Содержание к диссертации
Введение
Глава I. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ 16
1.1. Общие требования к программному обеспечению для создаваемых диалоговых систем 16
1.2. Отличительные черты сканирующих автоматов типа АЭЛТ-I и их использование для автоматизации обработки кинопленок с полетной графической информацией 20
1.3. Особенности сканирующего автомата АЭЛТ-2/160 и его применение для обработки стереоснимков событий с установки МИС ОИЯИ 28
1.4. Структура специального математического обеспечения управляющей ЭВМ сканирующего автомата, построенная для решения целевых задач обработки 35
1.5. Задача сокращения сроков создания программного обеспечения диалоговой системы, основанной на аппаратуре, впервые вводимой в эксплуатацию для массовой обработки 40
1.6. Выводы 45
Глава 2. ВОПРОСЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ
ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ 47
2.1. title2 Основной круг вопросов, исследованный при разработке программных средств для создаваемых диалоговых систем 47 2.2. Управление переменными параметрами 49 2.3. Проблемы оперативного управления сканированием 56 2.4. Выделение частных особенностей фотоснимков и решение на этой основе проблемы автоматизации распознавания полезной информации 64 2.5. Некоторые вопросы организации диалога человек-ЭВМ 75 2.6. Особенности построения управляющих подпрограмм-диспетчеров 82 2.7. Выводы 91 Глава 3. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ МАССОВОЙ ОБРАБОТКИ КИНОПЛЕНОК С ПОЛЕТНОЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ 94 3.1. Основные цели разработки e 94
3.2. Процесс автоматизированной обработки кинопленок и его программная реализация 96
3.3. Физическая обработка полетных данных НО
3.4. Развитие программного обеспечения диалогового комплекса автоматизированной массовой обработки кинопленок на второй фазе разработки
3.5. Основные показатели автоматизированной массовой обработки и результаты использования диалогового комплекса 126
3.6. Выводы 151
Глава 4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИАЛОГОВОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ АЭЛТ-2/160 ДЛЯ МАССОВОЙ ОБРАБОТКИ СТЕРЕОСНИМКОВ С МАГНИТНОГО ИСКРОВОГО СПЕКТРОМЕТРА ОИЯИ 133
4.1. Цель разработки 133
4.2. Процесс обработки стереоснимков 136
4.3. О некоторых особенностях программного обеспечения 143
4.4. Точность, эффективность и производительность обработки и результаты использования диалоговой измерительной системы АЭЛТ-2/160 (МИС) . 149
4.5. Выводы 152
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 156
ЛИТЕРАТУРА 160
Благодарности 173
Приложение 174
- Общие требования к программному обеспечению для создаваемых диалоговых систем
- 47 2.2. Управление переменными параметрами 49 2.3. Проблемы оперативного управления сканированием 56 2.4. Выделение частных особенностей фотоснимков и решение на этой основе проблемы автоматизации распознавания полезной информации 64 2.5. Некоторые вопросы организации диалога человек-ЭВМ 75 2.6. Особенности построения управляющих подпрограмм-диспетчеров 82 2.7. Выводы 91 Глава 3. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ МАССОВОЙ ОБРАБОТКИ КИНОПЛЕНОК С ПОЛЕТНОЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ 94 3.1.
- Цель разработки
Введение к работе
Последние три десятилетия отмечены развитием и широким использованием фотографического метода регистрации результатов научно-исследовательских экспериментов. Особенно широко фотографический метод регистрации используется в ядерно-физических исследованиях, для которых построены разнообразные установки, фиксирующие с высокой точностью и большим пространственным разрешением ядерные взаимодействия на десятках и сотнях тысяч стереофотоснимков. Обработка фотоизображений представляет собой сложный технологический процесс, совмещающий требования достижения высокой точности, производительности и эффективности обработки. В ядерной физике созданы и эксплуатируются системы, использующие разнообразные методы и оборудование для достижения современных требований обработки информации. Особое место отведено автоматическим и автоматизированным системам, широко использующим специально создаваемое оборудование для съема информации со снимков, вычислительную технику, универсальное и специальное математическое обеспечение (МО).
Весь процесс обработки фотоизображений событий в ядерной физике обычно разбивается на несколько относительно независимых этапов'-'" ': просмотр и отбор подлежащих обработке фильмов; высокоточное измерение и распознавание траекторий частиц на снимках; фильтрация и коррекция данных; геометрическая реконструкция событий; кинематический и физический анализ результатов обработки.
Для обработки данных на этапе геометрической реконструкции событий обычно требуется не более 5-25 измеренных точек, равномерно расположенных на каждом следе частицы на стереопроекции. Это более или менее устойчивые требования почти для всех камерных экспериментов'5, Л Для двух последних этапов обработки данных достигнуты значительные успехи, обусловленные использованием больших универсальных ЭВМ и возможностью применения развитого аппарата вычислительной математики. Созданы специальные мобильные комплексы программ, написанные на универсальных языках программирования, что дает возможность различным центрам по обработке ядерно-физической информации обмениваться не только алгоритмами, но и самими программами.
Наиболее узким местом в процессе обработки событий является обмер фотоснимков, так как это связано с необходимостью применения уникальной измерительной аппаратуры. Характерной чертой установок является наличие в их составе универсальной ЭВМ, предназначенной для управления измерительной аппаратурой, а в некоторых системах и для предварительной обработки данных обмера. Как правило, для разных измерительных установок используются различные по возможностям управляющие ЭВМ. Отсутствие стандартной серийно выпускаемой аппаратуры, удовлетворяющей всем современным требованиям обработки, привело к появлению большого числа разнотипных установок и систем, реализующих большое многообразие способов обмера и методов обработки информации но фотоснимках. До настоящего времени организация обмера фотоснимков носит поисковый исследовательский характер. Все это приводит к необходимости для каждой системы обработки осуществлять предварительные исследования используемой техники, разрабатывать но- вые методы и сам процесс обработки фильмов, создавать уникальное программное обеспечение для управления работой измерительной установки' 12-17,32,87/^
Наибольший успех в организации высокоэффективной обработки фильмовой информации был достигнут в системах, основанных на сканирующих автоматах с управляемой от ЭВМ электронно-лучевой трубкой ЭЛТ для развертки светового пятна ( PEPR, POLLY, ERASME, АЭЛТ-I, АЭЛТ-2/160, МЭЛАС и дрУ7"13/). Как правило, в таких системах обеспечивается возможность обмерять не весь снимок, а отдельные содержащие полезную информацию участки, возможность многократного возвращения к ранее обработанным участкам снимка для перемера, обращаясь со снимком как с памятью; возможность менять условия сканирования, например, менять уровень дискриминации выходных сигналов, направление сканирования и др., а в особо сложных случаях прерывать автоматическую обработку и обращаться за помощью к оператору. Для организации подобного управления требуется достаточно развитое математическое обеспечение, включающее и программы распознавания полезной информации'1^-16'.
В системах, использующих только автоматический режим работы, очень высоки требования к качеству фильмов и программы распознавания часто не в состоянии справиться с возникающими при обработке трудностями, поэтому эффективность таких систем остается на недостаточно высоком уровне' '. Использование в процессе обработки человека оператора, например, как при работе на просмотрово-измерительных установках' ', позволяет упростить математическое обеспечение, так как в сложных ситуациях решения о дальнейшем ходе обработки принимает оператор. Быстрая автома- тичесная обработка простых ситуаций объединяется с быстротой ориентации человека в сложных снимках. Включение в процесс обработки активных действий оператора позволяет практически исключить домеры непрошедших обработку событий, существенно повысить эффективность обработки при сохранении высокой точности измерений.
Самой мощной из зарубежных систем на ЭЛТ для обмера фотоснимков камерных экспериментов является система "erasme" , разработанная и запущенная в 1973 году в эксплуатацию в Западноевропейском центре ядерных исследований (ЦЁРН, Швейцария)' '. Система предназначена для измерений и обработки наиболее сложных снимков ядерной физики, получаемых на больших пузырьковых камерах. Точность прецизионных измерений 1,5-2 мкм. В обработке снимков может принимать активное участие оператор. Система состоит из нескольких сканирующих измеряющих установок, объединенных в комплексе с базовой ЭВМ pdp-10 . Каждая установка находится под управлением своей собственной ЭВМ PDP-11 , через которую производится общение с базовой ЭВМ. Наличие в системе сети ЭВМ, основанной на базовой ЭВМ PDP-io и управляющих PDP-11 каждой отдельной установки, позволило создать развитое математическое обеспечение системы'1"3'. Для каждой отдельной установки, в памяти базовой ЭВМ, может быть сгенерирован пакет программ, предназначенный для полной обработки выбранного события. Математическое обеспечение системы имеет модульную структуру» Программы написаны на языках программирования ассемблере и фортране. Важным является тот факт, что имеющиеся вычислительные ресурсы системы обеспечивают возможность при необходимости производить в режиме реального времени геометрическую реконст- рукцию обмеренного события. Это позволило существенно повысить эффективность обработки за счет частичного или полного оперативного перемера фотоснимков события при обнаружении ошибок.
Первым отечественным прибором, основанным на использовании ЭЛТ, является сканирующий автомат, созданный в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна, 1964-1967 гг)/*Л
С 1973 года на этом автомате (АЭЛТ-I) была начата систематическая обработка снимков с широкозазорной искровой камеры, и при этом за счет использования активных действий человека-оператора была достигнута высокая эффективность обработки. Так, в 1973 году было обмерено свыше 30 тыс. событий с эффективностью 90*95у* '. По результатам обработки 250 тыс. событий были получены новые физические результаты.
Простота конструкции и реализованных методов измерений, успех в создании сотрудниками ОИЙИ действующей диалоговой системы для массовой обработки фильмов стимулировали исследования по использованию автомата АЭЛТ-1' ', созданного для обработки информации ядерной физики, в прикладных областях, в частности, в авиации для обработки полетной информации. С 1975 года в Центральном аэро-гидродинамическом институте (ЦАГИ, г. Москва) начались работы по созданию подобного сканирующего автомата АЭЛТ-1М/30Л
В связи с этим возникла актуальная задача разработки и реализации программного обеспечения для диалогового комплекса массовой автоматизированной обработки кинопленок с полетной графической информацией самолетов гражданской авиации на основе использования сканирующего автомата типа АЭЛТ-1. При этом в процессе разработки имелась возможность использовать сканирующую технику, опыт массовой обработки ядерно-физической информации и сами программы управления измерениями и распознавания фильмовой информации на АЭЛТ-1, созданные сотрудниками ОИЯИ'16'. Это позволило существенно сократить общие затраты на создание действующего диалогового комплекса.
В 1975-1976 годах в ОИЯИ создан обладающий уникальными техническими характеристиками сканирующий автомат ІШТ-2/І60' '. Работой автомата управляет электронно-вычислительная управляющая система (ЭВУС), построенная на базе процессора ЭВМ БЭСМ-4 ' '. Для сложной оперативной обработки результатов измерений используется мощная ЭВМ CDC-6500 , связанная с ІШТ-2/І60 каналом связи'20'. Важной особенностью автомата является наличие развитого набора средств диалога человека с ЭВМ. Автомат АЭЛТ-^2/160 имеет большое рабочее поле, равное 70x140 мм2, разрешающую способность 18 мкм и точность измерений 1,7 мкм' '.
В связи с завершением создания АЭЛТ-2/160 возникла актуальная научно-техническая задача разработки программных средств для проведения исследований сканирующего автомата и на основе этих исследований создания программного обеспечения диалоговой измерительной системы, использующей впервые вводимую в эксплуатацию уникальную аппаратуру для массовой автоматизированной обработки достаточно сложных рабочих фотоизображений. Последнее осуществлялось решением относительно простой по реализации задачи измерений стереоснимков ядерно-физического эксперимента на магнитном искровом спектрометре ОИЯИ'22' (установка МИС). При этом необходимо было обеспечить точность, производительность и эффективность обработки на уровне лучших систем обработки снимков ядерно-физической информации'^,9'8Л - II -
Хотя ЭВУС АЭЛТ-2/160 построена на базе процессора ЭВМ второго поколения, создание математического обеспечения не теряет своей актуальности и перспективности, так как в настоящее время в ОИЯИ проводится перевод управляющей системы автомата на новейшую элементную базу с полным сохранением используемой системы команд. Это обеспечит длительный срок эксплуатации диалоговой системы, созданного математического обеспечения.
Цель диссертационной работы: разработка и практическая реализация в сжатые сроки работоспособного программного обеспечения для диалоговых систем, основанных на сканирующем автомате с электронно-лучевой трубкой (АЭЛТ-IM, АЭЛТ-2/160), созданных и впервые введенных в эксплуатацию для массовой обработки фильмовой информации; разработка алгоритмов, создание программных средств и ввод в сжатые сроки в эксплуатацию программного обеспечения для диалогового комплекса массовой автоматизированной обработки кинопленок с полетной графической информацией разных типов самолетов гражданской авиации; разработка в сжаты^_сроки алгоритмов и соответствующих программ для обеспечения исследований сложной обладающей уникальными характеристиками аппаратуры сканирующего автомата АЭЛТ-2/160 в условиях практической массовой обработки стерео-снимков событий одного эксперимента, проведенного на установке МИС оияи.
В соответствии с целями диссертационной работы требовалось решить следующие основные задачи: - выделение общих этапов и определение схемы процесса обра ботки фильмов рассматриваемой физической задачи; разработка структуры программного обеспечения и определение общих методов и принципов реализации; определение методов сокращения времени создания программного обеспечения и сроков начала массовой обработки; исследование и реализация необходимого набора программных средств, обеспечивающих высокоэффективную массовую обработку, в том числе и в режиме диалога; разработка алгоритмов и реализация методов первичной обработки измеренных данных, их физического и статистического анализа применительно к полетной графической информации; - создание программ, обеспечивающих эффектшшую работу с данными, в том числе при двухсторонней связи с мощной ЭВМ коллективного пользования; разработка методов и реализация оперативного контроля данных и защиты от ошибок и сбоев; ввод созданного программного обеспечения в эксплуатацию, обеспечение высоких эксплуатационных показателей обработки.
Благодаря решению автором поставленных задач создано программное обеспечение диалоговых систем и осуществляется массовая автоматизированная обработка кинопленок с полетной графической информацией и стереоснимков одного эксперимента, проведенного на установке МИС ОИЯИ. Успешные опыты создания программного обеспечения подтвердили практическую ценность и эффективность реализованных алгоритмов обработки и управления.
Следует учитывать, что создание систем автоматизированной обработки фильмовой информации с развитым математическим обеспечением требует значительных затрат, что достижимая степень автоматизации обработки определяется не только аппаратурными - ІЗ - возможностями той или иной системы, но, как правило, и степенью сложности обрабатываемой задачи. Поэтому создание систем, как правило, требуется вести по пути ориентации на решение определенного класса задач'^2^1 -^ '.
Необходимо также отметить, что наибольший успех был достигнут в системах, где помимо метода измерения координат, обеспечивающего достаточную точность обмера фотоизображений, заложены аппаратурно и программно реализованы возможности, позволяющие проводить массовую обработку с высокой эффективностью и достаточной производительностью' '' Л К этим возможностям относятся: а) управляемое от ЭВМ сканирование; б) достаточная мощность управляющей ЭВМ с гибким и много функциональным МО для оперативной обработки, необходимой в про цессе автоматического измерения координат объектов на фотосним ках; в) развитая система диалога человек-ЭВМ для активного учас тия оператора в процессе обмера и распознавания треков; г) визуальный оперативный контроль как самого процесса, так-и результатов обработки фотоснимков.
Настоящая работа посвящена проблемам разработки, создания и практической реализации программного обеспечения управляющей ЭВМ для автоматизированной обработки фильмовой информации на основе использования впервые вводимой в эксплуатацию для массовой обработки сканирующей аппаратуры (автоматов на электроннолучевой трубке). В ней изложены следующие вопросы:
В первой главе рассматриваются проблемы автоматизированной обработки фильмовой информации на основе сканирующих автоматов типа АЭЛТ-1 и АЭЛТ-2/160. Особо отмечаются те аппаратурные решения, которые с помощью управляющих программ могут быть реализованы для автоматизации обработки и использование которых влияет на характер и показатели обработки. Выделяются задачи, стоящие перед автором при создании программного обеспечения диалоговой системы для обработки стереоснимков событий в ядерно-физическом эксперименте и для автоматизированной обработки фильмов с полетной информацией гражданских самолетов.
Во второй главе основное внимание уделено исследованию и программной реализации заложенных аппаратурных возможностей, разработке методов и алгоритмов автоматизации обработки фильмовой информации. Исследуются вопросы, связанные с адаптацией системы к рабочему функционированию, с реализацией алгоритмов прецизионных измерений и распознавания полезной информации, с обеспечением диалога, с организацией управляющих программ и программ обработки результатов измерения и распознавания в приложении для прикладных задачи и для используемой конкретной аппаратуры.
Третья глава посвящена вопросам разработки и исследования программного обеспечения, которые связаны с созданием диалогового комплекса массовой автоматизированной обработки кинопленок с полетной графической информацией на сканирующем автомате АЭЛТ-IM, с вводом программного обеспечения диалогового комплекса в производственную эксплуатацию. Исследуются некоторые вопросы повышения основных показателей массовой обработки полетной информации. Обсуждаются эксплуатационные характеристики действующего диалогового комплекса при массовой обработке кинопленок.
Четвертая глава посвящена вопросам разработки и исследования программного обеспечения для диалоговой измерительной системы обработки стереоснимков с установки МИС ОИЯИ. Система основана на уникальном сканирующем автомате АЭЛТ-2/160. Обсуждаются особенности созданного программного обеспечения. Приводятся результаты его использования при массовой обработке рабочих стереоснимков.
Основные результаты, положенные в основу диссертации, опубликованы в работах'^- ' ' ' ', выполненных в период с 1975-1981 гг. Основное содержание диссертации докладывалось на: Всесоюзном совещании по экспериментальным методам и аппаратуре для исследования турбулентности (1976 г.), Всесоюзной научно-технической конференции по автоматизации экспериментальных исследований (1978 г.), Всесоюзном семинаре по обработке физической информации (1977 г.), Всесоюзной конференции по автоматизации научных исследований на основе применения ЭВМ (1979 г.), УІ Всесоюзной конференции по планированию и автоматизации эксперимента в научных исследованиях (1980 г.).
Все результаты работы подробно докладывались на научно-технических совещаниях отделения ЦАГИ и семинарах ЛВТА ОИЯЙ.
Общие требования к программному обеспечению для создаваемых диалоговых систем
В современных автоматизированных системах управления и обработки информации электронно-вычислительная техника выполняет функции управления аппаратурой, осуществляет связь с оператором, управляющим обработкой, проводит предварительную первичную обработку, решает задачи анализа измеренных данных, решает другие разнообразные целевые задачи. Системы, опирающиеся на ЭВМ, призваны существенно повысить основные показатели обработки, такие как точность, производительность, эффективность и т.п., по сравнению с ручными и полуавтоматическими способами, за счет широкого применения ресурсов и возможностей вычислительной техники и аппаратурных средств системы.
Поэтому при создании систем одной из главных является проблема разработки математического обеспечения (МО) для используемой в системе управляющей ЭВМ.
Функционально состав МО зависит от области применения ЭВМ и обычно разделяется на две основные части: общее МО и специальное (или проблемно-ориентированное) МО » Л Общее МО обеспечивает функционирование системы как универсальной безотносительно, в известных пределах, к решаемым задачам обработки. Специальное МО ориентировано на решение определенных проблемных задач, для которых создается данная система обработки информации, и включает в себя проблемно-ориентированные прикладные комплексы программ или одиночные программы, предназначенные для реализации и обслуживания автоматизированных систем 81-84,93/ специальное МО создается с использованием и на основе доступного общего МО, которое оказывает существенное влияние на методы создания, структуру, взаимодействие, выполнение и т.д. компонент специального МО. Поэтому к создаваемому специальному МО предъявляется ряд общих требований , которые включают в себя:
- правила распределения программной и числовой информации в памяти ЭВМ, ограничения по организации зон памяти и массивов обрабатываемых данных;
- правила управляющего и информационного взаимодействия между отдельными подпрограммами и функциональными алгоритмами;
- правила программирования обращений к управляющим подпрограммам и объединения взаимодействующих подпрограмм в крупные функциональные алгоритмы с местной диспетчеризацией включения подпрограмм;
- ограничения на величину одновременно загружаемых подпрограмм и на объемы массивов информации;
- правила использования рабочих зон памяти и регистров при программировании на языке низкого уровня;
- требования к структуре отдельных подпрограмм и правила их программирования;
- требования к размещению программной и числовой информации в запоминающих устройствах.
Характер перечисленных требований свидетельствует о необходимости комплексного системного подхода к вопросам разработки и создания средств МО. Последние совместно с созданной специаль - 18 ной аппаратурой, применяемой вычислительной техникой, обрабатываемой информацией определяют среду, в которой функционирует автоматизированная система. Частью этой среды является применяемое общее МО управляющей ЭВМ. Для создаваемых диалоговых систем в качестве общего МО использованы операционная система ОСПО с системой управления библиотечной структурой 0 , трансляторы фортрана Ф-20 и автокода БМ-4/220 , система Астра 71/,
При разработке специального МО максимальное использование конкретных возможностей и учет ограничений и отличительных особенностей аппаратуры и операционной среды позволяет с большой эффективностью решать основные целевые задачи в создаваемых системах. Среди этих задач необходимо выделить такие как:
- задачи обеспечения требуемого индустриального характера при функциональной полноте обработки фильмовой информации;
- задачи управления измерениями и обработкой фильмов с реализацией широкого набора функциональных возможностей сканирующего автомата;
- задачи распознавания полезной информации, согласования и преобразования распознанных данных к физическим величинам, осуществление проблемной обработки физических величин;
- задача реализации эффективных алгоритмов обработки и функционального контроля фильмовой информации с использованием доступных вычислительных средств, в том числе и мощной ЭВМ коллективного пользования;
- задачи осуществления интерактивной связи с оператором для возможности управления обработкой, а в особых случаях и для проведения распознавания полезной информации.
Однако качество и эффективность решения поставленных целевых задач в большой степени зависит от решения структурных проблем построения программ, а также от проблем, связанных с эксплуатацией математического обеспечения в действующей системе обработки. Эти проблемы включают в себя следующие основные задачи:
- задачи обеспечения реального масштаба времени обработки с требуемыми значениями показателей обработки (точность, производительность и т.п.)»
- задачи оптимизации структуры программ и выбора принципов и методов их реализации с точки зрения максимального использования имеющихся вычислительных возможностей, удобства модификации и сопровождения программ;
- задачи обеспечения адаптации программ, реализуемой в процессе обработки информации при изменении среды;
- задачи контроля за ходом программ с эффективной диагностикой и обеспечения устойчивости относительно сбоев и отказов аппаратуры;
- задачи обеспечения длительного времени жизни и эксплуатации МО системы при сохранении высокой надежности, точности, производительности и эффективности обработки;
- задачи обеспечения доступности и простоты обучения обслуживающего персонала системы.
Основной круг вопросов, исследованный при разработке программных средств для создаваемых диалоговых систем
Главной зэдачей создаваемого математического обеспечения (МО) является задача управления обработкой фильмов с конкретным типом информации. Обработка должна проводиться с определенной стратегией, учитывающей характер этой информации и ее индивидуальные особенности.
Для решения этой задачи необходимо иметь программные средства, которые с учетом возможностей управляющей ЭВМ сканирующих автоматов и особенностей обрабатываемой фильмовой информации осуществляют необходимое расширение возможностей используемого общего МО. В частности, необходимость функционирования в конкретной среде явилась причиной создания и использования специальных программ, управляющих работой аппаратуры и сканирующим устройством автомата АЭЛТ-2/160, его широким набором средств диалога; программ, реализующих производительные для данного состава управляющей ЭВМ способы доступа и управления данными; программ, позволяющих осуществлять функциональный контроль и диагностику работы аппаратуры, а также контроль обрабатываемой информации; специальных ведущих программ 5" 91 , управляющих общим ходом работы созданного набора функциональных программ при обработке информации.
Узловой проблемой при создэнии специального МО диалоговых систем явилась проблема сокращения сроков создания МО от поста - 48 новки задачи до запуска МО в эксплуатации/ . Эта проблема носит комплексный характер и ее решение должно вестись постоянно на всех стадиях создания МО.
Одним из шагов на пути решения поставленных задач явился поиск и разработка программных средств, позволяющих легко адаптировать математическое обеспечение в соответствии с изменяющимися условиями при обработке фильмов, а также и в процессе комплексной отладки системы.
Наиболее ответственным моментом в разработке МО для автоматизации обработки является создание алгоритмов автоматического распознавания изображений различных объектов на фильмах. В этой главе рассматривается общая стратегия по автоматическому распознаванию треков в применении к обработке событий на установке МИС ОИЯИ и обсуждается использование отдельных программ, позволяющих упростить процесс автоматического распознавания.
При разработке общей структуры специального математического обеспечения для обработки фильмовой информации и для решения большинства поставленных задач были использоввны принципы моду льно-иерархических структур программ " » Такой подход допускает разложение программ на функциональную подчиненность и позволяет сформировать программные модули в соответствии с их функциями. В разработанном МО эти модули объединяются по схеме иерархии специальными ведущими программами-диспетчерами.
Необходимые свойства универсальности, удобства сопровождения, возможности развития, гибкости программ обеспечивались также и путем их структуризации » 5 . Структурированная программа состоит из "простых" подпрограмм с одним входом и одним выходом. Структуризация программ облегчает их понимание, исправ - 49 ление, позволяет сделать более эффективным процесс полной отладки программ.
Основные цели разработки
Основными целями разработки являются:
- создание средств программного обеспечения для проведения полной (вплоть до получения физических данных) обработки результатов измерений;
- реализация процесса полной обработки на основе использования созданного программного обеспечения сканирующего автомата на электронно-лучевой трубке и программ для управления автоматом;
- запуск построенного диалогового комплекса в производственную эксплуатацию для ведения массовой автоматизированной обработки кинопленок (фильмов) с полетной графической информацией самолетов гражданской авиации.
При создании программного обеспечения диалогового комплекса требуется решать задачи, направленные на выявление и использование отличительных особенностей аппаратуры, вычислительной техники и обрабатываемой полетной информации, чтобы обеспечить:
- массовую поэтапную автоматизированную обработку кинопленок с полетной информацией с большим потоком входных и выходных данных;
- длительный срок эксплуатации диалогового комплекса;
- открытую структуру для возможности расширения проблемными программами физической обработки.
Развитие пакета проблемных программ должно вестись с ориентацией на задачи статистической обработки полетной информации с оценкой средней и индивидуальной нагруженности самолетов, а также задач многопараметрических исследований с целью построения моделей внешних воздействий (модель турбулентности, модель маневрирования и т.п.)» решение которых при используемых ручных методах обработки сталкивается с проблемой недостаточной обеспеченности исходными данными и низкой точностью их обработки - 55,70/
Создание программного обеспечения комплекса велось в две фазы. На первой фазе был осуществлен запуск МО в эксплуатацию с минимумом выполняемых функций с целью получения в сжатые сроки конечных результатов полной обработки полетной информации. Первые результаты полной обработки полетных данных по базовому пакету проблемных программ получены в ОИЯИ в конце 1976 года на основе измеренных с использованием сканирующего автомата АЭЛТ-I данных с рабочих кинопленок самолетов типа Ил-18. Впервые проводимая массовая автоматизированная обработка фильмов с полетной информацией неизбежно выдвинула новые задачи перед разработчиками диалогового комплекса. Результаты полной обработки дали возможность провести исследования и определить дальнейшее направление усилий поч оптимизации обработки (по достижению требуемых /г значений эффективности, производительности и точности обработки фильмов) и обеспечить быстрый запуск диалогового комплекса в производственную эксплуатацию.
Цель разработки
Основной целью разработки программного обеспечения является создание в сжатые сроки действующей диалоговой системы на основе сканирующего автомата АЭЛТ-2/160, для массовой автоматизированной обработки стереоснимков событий эксперимента на магнитном искровом спектрометре ОИЯИ по исследованию множественного рождения пи-мезонов с анализом частиц, вылетающих из мишени в заднюю полусферу пространства. В конкретной ситуации задача массовой высокоэффективной обработки фотоизображений потребовала обеспечения возможности широкого участия в обработке человека-оператора, а также необходимость включения в один непрерывный процесс несколько этапов обработки: измерение и распознавание реперных точек (крестов) и треков частиц, фильтрацию, коррекцию, геометрический контроль с использованием мощной ЭВМ CDC-6500 и запись результатов обработки. При этом должны быть обеспечены:
- обработка стереоснимков для целой серии событий за один сеанс;
- реальный масштаб времени обработки;
- достаточная реактивность при вмешательстве оператора в процесс обработки;
- удобство эксплуатации и обучения работе операторов;
- требуемые высокие эксплуатационные качества обработки (точность, производительность, эффективность);
- паспортизация и накопление данных.
Результаты измерений и распознаваний представляются в форме, необходимой для возможности обработки на последующих этапах на мощных ЭВМ вычислительного центра ОИЯИ.
При разработке программного обеспечения были поставлена задача сокращения сроков создания и начала эксплуатации диалоговой системы. Это связано с тем, что автомат АЭЛТ-2/160 впервые вводился в эксплуатацию для массовой обработки фотоизображений и его еще предстояло "обкатать" в рабочих условиях;с тем, что время жизни измерительной системы АЭЛТ-2/160 (МИС) ограничено временем обработки стереоснимков данного эксперимента, после чего предполагается обрабатывать снимки других экспериментов; с тем, что необходимо быстро обеспечить "заказчиков" результатами измерений для возможности получения физических результатов и полного завершения эксперимента.
Все эти проблемы привели к необходимости искать другие, нетрадиционные подходы к задаче создания программного обеспечения, разделить разработку на две основные фазы, начинать эксплуатацию диалоговой системы, когда не все функции программно реализованы, обеспечить возможность доработки программного обеспечения в процессе проводимых измерений рабочих стереоснимков эксперимента, разработать простые по реализации, но надежные алгоритмы обработки, широко использовать оператора для осуществления сложного оперативного контроля результатов обработки и работы аппаратуры, непростые, пользовать "S/но эффективные методы зэщитыот ошибок и сбоев, построить структуры программ и данных, позволяющих легко осуществлять модернизацию, отладку и адаптацию программного обеспечения.
