АВТОМАТИЗАЦІЯ АВІАЦІЙНИХ ПРОГНОЗІВ ПОГОДИ ЗАСОБАМИ ІНТЕГРОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА РОЗРОБКИ EMBARCADERO RAD STUDIO XE2

У відповідності до закону України від 12.10.2010 р. № 2519-17 до пріоритетних напрямів розвитку науки і техніки на період до 2020 року входять інформаційні та комунікаційні технології [5]. Наказом Держгідромету від 28.10.2010 р. № 60 було затверджено «Вимоги до підготовки авіаційного метеорологічного персоналу», що були розроблені з метою встановлення основних принципів освіти, підготовки і кваліфікації авіаційного метеорологічного персоналу в Україні. Згідно з цим документом робота в технічних напрямках діяльності, пов’язаних із приладами, спостереженнями й вимірами, обробкою, аналізом і передачею даних, все більше стає автоматизованою, а метеорологи повинні бути знайомі з основними методами спостережень і приладами, а також спроможні користуватися комп’ютерними пристроями, програмами обробки і розповсюдження даних. В перелік загальних та спеціальних навиків аналізу та прогнозу погоди, якими повинні володіти метеорологи, входить такий навик: знати й уміти застосовувати технології використання різних виробничих автоматизованих систем, комплексів, АРМів, технології обробки, відображення та розповсюдження даних. Виходячи зі зазначеного, можна також зробити висновок, що автоматизація авіаційних прогнозів є вкрай важливим і актуальним завданням, особливо з урахуванням сучасних вимог до знань та компетентності метеоролога, що обслуговує польоти авіації.

Модернізація авіаційного метеорологічного забезпечення передбачає певні заходи з мінімізації людського фактора в ланцюзі «спостереження – обробка – прогнозування – передача – доведення до споживача фактичної та прогностичної метеорологічної інформації». У числі вітчизняних вчених визнаним фахівцем з питань автоматизації метеорологічного забезпечення польотів є С.В. Солонін, який доклав багато зусиль в цій царині. В Україні плідну роботу веде В.В. Міхайловський, який впровадив у сучасну оперативну практику видатну розробку – автоматизоване робоче місце (АРМ) синоптика [1].

Об’єктом дослідження є розрахункові методи прогнозу небезпечних явищ погоди, які дозволяють метеорологу на основі доступних фактичних (прогностичних) метеоданих визначити на найближчі декілька годин (добу) ті чи інші метеовеличини, явища погоди. Пік популярності розрахункових методів приходився на 70–90-і роки XX століття, коли відбувалося їх оформлення та впровадження в оперативну практику. При цьому розрахункові методи приймали графічну форму, що полегшувало роботу метеоролога, дозволяючи уникнути складних розрахунків за громіздкими формулами. Бурхливий розвиток мезомасштабних моделей частково витіснив розрахункові методи з ужитку, але вони до останнього часу залишаються невід’ємною частиною оперативної практики. Наприклад, у США авторські методики Міллера з прогнозування шквалів середини минулого століття [7] дотепер не втратили актуальності і наведені в діючій настанові [6] для військових метеорологів цієї країни, виданій у 1998 р., тобто навіть у передових розвинутих країнах, де інформаційні технології стрімко розвиваються, розрахункові методи користуються довірою і залишаються поважним інструментом в руках прогнозиста. На протязі останніх 20 років в метеорологічних службах ряду країн розроблялися відповідні програмні засоби для впровадження ефективних технологій прогнозування погоди (наприклад, геоінформаційна система «Метео» в Росії [2]), а перевірені часом розрахункові методи закладалися в ці програмні комплекси як окремі структурні елементи.

Яскравим прикладом вирішення задачі з автоматизації розрахункових методів прогнозів є інформаційна система «МетеоЭксперт» [4, с. 432], що набула певного поширення в державах СНД.

Переведення існуючих розрахункових методів в електронний вигляд може полегшити роботу прогнозиста, зменшуючи витрати часу при збереженні наочності. До того ж, розрахункові методи можуть доповнюватися різними поправками на місцеві умови, а їх величину встановлюватиме прогнозист. Електронна реалізація має компактний вигляд та зручний доступ. Графічні побудови виконуватимуться автоматично, що зменшує кількість помилок, які виникають за рахунок людського фактора.

Метою роботи є створення прикладної комп’ютерної програми («Електронна реалізація авіаційних прогнозів погоди»), яка реалізує інтерфейс користувача для розрахункових методів прогнозу. В якості інструменту для розробки програми використовується інтегроване середовище розробки Embarcadero C++Builder XE2, що входить до складу Embarcadero RAD Studio XE2. Для візуалізації графіків та номограм задіяні можливості бібліотеки графічних компонентів TeeChart Standard. Основним методом досягнення поставленої мети є візуальне об’єктно-орієнтоване програмування мовою C++. Вибір цих інструментів обумовлений їх надійністю та функціональністю [3], вони перевірені часом і використовувалися для створення багатьох програмних засобів оперативного метеорологічного призначення, в тому числі українського АРМ синоптика.

Програма «Електронна реалізація авіаційних прогнозів погоди» містить в собі інтерактивну бібліотеку розрахункових методів для прогнозу хмарності, туману, гроз, шквалів та обмерзання. Прогноз хмарності включає в себе прогнозування кількості хмарності (неконвективної та конвективної) та висоти нижньої межі (методи Гоголевої, Спаришкіної, Лугченко, Рубінштейна). Для прогнозу туману реалізовано методи Звєрєва, Кошеленко, для гроз – методи Вайтинга, Фауста, для шквалів – методи Решетова, Пєскова та Снітковського, для обмерзання – методи Абрамович (обмерзання в хмарах), Ягудіна (ожеледь).

Після запуску прикладної програми з’являється її основне вікно (рис. 1), яке дозволяє користувачеві вивести на екран електронну реалізацію одного з розрахункових методів прогнозу. Доступ до кожного з методів є досить простим, бо розрахункові методи графічно об’єднані в певні іменовані групи (контейнери сріблястого кольору у вигляді прямокутних рамок із заголовками) в залежності від того, що прогнозується.

В якості елементів керування використовуються кнопки, на яких написами позначено назви методів. Натискання кнопки дозволяє викликати вікно з електронною реалізацією відповідного розрахункового методу прогнозу.

Рис. 1. Основне вікно прикладної програми.

Вікно з електронною реалізацією розрахункового методу (в якості приклада на рис. 2 наведено метод Фауста для прогнозу гроз) має вигляд окремої форми, де її ліва частина містить поля (вікна редагування або так звані «випадні списки») для введення вихідних метеоданих, поля для виведення результатів проміжних розрахунків та елементи керування (кнопки), а права частина являє собою графік (для більш складних методів – сімейство графіків), де під час роботи наносяться необхідні побудови (стрілки червоного кольору). Всі необхідні розрахунки та графічні побудови виконуються автоматично після натискання кнопки «Прогноз», а сам текст прогнозу виводиться в панель червоного кольору. В межах графіка реалізована хрестовина, що прив’язана до покажчика миші й повторює всі його переміщення. Колір хрестовини дозволяється змінювати за бажанням користувача (за допомогою кнопки «Колір хрестовини»). Передбачається, що нанесені графічні побудови зберігаються на графіку після кожного натискання кнопки «Прогноз», але при необхідності видалити всі попередні графічні побудови таку можливість надає кнопка «Очистка графіка». Для всіх основних компонентів форми забезпечена поява так званих «ярличків підказок», що з’являються, коли користувач затримує курсор миші над відповідним компонентом.

Для отримання текстових прогностичних висновків (в категоричній формі) в розрахункових методах аналітичним шляхом визначається, в яку частину графіка потрапить точка, або графік використовується в якості проміжного засобу (як у методі Фауста на рис. 2) для отримання певних кількісних критеріїв. Тому кожній кривій на графіку ставиться у відповідність рівняння функціональної залежності (наприклад, у вигляді полінома).

Системні вимоги для роботи прикладної програми є наступними:

- операційна система: Windows XP, Windows Vista, Windows 7, Windows 8;

- місце на диску: 30 Мбайт вільного простору;

- роздільна здатність екрана: 1024×768 пікселів.

Рис. 2. Вікно з електронною реалізацією розрахункового методу Фауста.

На підставі проведеної роботи можна зробити наступні висновки.

1. Визначено шляхи модернізації інструментарію оперативної практики.

2. Розроблена прикладна програма задовольняє загальним вимогам до комп’ютерних навчальних програм, тому може використовуватися в якості педагогічного програмного засобу під час проведення практичних занять та навчальних практик студентів або курсантів.

Література:

1. Автоматизированная система обработки оперативной гидрометеорологической информации (ГИС ГИДРОМЕТ). АРМ синоптика. Инструкция по эксплуатации [Текст]. – К.: ГНПП «Спецавтоматика», 1999. – 25 с.

2. Акулиничева А.А., Беркович Л.В., Соломахов А.Ю., Шмелькин Ю.Л., Юсупов Ю.И. Геоинформационная система «Метео» и состояние её использования в метеослужбах России и стран ближнего зарубежья [Текст] // Метеорология и гидрология. – 2001. – № 11. – С. 90–98.

3. Архангельский А.Я. Интегрированная среда разработки C++Builder 5 [Текст]. – М.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2000. – 272 с. – (Все о C++Builder).

4. Грачев Н.Р., Дикинис А.В., Иванов М.Э., Кузьмин В.А., Смышляев С.П., Сурков А.Г. Автоматизированная информационная система «МетеоМонитор» раннего предупреждения об опасных явлениях погоды в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, использующая усвоение разнородной метеорологической информации [Текст] // Научный сервис в сети Интернет: экзафлопсное будущее: Труды Международной суперкомпьютерной конференции (19–24 сентября 2011 г., г. Новороссийск). – М.: Изд-во МГУ, 2011. – C. 432–438.

5. Про пріоритетні напрями розвитку науки і техніки [Електронний ресурс]. – Електрон. дан. – К.: Верховна Рада України. – Режим доступу: http://zakon3.rada.gov.ua/laws/show/2623-14, вільний. Назва з екрану.

6. Meteorological Techniques [Text]: Technical Note / M. Reymann, J. Piasecki, F. Hosein, S. Larabee, G. Williams, M. Jimenez, D. Chapdelaine. – Air Force Weather Agency (AFWA), Offutt AFB IL. – 15 July 1998. – 242 p. – AFWA/TN-98/002.

 7. Miller R.C. Notes On Analysis and Severe-Storm Forecasting Procedures of the Air Force Global Weather Central [Text]: Air Weather Service Techical Report 200 (Rev). – Air Weather Service (MAC), United States Air Force. – May 1972.