Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ социально-экономических параметров, технических и программных решений управления процессом оповещения населения с использованием систем отображения информации в городской среде 10
1.1. Анализ социально-экономических параметров систем отображения информации в городской среде и инженерно-психологических показателей качества визуальной информации 11
1.2. Анализ существующих технологий построения систем отображения информации 25
1.3. Анализ систем управления процессами оповещения населения с использованием систем отображения информации 36
Выводы по главе 1 40
ГЛАВА 2. Разработка математических методов и моделей для совершенствования управления процессом оповещения населения с использованием систем отображения информации 43
2.1. Структуризация социально-экономических данных в системах коллективного отображения информации 43
2.2. Разработка математической модели и алгоритма построения расписания для решения задач информирования населения 50
2.3. Разработка математической модели и алгоритма построения расписания для решения социально-экономических задач 66
Выводы по главе 2 69
ГЛАВА 3. Техническая и программная реализация аппаратно-программного комплекса системы отображения информации в задачах оповещения населения 71
3.1. Разработка функциональной схемы системы отображения информации 71
3.2. Обоснование выбора программного обеспечения для систем отображения информации 79
3.3. Программная реализация функциональных блоков системы отображения информации 91
Выводы по главе 3 105
Заключение 106
Список использованной литературы 112
Приложения 117
- Анализ существующих технологий построения систем отображения информации
- Структуризация социально-экономических данных в системах коллективного отображения информации
- Разработка математической модели и алгоритма построения расписания для решения социально-экономических задач
- Обоснование выбора программного обеспечения для систем отображения информации
Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. В настоящее время развитие всех сторон жизни общества во многом определяется процессами обработки и распространения информации, что, в свою очередь, повышает значение систем оперативной передачи и доведения информации различного назначения до населения.
В этой связи, актуальность диссертационного исследования определяется значимостью областей и направлений, где используются системы отображения информации (СОИ) и их функциональным назначением.
В городской среде это, прежде всего, следующие важные направления: предоставление населению городской, служебной, вспомогательной информации; оповещение населения с использованием систем отображения информации; информационная поддержка массовых и агитационных мероприятий, предвыборных кампаний; информационная поддержка целевых акций МВД, МЧС, ФСБ России, городских и федеральных органов. В области управления производственными процессами это передача специальных сообщений для оператора. В области образования передача учебной информации.
Мировой и российский опыт эксплуатации СОИ говорит о том, что они становятся одним из ключевых компонентов государственной, региональной и городской информационной инфраструктуры.
Кроме этого требуется постоянное совершенствование систем управления СОИ, в связи с развитием технологий и появлением у СОИ новых технических возможностей, таких как воспроизведение телевизионной трансляции; отображение сообщений в реальном масштабе времени; отображение сообщений в графическом, текстовом виде или в формате видеороликов, в том числе звуковых роликов.
Актуальность диссертационных исследований подтверждается также и тем, что информационный эффект воздействия на аудиторию при
использовании СОИ не меньше, чем воздействие таких средств массовой информации, как телевидение или радио.
Вместе с тем, как показал анализ исследований процесса информирования населения с использованием СОИ, существуют факторы, ограничивающие внедрение этих систем в сегодняшнюю практику. В их числе - отсутствие структуризации социально-экономических данных в СОИ; отсутствие полноценной системы управления СОИ; недостаточный учет всех новых возможностей СОИ на базе электронных световых экранов как средства массовой информации.
Исходя из вышеизложенного, задачи совершенствования управления процессом оповещения населения с использованием СОИ, выбора наиболее прогрессивных и современных технических решений построения СОИ, повышения качества трансляции, обеспечения непрерывного вещания через СОИ - представляются весьма актуальными.
Степень разработанности темы исследования. Необходимо отметить, что вопросы совершенствования управления потоком визуальных сообщений с использованием систем отображения информации до настоящего времени рассматривались в основном лишь в прикладном техническом или инженерно-психологических аспектах. Этим вопросам посвящены работы таких ученых как Б.Ф. Ломов, В.Ф. Венда, В.П. Зинченко, И.И. Литвак, И.Е. Соловейчик, A.M. Смоляров [7, 33, 35, 53] и других.
Не смотря на то, что данные работы сыграли значительную роль в становлении и развитии использования систем отображения информации в социальных и экономических системах, а также для решения инженерно-психологических вопросов, нельзя сказать что решены все вопросы связанные с совершенствованием управления процессом оповещения населения с использованием СОИ в современных социальных и экономических системах. Кроме этого вопросы управления визуальными сообщениями, предназначенными для массового распространения, до сих пор остаются малоисследованными. Все это обуславливает актуальность и важность исследования.
Объектом исследования являются системы коллективного отображения информации, используемые в городской среде.
Предметом исследования служит процесс оповещения населения с использованием систем отображения информации.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является совершенствование управления процессом оповещения населения с использованием СОИ.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Анализ существующих технологий построения систем отображения информации
Яркость излучения большинства светодиодов находится на уровне 1000-10000 кд/м2. Выпускаются дискретные и интегральные (многоэлементные) светодиоды. В электронных табло обычно используются дискретные светодиоды, а в простых системах отображения (цифровые табло) используются интегральные.
Пиксель (цветовая точка) в светодиодных световых панно/табло представляется определенным набором сочетаний RGB светодиодов. Например, в модели K.FOB-30 это сочетание выглядит: 4R-16G-2B. Расстояние между пикселями в этой модели - 37.5 мм, а размер самого пикселя - 30 мм.
В мире насчитываются десятки производителей светодиодных электронных световых панно/табло. Для примера, остановимся более подробно на разработках в области электронных световых панно/табло на основе LED технологии, проводимых компанией CCDL (Central China Display Laboratories, LTD). CCDL использует самые последние достижения LED технологии при проектировании электронных световых панно/табло, которые могут передавать сообщения и показывать видео, сложную графику и мультипликацию. К таким технологиям можно, например, отнести следующие: использование компьютеризированной системы, обеспечивающей однородную интенсивность цветов LED модуля в пределах светового табло; - использование VLSIS схем собственной разработки, увеличивающих продолжительности жизни LED; - совершенствование систем охлаждения для LED табло, устанавливаемых в различных климатических условиях. Продолжительность жизни LED. Ранние версии LEDS, появившиеся приблизительно 20 лет назад, были дорогими и тусклыми, но их компактный размер, очень низкое потребление энергии, способность противостоять вибрации и большой срок эксплуатации сделали их чрезвычайно популярными в качестве индикаторов на всех видах оборудования. Увеличение интенсивности света и сокращение стоимости привели к расширению области применения LED. С появлением синего LED стало возможным создания полноцветного LED табло. Компания Nichia была в центре деятельности этих исследований и обладает большим опытом и возможностями проведения испытаний по определению качества светодиодов (LED). Экспериментируя с синим LED Nichia доказала, что при уменьшении тока увеличивается продолжительности жизни LED. Другими словами, подавая на синий LED ток 10 тА, их "жизнь" увеличивается на половину и соответствует такому же показателю зеленого LED. Поэтому, управляя током, пропускающим через LED, консервативно можно оценить среднюю продолжительность "жизни" LED в 200 000 часов. Количество тока, проходящего через LED - только один из нескольких факторов, которые определяют продолжительность жизни LED. Хотя электронное световое табло может работать 24 часа в сутки, индивидуальный пиксель (цветовая точка) постоянно переключается в режимы «включён» и «выключен», тем самым, увеличивая среднюю продолжительность жизни LED. Так как световое табло может использоваться в ночном режиме менее ярко чем дневном, то через LED проходит меньший ток, что приводит к увеличению продолжительности их "жизни". В каждом пикселе несколько LED и не каждый цвет использует полностью зажженные все LED. Это также увеличивает продолжительность "жизни" LED в световых панно/табло. Воздух и пыль оставляют грязь на поверхности LED - это уменьшает их яркость. В отличие от воздуха пыль, которая присутствует в загрязнённом световом панно/табло, в значительно большей степени отрицательно влияет на LED, так как приводит к окислению, ржавчине на электронных и металлизированных частях экрана. Основываясь на этих факторах средняя продолжительность жизни LED, по оценке CCDL. равна половине от 200 000 часов и составляет в среднем 100 000 часов непрерывной работы. Система охлаждения. Так как LEDS - полупроводники, то они чувствительны к высокой температуре. При высоких температурах сила тока для каждого LED должна быть уменьшена, чтобы избежать его выхода из строя. При понижении тока, подаваемого на LED в связи с повышением температуры, происходит рассогласование яркости и цвета светового табло. Nichia s LED выдерживает ток максимум 30 тА при 25С. Если температура увеличивается, то ток, подаваемый на LED должен регулироваться, что уменьшает яркость LED. И наоборот, если окружающая температура более низкая (но не ниже -10С), то яркость LEDS будет расти. Таким образом, температура внутри светового табло должна поддерживаться на уровне 25С, чтобы обеспечить наибольшую яркость и максимизировать продолжительность жизни LED. Необходимо учитывать, что температура окружающей среды LED не соответствует температуре воздуха вне светового табло. Все типы электронных световых панно/табло изготавливаются с черными внешними поверхностями, чтобы обеспечить максимальный контраст изображения. Этот черный фон поглощает большее количество теплоты, чем поверхности других цветов. Если температура окружающего воздуха - между 20С и 25С, то температура внутри светового табло может быть вдвое выше.
Для чувствительных к высокой температуре LED требуется, чтобы система охлаждения светового табло гарантировала температуру внутри табло, соответствующую максимальной яркости и продолжительности "жизни" светонесущей поверхности. Так, например, яркость светового табло CCDL после пяти лет эксплуатации не превышает 50 % от первоначальной яркости.
Структуризация социально-экономических данных в системах коллективного отображения информации
Ни одна из существующих на данный момент систем управления СОИ, поставляемых из-за рубежа, не может с полным правом называться системой управления СОИ. В большинстве случаях это вариант системы управления режисерских или монтажных студий применяемых на радио и ТВ. Обычно данные системы ни как не адаптированны к задачам СОИ. Эти технологии ориентированы, прежде всего, на построение программ оператором без строгих правил трансляции и небольшого объема: есть блок передач и набор рекламных роликов с продолжительностью показа до 20-30 секунд, которые выполняют роль заполнителей (скажем, ежечасно не более 10-15 минут). При составлении таких коротких программ не возникает сложностей.
Однако при применении такой технологии на электронных панно возникли проблемы. Особенно большие проблемы возникают, если СОИ используется для освещения социально-оперативной информации, дорожных и рекламных задач. Т.е., когда есть полсотни и более роликов, информационных блоков как социальных, рекламных, политических, так и государственных (дорожная и оперативная информация), и каждый такой информационный блок со своими требованиями и с разными приоритетами, условиями трансляции и оплаты.
Существующие системы управления зарубежного производства гарантировать выполнение таких условий не в состоянии. Например, может быть предусмотрено определенное количество выходов ролика в час, но при этом не обеспечиваться равномерность их выхода и т.п..
Если расписание выхода роликов составляется вручную, а не с помощью специального программного обеспечения, учитывающего специфику задач СОИ, то сказывается человеческий фактор: можно просто забыть вставить тот или иной ролик или перепутать даты их выхода.
Именно поэтому вопрос совершенствования управления процессом оповещения населения с использованием систем отображения информации имеет большое практическое значение. 1. На основе анализа социально-экономических параметров систем отображения информации в городской среде и инженерно-психологических показателей качества визуальной информации автором были выявлены следующие социально-экономические параметры, факторы и требования к размещению СОИ в городской среде, влияющие на эффективность воздействия информации и оперативных сообщений на население: - для того чтобы аудитория каждого из СОИ превышала 100 000 контактов в день, необходимо правильно выбрать место установки СОИ. Для этого, как показали социологические исследования, в местах установки требуется наличие пересечения основных транспортных потоков с высокой плотностью движения автомобилей и общественного транспорта, а также большое количество пешеходов; - для того чтобы большинство представителей аудитории СОИ состояла из социально активных групп населения, необходимо чтобы СОИ были преимущественно установлены в центрах деловой активности городов; - что бы обеспечить гарантируемое длительное время контакта с информационными сообщениями необходимо обеспечить соотношение линейных размеров СОИ месту их установки. Преимущества в этом случае имеют СОИ с большим размером изображения (от 10-112 м2) и установленные в местах, обеспечивающих дальность эффективного контакта до 700 м; - как показал анализ проведенных инженерно-психологических исследований, СОИ могут аккумулировать на себя внимание 88-96% аудитории, находящейся в зоне эффективного контакта с ними. рекламы, находящейся в оживленных местах городов, где установлены СОИ, составляет 4-12%; - важным инженерно-психологическим фактором, влияющим на полноту оповещения населения, является то, что визуальная информация, показываемая на СОИ, заполняет «потерянное» в ожидании (в пути) время яркими, динамичными образами, справочной информацией, обеспечивая при этом внимательное и позитивное психологическое восприятие. Из общего числа опрошенных людей от 82 до 91% относятся к СОИ и сообщениям на нем положительно или нейтрально. Сами респонденты назвали следующие основные преимущества сообщений и информации на СОИ: привлекает внимание; не раздражает; оригинальная, украшает город; лучше запоминается. 2. На основе обобщения результатов работ, посвященных анализу социально-психологических параметров СОИ и с учетом особенностей существующих технологий построения электронных световых панно, определены перспективные системы для оповещения населения с использованием различных типов СОИ: - для городской среды рекомендуются использовать СОИ с размером изображения более 2 м высотой и 3 м шириной на основе светодиодных технологий; - для закрытых небольших общественных помещений (залы до 10 человек) рекомендуется использовать СОИ с размером изображения от 40 до 83 дюймов (1.20 м) по диагонали на основе плазменных технологий; - для закрытых ограниченных пространств (залов или переходов до 50 человек) рекомендуется использовать СОИ с размером изображения от 83 до 200 дюймов (до 3 м) по диагонали на основе проекционных и обратно проекционных технологий. 3. На основе анализа инженерно-психологических показателей качества визуальной информации и вопросов конструирования воспроизводящих систем, определены ключевые характеристики, определяющие качество изображения на электронном табло, следующие: разрешение в пикселях на кв. м; яркость изображения; угол оптимальной видимости; цветность; соотношение контрастности; расстояние видимости изображения. 4. На основе анализа систем управления процессом оповещения населения определены факторы ограничивающие внедрение СОИ в сегодняшнюю практику - отсутствие структуризации социально-экономических данных в СОИ; отсутствие полноценной системы управления СОИ; недостаточный учет всех новых возможностей СОИ на базе электронных световых экранов. 5. На основе анализа существующих технологий производства электронных световых панно и учитывая социально-экономические факторы можно сформулировать следующие основные принципы и требования построения СОИ: правильный выбор места установки СОИ с целью обеспечения максимально возможной аудитории.
Разработка математической модели и алгоритма построения расписания для решения социально-экономических задач
В подсистеме 5 происходит ввод, создание, обработка, монтаж демонстобратноуемых роликов, программ, информации, после чего подготовленные блоки трансляции, ролики, информационные блоки поступают в блок 6 сопряжения.
Блок 14, принимает сигналы, поступающие с подсистемы 5, например, графические, цифровые, видео телевизионные сигналы и т.п., и преобразует их в виды, приемлемые для подсистемы 3.
Далее сигналы обрабатываются блоком 15, группируются в порядке, определяемом в соответствии с выходом блока 10. После этого они поступают на блок 16, который осуществляет непосредственную передачу сигналов уже в заданном подсистемой 4 порядке на подсистему воспроизведения 3.
Например, в удалённом режиме с использованием различных транспортных протоколов за счет радио, радиорелейного, спутникового, кабельного, телефонного или оптоволоконного соединения поступают на блок 17, где они принимаются, преобразуются в вид, приемлемый для подсистемы 18 (электронное табло).
Подсистема 18 выводит графические, цифровые и видео, телевизионные сигналы, с помощью, например, светодиодных, плазменных, проекционных и т.п. блоков. Контроль характеристик в процессе реальной работы различных блоков, а также контроль выхода транслируемых программ и роликов, рабочих (например, текущих) параметров различных блоков и систем осуществляется блоком 19. Сигналы с блока 19 поступают в подсистему 4 в блок 13.
Подсистема 4 осуществляет управление трансляцией с учётом выходных данных с блока 19, составляет расписание выходов блоков трансляции и обеспечивает согласование, контроль, коррекцию, гибкость и оптимизацию.
Составление расписания происходит следующим образом. В блоке 7 происходит определение параметров расписания экрана: устанавливается интервал, в течение которого будет осуществляться трансляция на экран, устанавливается дата расписания, задается первый день недели.
Блок 8 производит необходимую выборку по границам дат роликов, временных блоков и заполнителей из БД в соответствии с установленным в блоке 7 днем, на который составляется расписание.
В блоке 12 осуществляется ввод и формирование атрибутов роликов и заданий на трансляцию, которые содержат требования заказчиков такие, как периодичность выхода ролика, приоритет, принадлежность к группам scatter или joint.
С блока 8 данные поступают в блок 9, где, собственно, и осуществляется формирование расписания. Процедура А1 на основании данных блоков 8 и 12 анализирует атрибуты «набор дат» и «временной интервал», отбирает нужные ролики, устанавливает интервалы расписания и распределяет отобранные ролики по интервалам расписания.
В процедуре А2 в рамках каждого интервала расписания реализуются алгоритмы метода строгих приоритетов в случае потока заявок небольшой интенсивности и алгоритмы метода сравнения с эталоном, если поток заявок превышает несколько десятков, которые выбираются из блока 11. В итоге ролики оказываются выстроенные на интервалах в соответствии с приоритетами и с учетом частоты их выходов.
Процедура A3 анализирует последовательности роликов каждого интервала и упорядочивает их по параметру принадлежности к группам антагонистов (scatter) и друзей (joint).
В блоке 13, куда из блока 9 поступают расписания каждого интервала, производится их окончательный анализ на согласованность с требованиями заказчиков. Кроме того, здесь же происходит регистрация нештатных (необходимость трансляции срочного внеочередного ролика) или аварийных ситуаций в СОИ (информация из блока 19), статистическая обработка. В зависимости от результатов анализа в случае найденных нарушений требований заказчиков или возникновения сбойных ситуаций в СОИ производится согласованная дополнительная корректировка в блоке 6, после чего процесс повторяется, пока не будут достигнуты значения параметров, заданные блоком 12.
Далее расписания каждого интервала поступают в блок 10, где из них формируется единое расписание экрана на заданный день. После этого общее сформированное расписание экрана в виде упорядоченного списка имен роликов поступает в подсистему сопряжения для дальнейшей обработки. Техническая реализация системы отображения информации нового поколения (ее аппаратно-программные комплексы (АПК), аппаратура системы воспроизведения изображения (электронные световые табло), телекоммуникации, центр управления системой) представлены на схеме базовых объектов системы рис. 3.2.2. Управляющий компьютер сетка вещания, инфлормация для вешания; команды управления; Датчики Данные об исполнении сетки; состояние процессов; состояние системы. В Главе 1 отмечалось, что для эффективного решения задач управления СОИ, вопрос выбора операционной системы управляющего компьютера СУ представляется весьма актуальным и выбор необходимо производить из UNIX-подобных систем. С этой точки зрения ОС реального времени QNX представляется наиболее подходящим решением. ОС QNX относится к разряду UNIX - подобных ОС. В ней присутствует практически весь набор стандартных утилит и сохраняется большая часть семантики UNIX. В состав ОС QNX входят X Window и TCP/IP. Пользовательские приложения для UNIX или GNU/Free приложения переносимы в QNX. Такие приложения как Apache и Mosaic хорошо демонстобратноуют степень совместимости API. Однако, QNX это не версия UNIX. Она была разработана с нуля и построена на совершенно других архитектурных принципах, но с учетом группы стандартов POSIX, которые возникли в результате обобщения существующей практики в различных версиях системы Unix. Разработка ведется канадской фирмой QNX Software Systems Limited (далее - QSSL). QNX была первой ОС, построенной на принципах микроядра и обмена сообщениями. Система реализована в виде совокупности независимых (но взаимодействующих через обмен сообщениями) процессов различного уровня (менеджеры и драйверы), каждый из которых реализует определенный вид сервиса.
Обоснование выбора программного обеспечения для систем отображения информации
Расписание состоит из роликов и заданий на их трансляцию (для свободного расписания) или временных блоков (для расписания временных блоков). Анализируя эти задания за некоторый промежуток времени, можно получить представление об эффективности использования времени в этом расписании. При этом анализе, естественно, не учитываются перебивки и заполнители. Анализ ведется либо в разрезе совокупности дней (обобщается информация об использовании времени в каждом из дней промежутка), либо в разрезе одного дня (информация об использовании времени в каждом часе дня). На основании подобного рода данных о наличии свободного времени могут приниматься решения, например, о включении в свободное расписание новых заданий на трансляцию.
Для отображения информации о наличии свободного времени в расписании служат окна, представленные на рисунках 3.5.15 и 3.5.16. Информация предоставляется либо для некоторого интервала дат (рис. 3.5.15), при этом границы интервала задаются в полях ввода дат в верхней части окна, либо по каждому из дней этого интервала (рис. 3.5.16). Кроме того, можно задать интервал внутри суток, по которым предоставляется информация.
Границы интервала дат и времени вступают в действие после нажатия кнопки "Применить фильтр" (Apply filter). Кнопка "Задать по умолчанию" (Set as default) позволяет сохранить границы времени суток с тем, чтобы они использовались при следующем вызове окна. Отображаться может либо свободное время, либо использованное в зависимости от того, какой флаг включен "Показать свободное время" (Show free time) или "Показать использованное время" (Show used time).
Анализ времени за весь интервал предоставляет информацию на каждый день периода. По горизонтали откладываются дни, по вертикали -часы. Если не задано, для каких часов проводить анализ, то он проводится для полных суток (от 0 до 24 часов). Чем выше столбик, отвечающий какому-либо дню, тем больше в этот день свободного времени в расписании (если включен флаг "Показать свободное время", если же включен флаг "Показать использованное время", то, чем выше столбик, тем меньше свободного времени).
Правый щелчок мышью на диаграмме показывает точное количество свободного или использованного времени в соответствующий день. Двойной щелчок мышью на столбике, отвечающем какому-либо дню, переключает на Анализ времени за сутки предоставляет информацию на каждый час этих суток (или на каждый час из заданного интервала). По горизонтали откладываются часы, по вертикали - минуты. Чем выше столбик, отвечающий какому-либо часу, тем больше в этот час свободного времени в расписании (если включен флаг "Показать свободное время", если же включен флаг "Показать использованное время", то, чем выше столбик, тем меньше свободного времени).
Правый щелчок мышью на диаграмме показывает точное количество свободного или использованного времени в соответствующем часе. Непосредственно над диаграммой расположено поле ввода даты, в котором указывается, на какую дату (в пределах заданного периода) отображать информацию. Если включен параметр "Показать минимальные и максимальные значения", то кроме информации для текущего дня отображается максимальное и минимальное значения для каждого часа за весь период дат. Кнопка "Показать расписание" (Show schedule) вызывает окно свободного расписания или окно расписания временных блоков (в зависимости от типа текущего расписания). Кнопка "Пробное задание" (Try job) вызывает окно пробного задания (кнопка активирована только в случае свободного расписания). Кнопка "Легенда" вызывает окно легенды диаграммы, в котором можно настроить цвета, отвечающие тому или иному элементу диаграммы. Кнопка "Печать" позволяет распечатать текущую диаграмму. Это окно вызывается из окна списка расписаний при нажатии кнопки "Анализ времени", из окна свободного расписания или из окна расписания временных блоков. 1. Разработана функциональная схема, реализующая, предложенные и обоснованные в ходе диссертационных исследований принципы построения технической реализации систем отображения информации нового поколения, в задачах оповещения населения. Определен состав систем отображения информации, описаны алгоритмы ее работы. Предложенное техническое решение защищенно Патентами РФ - «Сеть информационно рекламных систем». Патент № 2119268 на изобретение, приоритет от 30 декабря 1996 г. Зарегистобратноован в реестре изобретений 20 сентября 1998 г.; «Информационно рекламная система». Патент № 2124235 на изобретение, приоритет от 30 декабря 1996 г. Зарегистобратноован в реестре изобретений 27 декабря 1998 г. 2. Сформулированы требования и приведено обоснование выбора ОС UNIX (QNX) в качестве операционной системы, для управленя процессами оповещения населения с использованием системам коллективного отображения информации. Использование ОС UNIX (QNX) дало возможность организовать работу по доведению сообщений до населения с использованием систем отображения информации в режиме реального времени.
