ketere se zahteva dodatna komunikacija. S to datoteko sprožimo dodatne komunikacije, ki se bodo izvršile med rednimi komunikacijami. Datoteko komunikacijski PC, ko jo prebere, pobriše. Format “inDat” datoteke: #to je inDat datoteka #mfm=ime postaje; format časa: yyyyMMddhhmm mfm=01M;200504281030 mfm=01M;200504281030 mfm=01M;200504271030 #konec inDat Datoteka LOKALNE_NASTAVITVE.TXT: #datoteka LOKALNE_NASTAVITVE.TXT statusnaDatoteka=c:\AMES\exe\statusi\moiskomunik.sts imeOkna="Komunikacija z RIMi" #način delovanja je lahko GLAVNI ali POMOZNI nacinDelovanja=GLAVNI #port preko katerega se nadzoruje delovanje glavnega programa nadzorniPort=5678 #host glavnega komunikatorja host=localhost #port za ukinitev alarma alarmniPort=5677 #privzete nastavitve za komunikacijo defKomunik=komunik.tcp #privzete nastavitve za arhiviranje polurnih defArhivPol=arhivP.ini #privzete nastavitve za arhiviranje trenutnih defArhivTren=arhivT.ini #Pri nastavljanju ure premakne čas premaknitevSekunde=3600


2006 VER. 1.1 Stran 98

#Premaknitev kdaj se začne komunikacija offsetKomunikacije=120 #zakasnitev v sekundah po vsaki komunikaciji, da router prekine linijo zakasnitevKomunikacije=10 #Število ponovitev neuspešnih komunikacij steviloPonovitev=2 #Ime MFMja, katerega statusi se zapisujejo tudi na konzolo imeMfmZaKonzolo=R22 #konec LOKALNE_NASTAVITVE.TXT Za delovanje GSM_EWS je zelo pomembna tudi nastavitvena datoteka LOKALNE_NASTAVITVE.TXT. Iz nje program ob startu prebere osnovne nastavitve kot so datoteka v katero zapisuje statuse, komentar na konzolnem oknu, privzete nastavitve za komunikacijo in arhiviranje. Prekinitev alarma Alarm se izklopi lokalno ali pa z oddaljenega računalnika s pomočjo “telnet-a”. Odpremo telnet z ustrezno IP, kjer teče komunikacijski program, in portom, ki je nastavljen v LOKALNE_NASTAVITVE.TXT z “alarmniPort”. Ko se uspešno povežeta, za izklop alarma vpišemo “alarmoff”. Za odgovor dobimo “o.k.”. Zagon programa in statusi Program z vsemi nastavitvami se nahaja v mapi “C:\AMES\EXE\GPSKOM”. Pri zagonu programa je potrebno dodati nastavitveno datoteko, ime okna in koliko komentarjev izpiše: »gps_ews.exe GLAVNE_NASTAVITVE.TXT GPS d«. Ime programa se pokaže na vrhu okna. Če smo zapisali “d” (kot debug) pri zagonu programa za polje “koliko komentarjev se izpiše, bodo statusi obsežnejši, kot če napišemo drugo črko ali črko izpustimo. Program zapisuje svoje delovanje v statusno datoteko, ki je določena z lokalnimi nastavitvami “statusnaDatoteka”. Ko se statusna datoteka napolni, se prepiše v datoteko *.OLD. Statusi pa se ponovno začnejo zapisovati v prazno datoteko. V to datoteko se zapisujejo samo glavni statusi, ki so določeni z zagonom programa. Ostali statusi od sprotne komunikacije s postajami pa se za vsako postajo posebej zapisujejo na isti direktorij kot za glavne statuse. Imena datotek so določena z imeni postaj.


2006 VER. 1.1 Stran 99

7.2.3 Strežnik za GIS podatke “gisVmesnik” Strežnik za GIS podatke “gisVmesnik” je program, ki deluje v ozadju in skrbi za povezavo med GIS interaktivnim grafičnim prikazovalnim programom, modulom za določitev emisije in bazo podatkov. Strežnik “gisVmesnik” se prilagaja predvsem GIS programu, ki glede na uporabo vodi komunikacijo med moduli. Zato je delovanje strežnika razdeljeno na korake. 1.korak: GIS modul določi vir ali vire in predvidene lokacije postaj. Lahko tudi vnese svoja imena za lokacije ali postaje. Določi tudi ime projekta. GIS modul odda XML datoteko s koordinatami postaj strežniku “gisVmesnik” na direktorij: npr.: “c:\ames\data\gis”. 2.korak: EMI modul določi emisijske parametre za vsak vir in časovno obdobje modeliranja. EMI modul odda XML datoteko vmesniku “gisVmesnik” na direktorij: npr.: “c:\ames\data\emi”. 3.korak: Strežnik “gisVmesnik” datoteki preimenuje na svoj direktorij npr.: “c:\ames\data\tmp”. Strežnik “gisVmesnik” spremlja dogajanja na terenu in pobere dejanske lokacije postaj na terenu, ko je njihov položaj dokončen. Strežnik v xml datoteko vpiše dejanske vrednosti koordinat za posamezne postaje (WGS 86 zemljepisno dolžino in širino). Strežnik preimenuje dopolnjeno datoteko nazaj na GIS direktorij. Merilo za sprejem datoteke je vedno spremenjen čas shranjevanja datoteke. 4.korak: GIS določi modelirno domeno in odpošlje dopolnjeno xml datoteko s podatki o domeni v UTM koordinatah. 5.korak: Strežnik “gisVmesnik” preimenuje xml datoteko na svoj direktorij. Strežnik “gisVmesnik” popravi, zaokroži velikost domene in vpiše glede na njeno velikost najprimernejšo resolucijo 25m ali 100m v element želenaResolucija. Strežnik preimenuje datoteko na GIS direktorij. GIS sprejme datoteko in potrdi z izpisom “Datoteka sprejeta” ter popravi izris domene na zemljevidu. 6.korak: GIS sproži izvoz podatkov v strežnik “gisVmesnik”. Podatki se prepišejo na direktorij “zemljevidi”, v xml datoteko pa se vpišejo imena datotek. Podatki so sledeči:

• slika za podlago v okviru definiranega območja domene (na tej sliki se izključijo vse lokacije virov in merilnih postaj),

• podatki digitalnega modela reliefa (DMR 100 ali DMR 25, glede na izbrano želeno resolucijo),

• podatki uporabe terena (CLC – Corine Land Cover v formatu katerega uporablja GURS),


2006 VER. 1.1 Stran 100

• lokacije postaj, centralne enote in virov onesnaževanja v xml datoteki. Strežnik sprejme te podatke. 7.korak: Strežnik “gisVmesnik” sprejme podatke na direktoriju zemljevidi in si na svoj direktorij preimenuje xml datoteko. Datoteko dopolni z imeni za rezultate. Rezultate nato v rednih intervalih prepiše na direktorij rezultati / podatki, v xml datoteko pa vpiše predpone za legendo in rezultate in na začetku postopka enkrat xml datoteko vrne GISu. GIS sproti prikazuje rezultate nad izbrano podlago. Program poženemo z ukazno vrstico “gisVmesnik gisVmesnik.ini”, kjer je gisVmesnik.ini nastavitvena datoteka:

Streznik gisMois //ime programa c:\ames\data\gis //GIS direktorij c:\ames\data\emi //EMI direktorij c:\ames\data\tmp //lokalni direktorij c:\ames\data\zemljevidi //direktorij z zemljevidi c:\ames\data\out //izhodni direktorij localhost // IP baze 5665 //port POSTAJA_ //začetek DNSja postaje


2006 VER. 1.1 Stran 101

Komunikacija med GIS programom in strežnikom poteka preko XML datoteke, ki je narejena po shemi:


2006 VER. 1.1 Stran 102

7.3 Baza podatkov

7.3.1 Končna oblika baze podatkov rezultatov modeliranja Iz rezultatov testiranja različnih oblik baz podatkov za shranjevanje rezultatov modela je očitno, da se je kot najbolj primerna glede na spominsko zahtevnost in hitrost dostopa izkazala oblika tabel v bazi podatkov iz zadnjega 4. primera. Glede na število virov (med katerimi je možno definirati kombinacijo dveh ali več virov v enega novega) se v urejevalnem sistemu podatkovih baz zgradi za vsak vir (ali kombinacijo virov) ena podatkovna baza, ki je poimenovana po oznaki vira (ali kombinaciji oznak virov). Načelno je poimenovanje lahko tudi poljubno, vendar je priporočljivo podatkovne baze poimenovati tako, da je možno iz imena tudi razbrati za kakšno vrsto modeliranja gre, za katero območje se rezultati modela nanašajo in kaj je bil vir izpuščanja snovi v zunanji zrak (na primer: EIS_MODEL_SKUPINA_OBMOCJE_VIR1 ali EIS_MODEL_SKUPINA_OBMOCJE_VIR1VIR2). Vsaka podatkovna baza vsebuje skupino tabel. V vsaki tabeli so shranjeni podatki o določeni snovi v posamezni plasti (največkrat prvi prizemni plasti) za različne časovne intervale. Časovni intervali obdelav v tabeli morajo biti enaki. Na primer v tabeli z imenom P2451 so shranjeni polurni (to označuje prvi znak v imenu: P) podatki iz modela o koncentracijah žveplovega dioksida v prvi (prizemni) plasti. Glede na časovni interval obdelave se uporabljajo sledeče oznake prvega znaka v imenu tabele: P … polurne vrednosti, U … urne vrednosti, D … dnevne vrednosti, M … mesečne vredosti, Y … letne vrednosti, O … 8-urne drseče vrednosti in S … 24-urne drseče vrednosti. Numerična oznaka, ki sledi prvemu znaku v imenu tabele pa je enaka oznaki snovi. Primeri oznak so: 2417 … koncentracija prahu v prizemni plasti, 2450 … vrednost razrečitvenega koeficienta v prizemni plasti, 2451 … koncentracija žveplovega dioksida v prizemni plasti, 2452 … koncentracija dušikovega monoksida v prizemni plasti, 2453 … koncentracija dušikovih oksidov v prizemni plasti, 2456 … koncentracija dušikovega dioksida v prizemni plasti, 2454 … koncentracija ogljikovega monoksida v prizemni plasti, 2455 … koncentracija ozona v prizemni plasti, V podatkovni bazi imajo tabele, v katerih so shranjeni podatki o plasteh direktno iz modela (običajno so to polurni podatki prizemne plasti) sledečo strukturo:


2006 VER. 1.1 Stran 103

Ime polja Tip polja Opis polja DATUM VARCHAR(10) Datum časovnega intervala (dd/MM/yyyy) URA VARCHAR(8) Ura časovnega intevala (hh:mm:ss) POPKON LONGBLOB Kvadratna numerična matrika, ki vsebuje

rezultat modeliranja koncentracije snovi v zunanjem zraku v določeni (običajno prizemni) plasti.

VELJ VARCHAR(8) Status veljavnosti podatkov EIS_D_T BIGINT(20) Indeksni ključ (yyyyMMddhhmmss)

(časovni). ARH_D_T BIGINT(20) Časovna znamka časa shranjevanja

podatkov (yyyyMMddhhmmss). V polju tipa LONGBLOB (LONG… oznaka za 4 GB veliko binarno podatkovno strukturo, BLOB … oznaka za binarno podatkovno strukturo, Binary Large OBject) se nahaja binarna podatkovna struktura, ki vsebuje poleg kvadratne numerične matrike tudi glavo z opisom podatkov v strukturi. Glava je konstantne velikosti in vsebuje poleg opisa podatkov v strukturi tudi podatke o viru, snovi in drugih nastavitvah v postopku modeliranja: int tipPodatkov; 0=int, 1=float, 2=double int velikostPodatkovnegaDela; velikost v bajtih int zacetekPodatkovnegaDela; na kateri poziciji se zacnejo podatki (v

byte-ih) int verzijaGlave; oblika glave --- količina in vrsta

spremenljivk v glavi ter njihov vrstni red (zaenkrat je možna samo verzija 1)

char dataTime[17]; čas podatkov v obliki [YYYYMMddhhmmsszzz]

int modelType; tip modelirnega sistema; 1=Gaussov po RG 1.145, 2=Lagrange-ev model delcev Spray

int steviloVrstic; število vrstic v kvadratni matriki int steviloStolpcev; število stolpcev v kvadratni matriki double xllCorner; X koordinata spodnjega levega kota double yllCorner; Y koordinata spodnjega levega kota double cellSize; velikost celice bool cellOffset; ali je premik vrednosti v celici double errorValue; vrednost za napako int averageInterval; dolžina časovne obdelave [sekunde] double maxPaintValue; maksimalna vrednost v kvadratni

matriki double minPaintValue; minimalna vrednost v kvadratni

matriki int sourceType; 0=točkasti, 1=linijski, 2=ploskovni,

3=volumski


2006 VER. 1.1 Stran 104

int species; vrste snovi; 0=neznane snovi,1=razredčitveni koeficienti, 2=žveplov dioksid, 3=ogljikov monoksid, 4=dušikovi oksidi, 5=lahki delci - prah PM10, 6=težki delci, 7=lahke strupene snovi, 8=radioaktivne snovi, 10=NO2

int unit; enota; 1=tone/leto; 2=tone/dan, 3=kg/h, 4=mikro g/s, 5=nano g/s

int level; številka plasti; 1=prva (prizemna), ... int numberOfSources; število virov double xSource[10]; x koordinate virov double ySource[10]; y koordinate virov


2006 VER. 1.1 Stran 105

7.3.2 Opis poteka shranjevanja rezultatov modeliranja razširanja snovi v zunanjem zraku v vmesne prenosne datoteke Model shranjuje podatke o posameznih plasteh za določen časovni interval v vmesne prenosne ASCII datoteke. Ime datoteke določa za kateri vir in kateri časovni interval veljajo podatki zapisani v datoteki. V datoteki so podatki urejeni v vrsticah. Pomen podatkov v posameznih vrsticah je sledeč: 1. vrstica: ncols – število stolpcev v horizontalni plasti pravokotne oblike 2. vrstica: nrows – število vrstic v horizontalni plasti pravokotne oblike 3. vrstica: xllcorner – (x low left) x koordinata spodnjega levega kota (spodnji

južno zahodni kot) 4. vrstica: yllcorner – (y low left) y koordinata spodnjega levega kota (spodnji

južno zahodni kot) 5. vrstica: cellsize – dolžina horizontalne stranice celice (celica je vendno

kvadratne oblike) 6. vrstica in ostale: vsebujejo podatke v ASCII obliki za vsako vrstico plasti

posebej začenši od JZ vogala proti vzhodu, sledi naslednja vrstica v istem vrstnem redu…..

POMEMBNO: Vrednosti rezultatov modela se vedno nanašajo na središče celice. Geografske koordinate pa so vedno podane za JZ kot celice. Za pravilno risanje moramo torej rezultat narisati na pozicijo, ki jo predstavlja geografski kot celice povečan v obeh horizontalnih smereh za polovico dolžine

horizontalne stranice celice. Slika 7 Shema oznak celice, ki je gradnik mreže za ENO PLAST

Prenos podatkov iz omenjene ASCII datoteke v bazo podatkov poteka preko dveh programov narediBloke in aisArchive. Program narediBloke prebere iz imena datoteke in vsebine vse potrebne podatke o plasti in viru (časovni interval, številko plasti, velikost plasti, velikost celice, pozicijo plasti in modelirane vrednosti, vrsto snovi, …). Modelirane vrednosti plasti nato shrani v podatkovni blok (kot je bil opisan v prejšnjem podpoglavju). Zatem program

JZ kot

središče za katerega podajamo vrednost

stranica kvadratne celice

SZ kot

S

J

Z V


2006 VER. 1.1 Stran 106

narediBloke podatkovni blok skrči na manjši podatkovni blok s pomočjo ZIP algoritma in mu doda na začetek še glavo. Omenjeni podatkovni blok se za potrebe prenosa preko standardnih prenosnih datotek tudi pretvori v ASCII obliko s pomočjo BASE64 algoritma. Za vsako kvadratno matriko zatem program narediBloke pripravi vrstico v standardni prenosni datoteki. Ko je standardna prenosna datoteka pripravljena, se pošlje programu aisArchive, ki poskrbi za shranitev v standardni urejevalni sistem podatkovnih baz. Program aisArchive sprejme standardno prenosno datoteko protokola, pretvori polje (kvadratno matriko, ki je kodirana z BASE64 algortimom) in jo shrani v bazo podatkov. To pomeni, da se shranjuje blok podatkov o plasti (kvadratna matrika) v obliki skrčeni z ZIP algoritmom skupaj s podatki o bloku (glava bloka). V bazi podatkov so taka polja tipa LONGBLOB. Za tisto plast, za katero je potrebna dodatna obdelava glede na zbirko republiških uredb o kakovosti zunanjega zraka (ponavadi prva prizemna plast), se ob shranitvi podatkov o plasti na novo preračunajo tudi izvedene vrednosti. To pomeni, da se za omenjeno plast iz na primer polurnih vrednosti na novo preračunajo urne, dnevne, mesečne, letne, 8-urne drseče in 24-urne drseče vrednosti glede na določila iz zbirke republiških uredb o kakovosti zunanjega zraka. Preračun se naredi samo za tiste časovne intervale, na katere ima trenutni časovni interval vpliv.


2006 VER. 1.1 Stran 107

7.4 Emisijski model

7.4.1 UVOD Ocena posledic izrednega dogodka izpusta snovi (škodljive snovi ali onesnaževalne snovi - polutanta) v ozračje se sestoji iz večih korakov. V osnovi jih lahko opredelimo kot:

• ocena količine in vrste snovi ter pogojev izpusta v ozračje, • modeliranje širjenja polutanta v ozračju:

• oblika širjenja (kvalitativna ocena), • koncentracije polutantov v ozračju na vplivnem področju

dogodka (kvantitativna ocena). Ocena količine in vrste snovi ter pogojev izpusta v ozračje nam popisuje izhodiščne (začetne) pogoje pojava. Pojav izpusta v ozračje (v nadaljevanju emisije) lahko opišemo z veliko atributi (vrsta snovi, količina, oblika izpusta, lokacija…). V praksi bo MOIS namenjen predvsem izrednim dogodkom, kjer atributi izpusta, ki so pomembni za končno oceno dogodka, večinoma ne bodo vnaprej znani, pač pa jih bo potrebno čim hitreje in čim bolj kakovostno določiti na mestu opazovanja. Uporabniku MOIS bo za to na voljo poseben program, ki bo omogočal določitev atributov v največji možni meri glede na dane razmere. Popisu nalog tega programa je namenjeno to poglavje. Atributi emisije so pomembni zato, ker je od njih odvisna uporaba ustreznega načina modeliranja širjenja onesnaženja v ozračju. Nekateri atributi so pri tem ključnega pomena, drugi pa zopet zgolj pripomorejo k izboljšanju končne ocene. Pomembnost atributa bo v programu OPREDELJENA Z BARVNO PREDSTAVITVIJO. Model širjenja onesnaženja v ozračju lahko seveda v prvem koraku zaženemo tudi z okrnjenimi emisijskimi podatki oziroma atributi. Predvsem kar se tiče količine izpuščene snovi v ozračje je pri modelu širjenja vedno možno, da računamo z enotsko emisijo. V tem primeru najprej izračunamo takoimenovane razredčitvene koeficiente (X/Q). Razredčitveni koeficient za določeno točko v vplivnem področju dogodka nam tako pove, za kolikokrat se koncentracija škodljive snovi razredči na opazovani točki (receptorju) glede na emisijo. Ko pa razmere omogočajo tudi kvantitativno oceno emisije, enostavno pomnožimo emisijo in razredčitvene koeficiente in tako dobimo dejanske koncentracije v opazovanih točkah na vplivnem območju dogodka. Princip uporabe razredčitvenih koeficientov nam v prvi fazi ocene dogodka omogoča, da čim hitreje dobimo sliko širjenja polutanta v vplivnem področju (kvalitativna ocena). Oblika »oblaka« nam tako omogoča čim hitrejše načrtovanje ustreznih ukrepov (naprimer RBK zaščite, evakuacije …). Ko pa pridobimo oziroma določimo še ustrezne podatke o emisiji, lahko zagon


2006 VER. 1.1 Stran 108

modela širjenja onesnaženja v ozračju ponovimo ali pa zgolj pomnožimo razredčitvene koeficiente z emisijo in tako dobimo koncentracije v opazovanih točkah na vplivnem območju (kvantitativna ocena).

Slika 1 Shematski prikaz razredčitvenega koeficienta

V nadaljnjih podpoglavjih bomo podrobno opredelili vse atribute emisije, ki so pomembni s stališča modeliranja širjenja onesnaženja v ozračju. Izhodiščni pristop k opazovanju bo položaj neodvisnega opazovalca dogodka, ki nima dostopa neposredno na kraj emisije pač pa lahko pridobiva informacije na različne načine. Opisani pa bodo tudi drugi možni neposredni viri informacij, ki bodo seveda zelo odvisni od narave dogodka.

normirana emisija = normirana

imisija = razredčitveni koeficient X/Q


2006 VER. 1.1 Stran 109

Slika 2 Pristop neodvisnega opazovalca, ki opazuje dogodek iz varne lokacije; opazovalni sistem z opazovalno enoto in oddaljenimi povezanimi ročnimi inteligentnimi merilniki

7.4.2 OSNOVNE DELITVE

OBLIKA VIRA Oblika vira je lahko:

• točkasta, • ploskovna, • volumska, • linijska.

Primer točkastega vira je naprimer tovarniški dimnik ali pa izpust strupenega plina iz jeklenke. Podobno je točkast vir tudi kontroliran izpust naprimer iz nuklearne elektrarne skozi za to predvideni prezračevalni kanal, ki vsebuje vse možne filtre za zmanjšanje emisije. Lahko je to tudi izhod prezračevalne naprave v kemijski tovarni v kateri se je zgodila nesreča omejenih razsežnosti. Ploskovni vir je naprimer deponija odpadkov iz katere izhajajo plini zaradi gnitja in podobno (naprimer metan), nima pa izdelanega lovilca plinov. Podobno je ploskovni vir naprimer deponija premoga ali pa deponija pepela v bližini velike termoelektrarne.


2006 VER. 1.1 Stran 110

Volumski vir je pravzaprav razširjen točkasti vir. Pri izpustu naprimer pride najprej do eksplozije, ki povzroči začetno prisilno razredčitev snovi. Po eksploziji pa se začetni volumen polutanta širi naprej podobno, kot bi bil izvor sestavljen iz množice točkastih virov. Primer linijskega vira je naprimer avtocesta z gostim prometom v konici. Modeliramo jo lahko kot skupek veliko točkastih virov, ki so krajevno pozicionirani v krivulji.

Slika 3 Primer dveh oblik vira (Termoelektrarna Šoštanj): spredaj ploskovni vir plinov (naprimer metana) iz deponije premoga (rjavo), zadaj levo točkovna vira žveplovega dioksida - dimnika termoelektrarne*

DIMNI DVIG Začetni “dimni dvig” odloča o nadaljnjem širjenju. Možne različice dviga so:

• vzgonski • ventiliran • kombiniran • eksplozijski • dvig zaradi požara (poseben primer vzgonskega).

Vzgonski dvig nastane v primerih, ko je škodljivi plin bistveno lažji od zraka. To je naprimer izpust helija. Poleg tega vzgonska komponenta dviga prevladuje pri vseh izpustih, kjer je temperatura izpustnih plinov vsaj za 5 °C višja od temperature ozračja v okolici izpustne točke. Dodaten dvig dima je neposredno proporcionalen razliki med temperaturo dimnih plinov in temperaturo zunanjega zraka. Če je temperatura dimnih plinov za več kot 10 * fotografija Avberšek H. 2001


2006 VER. 1.1 Stran 111

stopinj višja od temperature ozračja, potem vzgonski dvig prevladuje nad morebitnim dodatnim ventiranim. Ventiliran izpust je običajen izpust iz prezračevalnih naprav v kemijski tovarni ali pa v nuklearni elektrarni. Pri tem plini, ki so običajno ogreti na sobno temperaturo, ali približno na zunanjo temperaturo pridobijo kinetično energijo zaradi delovanja ventilacijskih naprav, ki pospešijo njihovo gibanje. Običajno je izpust vertikalen, lahko pa je tudi v drugih smereh. V horizontalni smeri naprimer potekajo nekateri izpusti prisilne ventilacije iz ogrevalnih naprav za gospodinjstva (zgolj vzorec za ponazoritev, sicer neškodljiv). Pri izpustu v vertikalni smeri je dimni dvig neposredno proporcionalen volumnu in hitrosti dimnih plinov. Izpusti iz industrijskih ali energetskih naprav so dostikrat kombinacija vzgonskega in ventiliranega izpusta. Še posebej je to primer takrat, ko so dimni plini ohlajeni zaradi čistilnih naprav in bi se zato na začetku premalo dvignili, s tem pa bi bile koncentracije v neposredni okolici zelo visoke. Pri eksplozijskem dvigu nastopi začetno prisilno (ki ni povzročeno z običajnimi meteorološko povzročenimi mehanizmi) gibanje (pol)kroglaste oblike v vse smeri. Model to lahko za prvo aproksimacijo obravnava kot dimni dvig.

Slika 4 Začetni dimni dvig (slika dimnega dviga)

ELEMENTI ZA NIŽANJE DIMNEGA DVIGA Lastnosti izpustnega mesta in dima lahko vsebujejo tudi elemente, ki dimni dvig omejujejo oziroma nižajo. To so predvsem trije načini:

• izpiranje za vrhom dimnika (stack tip downwash),


2006 VER. 1.1 Stran 112

• vpliv stavb (building wake effect) in • efekt težkega plina (obravnavan še posebej).

Izpiranje za vrhom dimnika nastane kadar v horizontalni smeri piha veter z znatno hitrostjo. Na zaveterni strani dimnika se tvori podtlak, ki povzroča t.i. Von Karmen-ove vrtince, ki posrkajo del dima in tako znižajo dimni dvig in dodatno redčijo dim že na začetku. Empirično velja, da do tega efekta pride, če je horizontalna hitrost vetra ob vrhu dimnika večja od 2/3 vertikalne izpustne hitrosti dimnih plinov. Izpustna hitrost dimnih plinov cca 20m/s je tako podvržena temu učinku le, če je horizontalna hitrost vetra višja od 13.3 m/s. Vpliv stavb v okolici je podoben, kadar so stavbe dovolj visoke. Empirično pravilo je, da moramo stavbe upoštevati, če je dimnik manj kot 2.5 krat višji od sosednjih zgradb.

Slika 5 Vpliv velikosti in višine stavbe (fotografija poskusa vetrovniku, povzeto po US EPA)

VZGONSKE LASTNOSTI POLUTANTA Vzgonske lastnosti:

• kot težek plin, • kot lahek plin.


2006 VER. 1.1 Stran 113

Polutant se lahko v ozračju giblje na dva načina. Kot lahek plin ali kot težek plin. Primer težkega plina je naprimer klor. Ob izpustu se giblje bolj pri tleh in se le slabo redči. Polutant, ki se giblje kot lahki plin, pa se redči v ozračju tako kot naprimer žveplov dioksid ali dim iz stanovanjskega kurišča. Primer je prikazan na fotografiji (Slika 4). Molekularna teža v primerjavi s povprečno molekularno težo zunanjega zraka neposredno odloča o tem, kakšen model širjenja moramo uporabiti. Poleg molekularne teže lahko nizka temperatura dimnih plinov (znatno nižja od zunanje temperature) povzroči podobno obnašanje kot pri težkih plinih. Nižja temperarura plina pomeni večjo gostoto plina. plinska enačba: p*V = n*R*T

• p - pritisk • V - volumen • n - število molov = masa/molska masa =m/M • R - splošna plinska konstanta (0.0831 mb m3 / (mol*Kelvin)) • T - temperatura izražena v Kelvinih • izraženo je ρ gostota plina:

ρ= p*M / (T*R)

Podobno se obnašajo tudi zelo vlažni dimni plini pri katerih vlaga v obliki »spreja« izhlapi in pri tem zaradi porabe toplotne energije posledično ohladi dimne pline (pod zunanjo temperaturo). VRSTA EMITIRANE SNOVI V modelu razlikujemo naslednje (posplošene vrste snovi):

• razredčitveni koeficient, • žveplov dioksid, • ogljikov monoksid, • dušikovi oksidi, • lahki delci v obliki dima, • težji delci, • strupen plin, • radioaktivna snov, • neznana (predvideno škodljiva) snov.

Razredčitveni koeficient lahko uporabljamo splošno za katerokoli vrsto emitirane snovi predvsem kadar količina emitirane snovi še ni zadovoljivo natančno ocenjena, zanima pa nas oblika gibanja oblaka po opazovanem območju.


2006 VER. 1.1 Stran 114

Žveplov dioksid, ogljikov monoksid in dušikovi oksidi so najbolj pogosti plini, ki nastajajo v kuriščih tako industrijskih kot manjših. Lahki delci v obliki dima so skupina s katero lahko modeliramo običajne izpuste delcev v obliki dima iz kurišč. Lahko pa jih uporabimo tudi za modeliranje disperzije močno škodljivih snovi (naprimer bakterijskih spor), ki so v trdnem agregatnem stanju v obliki prahu, za njihovo razširjanje v ozračje pa se uporablja naprimer neškodljiv plin (izpihovanje, ventilacija). V skupino težjih delcev pa spadajo naprimer škropiva, ki se jih prši v obliki kapljic in imajo začetno kinetično energijo s katero dosežejo ciljni objekt. To so lahko drevesa v nasadu, lahko pa je princip uporabljen v teroristične namene - naprimer pršenje škodljive substance (na kapljevinskem nosilcu) iz letala. V skupino strupeni plin lahko uvrstimo vse vrste izpustov, ko je predvidena škodljiva snov v plinastem stanju, njena natančna sestavina pa še ni opredeljena. Iz opazovanja dogodka pa lahko določimo osnovne parametre (vzgonske lastnosti in podobno). Radioaktivne snovi so naprimer žlahtni plini in partikulati izpuščeni pri normalnem prezračevanju zadrževalnega hrama nuklearne elektrarne (običajno v zelo majhnih količinah). Lahko pa so to snovi izpuščene v zrak ob nezgodnem dogodku v taki elektrarni (naprimer izpusti ob Černobilski nesreči). Lahko pa je to tudi izpust delcev v zrak ob eksploziji “umazane bombe”, kjer je posledica onesnaženje večjih površin (naprimer središče mesta) z radioaktivnimi snovmi. V skupino neznana predvideno škodljiva snov lahko uvrstimo vse ostale snovi. Moramo pa se zavedati, da bolj ko so opisi snovi nedoločeni, manj zanesljiv je rezultat modeliranja. KOLIČINA EMITIRANE SNOVI Ocena količine snovi:

• celotna količina snovi, • delež, ki ni pod nadzorom, • faktor zmanjšanja.

Model za oceno količine emitirane snovi mora podati kratek postopek za hitro kvantizacijo izpuščene snovi. Glavne korake postopka bomo razložili na primeru izpusta v primeru industrijske nesreče. Za izhodišče ocene uporabimo podatek o celotni količini obravnavane snovi na lokaciji objekta. To je naprimer podatek o količini snovi, ki jo v svojem skladišču in v proizvodnih prostorih hrani industrijski objekt. To je lahko količina klora za beljenje v papirnici. Podatek je za industrijske objekte, ki


2006 VER. 1.1 Stran 115

uporabljajo škodljive snovi, popisan v katastru objektov po Seveso evropski direktivi (Evidenco vodi Ministrstvo za okolje in prostor). Naslednji korak je ocena deleža izhodiščne količine, ki je ušla nadzoru. To je naprimer 2/7, če ocenimo, da sta poškodovani dve od sedmih cisteren v katerih papirnica hrani klor. Če te ocene ni možno narediti, privzamemo najslabšo možnost, da je ušla nadzoru celotna količina. Sledi ocena dodatnih možnosti za zmanjšanje osnovne emisije. To so lahko filtri v ventilacijskem sistemu, ali pa možnost hermetične zapore (dela) skladišča. Tudi to zmanjšanje ocenjujemo le kot delež od količine, ki je ušla nadzoru. Primer je naprimer: ena od cistern v papirnici je popustila v skladišču, ki ga je bilo možno začasno hermetično zapreti in ne vpliva na trenutno obravnavano emisijo, druga od obeh cistern pa se nahaja v proizvodnih prostorih, kjer se bo plin v ozračje razširil skozi ventilacijo in druge nekontrolirane odprtine. Naslednji primer učinkovitega zmanjšanja so HEPA filtri na ventilacijskem sistemu za prezračevanje zadrževalnega hrama nuklearne elektrarne. To so filtri, ki so vnaprej projektirani za zmanjševanje rednih in nezgodnih izpustov. Taki filtri so izredno učinkoviti, če so pravilno projektirani in lahko očistijo tudi 99% ciljne snovi. V nasprotju z navedenimi primeri pa se običajne redne industrijske emisije v ozračje obravnava drugače - podaja se vrednosti emitiranih koncentracij ali pa količin merjenih že za čistilnimi napravami (v dimniku tik pred izpustom v ozračje). Zato je v teh primerih faktor zmanjšanja kar 1. TRAJANJE IZPUSTA Trajanje izpusta:

• enkratni trenutni dogodek, • časovno obdobje (naprimer v urah), • stalna emisija.

Ocenjena emitirana količina snovi lahko v ozračje preide postopoma ali naenkrat. Oceniti moramo časovno obdobje na katerega se razporedi izpust. To je lahko enkraten dogodek (naprimer eksplozija). Lahko se izpust razporedi na krajše časovno obdobje (naprimer par ur - primer je puščanje cisterne plina dokler se ne izprazni). Obdobje je pomembno zato, ker se z daljšanjem obdobja pri enaki celotni količini manjša izpustna koncentracija. Stalna emisija je naprimer običajna emisija delujočega industrijskega objekta.


2006 VER. 1.1 Stran 116

KVANTIZIRANI PARAMETRI EMISIJSKEGA VIRA Parametri točkastega izpusta:

• volumski pretok dimnih plinov, • ali pa vertikalna hitrost dimnih plinov ob izstopu in površina odprtine

dimnika (glej tudi naslednje točke), • temperatura dimnih plinov (podano v Kelvinih), • višina dimnika, • premer odprtine dimnika (če je okrogel, kar je običajno) • geografske koordinate izpusta (zemljepisna širina in dolžina v

ustreznih koordinatah) Temperatura dimnih plinov, volumski pretok ali ekvivalentno hitrost dimnih plinov in površina odprtine so parametri, ki se običajno merijo (oziroma so določljivi) pri emisijah plinov iz industrijskih dimnikov. Pri ostalih virih pa jih moramo oceniti na osnovi ogleda dogodka temu primerno bolj ali manj natančno. Parametri združeni v tem podpoglavju se pokrivajo z nekaterimi parametri v ostalih podpoglavjih. Ostala podpoglavja so posebej razdelana predvsem zaradi lažjega razumevanja problematike.


2006 VER. 1.1 Stran 117

7.4.3 SHEMA DELITEV IN ATRIBUTOV EMISIJE Oblika vira:

• točkasta, • ploskovna, • volumska, • linijska.

Dimni dvig:

• vzgonski • ventiliran • kombiniran • eksplozijski • dvig zaradi požara (poseben primer vzgonskega).

Nižanje dimnega dviga:

• izpiranje za vrhom dimnika (stack tip downwash), • vpliv stavb (building wake effect) in • efekt težkega plina (obravnavan še posebej).

Vzgonske lastnosti:

• kot težek plin, • kot lahek plin.

Posplošene vrste snovi:

• razredčitveni koeficient, • žveplov dioksid, • ogljikov monoksid, • dušikovi oksidi, • lahki delci v obliki dima, • težji delci, • strupen plin, • radioaktivna snov, • neznana (predvideno škodljiva) snov.

Ocena količine snovi:

• celotna količina snovi, • delež, ki ni pod nadzorom, • faktor zmanjšanja.


2006 VER. 1.1 Stran 118

Trajanje izpusta: • enkratni trenutni dogodek, • časovno obdobje (naprimer v urah), • stalna emisija.

Parametri točkastega izpusta:

• volumski pretok dimnih plinov, • ali pa vertikalna hitrost dimnih plinov ob izstopu in površina odprtine

dimnika, • temperatura dimnih plinov, • višina dimnika, • geografske koordinate izpusta.


2006 VER. 1.1 Stran 119

7.4.4 NAČRT IN FORMAT ODLOČITVENIH DATOTEK SHEMA POTEKA ODLOČANJA

PODATKI V ODLOČITVENI DATOTEKI

variantne nastavitve / PARAMETER V

RE

DN

OS

T

štev

ilo

varia

nt

1 2 3 4 5 6 7 8 9oblika vira 1 4 toèkast ploskovni volumski linijskidimni dvig 1 5 vzgonski ventiliran kombiniran eksplozijski požarni

nižanje dimnega dviga 1 3za vrhom dimnika vpliv stavb

efekt težkega plina

vzgonske lastnosti 1 2 težek plin obièajen plin

posplošene vrste snovi 1 9razredèitveni koeficient

žveplov dioksid

ogljikov monoksid

dušikovi oksidi

lahki delci

težji delci

strupeni plini

radio-aktivna snov neznana?

ocena kolièine snovi 1 3celotna kolièina

faktor zmanjšanja

trajanje izpusta 1 3trenutni dogodek

omejeno obdobje stalen izpust

SPLOŠNE ODLOČITVE /odločitvena datoteka/

VREDNOSTI OSNOVNIH PARAMETROV /vrednosti/

model A

model N

predpripravljen scenarij /odločitvena datoteka in datoteka z

ODLOČITEV ZA MODEL

DODATNI PODATKI


2006 VER. 1.1 Stran 120

VREDNOSTI OSNOVNIH PARAMETROV

PRIMERI PREDPRIPRAVLJENIH TIPIČNIH SCENARIJEV KLOR - PAPIRNICA VIDEM KRŠKO

numeriène nastavitve emisijskih parametrov / parameter vrednost enota pomoèx koordinata lokacije 5200000 m koordinatni sistem?y koordinata lokacije 5600000 mz koordinata lokacije 323 m nadmorska višinavišina dimnika 150 m fizièna višina od vznožjatemperatura dimnih plinov 350 K v Kelvinih!volumski pretok dimnih plinov 110 m3/h povpreèni pretokzaèetek izpusta - datum 15/03/2005 datumzaèetek izpusta - ura 15:30 urakonec izpusta - datum 15/03/2005 datumkonec izpusta - ura 17:00 ura

celotna emisija 15000 kgse razporedi na celo obdobje

faktor zmanjšanja 0.67delež od celote

èe predvidoma ne bo izpušèena "celotna emisija"

numeriène nastavitve emisijskih parametrov / parameter vrednost enota primer klor Videm Krškox koordinata lokacije 5200000 m koordinatni sistem?y koordinata lokacije 5600000 mz koordinata lokacije 323 m nadmorska višinavišina dimnika 3 m fizièna višina od vznožjatemperatura dimnih plinov 283 K v Kelvinih!volumski pretok dimnih plinov m3/h povpreèni pretokzaèetek izpusta - datum 15/03/2005 datumzaèetek izpusta - ura 15:30 urakonec izpusta - datum 15/03/2005 datumkonec izpusta - ura 17:00 ura

celotna emisija 500 kgse razporedi na celo obdobje

faktor zmanjšanja 0.01delež od celote


variantne nastavitve / PARAMETER V

RE

DN

OS

T

klor Videm Krško

oblika vira 1 toèkastdimni dvig 1 vzgonski

nižanje dimnega dviga 3efekt težkega plina

vzgonske lastnosti 1 težek plin

posplošene vrste snovi 10 klor

ocena kolièine snovi 2faktor zmanjšanja

trajanje izpusta 1trenutni dogodek


2006 VER. 1.1 Stran 121

NEK, TIPIČNA NESREČA

numeriène nastavitve emisijskih parametrov / parameter vrednost enota pomoèx koordinata lokacije 540670 m koordinatni sistem?y koordinata lokacije 5086380 mz koordinata lokacije 323 m nadmorska višinavišina dimnika 40 m fizièna višina od vznožjatemperatura dimnih plinov 283 K v Kelvinih!volumski pretok dimnih plinov 110 m3/h povpreèni pretokzaèetek izpusta - datum 15/03/2005 datumzaèetek izpusta - ura 15:30 urakonec izpusta - datum 15/03/2005 datumkonec izpusta - ura 16:00 ura

celotna emisija 250000 Bq se razporedi na celo obdobje

faktor zmanjšanja 1delež od celote



2006 VER. 1.1 Stran 122

7.4.5 Prikaz realizacije uporabniškega vmesnika za študijo tehnologije emisijskega modela Emisijski model je razdeljen v dva dela. V prvem delu uporabnik izbere in vpiše karakteristike virov emisije. Primer za dva vira je prikazan na naslednji sliki:

V drugem delu pa uporabnik izbere karakteristike modela, ki bo modeliral izpuste iz v prvem delu opisanih virov.


2006 VER. 1.1 Stran 123

Primer prikazuje naslednja slika.


2006 VER. 1.1 Stran 124

7.4.6 VZORČNI PRIMERI SCENARIJEV V tem poglavju bomo opredelili nekaj možnih scenarijev emisij. Razložili bomo potek ocene emisije. Navedli bomo tudi ključne odločitve in najverjetnejše šibke točke ocene oziroma opredelili negotovost ocene. Namen tega poglavja je, da uporabnika na praktičen način seznani z uporabo emisijskega modela. TEOL NESREČA

Slika 6 Ljubljana, 26.1.2005, Nad tovarno Teol v Mostah je bilo moč opaziti rumen oblak dima, po prvih podatkih naj bi ga povzročili hlapi dušikove kisline**

V Sloveniji so kemične tovarne, ki operirajo tudi z nevarnimi snovmi, posejane na različnih lokacijah - nekatere tudi v mestih in naseljih. Tako tudi tovarna TEOL v Mostah v Ljubljani. Januarja 2005 je v tej tovarni prišlo do nezgodnega dogodka, ki k sreči ni povzročil hujših poškodb ljudi. Okrog devete ure dopoldne se je nad streho tovarne pojavil rumenkast oblak kot ga prikazuje gornja slika. Odgovorni v tovarni so sporočili (vse povzeto skupaj s komentarjem po 24ur.com): "Sprožila se je eksotermna reakcija, ki je povzročila vretje tekočine v reaktorju, zaradi česa je prišlo do nekontroliranega izpusta dimnih plinov," je za 24ur.com potrdil generalni direktor Teola Danijel Šumej. Plin naj bi bil po njegovih trditvah v zaprtih prostorih nevaren, medtem ko naj bi bil po izpustu v okolje manj nevaren, kljub temu pa so okoliške prebivalce pozvali, naj ne zračijo svojih stanovanj. Dušikova kislina (HNO3) je izjemno močna strupena kislina, ki lahko povzroči hude opekline. Pri sobni temperaturi se sicer brezbarvna tekočina spremeni v plin

** podatki povzeti po POP TV internetni strani www.24ur.com


2006 VER. 1.1 Stran 125

rdeče ali rumene barve, ki je visoko vnetljiv. Kislino običajno uporabljajo kot laboratorijski reagent.

Uporabljajo jo tudi pri proizvodnji eksploziva kot sta nitroglicerin in trinitrotuelena (TNT), pri proizvodnji umetnih gnojil, v črni metalurgiji, kot reagent jo uporabljajo za ločevanje zlata in platine in je tudi ena glavnih sestavin t.i "kislega dežja", ki povzroča odmiranje gozda. Vdihovanje plinov lahko povzroči hude poškodbe pljuč, možne so tudi nevarne poškodbe očesa. Snov je tudi fetotoksična, saj pri dolgotrajni izpostavljenosti hlapom v nizkih koncentracijah povzroča poškodbe zarodkov.

Iz opisa nesreče in slike izhajanja plina lahko določimo naslednje emisijske značilnosti: • točkast vir: • ocenjeni parametri točkastega izpusta:

• na višini cca 15m od tal, • površina izpusta (ocenjeni del strehe skozi katero je dim uhajal)

15m x 15m, lahko tudi dodaten vir pri loputi desno 3m x 3m, • ocenjena temperatura izpustnih plinov (povišana sobna zaradi

eksotermne reakcije) cca 40 °C, • geografske koordinate: x=5464486, y=5102048 oziroma

y=464484.5, x=102046.2 v državnem koordinatnem sistemu D48, oziroma lat=46°3'41.94'', lon=14°32'10.21'' WGS84 (GPS)

• ker ne moremo enostavno določiti volumskega pretoka, ocenimo masni pretok kot maso M/čas izpuščanja.

• dimni dvig je vzgonski, • predvidevamo lahko nižanje dimnega dviga zaradi vpliva stavb, • HNO3 ima relativno molsko maso 63, kar je že blizu molski masi Cl2 (70),

ki je tipičen predstavnik težkih plinov, zato lahko ocenimo, da so glede na maso vzgonske lastnosti take, kot pri širjenju težkih plinov,

• vrsta snovi je torej HNO3 v plinasti obliki, • ocena količine snovi: neznana, vira za podatek sta lahko dva - emisijski

kataster nevarnih kemikalij (ARSO po SEVESO direktivi) ali pa predstavnik tovarne - vzamemo oceno za celotno količino, ki se je nahajala na mestu nesreče,

• faktor zmanjšanja smemo določiti različen od 1 le, če predstavniki tovarne podajo zanesljive in verjetne podatke (sicer je faktor konzervativno enak 1)

• trajanje izpusta - iz opazovanja cca ½ ure,


2006 VER. 1.1 Stran 126

POŽAR V INDUSTRIJSKEM OBJEKTU // POVZETO PO www.sos112.si/ VEČJE NESREČE V SLOVENJI V LETU 2000 Požar v Gorenju 3. septembra 2000 “Tega dne okoli 17.30 je zagorelo v proizvodni hali galvane v Gorenju. Hala je popolnoma zgorela skupaj s stroji in nekaterimi sestavnimi deli za gospodinjske aparate in belo tehniko. Gasilcem je uspelo prepreciti, da bi ogenj zajel tudi sosednjo, novo proizvodno halo hladilno-zamrzovalnih aparatov in obrat za izdelavo racunalniške tehnike. Med požarom se je iz gorecega obrata dvigal gost steber dima zaradi gorenja gume in transformatorskega olja. Požar je gasilo vec kot 400 zaposlenih v tovarni, gasilcev iz celjske in koroške regije; sodelovali so tudi helikopter Slovenske vojske in jamarski reševalci. Trije gasilci so se med gašenjem poškodovali. Ogenj so lokalizirali približno po dveh urah, dokoncno pogasili pa v osmih. Požar je povzrocil za vec kot štiri milijarde tolarjev gmotne škode in je tako eden najvecjih požarov v zadnjih desetletjih.” Požari v industrijskih objektih so posebna kategorija, ki je pomembna zaradi možnih zelo velikih razsežnosti in zaradi možnosti zgorevanja nevarnih in strupenih snovi, ki v tem procesu prehajajo v ozračje. Nevarne in strupene snovi tako ogrožajo gasilce, lahko pa tudi okoliško prebivalstvo kadar so količine vključenih strupenih snovi velike in vremenske razmere neugodne za redčenje snovi v atmosferi. EKSPLOZIJA S POŽAROM Kadar se požar začne z veliko eksplozijo, so razsežnosti temu primerno večje in težje obvladljive. Tipičen primer so eksplozije v rafinerijah ali v skladiščih lahko vnetljivih snovi.

Slika 7 (Slike in članek povzeto po časniku Delo, 25. marec 2005, slike AP)

Zgoraj predstavljena eksplozija, ki ji je sledil velik požar se je zgodila v rafineriji British Petroleum v Houstonu v ZDA. Eksplozija je terjala tudi življenja najmanj štirinajstih ljudi, sto pa je bilo ranjenih. Posnetek lepo kaže obseg požara, dvigovanje dima in zahtevnost samega gašenja. Reševanje delavcev, ki so bili na kraju nesreče, je zahtevno zaradi strupenih plinov in zaradi divjanja požara. Ker je dim v tem primeru izrazito temne barve, je s primerne razgledne točke dokah enostavno oceniti osnovne emisijske parametre, dimni dvig in začetno smer širjenja.


2006 VER. 1.1 Stran 127

7.5 Geografski informacijski sistemi

7.5.1 Uvod Podjetje AMES v okviru CRP projekta MOIS – Mobilni okoljski informacijski sistem potrebuje za izvedbo projekta tudi izdelavo GIS vmesnika. Ta vmesnik je v okviru tega projekta razvilo podjetje Igea. GIS vmesnik je namenjen prikazu rezultatov modeliranja širjenja onesnaženja v ozračju. Rezultati so prikazani na različnih podlagah, katerih osnovni namen je boljša orientacija uporabnika v prostoru. Rezultati so prikazani dvodimenzionalno (tlorisno). GIS vmesnik prikazuje naslednje rezultate modelirnega sistema:

• pozicije po terenu razporejenih meteoroloških merilnih postaj (RIMi - ročni inteligentni merilniki),

• sliko koncentracij oziroma razredčitvenih koeficientov, • lokacijo emisij (virov onesnaženja) • GIS vmesnik omogoča: • ročni vnos lokacije emisije s pomočjo kazalca na zemljevidu, ki že

prikazuje lokacije RIMov. • preračun koordinat z GPSa v UTM (za interne preračune razdalj znotraj

koordinatnega sistema modela za onesnaženje).

7.5.2 GIS vmesnik

GIS vmesnik vsebuje naslednja okna/menije: • okno za prikaz zemljevida in podatkov na njem, • meni z funkcijami, • okno za razlago rezultatov (napisana oziroma narisana legenda), • meni za kontrolo / potrditev / spremembo vnosa lokacije emisije, Pregled GIS podatkovnih slojev, ki bodo na razpolago uporabniku v okviru GIS vmesnika:

• PK250 (pregledna karta 1:250.000) • DTK25 (državna topografska karta 1:25000) od tega rastrski

podatki: • naselja s prometno mrežo in imena • relief plastnice • hidrografija • gozd in kulture

• DOF 5 (digitalni ortofoto 1:5000) • TTN 5 ali TTN 10 (temeljni topografski načrti) • RPE – občine (opcijsko na željo uporabnika)


2006 VER. 1.1 Stran 128

• RPE – hišne številke (opcijsko na željo uporabnika) • Stavbe • DMR (100m in 25m) • REZI – evidenca zemljepisnih imen • CLC – Corine Land Cover • Demografski podatki

GIS modul podpira sledeče funkcionalnosti :

• panelni premik zemljevida, • pogled na celotno področje • pogled na zgornjo vidljivost sloja • povečevanje, • pomanjševanje, • povratek na predhodni pogled • identifikacija atributov (za posamezeni sloj) • možnost hitre vključitve in izključitve sloja z rezultati • merjenje dolžin in površin • pregledovanja podatkov o prebivalstvu na območju modeliranja

(vsota na definiranem poligonu) • prikaz legende • prikaz merila (z možnostjo spreminjanja merila) • lociranje (prikaz koordinat sledi puščici na zemljevidu), • enostavne izrise (ob spremenjenem naboru prikazanih podatkov),

Ikone, preko katerih uporabnik dostopa do definiranih funkcionalnosti, so razporejene v dva sklopa (pogosto uporabljene in redko uporabljene funkcionalnosti). Okno za razlago rezultatov: Polje prikazuje sliko legende za prikazane podatke (vrsta prikazane količine - doze, koncentracije ali razredčitveni koeficienti - odvisno od obravnavanega problema in številske vrednosti posameznih barv). Meni za kontrolo / potrditev / spremembo vnosa emisije – lokacije vira: Polje vsebuje orodje za vnos lokacije emisije – vira - na zemljevidu - naprimer kazalec posebne oblike s katerim operater klikne na izbrano lokacijo in potem potrdi vnos lokacije, ki mu jo GIS modul predlaga glede na lokacijo klika. Če operater postopek ponovi, se lokacija spremeni. Ko operater lokacijo potrdi, se vedno tvori izhodna datoteka za OE s koordinatami emisijske lokacije. Programski modul ima več pomembnih nalog: • določitev modeliranega območja - domene in umestitev merilnih postaj, • določitev položaja vira onesnaženja, • priprava vseh geografsko vezanih podatkov, ki so podlaga za modeliranje, • prikaz rezultatov modeliranja na zemljevidu, • prikaz spremljajočih podatkov (število ogroženih ljudi, ostali rizični

objekti…).


2006 VER. 1.1 Stran 129

Lokacije postaj se sporočijo v WGS LLA koordinatah, za vse ostalo se uporablja UTM koordinatni sistem.

Postopek uporabe Vsaka operacija se obravnava kot zaključena samostojna naloga. Uporaba poteka na naslednji način:

RAZPOREDITEV POSTAJ NA TERENU

Projekt se prične z : • določitvijo naziva projekta • kratkim opisom projekta Poveljnik enote na osnovi ogleda situacije in podatkov, ki mu jih nudi vgrajeni GIS, okvirno oceni vplivno področje vira onesnaženja in razpoložljive mobilne okoljske postaje z ekipami razporedi na varno razdaljo v okolici vira. Pri tem bo poveljnik enote lahko preko GIS modula z definiranim vplivnim področjem naredil izpise na katerih bo razvidna okvirna razporeditev načrtovanih postavitev merilnih postaj, ki bodo v pomoč postavljalcem teh merilnih postaj. Lokacije naj bodo po možnosti meteorološko reprezentativne in razporejene v celotnem krogu okrog vira. Na vsaki izbrani opazovalni lokaciji ekipa postavi mobilno okoljsko postajo.


2006 VER. 1.1 Stran 130

Po priključitvi vsaka postaja avtomatsko določi svoj položaj na osnovi GPS (WGS stopinje) in avtomatsko prenese podatke v obdelovalno enoto na terenu, ki nadzoruje delovanje postaj. Postopek: Poveljnik s kliki določi vir in predvidene lokacije svojih postaj (pri tem uporabi ikone za vnos vira in postaj in odvzemanje vira in postaj). Lahko tudi vnese svoja imena za lokacije ali postaje tako, da z dvojnim klikom na spisek postaj in virov v menuju na levem oknu zahteva vnosno okno in potem vnese oznako ali labelo. Vnos potrdi s tipko apply. Lahko tudi tvori sliko podlage ali jo stiska na tiskalnik. Potem pa klikne ikono POŠLJI POSTAJE. GIS modul odda XML datoteko s koordinatami postaj obdelovalni enoti OE na direktorij: c:\ames\igea\data\xml OE XML datoteko preimenuje na svoj direktorij. OE sprejme dejanske lokacije postaj na terenu, ko je njihov položaj dokončen. OE v xml datoteko vpiše dejanske vrednosti koordinat za posamezne postaje (lambda in fi), neveljavne koordinate (xkoordinata in ykoordinata) pa odstrani iz datoteke. OE preimenuje dopolnjeno datoteko nazaj na xml direktorij. Merilo za sprejem datoteke je vedno spremenjen čas shranjevanja datoteke.


2006 VER. 1.1 Stran 131


2006 VER. 1.1 Stran 132

OKVIRNA DOLOČITEV MODELIRNEGA OBMOČJA

Ko so posamezne merilne postaje razporejene na terenu in so obdelovalni enoti javile svoj položaj, ta pa jih je posredovala nazaj GISu, uporabnik določi modelirno območje - domeno. Na GIS vmesniku se mu pokažejo lokacije mobilnih postaj, omogočeno je grobo ali podrobno pregledovanje na ustrezni karti (začenši na celotni državni karti, podrobnosti pa do orto-foto posnetkov). Z ustreznim orodjem določi pravokotno domeno (določi levo spodnjo in desno zgornjo točko pravokotnika in na osnovi potrditve je področje te domene dokončno določeno)- območje modeliranja, ki se bo uporabljajo v nadaljnjem postopku. Pravokotno domeno izbere tako, da so v njej vse mobilne postaje in vir (lahko jih je tudi več) onesnaženja. Vir naj bo približno v sredini območja. Položaj vira (ali večih virov) oceni uporabnik ročno s podporo ustreznega orodja (lokator vira).

Postopek: Poveljnik s pomočjo ikone NARIŠI DOMENO vnese rdeči pravokotnik za domeno na zemljevid. Ko se uporabnik odloči, da je njegova določitev območja in lokacij virov dokončna, s pritiskom na ikono POŠLJI DOMENO sproži prenos podatkov o domeni iz GIS v modelirni system na OE. GIS odpošlje xml datoteko dopolnjeno še za podatke o domeni v UTM koordinatah.


2006 VER. 1.1 Stran 133


2006 VER. 1.1 Stran 134

ODGOVOR AMESOVEGA MODELIRNEGA SISTEMA AMESov modelirni sistem (OE) sprejme podatke o domeni kot so specificirani v xml datoteki. Modelirni sistem ima možnost, da koordinate domene spremeni (poveča, če je naprimer pravokotnik preozek). Tako popravljene koordinate so potem dokončne in jih AMESov sistem skupaj z želeno resolucijo podatkov (ki jo prav tako modelirni sistem avtomatsko izbere glede na domeno izmed dveh možnih (100m ali 25m) pošlje nazaj v GIS. Ta odposlani podatek je dokončen za določitev domene in resolucije. Če bo uporabnik želel to naknadno spremeniti, bo moral startati nov projekt in ponoviti vse korake. Postopek: OE preimenuje xml datoteko na svoj direktorij. OE popravi, zaokroži velikost domene in vpiše glede na njeno velikost najprimernejšo resolucijo 25m ali 100m v element želenaResolucija. OE preimenuje datoteko na xml direktorij. GIS sprejme datoteko in potrdi z izpisom “Datoteka sprejeta” ter popravi izris domene na zemljevidu. GIS sedaj omogoči ikono POŽENI MODELIRANJE.

IZVOZ PODATKOV GIS V MODELIRNI SISTEM

Ko uporabnik določi domeno in so mobilne enote dokončno razporejene na terenu, in AMESov modelirni sistem vrne popravljeno domeno in želeno resolucijo, pritisku na ustrezno tipko POŽENI MODELIRANJE sledi izvoz GIS


2006 VER. 1.1 Stran 135

podatkov v modelirni sistem. Dokler niso vse prejšnje faze izvedene, pritisk na to tipko ni možen. Za domeno se izvozijo naslednji podatki:

• slika za podlago v okviru definiranega območja domene (na tej sliki se izključijo vse lokacije virov in merilnih postaj),

• podatki digitalnega modela reliefa (DMR 100 ali DMR 25, glede na izbrano želeno resolucijo),

• podatki uporabe terena (CLC – Corine Land Cover v formatu katerega uporablja GURS),

• lokacije postaj, centralne enote in virov onesnaževanja v xml datoteki. Vsi podatki (slika, dmr in uporaba terena) se izvozijo za izbrano domeno. Slika za podlago vsebuje sloje, ki jih je uporabnik imel vključene pri zadnjem pregledovanju področja, ko je pritisnil tipko za izvoz podatkov. Privzame se, da si je izbral take sloje, ki so ravno dovolj informativni za obravnavano situacijo, niso pa “prepolni z informacijo”. Na sliki niso vrisane lokacije vira in postaj. Te so prikazane le uporabniku v GIS vmesniku. Format slike je jpg. Podatki digitalnega modela reliefa se izvozijo v ”naravni” obliki in sicer v ASCII obliki (od levega spodnjega kota proti desni in navzgor) in so opremljeni z ustreznimi uvodnimi vrsticami, ki popisujejo domeno in podatke. Koordinate so identične pri dmv in prebivalstvu (podano je število prebivalcev). Rezultati so podani za naravne koordinate podatkov, ki v UTM niso zaokrožene, ker so v originalu v Gauss Krugerjevem koordinatnem sistemu. Podatki uporabe terena se izvozijo prav tako. Resolucija je v splošnem različna od resolucije digitalnega modela reliefa. Tudi ti podatki se izvozijo v “naravni” obliki in sicer v ASCII obliki (od levega spodnjega kota proti desni in navzgor) in so opremljeni z ustreznimi uvodnimi vrsticami, ki popisujejo domeno in podatke). Podatkovna baza je Corine Land cover. Uporabljajo se njeni razredi uporabe terena. Imena vseh teh izvoznih datotek in vsi ostali zahtevani podatki se prenesejo v krovni XML datoteki. Med pomembnejšimi podatki, ki se prenesejo neposredno preko XML datoteke, so lokacije virov in lokacije postaj. Vse lokacije, vključno s koordinatami domene, se prenesejo v metrih (UTM sistem). V principu se lahko vse obravnava tudi v kateremkoli drugem sistemu, le da je prenos v modelirni sistem v metrih. Cilj je, da je sistem operabilen ne le v Sloveniji, pač pa tudi kjerkoli drugje (naprimer v Afganistanu). Postopek: Poveljnik s klikom na ikono POŽENI MODELIRANJE sproži izvoz podatkov v OE. Podatki se prepišejo na direktorij zemljevidi, v xml datoteko pa se vpišejo imena datotek. OE sprejme te podatke.


2006 VER. 1.1 Stran 136

MODELIRANJE IN PRIKAZ REZULTATOV V VGRAJENEM GISU

Sledi proces modeliranja, ki se starta na prej opisano zahtevo operaterja, potem pa naprej avtomatsko poteka v izbranih intervalih na vsakih cca 10 minut do 30 minut. Pri tem se na koncu vsakega modelirnega intervala trenutni rezultati (za talni sloj) izvozijo za prikaz v GIS. Rezultati so podani v obliki png slike, ki je brez podlage (kjer ni koncentracij polutanta, je barva na sliki prozorna). Ostala področja pa so obarvana koncentraciji primerno z ustrezno barvo iz lestvice za legendo. Slika je podana v resoluciji modeliranja, razmerje stranic ustreza razmerju stranic domene. Sliko AMES ustrezno preoblikuje tako, da dobimo resolucijo, ki je primerna za prikaz naložen nad prikaz zemljevida (resolucija identična resoluciji slike za podlago, ki jo dobimo v prejšnjem koraku, seveda samo za domeno - rdeči pravokotnik). Barvam se lahko določi tudi prosojnost, ki omogoča, da se pod onesnaženim delom vidi tudi zemljevid. Omogočeno pa mora biti tudi hitro izklapljanje/vklapljanje rezultata modela nad zemljevidom, če uporabnik želi zelo podrobno pregledovati zemljevid pod onesnaženim predelom.


2006 VER. 1.1 Stran 137

Poleg je podana tudi legenda za posamezne razrede in sicer so podane meje za posamezni razred in enota ter veličina, ki se jo prikazuje (naprimer 10 - 30 mg/m3 SO2). Legenda je podana v obliki png slike vnaprej dogovorjene dimenzije. Uporabnik ima možnost prikaza rezultata preko geografske podlage, ki si jo je prej samostojno izbral.

• Na voljo je možnost zoomiranja + in -. • Na voljo je možnost hitre vključitve in izključitve sloja z rezultati. • Na voljo je možnost pregledovanja podatkov o prebivalstvu na območju

modeliranja. Postopek: OE sprejme podatke na direktoriju zemljevidi in si na svoj direktorij preimenuje xml datoteko. Datoteko dopolni z imeni za rezultate. Rezultate nato v rednih intervalih prepiše na direktorij rezultati / podatki, v xml datoteko pa vpiše predpone za legendo in rezultate in na začetku postopka enkrat xml datoteko vrne GISu. GIS sproti prikazuje rezultate nad izbrano podlago.


2006 VER. 1.1 Stran 138

PRILOGE

Slika 1: Primer CORINE land cover (Krško, razredi so preštevilčeni)


2006 VER. 1.1 Stran 139

XML SHEMA


2006 VER. 1.1 Stran 140

7.6 PRIKAZI MERITEV IN OBDELAV

7.6.1 Prijava v prikazovalni sistem Na začetnem zaslonu v brskalniku vnesemo uporabniško ime in temu imenu dodeljeno geslo. Po uspešni prijavi dobimo na zaslonu izbirne menije za prikazovanje.

7.6.2 Splošni grafi in tabele (podrobne nastavitve) Izberemo:

• Vrsto parametrov • Skupino • Sistem • Začetni in končni čas • Globino nastavitve (enostavne, podrobne nastavitve) • Kako se riše Y skala (prednastavljeno, relativno) • Ali je Y skala za sevanje logaritemska ali linearna • Tip krivulje (črta, pike, črta in pike)

Nato odkljukamo, katere postaje želimo imeti narisane in na koncu kliknemo na “rezultat”.

vnos parametrov

V primeru, da je globina nastavitve podrobna, lahko izbiramo za vsak parameter posebej:

• Kako se riše Y skala (prednastavljeno, relativno) • Ali je Y skala za sevanje logaritemska ali linearna • Tip krivulje (črta, pike, črta in pike) • Minimum in maksimum Y skale


2006 VER. 1.1 Stran 141

Spodaj lahko spremljamo spisek vsega, kar smo si izbrali. Lahko tudi resetiramo nabor izbranih parametrov, deselektiramo parametre in celovito resetiramo nastavitve. Prikaz rezultata lahko prilagajamo:

• Prikaz vseh parametrov na isti graf • Prikaz vsakega parametra na svoj graf – pokažemo vse grafe • Prikaz vsakega parametra na svoj graf – izbiramo posamične grafe

Rezultat lahko prikažemo kot graf ali kot splošno tabelo, časovni interval pa lahko poljubno premikamo.

rezultat


2006 VER. 1.1 Stran 142

7.6.3 Zakasnitev podatkov Izberemo:

• Vrsto parametrov (gama in meteo, depozicija, aerosoli) • Skupino • Sistem • Začetni in končni čas

Nato odkljukamo, za katere postaje želimo prikaz in na koncu kliknemo na “rezultat”.

vnos parametrov

Spodaj lahko spremljamo spisek vsega, kar smo si izbrali. Lahko tudi resetiramo nabor izbranih parametrov. Možno pa si je tudi shraniti nastavitve za nadaljne iskanje. Rezultat lahko prikažemo kot splošno tabelo ali graf. Prikaz rezultata kot graf pa lahko prilagajamo:

• Prikaz vseh parametrov na isti graf • Prikaz vsakega parametra na svoj graf – pokažemo vse grafe • Prikaz vsakega parametra na svoj graf – izbiramo posamične grafe


2006 VER. 1.1 Stran 143

Datum / čas meritve je prikazan na x-osi, zakasnitev posameznega paketa pa je merjena v 30 minutnih intervalih ter prikazana na y-osi. Gre za časovni diagram z nastavljivo x-osjo. Zakasnitev opisuje resnično razpoložljivost podatkov, ker prikazuje razliko med časom, ko so bile meritve opravljene in časom, ko te meritve prispejo do SNSA. Časovni interval lahko poljubno premikamo.

rezultat

rezultat


2006 VER. 1.1 Stran 144

7.6.4 Osnovno statistično poročilo Izberemo:

• Vrsto parametrov (gama in meteo, depozicija, aerosoli) • Skupino • Sistem • Začetni in končni čas


vnos parametrov

Spodaj lahko spremljamo spisek vsega, kar smo si izbrali. Lahko tudi resetiramo nabor izbranih parametrov. Možno pa si je tudi shraniti nastavitve za nadaljne iskanje. Rezultat dobimo kot tabelo, kjer se za izbran in vnešen interval izvedejo naslednje statistične obdelave:

• 24 urna povprečna vrednost • Podatki, ki so pravočasno na voljo (podatki z manj kot 30 minutno

zakasnitvijo) – številka in odstotek • Dosedanja razpoložljivost (vsi podatki, ki prispejo v center) – številka in

odstotek • Manjkajoči / napačni podatkovni paketi – številka in odstotek


2006 VER. 1.1 Stran 145

Časovni interval lahko poljubno premikamo.

rezultat

7.6.5 Roža vetrov Izberemo:

• Vrsto parametrov • Skupino • Sistem • Začetni in končni čas


vnos parametrov

Spodaj lahko spremljamo spisek vsega, kar smo si izbrali. Lahko tudi resetiramo nabor izbranih parametrov. Možno pa si je tudi shraniti nastavitve za nadaljne iskanje.


2006 VER. 1.1 Stran 146

Kor rezultat dobimo za vsako postajo posebej na levi strani prikazano radarsko sliko vetrov, na desni strani pa tabelo s podatki. Časovni interval lahko poljubno premikamo.

rezultat


2006 VER. 1.1 Stran 147

7.6.6 Brskanje po podatkih

Na začetku izbiramo, ali bomo upoštevali samo en ali dva pogoja. Nato nastavimo vrednost parametra na:

• Manjša od • Večja od • Enaka • Večja ali enaka • Različna od

V primeru, da izberemo dva pogoja, lahko podrobneje izbiramo, ali velja hkrati vrednost prvega in drugega parametra, ali pa samo enega ali drugega. Nato Izberemo:

• Vrsto parametrov • Skupino • Sistem • Začetni in končni čas


vnos parametrov


2006 VER. 1.1 Stran 148

Pri določanju časovnega intervala se nam odpre “koledar”, ki nam omogoča lažjo izbiro.

koledar

Spodaj lahko spremljamo spisek vsega, kar smo si izbrali. Lahko tudi resetiramo nabor izbranih parametrov. Možno pa si je tudi shraniti nastavitve za nadaljne iskanje. Kor rezultat dobimo poizvedbe za vsako postajo, predstavljeno v tabeli. Časovni interval lahko poljubno premikamo.

rezultat


2006 VER. 1.1 Stran 149

7.6.7 Splošno modeliranje V tem prikazu uporabnik izbere parametere modeliranja. Rezultati se nato prikažejo v obliki slik na zaslonu.

7.6.8 Emisijski model V tem prikazu uporabnik nastavi parametre emisijskega modela (podrobneje je postopek opisan v poglavju 7.4).


2006 VER. 1.1 Stran 150

8. Preizkus novih tehnologij na primeru centralne enote Obdelovalna enota, ki deluje na terenu, mora imeti možnost prenosa podatkov oziroma izdelkov (rezultatov modela) v centralno enoto, ki je locirana naprimer v generalštabu SV. Zahteve, ki smo si jih na začetku projekta zastavili za centralno enoto, so povzete v naslednjem odstavku. Centralna enota:

• izdelana na osebnem računalniku, • sproti sprejema podatke iz obdelovalnih enot na terenu, • arhivira sprejete podatke, • prikazuje rezultate analiz posameznih OE v grafični obliki z geografsko

podlago, v obliki sekvenc slik i.p.d., • alarmira uporabnike in • predlaga varnostne ukrepe.

Programsko opremo centralne enote smo realizirali na dva načina:

• enostavno pregledovanje rezultatov modeliranja s terena, • popolno spremljanje in pregledovanje dogajanja na terenu.

8.1 Enostavno pregledovanje rezultatov modeliranja s terena Ta način delovanja je primeren predvsem v situacijah, ko z enoto na terenu ni vzpostavljen visokozmogljiv komunikacijski kanal, pač pa le najbolj osnovna komunikacija (v smislu hitrosti prenosa podatkov). Poleg tega pa je ta način primeren takrat, ko v štabu nimamo podrobneje usposobljenih kadrov, ki bi uporabljali vse zmogljivosti programske opreme za modeliranje. Enostavni način pregledovanja omogoča na lokaciji centralne enote sprejem slik – rezultatov modeliranja na geografski podlagi – v realnem času po ftp (file transfer protokolu). Sprejeta sekvenca slik omogoča, da je v štabu v realnem času z minimalno zakasnitvijo (največ minute) na voljo popolna slikovna informacija.


2006 VER. 1.1 Stran 151

8.2 Popolno spremljanje in pregledovanje dogajanja na terenu V tem načinu delovanja pa podvojimo programsko opremo Obdelovalne enote še na namenskem računalniku v štabu – to je na Centralni enoti. Vse programske module Obdelovalne enote smo razvili tako, da so polno prenosljivi tudi na Centralno enoto. Obdelovalna enota v tem primeru na Centralno enoto v realnem času preko namenskega komunikacijskega programa pošilja izvorne izmerjene podatke posameznih RIMov. Centralna enota te podatke shranjuje v svojo bazo. Iz te baze pa jih potem lahko črpajo ostali moduli Centralne enote. Na ta način omogočimo ponovitev oziroma podvojitev celotnega procesa modeliranja na Centralni enoti. Ta rešitev je primerna, če v štabu razpolagamo z ustrezno usposobljenimi kadri, ki s svojo analizo situacije lahko pripomorejo k bolj učinkovitemu delovanju ekipe na terenu.


2006 VER. 1.1 Stran 152

9. Bibliografski in drugi doseženi rezultati projektne skupine v okviru projekta Predstavitev projekta skrbniku projekta dr. Zvonetu Čadežu. Poster: Poster z naslovom »Use of Lagrangean Particle model instead of Gaussian model for radioactive risk assessment in complex terrain« avtorja Marije Zlate Božnar in Primoža Mlakarja na konferenci 27th NATO/CCMS International Technical Meeting on Air Pollution Modeling and its Application, ki je bila 24-29 oktobra 2004 v Banffu v Kanadi. Članek: External gamma radiation surveillance by real-time mobile radiation monitoring system Benjamin Zorko1, M. Lipoglavšek1, P. Mlakar2, M. Božnar2 1, J. Stefan Institute, Jamova 39, SI-1000 Ljubljana, Slovenia 2, Ames, d.o. o. , Brezovica pri Ljubljani Članek opisuje naše izkušnje pri mobilnih meritvah zunanjega ionizirajočega sevanja. Te izkušnje uporabljamo pri izdelavi projekta. Je v fazi recenzije. Izobraževanje in predavanje ter poster o sorodni temi na konferenci: Tenth International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Sissi, Crete, 17-20 Oktober 2005, Poster: Artificial neural networks as a supporting tool for solving meteorological and air quality measurement /modelling problems - an application for long time series of long wave measurement correction, Predavanje: Air pollution modeling for the implementation of the IPPC directive in Slovenia Predstavitev celotnega projekta s posterjem na: 6th Annual Meeting of the European Meteorological Society, 6th European Conference on Applied Climatology, Ljubljana, Slovenia, 4 – 8 September 2006 Naslov: Mobile automatic weather and air pollution system (MWS), avtorjev P. Mlakar, M.Z. Božnar in B. Grašič

Documents

Razvoj mobilnega okoljskega informacijskega sistema (MOIS