Technick´
a univerzita v Koˇ
siciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Webov´
e rozhranie pre meteorologick´
u
stanicu
2012
Miroslav Nemergut
Technick´
a univerzita v Koˇ
siciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie
Webov´
e rozhranie pre meteorologick´
u
stanicu
Bakal´
arska pr´
aca
ˇ
Studijn´
y program:
Inteligentn´e syst´emy
ˇ
Studijn´
y odbor:
Kybernetika
ˇ
Skoliace
pracovisko: Katedra kybernetiky a umelej inteligencie (KKUI)
ˇ
’:
Skolitel
Ing. Rudolf Jakˇsa, PhD.
Konzultant:
Ing. Rudolf Jakˇsa, PhD.
Koˇ
sice 2012
Miroslav Nemergut
Analytick´
y list
Autor:
Miroslav Nemergut
N´azov pr´ace:
Webov´e rozhranie pre meteorologick´
u stanicu
Podn´azov pr´ace:
Jazyk pr´ace:
slovensk´
y
Typ pr´ace:
Bakal´arska pr´aca
Poˇcet str´an:
45
Akademick´
y titul:
Univerzita:
Technick´a univerzita v Koˇsiciach
Fakulta:
Fakulta elektrotechniky a informatiky (FEI)
Katedra:
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie (KKUI)
ˇ
Studijn´
y odbor:
Kybernetika
ˇ
Studijn´
y program:
Inteligentn´e syst´emy
Mesto:
Koˇsice
Ved´
uci pr´ace:
Ing. Rudolf Jakˇsa, PhD.
Konzultanti pr´ace:
Ing. Rudolf Jakˇsa, PhD.
D´atum odovzdania:
25. 5. 2012
D´atum obhajoby:
18. 6. 2012
Kl’u
´ˇcov´e slov´a:
Meteorologick´a stanica, bakal´arska pr´aca, webov´e rozhranie
Kateg´oria konspekt:
V´
ypoˇctov´a technika; Informaˇcn´e syst´emy
Citovanie pr´ace:
N´azov pr´ace v AJ:
Web Interface for Meteostation
Podn´azov pr´ace v AJ:
Kl’u
´ˇcov´e slov´a v AJ:
Weather station, web interface
Abstrakt v SJ
T´ato bakal´arska pr´aca sa venuje t´eme spracovania a vizualiz´acie d´at z´ıskan´
ych meteorologickou stanicou. Opisuje spˆosoby a prostriedky z´ıskavania meteorologick´
ych
d´at a pr´ace s nimi. T´ato pr´aca sa tieˇz venuje opisu n´astroja HDF5, ktor´
y sa vyuˇz´ıva
na pr´acu s vedeck´
ymi d´atami. Ciel’om tejto pr´ace bolo navrhn´
ut’ syst´em spracovania
a vizualiz´acie t´
ychto d´at vo webovom rozhran´ı, ktor´
y bol implementovan´
y na ˇskolsk´e
servery a bola overen´a jeho funkˇcnost’. Pr´aca tieˇz analyzuje praktick´e pouˇzitie tohto
syst´emu.
Abstrakt v AJ
The thesis depicted the topic of the processing and visualization of data that are
obtained from the meteorological station. The work described the manners and
sources needed to obtain the meteorological data as well as pointed out the work
with them. The thesis is also devoted to the depiction of the HDF5 tool that used to
work with the scientific data. In the paper the system of processing and visualization
of the data is proposed to the web interface which was implemented to the schools
servers, the system has proven its functionality as well. The work also considers the
practical application of the mentioned system.
ˇ
Cestn´
e vyhl´
asenie
Vyhlasujem, ˇze som bakalársku pr´acu vypracoval samostatne s pouˇzit´ım uvedenej
odbornej literat´
ury.
Koˇsice 25. 5. 2012
...........................
Vlastnoruˇcn´y podpis
Obsah
´
Uvod
1
1 Formul´
acia u
´ lohy
3
´
2 Uvod
do problematiky zberu meteorologick´
ych d´
at
4
2.1
Form´aty meteorologick´
ych d´at . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
´
3 Uvod
do problematiky spracovania a vizualiz´
acie vedeck´
ych d´
at
7
10
3.1
ˇ
Struk´
ura form´atu HDF5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2
Pr´aca s d´atami v prostred´ı HDF5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3
Hist´oria HDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 Generovanie grafov pomocou n´
astroja Gnuplot
4.1
16
Vyuˇzitie form´atu SVG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5 N´
avrh a implement´
acia syst´
emu webov´
eho rozhrania.
24
5.1
Perl skript na roztriedenie d´at podl’a dn´ı. . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.2
Gnuplot skript na vykreslenie grafov z d´at . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.3
N´avrh webov´eho rozhrania . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6 Overenie funkˇ
cnosti syst´
emu
33
6.1
Test spr´avneho vygenerovania grafov . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.2
Kompatibilita s platformami . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.3
Kompatibilita s internetov´
ymi prehliadaˇcmi . . . . . . . . . . . . . . 36
6.4
Anal´
yza syst´emu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.5
Vyhodnotenie dotazn´ıka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.6
Anal´
yza praktick´eho vyuˇzitia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7 Z´
aver
Zoznam pouˇ
zitej literat´
ury
43
44
FEI
KKUI
Zoznam pr´ıloh
46
7
Zoznam obr´
azkov
2 – 1 Sch´ema prostriedkov glob´alneho syst´emu pozorovania stavu poˇcasia
(prevzat´e: Easterbrook 2012 [2]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
ˇ
3 – 1 Strukt´
ura HDF API (zdroj: HDF Group 2011 [10]). . . . . . . . . . . 12
3 – 2 Vytvorenie s´
uboru HDF5 v jazyku C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3 – 3 Vytvorenie datasetu HDF5 v jazyku C. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
ˇ ıtanie a zapisovanie do datasetu HDF5 v jazyku C. . . . . . . . . . 13
3 – 4 C´
3 – 5 Pr´ıklad spracovania d´at v prostred´ı HDF view. . . . . . . . . . . . . . 14
4 – 1 Grafy vygenerovan´e pomocou n´astroja gnuplot(zdroj: Gnuplot development 2012 [15]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4 – 2 Aproxim´acia grafu d´at, dvoma rˆoznymi spˆosobmi, bezier a csplines
(zdroj: Janert 2009 [17]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 – 3 Porovnanie bitmapov´
ych form´atov s vektorov´
ymi form´atmi (zdroj:
Wikipedia 2011 [20]). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4 – 4 Uk´aˇzka interakt´ıvneho zobrazenia grafov vo form´ate SVG. Po kliknut´ı
na n´azov grafu sa graf skryje, alebo zobraz´ı. . . . . . . . . . . . . . . 22
4 – 5 Porovnanie vel’kost´ı s´
uborov SVG a PNG (zdroj: Wikipedia 2011 [21]). 22
5 – 1 Sch´ema meteorologickej stanice a spracovania jej d´at na web. . . . . . 25
5 – 2 D´ata vygenerovan´e meteorologickou stanicou, kaˇzd´
ych 15 min. . . . . 27
5 – 3 Sch´ema programu, ktor´
y vyberie d´ata za posledn´
ych 10 dn´ı a roztriedi
ich do samostatn´
ych s´
uborov. Sch´ema je rozdelen´a do troch ˇcast´ı, kde
prv´a ˇcast’ sa venuje predspracovaniu d´at a pr´ıprave skriptu, druh´a ˇcast’
sa venuje samotn´emu rozdeleniu d´at a tretia sa venuje dodatoˇcn´emu
prispˆosobeniu pre lepˇsie graficke zobrazenie. . . . . . . . . . . . . . . 30
5 – 4 Sch´ema ˇstrukt´
ury web str´anky webov´eho rozhrania meteorologickej
stanice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6 – 1 Chybov´e hl´asenie pri otvoren´ı vygenerovan´eho SVG s´
uboru po spusten´ı v internetovom prehliadaˇci. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
FEI
KKUI
6 – 2 Sch´ema opravn´eho skriptu v jazyku perl. Skript over´ı ˇci vygenerovan´
y
SVG s´
ubor obsahuje chybu a ak a´no, tak ju oprav´ı. . . . . . . . . . . 35
6 – 3 Uk´aˇzky webov´
ych reprezent´aci´ı grafov meteorologick´
ych d´at, na ktor´
ych
sme v dotazn´ıku testovali z´aujem pouˇz´ıvat’ dan´
u uk´aˇzku. . . . . . . . 40
6 – 4 Vyhodnotenie ot´azky preferovania uk´aˇzok, na ktor´
u sme sa p´
ytali
v dotazn´ıku. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6 – 5 Vyhodnotenie ot´azky z dotazn´ıka, ktor´a sa p´
ytala na to ˇco vˇsetko si
respondenti vedome vˇs´ımaj´
u pri n´avˇsteve na web str´anke. . . . . . . . 41
9
Zoznam tabuliek
6 – 1 Prehl’ad kompatibility navrhnut´eho syst´emu s najpouˇz´ıvanejˇs´ımi platformami. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6 – 2 Prehl’ad kompatibility navrhnut´eho syst´emu s najpouˇz´ıvanejˇs´ımi internetev´
ymi prehliadaˇcmi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
FEI
KKUI
´
Uvod
T´ato bakal´arska pr´aca sa venuje t´eme spracovania a vizualiz´acie d´at z´ıskan´
ych meteorologickou stanicou. Opisuje spˆosoby a prostriedky z´ıskavania meteorologick´
ych
d´at a pr´ace s nimi. V tejto pr´aci sme tieˇz vypracovali u
´vod pre pouˇzitie n´astroja
HDF5, ktor´
y sa vyuˇz´ıva na pr´acu s vedeck´
ymi d´atami. Hlavnou u
´lohou tejto pr´ace
bolo navrhnut’ syst´em spracovania a vizualiz´acie t´
ychto d´at vo webovom rozhran´ı,
ktor´
y bol implementovan´
y na ˇskolsk´e servery a bola overen´a jeho funkˇcnost’.
Sk´
umanie a pozorovanie poˇcasia je jednou z najstarˇs´ıch t´em, ktor´
ym sa l’udstvo
odprad´avna venuje. Dalo by sa povedat’, ˇze ˇclovek je od poˇcasia z´avisl´
y, pretoˇze
ho nedok´aˇze ovl´adat’ a v mnoh´
ych oblastiach ˇzivota je vplyv poˇcasia nenahraditel’ne potrebn´
y. Jedn´
ym z tak´
ychto pr´ıkladov je pr´ave pol’nohospod´arstvo, kde to, ˇci
ˇclovek nieˇco vypestoval alebo nie, v znaˇcnej miere z´aviselo od priazniv´
ych podmienok poˇcasia ako napr. mnoˇzstvo zr´aˇzok ˇci slneˇcn´
ych dn´ı. Na prv´
y pohl’ad by sme si
mohli mysliet’, ˇze v dneˇsnej dobe technick´
ych pokrokov l’udstvo tento vplyv poˇcasia
umierˇ
nuje. Skutoˇcnost’ je vˇsak tak´a, ˇze poˇcasie dnes viac ako kedykol’vek predt´
ym
ovplyvˇ
nuje svetov´
u ekonomiku a v´
yvoj finanˇcn´
ych trhov, ako to mˆoˇzeme vidiet’ na
pr´ıklade z´aplav tov´arni v Thajsku, ˇci slab´
ych u
´rod´ach v Juˇznej Amerike. A to je len
jedna z mnoh´
ych oblast´ı, kde poˇcasie priamo ovplyvˇ
nuje ˇzivot ˇcloveka.
To, ˇze ˇclovek nedok´aˇze poˇcasie ovl´adat’, ho priviedlo k myˇslienke predpovedania
poˇcasia. Za t´
ymto u
´ˇcelom sa ˇclovek odprad´avna snaˇz´ı poˇcasie pozorovat’ a pochopit’
ho. Uˇz Aristoteles vo svojom diele Meteorologica objasnil sveteln´e javy v ovzduˇs´ı,
zr´aˇzky, vietor, b´
urky a pod. Star´ı Rimania pouˇz´ıvali dvan´ast’stupˇ
nov´
u ruˇzicu na
urˇcovanie smeru vetra. V ˇc´ınskych kronik´ach z obdobia pred n. l. moˇzno n´ajst’
z´aznamy o meran´ı zr´aˇzok, no aˇz v posledn´
ych storoˇciach vd’aka technologick´emu
pokroku na celom svete vzniklo nespoˇcetne vel’a meteorologick´
ych pracov´ısk, kde sa
v´
yskum s´
ustred´ı na spr´acovanie t´
ychto u
´dajov a n´avrh v´
yvoja poˇcasia do bud´
ucnosti.
Meteorol´ogia je povaˇzovan´a za ˇcast’ fyziky, preto je ˇcasto ch´apan´a ako fyzika at”
1
FEI
KKUI
mosf´ery“ a vyuˇcuje sa na matematicko-fyzik´alnych fakult´ach.
So spracovan´ım a predpoved’ou poˇcasia vˇsak u
´zko s´
uvis´ı aj dobr´a a zrozumitel’n´a
reprezent´acia t´
ychto inform´acii a tieˇz ich archiv´acia. D´ata, s ktor´
ymi tak´eto pracovisk´a nar´abaj´
u, pov¨aˇcˇsinou obsahuj´
u desiatky tis´ıc rˆoznych nameran´
ych u
´dajov.
Nast´ava tu teda ot´azka ako tieto d´ata beˇzn´emu ˇclovekovi prezentovat’ tak, aby boli
preˇ
nho zrozumitel’n´e a prehl’adn´e. V tejto pr´aci si pribl´ıˇzime form´at HDF5, ktor´
y sa
vyuˇz´ıva na spracovanie a archiv´aciu vel’k´eho mnoˇzstva ˇc´ıseln´
ych d´at, teda aj meteorologick´
ych. Tento n´astroj vo svete vyuˇz´ıvaj´
u na spracovanie meteorologick´
ych d´at
vel’k´e v´
yskumn´e stredisk´a ako napr´ıklad National Centre for Medium Range Weather Forecasting. Nosnou ˇcast’ou tejto pr´ace bude vˇsak n´avrh syst´emu webov´eho
rozhrania, ktor´
y bude mat’ za u
´lohu spracovat’ ˇc´ıseln´e u
´daje meran´ı meteorologickej stanice a reprezentovat’ ich pomocou grafov na webe. Zamysl´ıme sa nad t´
ym
ako efekt´ıvne reprezentovat’ d´ata beˇzn´emu uˇz´ıvatel’ovi a ˇco najviac mu tak ul’ahˇcit’
pr´ıstup k t´
ymto inform´aci´am. Tento syst´em potom praktick´
y implementujeme na
projekt meteorologickej stanice na naˇsej ˇskole a over´ıme jeho funkˇcnost’.
2
FEI
1
KKUI
Formul´
acia u
´ lohy
´
Ulohu
tejto bakal´arskej pr´ace je moˇzn´e zhrn´
ut’ do nasleduj´
ucich bodov:
´
1. Uvod
do problematiky spracovania a vizualiz´acie vedeck´
ych d´at (form´at HDF5).
´
2. Uvod
do problematiky zberu meteorologick´
ych d´at.
3. N´avrh syst´emu webov´eho rozhranie pre meteorologick´
u stanicu.
4. Implement´acia navrhnut´eho syst´emu.
5. Overenie funkˇcnosti implementovan´eho syst´emu a anal´
yza moˇznost´ı jeho praktick´eho pouˇzitia.
6. Vypracovanie dokument´acie podl’a pokynov ved´
uceho pr´ace.
Prehl’ad splnenia zadania:
• Spracovaniu a vizualiz´aci´ı d´at pomocou form´atu HDF5 je venovan´a kapitola 3.
´
• Uvod
do zberu meteorologick´
ych d´at je vysvetlen´
y v kapitole 2.
• N´avrh syst´emu webov´eho rozhrania je uveden´
y v kapitole 5.
• Implement´acia navrhnut´eho syst´emu a anal´
yza jeho vyuˇzitia je rozobran´a v kapitole 6.
3
FEI
KKUI
´
Uvod
do problematiky zberu meteorologick´
ych
2
d´
at
Zber meteorologick´
ych d´at je proces zhromaˇzd’ovania meran´ı, pozorovan´ı a in´
ych
inform´aci´ı o poˇcas´ı a kl´ıme v lokalite, na ktor´
u je zber s´
ustreden´
y. Zberom meteorologick´
ych d´at sa dnes zaober´a vel’k´e mnoˇzstvo pracov´ısk na celom svete. Odprad´avna
sa ˇclovek snaˇz´ı sk´
umat’ poˇcasie a nejak´
ym spˆosobom zaznamenat’ to ˇco pr´ave pozoroval, pre bud´
uce vyuˇzitie a lepˇsie pochopenie poˇcasia. Ako l’udstvo napredovalo
v technologickom v´
yvoji, postupne ˇclovek zaˇcal vytv´arat’ rˆozne pr´ıstroje na meranie
rozliˇcn´
ych vlastnosti poˇcasia. Predpoklad´a sa, ˇze prv´
ym z tak´
ychto pr´ıstrojov bol
zr´aˇzkomer. V 15. storoˇc´ı N. Cusanus zostrojil prv´
y pr´ıstroj na meranie vlhkosti
vzduchu. Taktieˇz v tom istom storoˇc´ı Leonardo da Vinci zostrojil prv´
y anemometer - pr´ıstroj na meranie vetra. V roku 1597 skonˇstruoval Galileo Galilei pr´ıstroj na
meranie teploty vzduchu a v roku 1643 navrhol E. Torricelli princ´ıp ortut’ov´eho teplomera, ktor´
y sa pouˇz´ıva dodnes. Toto vˇsetko a mnoh´e in´e vyn´alezy s´
u prvopoˇciatkami
dneˇsn´
ych meteorologick´
ych syst´emov na sk´
umanie poˇcasia. Tento text bol odvoden´
y
z [1].
V dneˇsnej dobre technologick´eho rozmachu s´
u prostriedky na meranie poˇcasia rozsiahlejˇsie a vyspelejˇsie. Najlepˇsie si tieto prostriedky op´ıˇseme pomocou obr´azku ˇc. 21, na sch´eme glob´alneho syst´emu pozorovania Zeme.
Na obr´azku ˇc. 2-1 mˆoˇzeme vidiet’ modern´e prostriedky na vyhodnocovanie stavu
poˇcasia, ktor´e sa dnes vyuˇz´ıvaj´
u, s´
u to (niektor´e z t´
ychto pojmov eˇste v slovenskom jazyku nie s´
u zauˇz´ıvane, preto ich preloˇz´ıme iba informaˇcne, preklad uvedieme
v z´atvork´ach).
• Polar orbiting satellite (pol´arna druˇzica) - obiehaj´
u okolo Zeme vo v´
yˇske 500
km nad povrchom. Ich dr´aha vedie ponad severn´
y a juˇzn´
y p´ol. Tieto druˇzice
robia satelitn´e sn´ımky, ktor´e sa potom zasielaj´
u do meteorologick´eho centra,
4
FEI
KKUI
Obr. 2 – 1 Sch´ema prostriedkov glob´alneho syst´emu pozorovania stavu poˇcasia (prevzat´e: Easterbrook 2012 [2]).
kde sa spracov´avaj´
u pre u
´ˇcel predpovede poˇcasia [3].
• Aircraft (lietadlo) - leteck´a doprava je vel’mi z´avisl´a na inform´aci´ach o aktu´alnom
stave poˇcasia a jeho predpoved´ı. Z toho dˆovodu maj´
u lietadla neust´aly pr´ıstup
k aktu´alnym satelitn´
ym sn´ımkam a u
´dajom z meteorologick´
ych pracov´ısk. Lietadla vˇsak tieˇz prispievaj´
u do samotn´eho syst´emu pozorovania nepretrˇzit´
ymi
meraniami, vykon´avan´
ymi poˇcas letu, ako s´
u napr´ıklad, tlak vzduchu ˇci r´
ychlost’
a smer vetra.
• Ocean data buoy (oce´anska u
´dajov´a b´oja) - monitoruje stav poˇcasia v konkr´etnej
lokalite na mori a zasiela to do centra na spracovanie.
• Weather ship (v´
yskumn´a meteorologick´a lod’) - je ˇspeci´alna lod’ umiestnen´a
v oce´ane, ktor´a pozoruje stav morsk´eho oce´anu, ale aj poveternostn´
ych podmienok za u
´ˇcelom predpovede poˇcasia, oce´anografie, sledovania zneˇcistenia
mor´ı a in´e. Tieto lode boli pˆovodne pl´anovan´e pre podporu transatlantick´
ych
5
FEI
KKUI
letov [4].
• Surface station (pozemn´a meteorologick´a stanica) - pod t´
ymto pojmom sa
ch´ape beˇzn´a meteorologick´a stanica, pomocou ktorej sa vykon´avaj´
u merania
v rˆoznych miestach Zeme.
• Upper-air station (meteorologick´
y bal´on) - je ˇspeci´alne zariadenie, ktor´e sa
sklad´a z bal´ona a zariadenia na meranie meteorologick´
ych hodnˆot. Tento bal´on
sa vypust´ı a poˇcas svojho letu sn´ıma teplotu vzduchu, tlak vzduchu, r´
ychlost’
vetra a in´e hodnoty v rozliˇcn´
ych v´
yˇskach. Ked’ bal´on dosiahne svoju maxim´alnu v´
yˇsku, praskne a vr´ati sa na zem pomocou pad´aka pripevnen´eho
k zariadeniu.
• Geostationary satelite (geostacion´arna druˇzica) - je umel´a druˇzica obiehaj´
uca
okolo Zeme s nulov´
ym sklonom k rovn´ıku, synchr´onne s rot´aciou Zeme. Pohybuje sa vo v´
yˇske 35 700 km nad povrchom zeme a pouˇz´ıva sa predovˇsetk´
ym na
telekomunikaˇcn´e u
´ˇcely, ale taktieˇz na monitorovanie poˇcasia nad konkr´etnym
u
´zem´ım.
• Automatic station (automatick´a stanica) - pod t´
ymto pojmom sa mysl´ı pozemn´a stanica, ktor´a sa vyuˇz´ıva na merania stavu poˇcasia, predovˇsetk´
ym
v ob´
yvan´
ych miestach.
• Weather radar (meteorologick´
y r´adiolok´ator) - je pr´ıstroj, ktor´
y patr´ı k najefekt´ıvnejˇs´ım zariadeniam na meranie oblaˇcnosti a zr´aˇzok. Poskytuje uˇzitoˇcn´e
inform´acie o b´
urkach a javoch s nimi spojen´
ymi a o zr´aˇzkach v efekt´ıvnom
dosahu 150-250 km od r´adiolok´atora [5].
• Satellite ground station (satelitn´a pozemn´a stanica) - z´ıskava inform´acie prostredn´ıctvom pol´arnych a geostacion´arnych druˇz´ıc a odosiela ich do meteorologick´eho centra.
• NMS (National Meteorological Services) (N´arodn´a Meteorologick´a Sluˇzba) -
6
FEI
KKUI
centr´ala pre spracovanie z´ıskan´
ych meteorologick´
ych u
´dajov.
Vymenovan´e prostriedky s´
u najbeˇznejˇs´ımi prostriedkami, ktor´e sa v s´
uˇcasnosti vyuˇz´ıvaj´
u
na zber meteorologick´
ych d´at. Kaˇzd´
y z t´
ychto meteorologick´
ych prostriedkov zapisuje hodnoty, ktor´e z´ıskava z meran´ı v nejakom tvare (form´ate). Z dˆovodu spracovania a kompatibility sa tieto form´aty postupne ˇstandardizovali. Vel’k´
uu
´lohu v tomto
procese ˇstandardiz´acie zohrali pr´ave leteck´e merania. V nasleduj´
ucej podkapitole sa
bude pojedn´avat’ o form´atoch meteorologick´
ych d´at.
2.1
Form´
aty meteorologick´
ych d´
at
V tejto pr´aci si uvedieme niekol’ko form´atov, ktor´e sa dnes v meteorol´ogii pouˇz´ıvaj´
u
- METAR (form´at leteck´
ych d´at), CLIMAT (form´at klimatologick´
ych d´at), BURF
(modern´
y bin´arny form´at). V kapitole 3 sa budeme venovat’ form´atu HDF5, ktor´
y sa
pouˇz´ıva na spracovanie vedeck´
ych d´at a ich archiv´aciu. Tento form´at m´a tieˇz vel’k´e
vyuˇzitie v meteorol´ogi´ı.
METAR
METAR je n´azov k´odovanej pravidelnej leteckej meteorologickej spr´avy, ktor´a sa
vyd´ava v hodinov´
ych alebo polhodinov´
ych intervaloch [6]. Nasleduj´
uci text je prebrat´
y z [7]. Spr´ava METAR zvyˇcajne prich´adza z letiska alebo st´alej meteorologickej stanice. Ak sa vyskytn´
u v´
yznamn´e zmeny poˇcasia, mˆoˇze byt’ spr´ava METAR
doplnen´a o ˇspeci´alne spr´avy SPECI. Niektor´e spr´avy s´
u k´odovan´e automatickou leteckou meteorologickou stanicou umiestnenou na letisk´ach, vojensk´
ych z´akladniach
a in´
ych siet’ach. Niektor´e oblasti pouˇz´ıvaj´
u rozˇs´ıren´e meracie stanice, ktor´e zaznamen´avaj´
u aktu´alne podmienky digit´alnymi senzormi, ktor´e s´
u potom k´odovan´e prostredn´ıctvom pr´ısluˇsn´eho softv´eru a nakoniec presk´
uman´e certifikovan´
ym meteorologick´
ym pozorovatel’om alebo meteorol´ogom pred prenosom. Na meteorologick´
ych
7
FEI
KKUI
staniciach mˆoˇze byt’ t´ato spr´ava zostavovan´a tieˇz vyˇskolen´
ym meteorol´ogom, ktor´
y
na z´aklade manu´alnych pozorovan´ı zostav´ı dan´
u spr´avu k prenosu k lietadlu.
Spr´ava METAR bola medzin´arodne zaveden´a 1. janu´ara 1968 a od toho ˇcasu bola
ˇ aty Severnej Ameriky pouˇz´ıvali spr´avu SAO (Surface Aviamnohokr´at upraven´a. St´
tion Observation) pre aktu´alne podmienky o poˇcas´ı aˇz do 1. j´
una 1996, ked’ t´ato
ˇ
spr´ava bola nahraden´a schv´alen´
ym variantom spr´avy METAR na z´aklade Zenevskej
dohody v roku 1989. Vyhl´asenie Svetovej Meteorologickej Organiz´aci´ı ˇc. 782 Letis”
kov´e spr´avy a predpovede“ obsahuje spr´avu METAR ako z´akladn´e k´odovanie prijat´e
vˇsetk´
ymi ˇclensk´
ymi ˇst´atmi organiz´acie WMO (Svetov´a meteorologick´a organiz´acia).
Leteck´e meteorologick´e spr´avy METAR alebo SPECI obsahuj´
u skupiny s nasleduj´
ucimi inform´aciami v uvedenom porad´ı:
• identifikaˇcn´a skupina,
• pr´ızemn´
y vietor,
• pr´ızemn´a horizont´alna dohl’adnost’,
• dr´ahov´a dohl’adnost’ (ak je dostupn´a),
• stav poˇcasia,
• oblaˇcnost’ (alebo, ak je to vhodn´e, vertik´alna dohl’adnost’),
• teplota a teplota rosn´eho bodu,
• tlak QNH,
• doplˇ
nuj´
uce inform´acie.
Kaˇzd´a z t´
ychto inform´aci´ı, mala svoj stanoven´
y form´at, ktor´
y pozost´aval z ˇc´ısel
alebo p´ısmen. Tento form´at bol navrhnut´
y tak, aby bol v pr´ıpade potreby l’ahko
ˇcitatel’n´
y aj pre ˇcloveka.
8
FEI
KKUI
CLIMAT
CLIMAT je k´od pre sledovanie mesaˇcn´
ych klimatologick´
ych d´at zostaven´
ych na pozemn´
ych meteorologick´
ych staniciach. Tieto mesaˇcn´e hodnoty s´
u z´ıskavan´e ako priemery viacer´
ych denn´
ych meran´ı. CLIMAT k´odovan´e spr´avy obsahuj´
u inform´acie
o niekol’k´
ych meteorologick´
ych veliˇcin´ach, ktor´e s´
u dˆoleˇzit´e pre sledovanie klimatologick´
ych podmienok na Zemi. Tieto spr´avy s´
u zasielan´e na WMO cez glob´alny
telekomunikaˇcn´
y syst´em GTS.
CLIMAT spr´avy obsahuj´
u komplexn´e inform´acie o rˆoznych klimatick´
ych hodnot´ach,
ako napr´ıklad priemern´a mesaˇcn´a teplota, priemern´a denn´a maxim´alna a minim´alna
teplota v mesiaci, priemern´
y mesaˇcn´
y tlak, mesaˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok a in´e. Tento text
bol odveden´
y z [8].
BURF
BURF (Binary Universal Form for the Representation of meteorological data) je
univerz´alny bin´arny d´atov´
y form´at pre reprezent´aciu meteorologick´
ych d´at, ktor´
y
vytvorilo WMO. BUFR bol vytvoren´
y v roku 1989 s ciel’om nahradit’ starˇsie meteorologick´e form´aty ako s´
u napr. SYNOP, TEMP ˇci CLIMAT, ktor´e boli navrhnut´e
eˇste za ˇcias ked’ technol´ogie nedovol’ovali vykon´avat’ vˇsetky funkcie automaticky,
a preto aj k´odovanie t´
ychto form´atov bolo tomu prispˆosoben´e. BUFR bol navrhnut´
y tak, aby jeho d´ata boli prenosn´e, kompaktn´e a univerz´alne. K´od sa sklad´a
zo ˇsiestich sekcii, oznaˇcen´
ych sekcia 0 aˇz sekcia 5:
• sekcie 0,1 a 5 obsahuj´
u metaznalosti, ako napr. d´lˇzka celej spr´avy, evidenˇcn´e
ˇc´ıslo, d´atum a ˇcas spr´avy, kateg´orie d´at a in´e.
• Sekcia 2 je volitel’n´a a mˆoˇze obsahovat’ l’ubovol’n´e u
´daje v akejkol’vek forme.
• Sekcia 3 obsahuje tzv. sekciu deskriptorov, ktor´e definuj´
u obsah d´at v sekcii 4.
• Sekcia 4 obsahuje bin´arne d´ata definovan´e v sekcii 3.
9
FEI
KKUI
V´
yhody BURF form´atu.
• Jednotn´a k´odov´a forma pre vˇsetky merania a pozorovan´e d´ata.
• Flexibilita - k´od obsahuje popis obsiahnut´
ych d´at. V pr´ıpade akejkol’vek zmeny
staˇc´ı len zmenit’ z´aznamy v sekci´ı deskriptorov, ktor´e popisuj´
u d´ata v tomto
form´ate.
• Schopnost’ vyjadrit’ d’alˇsie poˇziadavky na d´ata.
• Schopnost’ vyjadrit’ niektor´e komplikovan´e deje.
• Kompresia d´at z dˆovodu bin´arneho form´atu d´at.
Tento odsek bol odvoden´
y z [9].
3
´
Uvod
do problematiky spracovania a vizualiz´
acie
vedeck´
ych d´
at
Na svete je dnes nespoˇcetne vel’a meteorologick´
ych stan´ıc alebo pracov´ısk, ktor´e sa
snaˇzia predpovedat’ poˇcasie na najbliˇzˇsie dni. Kaˇzd´a z t´
ychto stan´ıc denne vyprodukuje vel’mi vel’k´e mnoˇzstvo d´at, ktor´e je potrebn´e nejak´
ym spˆosobom reprezentovat’,
archivovat’ a kooperovat’ s nimi. S rast´
ucim poˇctom meteorologick´
ych pracov´ısk je
teda rast´
uca aj potreba v´
yhodn´eho n´astroja, ktor´
y by dok´azal s t´
ymito d´atami pracovat’.
3.1
ˇ
Struk´
ura form´
atu HDF5
Pod pojmom HDF (Hrierarchical Data Format) rozumieme n´astroj, ktor´
y bol vyvinut´
y v Medzin´arodnom centre pre superpoˇc´ıtaˇcove aplik´acie (NCSA) na Illinoiskej
Univerzite v Amerike. Je to n´astroj, ktor´
y zh´rn
ˇa kniˇznice a s´
ubory rˆoznych form´atov
do jednej hierarchickej ˇstrukt´
ury. HDF vytv´ara d´atov´
y model, kde s jednotliv´
ymi
10
FEI
KKUI
kniˇznicami a s´
ubormi n´asledne dok´aˇze pracovat’ a prep´ajat’ ich. T´
uto hierarchick´
u
ˇstrukt´
uru kniˇzn´ıc a s´
uborov rˆoznych form´atov mˆoˇzeme uloˇzit’ obalen´
u do jedn´eho
form´atu a neskˆor sa k nej vr´atit’ a pracovat’ s n
ˇou. Najnovˇsia verzia tohto form´atu je
HDF5, ktor´a sa zaˇcala vyv´ıjat’ v roku 1998. Form´at HDF5 sa vyuˇz´ıva hlavne vo vede
a v´
yskume, kde je potrebn´e kooperovat’ s vel’k´
ym mnoˇzstvom d´at rˆoznych form´atov.
HDF5 form´at m´a hierarchick´
y usporiadan´
u ˇstrukt´
uru, v ktorej uklad´a dan´e d´ata.
Tak´ato ˇstrukt´
ura ul’ahˇcuje pr´ıstup a priehl’adnost’ d´at, ˇco je vel’mi v´
yhodn´a vlastnost’ vzhl’adom na to, ˇze tento form´at v¨aˇcˇsinou nar´aba s vel’k´
ym mnoˇzstvom d´at.
V tejto ˇstrukt´
ure s´
u implementovan´e modely pre spr´avu a ukladanie d´at. Samotn´
y
HDF5 form´at zah´rn
ˇa v sebe d´atov´
y model, abstraktn´e skladovanie modelu a kniˇznice
k realiz´acii tohto modelu. Kde d´atov´
y model je abstraktn´
y model HDF5 s´
uboru,
ktor´
y vyuˇz´ıva d´ata z abstraktn´eho skladovacieho modelu, ku ktor´
ym pristupuje
prostredn´ıctvom programovac´ıch rozhran´ı, ktor´e s´
u zahrnut´e v kniˇzniciach HDF5
form´atu. Kniˇznica tieˇz implementuje model prenosu d´at, teda efekt´ıvny pohyb d´at
z jedn´eho typu reprezent´acie do in´eho typu reprezent´acie. Preto uˇz´ıvatel’, ktor´
y chce
vytvorit’ HDF5 s´
ubor, potrebuje najprv zmapovat’ svoje d´ata a vytvorit’ abstraktn´
y
d´atov´
y model.
Na obr. 3-1 je zn´azornen´a ˇstrukt´
ura HDF API. Pomocou kniˇznice HDF pristupujeme k d´atam, ktor´e transformujeme do abstraktn´eho d´atov´eho modulu. Pomocou kniˇznice taktieˇz pristupujeme k programovaciemu d´atov´emu modulu, ktor´
ym
n´asledne vytv´arame abstraktn´
y d´atov´
y modul, do ktor´eho zap´ıˇse d´ata zo skladovacieho modulu.
Abstraktn´
y d´atov´
y model (ADM) opisuje re´alne d´ata v uloˇzen´
ych s´
uboroch. ADM
je vˇseobecn´
y model, ktor´
y je navrhnut´
y tak, aby koncepˇcne zah´rn
ˇal rad konkr´etnych
modelov. Mnoho rˆoznych druhov d´at mˆoˇze byt’ mapovan´
ych na objekty ADM a mˆoˇzu
byt’ uloˇzen´e a z´ıskavan´e pomocou HDF5. ADM je vˇsak model, ktor´
y pracuje s konkr´etnymi
probl´emami. Uˇz´ıvatelia, ktor´ı chc´
u vytvorit’ HDF5 s´
ubor, preto potrebuj´
u zmapovat’
svoje d´ata a vytvorit’ najprv koncept ADM. Tento text bol odvoden´
y z [11].
11
FEI
KKUI
ˇ
Obr. 3 – 1 Strukt´
ura HDF API (zdroj: HDF Group 2011 [10]).
Kl’u
´ˇcov´e slova pre ADM:
• File - susediace ret’azce bytov v poˇc´ıtaˇcovom s´
ubore (pam¨at’, disk, atd’.)
• Group - kolekcia objektov (vr´atane skup´ın)
• Dataset - viacrozmern´e pole d´atov´
ych prvkov s atrib´
utmi a d’alˇs´ımi metad´atami
• Dataspace - opis rozmerov viacrozmern´eho pol’a
• Datatype - opis konkr´etnej triedy d´atov´eho prvku, ktor´
y rieˇsi aj jeho skladovanie
• Attribute - menuje hodnotu d´at spojen´
u so skupinou, d´atov´
ymi sadami, alebo
n´azvom datatypu.
Na t´
ychto objektoch je postaven´a ˇstrukt´
ura ADM, pre pr´acu s t´
ymto n´astrojom je
preto potrebn´e mat’ prehl’ad v t´
ychto kl’u
´ˇcov´
ych slov´ach.
3.2
Pr´
aca s d´
atami v prostred´ı HDF5
Tento n´astroj n´am pon´
uka dva spˆosoby pr´ace s n´ım, a to bud’ cez uˇz´ıvatel’sk´e rozhranie (HDF view), alebo programovan´ım v jazykoch Fortran, C++ a C. Na nasleduj´
ucich obr´azkoch ˇc. 3-2 aˇz 3-4 s´
u uveden´e uk´aˇzky programovania HDF5 v jazyku
12
FEI
KKUI
C. Nasleduj´
uci text je prevzat´
y z [12].
Obr. 3 – 2 Vytvorenie s´
uboru HDF5 v jazyku C.
Pr´aca s HDF form´atom v programovacom prostred´ı je tieˇz hierarchick´
y usporiadan´a.
Kaˇzd´
y s´
ubor mus´ı byt’ najprv definovan´
y, potom v n
ˇom mus´ı byt’ vytvoren´a d´atov´a
sad´a a aˇz n´asledne v nej dok´aˇzeme ukladat’ a pracovat’ s d´atami. V d´atov´
ych sad´ach
pracujeme s d´atami pomocou ich zadefinovania ich do d´atov´
ych typov a konkr´etnych
d´atov´
ych miest pam¨ate. Jednotliv´e d´atov´e sady dok´aˇzeme spolu zviazat’ cez vytvorenie hierarchick´
y nadriadenej d´atovej skupiny. Pomocou tak´ehoto pr´ıstupu d´ata
triedime do ˇstrukt´
ury podobnej stromovej ˇstrukt´
ure.
Obr. 3 – 3 Vytvorenie datasetu HDF5 v jazyku C.
ˇ ıtanie a zapisovanie do datasetu HDF5 v jazyku C.
Obr. 3 – 4 C´
13
FEI
KKUI
ˇ s´ı spˆosob, ktor´
Dalˇ
ym mˆoˇzeme pracovat’ s HDF, je cez Java Browser - HDF view.
Uk´aˇzka pr´ace s n´ım je na obr. ˇc. 3-5. Pr´aca v takomto prostred´ı je jednoduch´a
a intuit´ıvna.
Obr. 3 – 5 Pr´ıklad spracovania d´at v prostred´ı HDF view.
3.3
Hist´
oria HDF
V roku 1987 sa Grafick´a Nad´acia Task Force (GFTF) v N´arodnom centre pre superpoˇc´ıtaˇcove aplik´acie (NCSA) na Univerzite v Illinois rozhodla vytvorit’ architekt´
uru nez´avisl´
ych softv´erov´
ych kniˇzn´ıc a form´at na spracovanie vedeck´
ych d´at,
medzi mnoh´
ymi platformami, ktor´e v tej dobe NCSA vyuˇz´ıvala. Doplnkov´e ciele
tohto projektu zah´rn
ˇali schopnost’ pristupovat’ k vel’k´
ym objektom d´at ˇco najefekt´ıvnejˇsie a schopnost’ ukladat’ vel’a objektov rˆoznych d´atov´
ych typov v jednom
s´
ubore (kontajneri), vyuˇz´ıvanie metaznalosti a pr´ıstup k t´
ymto d´atam pomocou
programovac´ıch jazykov C a Fortran. HDF a bol vyvinut´
y ako open-source produkt, distribuovan´
y zdarma pod licenciou Illinoiskej Univerzity. V dobe vytvorenia
14
FEI
KKUI
HDF s´
uˇcasne NCSA vytvorili sadu vizualizaˇcn´
ych n´astrojov pre prehl’ad´avanie a prezent´aciu d´at vo form´ate HDF. Popularita t´
ychto n´astrojov viedla k ˇsirˇsiemu zameraniu HDF form´atu a jeho vyuˇzitie sa ˇs´ırilo po cel´
ych Spojen´
ych ˇst´atoch i mimo nich.
HDF pouˇz´ıvatelia si vel’mi r´
ychlo uvedomili, ˇze tento form´at sa d´a vyuˇzit’ pre radu
d’alˇs´ıch problemat´ık na spr´avu d´at, neˇz len zdiel’anie a prezeranie obr´azkov. HDF sa
zaˇcal pouˇz´ıvat’ v mnoh´
ych odvetviach v´
yskumu a priemyslu. My si tu uvedieme len
p´ar pr´ıkladov. V nemocniciach sa zaˇcal tento form´at vyuˇz´ıvat’ na spr´avu rozsiahlych zbierok sn´ımok. Ropn´e spoloˇcnosti zaˇcali vyuˇz´ıvat’ HDF na r´
ychle ukladanie
a pr´ıstup k vel’k´
ym mnoˇzstv´am d´at 3D seizmick´eho sondovania. Vo veterin´arskom
v´
yskume sa HDF form´at zaˇcal vyuˇz´ıvat’ na spracovanie d´at pri modelovan´ı rˆoznych
projektov. HDF form´at sa zaˇcal vyuˇz´ıvat’ tieˇz pre konˇstrukciu lod´ı a lietadiel, ˇci
jadrov´
ych elektr´arni a in´e.
V roku 1990 Americk´
y N´arodn´
yu
´rad pre letectvo a vesm´ır (NASA) zaˇcal pl´anovat’
svoju strat´egiu pre spr´avu d´at syst´emu pozorovanie Zeme (EOS), ktor´
y mal spracov´avat’ zhromaˇzden´e d´ata zo syst´emu satelitov pre ˇst´
udium zmeny glob´alnej kl´ımy.
Po presk´
uman´ı 15 rˆoznych form´atov po dobu dvoch rokov NASA vybrala HDF
form´at ako ˇstandardn´
y form´at pre d´ata EOS a syst´em, ktor´
y by produkoval tri
terabajty d´at kaˇzd´
y deˇ
n v desiatkach d´atov´
ych produktov a nakoniec by dok´azal
zhromaˇzdit’ viac ako 15 petabajtov inform´acii.
V ˇcase rodiaceho sa World Wide Webu pracovala NCSA na tvorbe viacer´
ych n´astrojov
pre vedeck´
u vizualiz´aciu a spolupr´acu, priˇcom vytvorili aplik´aciu Mosaic, z ktorej
sa vyvinul dneˇsn´
y webov´
y prehliadaˇc. V tej dobe Mosaic mohol zobrazovat’ dva
typy s´
uborov a to HTML a HDF. Podpora Mosaic viedla k rade aplik´acii, ktor´e
poskytovali vzdialen´e prezeranie s´
uborov HDF ako DIAL servera a OPeNDAP.
V roku 1996 skupina HDF zaˇcala spolupr´acu s Americk´
ym u
´stavom pre energie
(DOE). V roku 1998 NCSA za podpory NASA vytvorili prv´
u verziu HDF5 form´atu,
ktor´
y je nad’alej prim´arnym vedeck´
ym form´atom na spracovanie d´at a paraleln´e
spracov´avanie s´
uborov. V roku 2002 z´ıskal form´at HDF5 cenu najv´
yznamnejˇsieho
15
FEI
KKUI
technologick´eho prostriedku z pomedzi 100 najnovˇs´ıch produktov, ktor´
u udel’oval
“R a D Magazine”.
V roku 2004 bol HDF pouˇz´ıvan´
y najmenej 600 organiz´aciami a mnoh´
ymi jednotlivcami. Samotn´
y syst´em pozorovanie Zeme poˇc´ıta s 1,6 mili´onom uˇz´ıvatel’ov HDF.
Paleta produktov d´at uloˇzen´
ych v HDF sa tieˇz rozˇsiroval, najmenej 200 rˆoznych
´
typov aplik´acii sa spolieha na HDF. Eur´opska Unia
navrhla form´at HDF5 ako ISO
ˇstandard na spracovanie bin´arnych d´at.
N´astroje boli od zaˇciatku kl’u
´ˇcom k u
´spechu HDF. S rast´
ucou popularitou HDF,
r´astlo aj mnoˇzstvo komerˇcn´
ych aj nekomerˇcn´
ych n´astrojov na ˇc´ıtanie a z´apis d´at
HDF. Jeden z tak´
ychto prostriedkov je MATLAB. Ide o programovatel’n´
y technick´
y
prostriedok na v´
ypoˇcty na vysokej u
´rovni a interakt´ıvne prostredie na v´
yvoj algoritmov, vizualiz´aciu d´at, anal´
yzu d´at a numerick´e v´
ypoˇcty, ktor´
y ma v sebe zabudovan´
u podporu na ˇc´ıtanie a zapisovanie do form´atu HDF4 a HDF5. Od roku 2006
sa s´
ubory prostriedku MATLAB, ktor´
ych vel’kost’ je v¨aˇcˇsia ako 2 GB ukladaj´
u cez
form´at HDF5.
V roku 2004 skupina HDF uznala, ˇze najlepˇsou cestou na zabezpeˇcenie dlhodob´eho
pr´ıstupu k HDF u
´dajom by malo byt’ inˇstitucionalizovanie projektu HDF. Z Univerzity v Illinois sa teda vyˇclenila spoloˇcnost’ zaoberaj´
uca sa zabezpeˇcen´ım trvalo
udrˇzatel’n´eho rozvoja HDF technol´ogii a pokraˇcuj´
uca dostupnost’ HDF uloˇzen´
ych
d´at. V roku 2006 sa ofici´alne HDF odˇclenilo od Univerzity v Illinois a zaˇcalo pln´
u
prev´adzku ako neziskov´a organiz´acia.
4
Generovanie grafov pomocou n´
astroja Gnuplot
Gnuplot je n´astroj pre vykresl’ovanie grafov pomocou pr´ıkazov´eho riadku urˇcen´
y pre
Linux/Unix, MS Windows, OSX, VMS a in´e platformy. Jeho autori Colin D. Kelley a Thomas Williams ho zaˇcali vyv´ıjat’ v roku 1986 a bol pˆovodne navrhnut´
y
16
FEI
KKUI
pre podporu vedcov a ˇstudentov na lepˇsie predstavenie si matematick´
ych funkcii
a vzt’ahov medzi d´atami. Jeho zdrojov´
y k´od je chr´anen´
y autorsk´
ymi pr´avami, ale
je vol’ne distribuovatel’n´
y, ˇciˇze je dostupn´
y bez poplatku. Tento text bol prevzat´
y
z gnuplot.info.
Nasleduj´
uci text je odvoden´
y z [13]. Gnuplot je program, ktor´
y funguje iba v pr´ıkazovom
riadku a nem´a GUI prostredie, v ktorom by sa uˇz´ıvatel’ mohol pohybovat’ pomocou
klikania myˇsi. To, ˇze gnuplot bol od poˇciatku vyv´ıjan´
y pre pr´ıkazov´
y riadok, ovplyvnilo jeho v´
yvoj tak, ˇze pr´ıkazy v tomto programe s´
u vel’mi jednoduch´e a intuit´ıvne.
Na to, aby uˇz´ıvatel’ mohol pouˇz´ıvat’ tento n´astroj na vykresl’ovania grafov, nepotrebuje hlbˇsie poznatky o tom, ako gnuplot funguje a nie je tu ani povinn´a ˇziadna postupnost’ pr´ıkazov. My budeme v naˇsom syst´eme vykresl’ovania meteorologick´
ych d´at
pouˇz´ıvat’ gnuplot na generovanie grafov zo skriptov, ktor´e sme si vytvorili a n´asledne
ich uˇz iba budeme sp´
uˇst’at’ cez pr´ıkaz:
gnuplot load skript.gp
Tento pr´ıkaz jednoducho pred´a inform´aciu, ˇze v programe ”gnuplot” naˇc´ıtaj skript,
teda ”load skript.gp”, ktor´
y n´asledne vykresl´ı graf a uloˇz´ı ho na nami zadan´e miesto.
Bliˇzˇsie pop´ısan´e gnuplot skripty na vykresl’ovanie konkr´etnych grafov si uk´aˇzeme
a vysvetl´ıme neskˆor, v kapitole 5. Proces vygenerovania tak´
ychto grafov pomocou
n´astroja gnuplot je vel’mi r´
ychly a vzhl’adom na to, ˇze cel´
y proces mˆoˇze prebiehat’
na serveri bez potreby z´asahu ˇcloveka, je to vel’mi u
´ˇcinn´
y spˆosob ako reprezentovat’
d´ata uˇz´ıvatel’ovi.
N´astroj gnuplot m´a cel´
u ˇsk´alu nastaven´ı a pr´ıkazov, ktor´
ym dok´aˇzeme ovplyvnit’ vizu´alnu str´anku grafov, ako aj samotn´
y spˆosob reprezentovanie u
´dajov. My
v tejto pr´aci spomenieme len niekol’ko tak´
ych, ktor´e maj´
u v´
yhodne vyuˇzitie pre
reprezent´aciu meteorologick´
ych d´at. A to konkr´etne:
1. exportovanie viacer´
ych grafov do jedn´eho obrazov´eho s´
uboru,
2. grafick´e nastavenia grafov,
17
FEI
KKUI
3. vyhladzovanie kriviek grafov.
Prv´a a z´akladn´a vlastnost’ gnuplotu je exportovanie vygenerovan´
ych grafov do form´atu
grafick´eho s´
uboru. Nasleduj´
uci text je odvoden´
y z [14]. Grafy, ktor´e n´am gnuplot
vygeneruje, je potrebn´e nejak´
ym spˆosobom exportovat’, aby sme ich n´asledne vedeli
d’alej vyuˇz´ıvat’. Na to n´am program pon´
uka ˇstyri z´akladne form´aty: bitmapov´e - GIF,
JPG a PNG a vektorov´e SVG. V kaˇzdom skripte m´ame zadefinovan´e ˇci m´a grafy
exportovat’, do ak´eho form´atu a n´asledne ak´e grafy, z ak´
ych d´at a ak´
ym spˆosobom.
To v praxi znamen´a, ˇze vytvor´ıme jeden obr´azok, v ktorom je vykreslen´
ych viacero
grafov. Na obr´azku obr. ˇc 4-1. vid´ıme, tri rˆozne grafy, ktor´e s´
u vykreslen´e v jednej
s´
uradnicovej osi a s´
u graficky rozl´ıˇsen´e.
Obr. 4 – 1 Grafy vygenerovan´e pomocou n´astroja gnuplot(zdroj: Gnuplot development 2012 [15]).
Druh´a vlastnost’ je grafick´e prispˆosobenie grafov. Pomocou vel’k´eho mnoˇzstva kombin´acii rˆoznych pr´ıkazov mˆoˇzeme prakticky vygenerovan´e grafy upravit’ do l’ubovol’nej
podoby. T´ato vlastnost’ je vel’mi dˆoleˇzit´a pre prehl’adnost’ u
´dajov v grafoch.
Tretia a posledn´a vlastnost’, ktor´
u by sme si chceli podrobnejˇsie op´ısat’ je vyhladzovanie a aproxim´acia ˇciar grafov. Nasleduj´
uci text je odvoden´
y z [16]. Na obr´azku
ˇc. 4-2. vid´ıme tri grafy, ktor´e vykresl’uj´
u tie ist´e d´ata - cenu ist´eho produktu v rokoch
1975 - 1995. Pln´a ˇciara reprezentuje d´ata, ktor´e s´
u k dispoz´ıci´ı a preruˇsovan´e ˇciary
18
FEI
KKUI
reprezentuj´
u tieto d´ata aproximovan´e. Gnuplot n´am pon´
uka ˇstyri rˆozne funkcie na
vyhladzovanie, alebo aproxim´acie d´at: bezier, sbezier, csplines, acsplines, ktor´e vyhladzuj´
u krivky rˆoznym spˆosobom. Na kaˇzd´
u z t´
ychto funkcii mˆoˇzeme eˇste pouˇzit’
v´ahu, ktorou ud´ame akou silou m´a t´ato funkcia aproximovat’.
Obr. 4 – 2 Aproxim´
acia grafu d´
at, dvoma rˆoznymi spˆosobmi, bezier a csplines (zdroj: Janert 2009
[17]).
4.1
Vyuˇ
zitie form´
atu SVG
ˇ alovatel’n´a Vektorov´a Grafika) a je
SVG je skratka pre Scalable Vector Graphics (Sk´
”
to jazyk pre definovanie grafiky vo formate XML“[18]. Nasleduj´
uci text je prebrat´
y
z [19]. SVG je teda znaˇckovac´ı jazyk, ktor´
y je urˇcen´
y na tvorbu vektorovej grafiky pre web. Prvky SVG grafiky nestr´acaj´
u ˇziadnu kvalitu, ked’ s´
u pribliˇzovan´e
alebo zv¨aˇcˇsovan´e a kaˇzd´
y prvok tejto grafiky mˆoˇze byt’ animovan´
y. SVG je otvoren´
y
ˇstandard, ktor´
y vytvorilo konzorcium World Wide Web, zodpovedn´e za ˇstandardy
ako HTML a XHTML a je integrovatel’n´e s d’alˇs´ımi ˇstandardmi W3C, ako s´
u napr.
DOM alebo XSL.
19
FEI
KKUI
V´
yhody pouˇzitia SVG form´atu oproti in´
ym form´atom (ako napr. JPEG a GIF) s´
u:
• SVG obr´azky je moˇzn´e vytv´arat’ a upravovat’ v l’ubovol’nom textovom editore,
• SVG obr´azky je moˇzn´e vyhl’ad´avat’, indexovat’, skriptovat’ a komprimovat’,
• SVG obr´azky s´
u ˇsk´alovatel’n´e,
• SVG obr´azky mˆoˇzu byt’ vytlaˇcen´e s vysokou kvalitou pri akomkol’vek rozl´ıˇsen´ı,
• SVG obr´azky mˆoˇzu byt’ zv¨aˇcˇsovan´e bez straty kvality,
• SVG je otvoren´
y ˇstandard,
• SVG s´
ubory s´
u ˇcist´e XML.
Tento jazyk umoˇzn
ˇuje definovat’ tri z´akladn´e typy objektov:
1. tvary vektorovej grafiky (ˇciary a krivky),
2. r´astrovan´e obr´azky,
3. text.
Pomocou t´
ychto troch z´akladn´
ych objektov dok´aˇzeme vytvorit’ ak´
ykol’vek grafick´
y
obraz, ktor´
y by sme dok´azali tvorit’ v bitmapovej grafike. V´
yhodou oproti bitmapovej grafike je vˇsak to, ˇze SVG obr´azok je zap´ısan´
y ako k´od, ˇciˇze ho mˆoˇzeme v texˇ sou vel’kou v´
tovom editore ˇc´ıtat’ a editovat’. Dalˇ
yhodou je vel’kost’ s´
uboru. Ked’ˇze
prvky v grafike s´
u zap´ısane ako vektory alebo text, v´
ysledn´a vel’kost’ s´
uboru bude
ovel’a menˇsia ako bitmapov´
y obr´azok. T´
ym vˇsak, ˇze XML k´od obsahuje vel’a redundantn´
ych ˇcast´ı, dok´aˇzeme ho eˇste komprimovat’, ˇc´ım dosiahneme eˇste menˇsiu vel’kost’.
Tak´ato komprim´acia sa rob´ı pomocou gzip a grafick´
y objekt sa potom naz´
yva SVGZ.
Na obr´azku ˇc. 4-3. mˆoˇzeme vidiet’ rozdiel medzi pribl´ıˇzen´
ym obr´azkom bitmapov´eho
form´atu a vektorov´eho form´atu. P´ısmeno “S” v bitmapovom obr´azku je po pribl´ıˇzen´ı
rozostren´e, zatial’ ˇco “S” uloˇzen´e vo vektorovom form´ate ost´ava st´ale zaostren´e, a to
z dˆovodu, ˇze p´ısmeno v obr´azku nie je uloˇzen´e v pixloch, ale ako text.
20
FEI
KKUI
Obr. 4 – 3 Porovnanie bitmapov´
ych form´atov s vektorov´
ymi form´atmi (zdroj: Wikipedia 2011
[20]).
Vyuˇzitie t´
ychto v´
yhod vo webe je vel’k´e a aj preto je to jedn´
ym z hlavn´
ych pr´ıstupov
propagovan´
ych v HTML5. Z+mnoh´
ych v´
yhod, ktor´e SVG prin´aˇsa pre web si spomenieme konkr´etne tri, ktor´e vyuˇz´ıvame v nami navrhnutom syst´eme reprezent´acie
meteorologick´
ych d´at vo webe.
1. Vytv´
aranie dynamickej grafiky. Vd’aka DOM (Document Object Model)
pre SVG, ktor´eho podmnoˇzinou je u
´plne XML DOM, je moˇzn´e s kaˇzd´
ym prvkom SVG obr´azku nar´abat’ ako s objektom, ktor´emu mˆoˇzeme priradit’ udalost’
ako napr. onmouseover alebo onclick. Vd’aka svojej kompatibilite s in´
ymi webov´
ymi ˇstandardami W3C dost´avame pomerne vel’k´
y priestor na skriptovanie
SVG form´atu a vytv´aranie dynamickej grafiky. Na uk´aˇzke na obr. ˇc. 4-4 vid´ıme
spˆosob vyuˇzitia tejto vlastnosti pre grafy. Ak chceme zo s´erie grafov zobrazit’
len niektor´e konkr´etne, pr´ıpadne len jeden graf, staˇc´ı kliknut´ım myˇsi niektor´
y
graf skryt’.
ˇ s´ım pr´ınosom SVG pre web je r´
2. R´
ychlost’ vykreslenia obr´
azku. Dalˇ
ychle
naˇc´ıtanie a zobrazenie obr´azkov v prehliadaˇci. Tak ako sme uˇz vyˇsˇsie spome-
21
FEI
KKUI
Obr. 4 – 4 Uk´
aˇzka interakt´ıvneho zobrazenia grafov vo form´ate SVG. Po kliknut´ı na n´azov grafu
sa graf skryje, alebo zobraz´ı.
nuli, SVG ˇstandard je tvoren´
y troma z´akladn´
ymi typmi objektov: krivky, text
a r´astrovan´e obr´azky. Na obr´azku ˇc. 4-5 mˆoˇzeme vidiet’, ˇze obr´azok, ktor´
y je
uloˇzen´
y vo vektorovej grafike m´a vel’kost’ 6,25 KB zatial’ ˇco ten ist´
y obr´azok,
uloˇzen´
y v bitmapovej grafike m´a vel’kost’ aˇz 59,5 KB. T´ato vlastnost’ otv´ara
moˇznosti pokroˇcilejˇs´ım grafick´
ym u
´pravam webu, ked’ˇze pomerne mal´e SVG
s´
ubory sa naˇc´ıtaj´
u na web str´anke r´
ychlo.
Obr. 4 – 5 Porovnanie vel’kost´ı s´
uborov SVG a PNG (zdroj: Wikipedia 2011 [21]).
3. Skriptovanie a editovanie s´
uborov. Poslednou vlastnost’ou, ktor´
u by sme
chceli vyzdvihn´
ut’ v tejto pr´aci je moˇznost’ vytvorit’ program, ktor´
y SVG
s´
ubor preˇc´ıta a edituje podl’a naˇsich potrieb. Vlastnost’, ˇze obr´azok je p´ısan´
y
v znaˇckovacom jazyku totiˇz umoˇzn
ˇuje dodatoˇcne, teda po vygenerovan´ı s´
uboru,
22
FEI
KKUI
do tohto s´
uboru op¨at’ vst´
upit’ a editovat’ ho. Oproti bitmapov´
ym s´
uborom je
teda pomerne jednoduch´e skontrolovat’, ˇci vytvoren´e obr´azky obsahuj´
u nejak´e
chyby a v pr´ıpade potreby je jednoduch´e ich automaticky aj opravit’.
23
FEI
5
KKUI
N´
avrh a implement´
acia syst´
emu webov´
eho rozhrania.
Syst´em meteorologickej stanice, ktor´emu sa t´ato pr´aca venuje bol navrhnut´
y podl’a
sch´emy na obr. ˇc. 5-1. T´
uto sch´emu mˆoˇzeme rozdelit’ na dve ˇcasti:
1. 1. hardv´erov´a ˇcast’, do ktorej patr´ı meteorologick´a stanica, buffer, PC a server,
2. 2. softv´erov´a ˇcast’ - procesy na serveri a samotn´a HTML str´anka.
Naˇsa pr´aca sa venuje druhej ˇcasti tejto sch´emy, no pre komplexnost’ probl´emu bolo
´
potrebn´e uviest’ cel´
u sch´emu syst´emu. Ulohou
tejto pr´ace bolo navrhn´
ut’ syst´em,
ktor´
y by spracoval d´ata z meteorologickej stanice a reprezentoval ich na webe.
Druh´a ˇcast’ sch´emy na obr. ˇc. 5-1 obsahuje procesy na serveri, ktor´e n´asledne vysvetl´ıme.
1. D´
ata zo stanice. Tento s´
ubor je textov´eho form´atu. Meteorologick´a stanica
kaˇzd´
ych 15 min´
ut vykon´a merania a v´
ysledky zap´ıˇse do textov´eho s´
uboru na
serveri. D´ata, ktor´e s´
u takto vygenerovan´e s´
u z´akladn´
ym materi´alom, s ktor´
ym
d’alej pracujeme a obsahuj´
u celkovo 24 rˆoznych u
´dajov. S´
u to: ˇcas, v ktorom
bolo meranie uskutoˇcnen´e, d´atum merania, vonkajˇsia teplota, vonkajˇsia vlhkost’, rosn´
y bod, pocitov´a teplota - vypoˇc´ıtan´a podl’a sily vetra, pocitov´a teplota - vypoˇc´ıtan´a podl’a intenzity slneˇcn´eho ˇziarenia, tlak vzduchu, r´
ychlost’
vetra, smer vetra, priemern´a r´
ychlost’ vetra za posledn´
ych 10 min´
ut, denn´
y
u
´hrn zr´aˇzok, mesaˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok, roˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok, r´
ychlost’ daˇzd’a, n´arazov´
y
pr´ıval daˇzd’a, ˇcas zaˇciatku b´
urky, ˇcas v´
ychodu slnka, ˇcas z´apadu slnka, intenzita slneˇcn´eho ˇziarenia, denn´a evapotranspir´acia (denn´e odparovanie vody
z pˆody), mesaˇcn´a evapotranspir´acia, roˇcn´a evapontranspir´acia a predpovedn´e
pravidlo stanice. Tieto d´ata meteorologick´a stanica po kaˇzdom meran´ı zap´ıˇse
na koniec textov´eho s´
uboru ako samostatn´
y riadok. Na obr. ˇc. 5-2 mˆoˇzeme
vidiet’ uk´aˇzku d´at zozbieran´
ych meteorologickou stanicou, ktor´e d’alej spra24
FEI
KKUI
Obr. 5 – 1 Sch´ema meteorologickej stanice a spracovania jej d´at na web.
cov´avame. My z t´
ychto 24 u
´dajov budeme vyuˇz´ıvat’ len ˇsest’ u
´dajov na vykreslenie ˇstyroch grafov, s´
u to: ˇcas v ktorom bolo meranie uskutoˇcnen´e, d´atum
dˇ
na merania, teplota vzduchu, r´
ychlost’ vetra, rosn´
y bod, denn´
yu
´hrn zr´aˇzok
a mesaˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok. Syst´em, ktor´
y sme navrhli sa d´a uplatnit’ na vˇsetk´
ych
24 u
´dajov, no pre naˇsu pr´acu n´am bud´
u postaˇcovat’ iba tieto vybran´e u
´daje.
25
FEI
KKUI
Tieto u
´daje sme si vybrali z dˆovodu, ˇze pre beˇzn´eho uˇz´ıvatel’a najlepˇsie opisuj´
u
aktu´alny stav poˇcasia.
2. Server skript. Tento skript m´a za u
´lohu kaˇzd´
ych 15 min´
ut po vygenerovan´ı
nov´
ych u
´dajov z meteorologickej stanice, spustit’ perl skript a n´asledne gnuplot
skript.
3. Perl skript. D´ata, ktor´e s´
u vygenerovan´e stanicou, s´
u do textov´eho s´
uboru
prid´avan´e postupne od spustenia stanice. Dnes tento s´
ubor obsahuje vyˇse
30 tis´ıc riadok. Perl skript m´a za u
´lohu vybrat’ aktu´alne d´ata za posledn´
ych
10 dn´ı a roztriedit’ ich do samostatn´
ych textov´
ych s´
uborov. Bliˇzˇsie si o tomto
skripte povieme v podkapitole 5.1.
4. Dˇ
nov´
e d´
ata. Aktu´alne d´ata za posledn´
ych 10 dn´ı roztrieden´e do desiatich
textov´
ych s´
uborov podl’a dn´ı.
5. Gnuplot skript. Tento skript je sp´
uˇst’an´
y po roztrieden´ı d´at zo stanice do desiatich s´
uborov. Z t´
ychto d´at vygeneruje 10 svg obr´azkov podl’a dn´ı, v ktor´
ych
bud´
u grafy meteorologick´
ych u
´dajov. Ako funguje tento skript si bliˇzˇsie vysvetl´ıme v podkapitole 5.2.
6. Grafy poˇ
casia. Obr´azky grafov, ktor´e program gnuplot vygeneruje, s´
u uloˇzen´e
vo form´ate SVG. O tomto form´ate sme si bliˇzˇsie hovorili v eoretickej podkapitole 4.1. Vygenerovan´e obr´azky s´
u kaˇzd´
ych 15 min´
ut prep´ısan´e nov´
ymi
obr´azkami s aktu´alnymi d´atami. V t´
ychto desiatich obr´azkoch teda zobrazujeme poˇcasie za uplynul´
ych desat’ dn´ı.
Poslednou ˇcast’ou tejto sch´emy je HTML str´anka, na ktor´
u s´
u posielan´e vygeneroˇ
van´e obr´azky grafov. Strukt´
uru a funkˇcnost’ tejto web str´anky si bliˇzˇsie op´ıˇseme v
podkapitole 5.3, ktorej sa budeme venovat’ neskˆor.
26
FEI
KKUI
Obr. 5 – 2 D´
ata vygenerovan´e meteorologickou stanicou, kaˇzd´
ych 15 min.
5.1
Perl skript na roztriedenie d´
at podl’a dn´ı.
Meteorologick´a stanica po vykonan´ı merania, ktor´e rob´ı kaˇzd´
ych 15 min´
ut, ako sme
uˇz spomenuli, dop´ıˇse na koniec textov´eho s´
uboru jeden riadok, v ktorom uvedie ˇcas
a d´atum merania a vˇsetky nameran´e hodnoty tak, ako to mˆoˇzeme vidiet’ na obr´azku
ˇc. 5-2. V s´
ubore, ktor´
y je teda pre n´as v´
ychodiskov´
ym materi´alom, sa nach´adzaj´
u
d´ata zo vˇsetk´
ych dn´ı od spustenia meteorologickej stanice. V naˇsej pr´aci n´am vˇsak
postaˇcuje zobrazit’ len hodnoty za posledn´
ych desat’ dn´ı. Preto sme navrhli program,
ktor´
y je nap´ısan´
y v skriptovacom jazyku perl, ktor´
y m´a za u
´lohu z t´
ych d´at vybrat’
len d´ata za posledn´
ych 10 dn´ı a uloˇzit’ ich tak, aby sme s nimi mohli d’alej v´
yhodne
pracovat’. Pre gnuplot skript, ktor´
y z t´
ychto d´at n´asledne vygeneruje desat’ obr´azkov
grafov je najv´
yhodnejˇsie, aby kaˇzd´
y deˇ
n bol v samostatnom s´
ubore, a aby sa kaˇzd´
y
deˇ
n zaˇc´ınal ˇcasom 00:00:00 a konˇcil ˇcasom 24:00:00.
Ak je skript spusten´
y prv´
ykr´at a tieto s´
ubory eˇste neexistuj´
u, tak ich vytvor´ı. Ak
s´
ubory uˇz existuj´
u, skript ich prep´ıˇse aktu´alnymi d´atami.
27
FEI
KKUI
Na obr´azku ˇc. 5-3 je naˇcrtnut´a sch´ema programu v jazyku perl, ktor´
u sme si rozdelili
pre lepˇsie pochopenie do troch ˇcast´ı. Tento skript si teraz podrobnejˇsie vysvetl´ıme.
1. V prvej ˇcasti skript naˇc´ıta a otvor´ı vˇsetky potrebn´e s´
ubory, a to konkr´etne textov´
y s´
ubor d´at z meteorologickej stanice a desat’ textov´
ych s´
uborov, do ktor´
ych
zap´ıˇse d´ata z desiatich uplynul´
ych dn´ı. Po otvoren´ı s´
uborov skript naˇc´ıta d´ata
do pol’a a reverzne ich obr´ati, aby tak dostal na zaˇciatok pol’a aktu´alne d´ata.
V kaˇzdom prvku pol’a je teda uloˇzen´
y jeden riadok n´aˇsho textov´eho s´
uboru.
Z prv´eho riadku s´
uboru skript rozpozn´a aktu´alny d´atum a nastav´ı pomocn´
y
index ’i’ na hodnotu 1.
2. V druhej ˇcasti skriptu prech´adza skript tento textov´
y s´
ubor riadok po riadku,
aˇz pokial’ sa od aktu´alneho dˇ
na nedostane po desiaty deˇ
n v minulosti. Priˇcom
porovn´ava st´ale d´atum kaˇzd´eho riadku s´
uboru, a ak dan´
y riadok patr´ı do
aktu´alneho dˇ
na, zap´ıˇse riadok do s´
uboru s aktu´alnym d´atumom. V momente
ked’ sa d´atum naˇc´ıtan´eho riadku nezhoduje s aktu´alnym d´atumom v medzipam¨ati, nastav´ı d´atum medzipam¨ati na nov´
u hodnotu a zaˇcne zapisovat’ u
´daje
do s´
uboru prisl´
uchaj´
ucemu tomuto d´atumu. Pomocou pomocnej premennej ’i’,
ktor´
u st´ale po zmene d´atumu inkrementujeme dosiahneme to, aby tak´
ymto
spˆosobom rozdelil skript d´ata do desiatich s´
uborov. T´
ymto procesom sme teda
dosiahli to, aby skript prech´adzal s´
ubor riadok po riadku, tie ukladal do s´
uboru
a ked’ skript doˇsiel na koniec dˇ
na, zaˇcal ukladat’ riadky do d’alˇsieho s´
uboru. Na
konci tohto procesu m´ame d´ata z meran´ı za posledn´
ych desat’ dn´ı, rozdelen´
ych
do desiatich samostatn´
ych textov´
ych s´
uborov.
3. Poslednou u
´pravou, ktor´
u reprezentuje posledn´a ˇcast’ sch´emy, je zmena prv´eho
ˇ prv´eho denn´eho merania meteoroa posledn´eho riadku kaˇzd´eho s´
uboru. Cas
logickej stanice nezaˇc´ına presne v ˇcase 00:00:00 a tieˇz posledn´e meranie sa
neuskutoˇcn
ˇuje v ˇcase 24:00:00. My vˇsak pre d’alˇsie spracovanie t´
ychto u
´dajov
a lepˇsie vykreslenie grafov potrebujeme, aby prv´e a posledn´e merania boli
v uveden´
ych ˇcasoch. Skript teda uprav´ı prv´
y a posledn´
y riadok tak, aby n´am
28
FEI
KKUI
to vyhovovalo. To vˇsak, aby sme nestr´acali presnost’ meran´ı, skript zabezpeˇc´ı
t´
ym, ˇze prid´a prv´
y riadok s ˇcasom 00:00:00 a hodnotami nameran´
ymi z posledn´eho merania predoˇsl´eho dˇ
na.
Vz´ajomn´a n´aslednost’ t´
ychto troch ˇcast´ı skriptu n´am teda d´ava jeden funkˇcn´
y skript,
ktor´
y z d´at vygeneruje samostatn´e s´
ubory, s ktor´
ymi mˆoˇzeme d’alej pracovat’.
5.2
Gnuplot skript na vykreslenie grafov z d´
at
Na vykreslenie grafov z nameran´
ych u
´dajov sme sa rozhodli pouˇzit’ n´astroj gnuplot. Bliˇzˇsie sme sa tomuto n´astroju venovali v kapitole 4. Tento n´astroj sl´
uˇzi na
vykresl’ovanie grafov funkci´ı a grafov z d´at. Gnuplot m´a priamu podporu exportovania grafov do form´atu SVG. O tom, preˇco je pre naˇsu pr´acu dˆoleˇzit´e pouˇz´ıvat’
grafy vo form´ate SVG, sme sa podrobnejˇsie venovali v podkapitole 4.1. Gnuplot
je program, v ktorom sa pracuje cez pr´ıkazov´
y riadok zadan´ım rˆoznych pr´ıkazov.
Podrobn´
y zoznam pr´ıkazov a ich vysvetlenie sme odvodili z [22]. Teraz si uk´aˇzeme
zop´ar najdˆoleˇzitejˇs´ıch pr´ıkazov a vysvetl´ıme ich pouˇzitie.
Ako prv´e v skripte uv´adzame pr´ıkazy, ktor´
ymi definujeme ak´
y m´a byt’ v´
ystup dan´eho
skriptu. Nami poˇzadovan´
y v´
ystup m´a byt’ vygenerovan´
y SVG s´
ubor, v ktorom
bud´
u vykreslen´e grafy nameran´
ych hodnˆot. To dosiahneme zadan´ım nasleduj´
uceho
pr´ıkazu.
set terminal svg size 600,450 fname ‘arial’ fsize 10 mousing
Tento pr´ıkaz hovor´ı o tom, ˇze v´
ystup m´a byt’ form´atu SVG a vel’kost’ jeho str´an
m´a byt’ 600 px ku 450 px. Ked’ˇze uklad´ame grafy vo vektorovom form´ate, jedn´a sa
viac o pomer str´an ako o vel’kost’ str´an, ked’ˇze pri moˇznom zv¨aˇcˇsen´ı alebo zmenˇsen´ı
ˇ sie ˇcasti tohto pr´ıkazu hovoria o tom, ˇze s´
obr´azku kvalita ostane nezmenen´a. Dalˇ
ubor
m´a obsahovat’ dynamick´e funkcie (viac o dynamick´
ych funkci´ach pozri v podkapitole
4.1 Vyuˇzitie form´atu SVG) a ak´e p´ısmo a jeho vel’kost’ m´a obr´azok vyuˇz´ıvat’.
29
FEI
KKUI
Obr. 5 – 3 Sch´ema programu, ktor´
y vyberie d´ata za posledn´
ych 10 dn´ı a roztriedi ich do samostatn´
ych s´
uborov. Sch´ema je rozdelen´a do troch ˇcast´ı, kde prv´a ˇcast’ sa venuje predspracovaniu d´
at
a pr´ıprave skriptu, druh´
a ˇcast’ sa venuje samotn´emu rozdeleniu d´at a tretia sa venuje dodatoˇcn´emu
prispˆ
osobeniu pre lepˇsie graficke zobrazenie.
ˇ s´ımi dˆoleˇzit´
Dalˇ
ymi pr´ıkazmi s´
u pr´ıkazy, ktor´e definuj´
u d´ata podl’a ktor´
ych maj´
u byt’
grafy vykreslen´e. K tak´
ymto pr´ıkazom patr´ı
30
FEI
KKUI
set xdata time,
ktor´
ym definujeme, ˇze s d´atami, ktor´e chceme vykreslit’ podl’a x-ov´ej osi mame zaˇ
obch´adzat’ podl’a ˇcasovej nadv¨aznosti. Dalej
je potrebn´e uviest’ v akom form´ate m´a
tieto ˇcasove u
´daje rozozn´avat’:
set timefmt x ‘%H:%M:%S’,
ˇ s´ım
kde “H: M: S” reprezentuje z´apis hodiny, min´
uty, sekundy (napr. 15:34:01). Dalˇ
z pr´ıkazov, ktor´
y by sme si chceli uviest’ je pr´ıkaz:
set style line 1
lt 2 lw 3 lc rgb ‘#660066’,
pomocou ktor´eho si prednastav´ıme ˇst´
yly jednotliv´
ych ˇciar, ktor´e n´asledne pri vyuˇzit´ı
vol´ame uˇz len pomocou mena. T´
ymto pr´ıkazom sme nastavili ˇst´
yl ˇciary ˇc´ıslo 1 na
typ ˇciary 2 (napr. bodkoˇciarkovan´a typ ˇciary), hr´
ubky 3 a farby s rgb oznaˇcen´ım
#660066. Tak´
ychto definovan´ı ˇst´
ylov ˇciar si mˆoˇzeme zvolit’ l’ubovol’n´
y poˇcet a pri
samotnom vykresl’ovan´ı grafov potom uˇz len tento typ zavol´ame pomocou oznaˇcenia
ls 1 (line style 1). Pr´ıkaz, ktor´
ym vykresl´ıme jednotliv´
y graf ma tvar:
plot ‘data.txt’ u 1:3 ls 1 t ‘Teplota vzduchu’,
ˇco znamen´a, ˇze gnuplot m´a vykreslit’ graf z u
´dajov uloˇzen´
ych v s´
ubore “data.txt” porovnan´ım prv´eho a tretieho st´lpca, s pouˇzit´ım ˇst´
ylu ˇciary jeden a titulkom “Teplota
vzduchu”. Vel’mi dobrou vlastnost’ou n´astroja gnuplot je, ˇze d´ata v s´
ubore ˇc´ıta po
st´lpcoch, a teda d´ata v s´
ubore nemusia byt’ nijako form´atovan´e do inej podoby. Ak
pomocou pr´ıkazu “plot” d´ame vykreslit’ viacero grafov, vygeneruje n´am v jednom
s´
ubore vˇsetky grafy, ktor´e sme zadali.
N´astroj gnuplot obsahuje ovel’a viac pr´ıkazov, ktor´
ymi dok´aˇzeme nastavit’ vykresl’ovanie
grafov prakticky do l’ubovol’nej podoby. Na pochopenie princ´ıpu, ako tieto pr´ıkazy
funguj´
u n´am vˇsak staˇcilo obozn´amit’ sa s funkˇcnost’ou t´
ychto z´akladn´
ych. Cel´
y zoznam pr´ıkazov na vykreslenie grafov n´ajdete v pr´ılohe C.
31
FEI
5.3
KKUI
N´
avrh webov´
eho rozhrania
Samotn´
ym ciel’om tejto pr´ace je vytvorenie webov´eho rozhrania pre meteorologick´e
stanicu. Na obr´azku ˇc. 5-1 sme videli sch´emu, podl’a ktorej syst´em vygeneruje grafy
nameran´
ych hodnˆot meteorologickej stanice a n´asledne ich poˇsle na server web
str´anky, kde s´
u pr´ıstupn´e k prezeraniu pre uˇz´ıvatel’a. V tejto ˇcasti si vysvetl´ıme
fungovanie samotnej web str´anky a jej ˇstrukt´
uru. Pri navrhovan´ı web str´anky sme
zohl’adˇ
novali ˇstyri poˇziadavky.
1. Funkˇ
cnost’ - syst´em by mal byt’ st´ale k dispoz´ıcii, bez nutnosti riadenia administr´atora. Syst´em bol teda navrhnut´
y tak, aby sa cel´
y proces generovania
grafov vykon´aval na serveroch automaticky.
2. Aktu´
alnost’ - na web str´anke by mali byt’ spr´ıstupnen´e aktu´alne u
´daje o poˇcas´ı
au
´daje o stave poˇcasia za posledn´
ych desat’ dn´ı.
3. Priehl’adn´
a reprezent´
acia - inform´acie prezentovan´e na str´anke s´
u zobrazen´e vo farebne odl´ıˇsen´
ych grafoch pre celkov´
u priehl’adnost’ u
´dajov. Samotn´
y
vzhl’ad str´anky je navrhnut´
y tak, aby ul’ahˇcil uˇz´ıvatel’ovi pohyb po str´anke
pomocou niektor´
ych dynamick´
ych vlastnosti.
4. Pr´ıstup k inform´
aci´
am - ked’ˇze str´anka je s´
uˇcast’ou ˇstudentsk´eho projektu,
mala by obsahovat’ pr´ıstup k inform´aci´am pre bliˇzˇsie ˇst´
udium implementovan´eho syst´emu.
Tieto ˇstyri poˇziadavky sme sa snaˇzili zahrn´
ut’ do n´avrh web str´anky poˇcas jej tvorby.
ˇ
Strukt´
ura web str´anky je naˇcrtnut´a na obr. ˇc. 5-4. Str´anka sa teda sklad´a z troch
HTML s´
uborov: hlavn´a str´anka, bliˇzˇsie info a kontakt a troch adres´arov: javascripts
v ktorom s´
u javascriptov´e s´
ubory, ktor´e zabezpeˇcuj´
u dynamick´e vlastnosti vzhl’adu,
adres´ara v ktorom s´
u uloˇzen´e vˇsetky obr´azky grafov a adres´ara, v ktorom s´
u zvyˇsn´e
materi´aly potrebn´e k web str´anke.
32
FEI
KKUI
Obr. 5 – 4 Sch´ema ˇstrukt´
ury web str´anky webov´eho rozhrania meteorologickej stanice.
6
Overenie funkˇ
cnosti syst´
emu
Syst´em webov´eho rozhrania meteorologickej stanice sme implementovali a testovali na dvoch ˇskolsk´
ych serveroch. Na jednom serveri prebiehalo spracovanie u
´dajov
a vygenerovanie grafov, a na druhom serveri samotn´e reprezentovanie u
´dajov vo
webovom rozhran´ı. Poˇcas tohto overovania sme sa zamerali na tieto ˇcasti:
1. bezchybn´e vygenerovanie a reprezentovanie grafov,
2. overenie kompatibility s najˇcastejˇsie pouˇz´ıvan´
ymi platformami,
3. overenie kompatibility s najˇcastejˇsie pouˇz´ıvan´
ymi internetov´
ymi prehliadaˇcmi.
ˇ
Dalej
sme v tejto kapitole analyzovali navrhnut´
y syst´em a praktick´e vyuˇzitie tohto
n´avrhu.
6.1
Test spr´
avneho vygenerovania grafov
´
Ulohou
tohto testu bolo overit’ spr´avnost’ generovania grafov. N´aˇs syst´em vyuˇz´ıva 96
meran´ı denne, ktor´e meteorologick´a stanica urob´ı kaˇzd´
ych 15 min´
ut. V t´
ychto me´
raniach vyhotov´ı celkom 2304 u
´dajov denne. Udaje
s´
u zapisovan´e na koniec s´
uboru
na serveri, z ktor´eho n´asledne tieto u
´daje vstupuj´
u do n´aˇsho syst´emu. Tento test sa
33
FEI
KKUI
preto zameriava na overenie zachovania u
´dajov a informaˇcnej hodnoty, s ktor´
ymi sa
v syst´eme nar´aba. Toto overenie pozost´avalo z dvoch ˇcast´ı:
1. funkˇcn´e roztriedenie d´at zo s´
uborov podl’a dn´ı,
2. spr´avne vygenerovanie grafov programom gnuplot.
V prvej ˇcasti testu - roztriedenie d´at podl’a dn´ı, sme kontrolovali, ˇci pri roztrieden´ı
d´at nedoch´adza k u
´bytku u
´dajov. S´
ubor, z ktor´eho sme brali u
´daje pri testovan´ı,
obsahoval 28444 riadkov z toho 906, ktor´e obsahuj´
uu
´daje za posledn´
ych desat’ dn´ı.
Po skontrolovan´ı u
´dajov sme zistili, ˇze k strate u
´dajov nedoˇslo.
Obr. 6 – 1 Chybov´e hl´
asenie pri otvoren´ı vygenerovan´eho SVG s´
uboru po spusten´ı v internetovom
prehliadaˇci.
V druhej ˇcasti sme kontrolovali spr´avne generovanie grafov pomocou n´astroja gnuplot. Skripty vygenerovali 10 SVG s´
uborov. Vˇsetky SVG s´
ubory po zobrazen´ı hl´asili
chybu, zobrazen´
u na obr´azku ˇc. 6-1. Toto hl´asenie informuje o nespr´avnom zakonˇcen´ı
SVG s´
uboru. Po bliˇzˇsej anal´
yze tejto chyby sme zistili, ˇze s´
ubory SVG neobsahuj´
u koncov´
y p´arov´
y tag </svg>. Dop´ısan´ım tohto posledn´eho riadku sme chybu
odstr´anili. Viac ch´
yb s´
ubory neobsahovali. Zo s´erii 100 pokusov na troch rˆoznych
verzi´ach programu gnuplot sme doˇsli k t´
ymto z´averom.
1. Dˆovod tvorby tejto chyby nedok´aˇzeme odhalit’, a preto tvorbu tejto chyby
nemˆoˇzeme odstr´anit’. Po zv´aˇzen´ı, ˇze tieto chyby sa vyskytovali aj na in´
ych
verzi´ach programu gnuplot sme us´
udili, ˇze chyba je bud’ v programe gnuplot,
alebo sa chyba nach´adza v naˇsich skriptoch a my ju nedok´aˇzeme odstr´anit’.
34
FEI
KKUI
2. T´ato chyba sa vyskytuje st´ale pri prvom generovan´ı grafu. Pri druhom a d’alˇsom
opakovanom generovan´ı tohto grafu sa t´ato chyba uˇz nevyskytuje. To znamen´a,
ˇze ak spustime skript dva kr´at za sebou, tak chybu zo s´
uboru odstr´anime.
Z t´
ychto z´averov sme us´
udili, ˇze chybu dok´aˇzeme opravit’ dvoma spˆosobmi. Bud’
budeme skripty na generovanie grafov sp´
uˇst’at’ dva kr´at za sebou, aby sme t´
ym
chybu odstr´anili, alebo do syst´emu prid´ame d’alˇs´ı skript, ktor´
y skontroluje ˇci je
s´
ubor chybn´
y a ak a´no, tak ho oprav´ı.
Obr. 6 – 2 Sch´ema opravn´eho skriptu v jazyku perl. Skript over´ı ˇci vygenerovan´
y SVG s´
ubor
obsahuje chybu a ak ´
ano, tak ju oprav´ı.
Na rieˇsenie tejto chyby sme sa rozhodli do syst´emu zahrn´
ut’ d’alˇs´ı skript, ktor´eho
sch´emu mˆoˇzeme vidiet’ na obr. ˇc. 6-2. Skript je spusten´
y pred t´
ym, ako sa obr´azky
zaˇsl´
u na web server, kde sa zobrazia. Skript prebehne cel´
y SVG s´
ubor a skontroluje,
ˇci sa v n
ˇom nach´adza p´arov´
y t´ag </svg>, ak sa nenach´adza, tak ho dop´ıˇse na koniec
s´
uboru, ˇc´ım chybu oprav´ı.
35
FEI
KKUI
6.2
Kompatibilita s platformami
Funkˇcnost’ syst´emu sme overovali na dnes najpouˇz´ıvanejˇs´ıch poˇc´ıtaˇcov´
ych platform´ach.
S´
uhrn tohto overenia sme zhrnuli do tabul’ky 6-1.
Tabul’ka 6 – 1 Prehl’ad kompatibility navrhnut´eho syst´emu s najpouˇz´ıvanejˇs´ımi platformami.
N´
azov platformy
6.3
Kompatybiln´
y so syst´
emom
Windows
´
ANO
Linux / Unix
´
ANO
Mac OSX
´
ANO
Kompatibilita s internetov´
ymi prehliadaˇ
cmi
Funkˇcnost’ navrhnut´eho syst´emu webov´eho rozhrania sme overovali na dnes najpouˇz´ıvanejˇs´ıch internetov´
ych prehliadaˇcoch. Rebr´ıˇcek najpouˇz´ıvanejˇs´ıch prehliadaˇcov
sme prevzali z [23]. V tabul’ke 6-2 mˆoˇzeme vidiet’ prehl’ad kompatibility nami navrhnut´eho syst´emu s t´
ymito prehliadaˇcmi.
Tabul’ka 6 – 2 Prehl’ad kompatibility navrhnut´eho syst´emu s najpouˇz´ıvanejˇs´ımi internetev´
ymi
prehliadaˇcmi.
N´
azov prehliadaˇ
ca
Kompatybiln´
y so syst´
emom
Google Chrome
´
ANO
Mozilla Firefox
´
ANO
Safari
´
ANO
Internet Explorer 9
´
ANO
Internet Explorer niˇzˇsie verzie
´
ANO,
po nainˇstalovan´ı z´asuvn´eho modelu
36
FEI
6.4
KKUI
Anal´
yza syst´
emu
Pre u
´ˇcely ˇspecifick´eho v´
yskumu, ak´
ym je aj anal´
yza n´aˇsho syst´emu, existuje niekol’ko
druhov v´
yskumn´
ych met´od. Spomedzi nich sme pre vel’k´e mnoˇzstvo v´
yhod vybrali
formu dotazn´ıka. Dotazn´ıkov´a met´oda bola vhodn´a hlavne preto, ˇze sa z´ıskalo potrebn´e mnoˇzstvo u
´dajov a nebol potrebn´
y osobn´
y kontakt s kaˇzd´
ym respondentom.
Z´akladnou a nosnou ideou tohto v´
yskumu bolo zistit’ praktickosti a vyuˇzitel’nosti nahrnut´eho syst´emu, tieˇz inˇspirovanie sa pre bud´
ucu pr´acu na podobn´
ych projektoch.
Na dotazn´ıku sa z´
uˇcastnilo 60 respondentov.
Dot´aznik bol zloˇzen´
y z uzavret´
ych (teda konˇstruovan´
ych) ot´azok, na ktor´e mohli respondenti odpovedat’ vybrat´ım moˇznosti z pon´
uknut´
ych alternat´ıv. Niektor´e ot´azky
dotazn´ıka sa vzt’ahovali na uk´aˇzky webov´
ych reprezent´aci´ı grafov meteorologick´
ych
u
´dajov, ktor´e boli priloˇzen´e k dotazn´ıku. Dotazn´ık bolo moˇzn´e vyplnit’ elektronickou formou a poˇcas nasadenia dotazn´ıka sa n´am podarilo oslovit’ 60 respondentov
vo vekov´
u od 15 do 30 rokov.
Znenie dotazn´ıka
Dotazn´ık sa vzt’ahuje na tieto uk´aˇzky:
uk´aˇzka A (http://anketa.msr2012chess.sk/a.html),
uk´aˇzka B (http://anketa.msr2012chess.sk/b.html).
1. Ktor´
y spˆ
osob grafov preferujete? (vid’. uk´
aˇ
zky)
• Uk´aˇzka A
• Uk´aˇzka B
2. Ktor´
a uk´
aˇ
zka sa v´
am zd´
a byt’ praktickejˇ
sia?
• Uk´aˇzka A
• Uk´aˇzka B
37
FEI
KKUI
3. Ktor´
a uk´
aˇ
zka sa v´
am p´
aˇ
ci viac?
• Uk´aˇzka A
• Uk´aˇzka B
4. Ktor´
eu
´ daje v´
as pri predpovedi poˇ
casia najviac zauj´ımaj´
u?
• Teplota vzduchu
• Pocitov´a teplota
• R´
ychlost’ vetra
• Smer vetra
• Tlak
• Vlhkost’
• Denn´
yu
´hrn zr´aˇzok
• Mesaˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok
• Roˇcn´
yu
´hrn zr´aˇzok
• N´arazov´
y pr´ıval daˇzd’a
• Oblaˇcnost’
• Rosn´
y bod
ˇ v´
• Cas
ychodu slnka
ˇ z´apadu slnka
• Cas
• Slneˇcn´e ˇziarenie
• Evapotranspir´acia (odparovanie vody z pˆody)
5. Ak´
y spˆ
osob web str´
anky v´
am viac vyhovuje?
• Jednoduch´a, aj za cenu, ˇze tam n´ajdem len z´akladne inform´acie
38
FEI
KKUI
• Komplikovan´a, ale n´ajdem na nej vˇsetky inform´acie, ktor´e ma zauj´ımaj´
u
ˇ vˇ
6. Co
setko si na web str´
anke vˇ
s´ımate?
• Inform´acie, ktor´e ma zauj´ımaju
• Funkˇcnost’
• Vzhl’ad str´anky
• Priehl’adnost’ (ˇci hned’ n´ajdem, ˇco potrebujem)
• Ak´
u n´avˇstevnost’ m´a str´anka
• Reklamy
Uk´aˇzky, na ktor´e sa vzt’ahovali prv´e tri ot´azky boli zhotovene nasledovne:
• Uk´
aˇ
zka A - bola zostaven´a podl’a nami navrhovan´eho syst´emu grafov. Vˇsetky
grafy boli zobrazen´e v jednom okne a boli naˇ
nho aplikovan´e dynamick´e funkcie
navrhnut´eho syst´emu. Vid’ obr. ˇc. 6-2.
• Uk´
aˇ
zka B - bola zostaven´a podl’a vzoru reprezent´acie grafov na str´anke
www.shmu.sk. Grafy s´
u rozdelen´e podl’a nameran´
ych u
´dajov do samostatn´
ych
okien. Str´anku je preto nutn´e rolovat’ pre moˇzn´e prezeranie. Vid’ obr. ˇc. 6-2.
6.5
Vyhodnotenie dotazn´ıka
Nosn´a ot´azka, na ktor´
u sa n´aˇs dotazn´ık vzt’ahoval, sa t´
ykala zhodnotenia uk´aˇzok
reprezent´acie grafov a vybratie jednej konkr´etnej alternat´ıvy, ktor´
u by respondenti
preferovali na reprezent´aciu u
´dajov. Vyhodnotenie tejto ot´azky mˆoˇzeme vidiet’ na
obr. ˇc. 6-4 a jej znenie bolo: Ktor´
y spˆosob grafov z uk´aˇzok preferujete?“
”
Z dotazn´ıka vypl´
yva z´aver, ˇze 60% respondentov by preferovalo uk´aˇzku B, ktor´a
je z pohl’adu ˇstrukt´
ury komplikovanejˇsia a spˆosobuje, ˇze str´anku treba viac rolovat’.
39
FEI
KKUI
Obr. 6 – 3 Uk´
aˇzky webov´
ych reprezent´aci´ı grafov meteorologick´
ych d´at, na ktor´
ych sme v dotazn´ıku testovali z´
aujem pouˇz´ıvat’ dan´
u uk´aˇzku.
Obr. 6 – 4 Vyhodnotenie ot´
azky preferovania uk´aˇzok, na ktor´
u sme sa p´
ytali v dotazn´ıku.
Z dodatoˇcn´
ych ot´azok sme odvodili inform´acie, ktor´e n´am tento z´aver pomohli lepˇsie
vysvetlit’.
V priemere kaˇzd´
y druh´
y respondent, ktor´
y navˇst´ıvil naˇse uk´aˇzky zhodnotil, ˇze komplikovanost’ web str´anky mu v¨aˇcˇsinou neprek´aˇza, pokial’ na str´anke n´ajde inform´acie,
ktor´e hl’ad´a, a pokial’ miera komplikovanosti nie je pr´ıliˇs vysok´a. O tom, ktor´a uk´aˇzka
40
FEI
KKUI
je praktickejˇsia, alebo krajˇsia je len t’aˇzk´e polemizovat’, pretoˇze z dotazn´ıka to nie je
moˇzn´e dok´azat’, ked’ˇze v´
ysledky ot´azok dva a tri sa pohybovali okolo 50%. Zauj´ımav´a
je vˇsak inform´acia, ˇze aˇz 89% respondentov preferovalo uk´aˇzku podl’a toho, ˇci sa im
vzhl’ad uk´aˇzky p´aˇcil, zatial’ ˇco praktickost’ uk´aˇzky vzalo do u
´vahy len 67% respondentov. Tento z´aver potvrdzuje aj vyhodnotenie ot´azky ˇc. 6, kde sme sa p´
ytali na to,
ˇco si respondenti vedome vˇs´ımaj´
u pri n´avˇsteve web str´anky. Aˇz 75% respondentov
si vedome vˇs´ıma vzhl’ad a str´anky. Vyhodnotenie tejto ot´azky je uveden´e na obr.
ˇc. 6-5.
Obr. 6 – 5 Vyhodnotenie ot´
azky z dotazn´ıka, ktor´a sa p´
ytala na to ˇco vˇsetko si respondenti
vedome vˇs´ımaj´
u pri n´
avˇsteve na web str´anke.
6.6
Anal´
yza praktick´
eho vyuˇ
zitia
Praktick´e vyuˇzitie tohto syst´emu reprezent´acie meteorologick´
ych d´at vid´ıme v moˇznosti
pomerne jednoduch´
ym spˆosobom, bez nutnej potreby z´asahu administr´atora, reprezentovat’ v´
ysledky nameran´
ych hodnˆot pre verejnost’. Syst´em, ktor´
y sme v pr´aci
navrhli je funkˇcn´
y a l’ahko implementovatel’n´
y aj na in´e zariadenia, ked’ˇze syst´em je
kompatibiln´
y aj s in´
ymi najpouˇz´ıvanejˇs´ımi platformami.
Zo z´averov odvoden´
ych z anal´
yzy syst´emu vid´ıme, ˇze v dneˇsnej dobe, kedy informovanost’ je na vel’mi vysokej u
´rovn´ı a eˇste st´ale sa zvyˇsuje, je potrebn´e reprezen-
41
FEI
KKUI
tovat’ u
´daje spˆosobom, ktor´
y by odpovedal na poˇziadavky uˇz´ıvatel’a. Pre praktick´e
vyuˇzitie syst´emu reprezent´acie d´at je preto nevyhnutn´e dbat’ na vizu´alnu str´anku
reprezent´acie d´at. Syst´em, ktor´
y bol navrhnut´
y v tejto pr´aci, preto pon´
uka ˇsirok´e
moˇznosti prispˆosobenia reprezent´acie d´at uˇz´ıvatel’ovi. Syst´em vyuˇz´ıva dynamick´e
funkcie a vektorov´
u grafiku, ktor´a umoˇzn
ˇuje v bud´
ucnosti vyvin´
ut’ softv´er, ktor´
y by
tento vzhl’ad eˇste bliˇzˇsie prispˆosoboval poˇziadavk´am konkr´etneho uˇz´ıvatel’a.
Z prieskumu, ktor´
y sme robili vyplynulo, ˇze konkr´etny n´avrh umiestnit’ vˇsetky grafy
nameran´
ych hodnˆot do jedn´eho okna nezodpoved´a u
´plne poˇziadavk´am uˇz´ıvatel’om.
Tejto t´eme by preto bolo potrebn´e venovat’ eˇste pozornost’ v d’alˇsej pr´aci.
Tento syst´em je op´ısan´
y pomocou konkr´etneho vyuˇzitia pre reprezent´aciu u
´dajov
meteorologickej stanice, d´a sa vˇsak jednoduchou u
´pravou prispˆosobit’ aj na reprezent´aciu in´
ych ˇc´ıseln´
ych d´at pouˇzit´
ych v in´
ych ˇstudentsk´
ych pr´acach.
42
FEI
7
KKUI
Z´
aver
´
Ulohou
tejto bakal´arskej pr´ace bolo navrhn´
ut’ syst´em webov´eho prostredia pre reprezent´aciu meteorologick´
ych d´at. Tento syst´em sme navrhli zo syst´emu skriptov, ktor´e
d´ata z meteorologickej stanice spracov´avaj´
u a n´asledne reprezentuj´
u vo forme grafov
na web str´anke. Tento syst´em sme u
´speˇsne implementovali na dva ˇskolsk´e servery.
Implement´acia tohto syst´emu nevyˇzaduje vel’k´
u ˇcasov´
u n´aroˇcnost’ a bliˇzˇsie ˇst´
udium
´
pouˇz´ıvan´
ych prostriedkov. Uspeˇ
sn´a implement´acia pozost´ava len z nainˇstalovania
programu gnuplot verzie 4.6, nainˇstalovania kompil´atora pre skriptovac´ı jazyk perl
a nastavenia samotn´eho syst´emu webov´eho rozhrania na serveri.
V anal´
yze tohto syst´emu, ktor´
y sme robili pomocou dotazn´ıka, ktor´
y vyplnilo 60 respondentov sme zhodnotili, ˇze n´avrh tohto syst´emu je potrebn´e eˇste viac prispˆosobit’
poˇziadavk´am uˇz´ıvatel’a ako je napr. vzhl’ad a prehl’adnost’ n´avrhu. Z dotazn´ıka vyplynulo, ˇze aˇz 60% respondentov by priv´ıtalo reprezent´aciu d´at pomocou v¨aˇcˇsieho
poˇctu jednoduch´
ych grafov, pred reprezent´aciou viacer´
ych grafov v jednom obr´azku.
T´ato inform´acia otv´ara ot´azky a moˇznosti d’alˇsieho v´
yskumu v tejto oblasti.
Pr´aca mala tieˇz za u
´lohu vypracovat’ u
´vod pre pouˇzitie form´atu HDF5, ktor´
y sa
vo svete vyuˇz´ıva na spracovanie a archivovanie vedeck´
ych d´at. Tieto poznatky n´am
mˆoˇzu pomˆoct’ pri bud´
ucom vyuˇzit´ı tohto n´astroja na archivovanie nami nameran´
ych
meteorologick´
ych d´at a na vyuˇzitie v in´
ych ˇstudentsk´
ych projektoch.
43
FEI
KKUI
Literat´
ura
´
[1] WIKIPEDIA:
Meteorologie, 22.5.2012, http://cs.wikipedia.org/wiki/Meteorologie
[2] Obr´azok prostriedkov zberu meteorologick´
ych d´at prevzat´
ych zo str´anky:
http://www.easterbrook.ca/steve/?p=1856
´
[3] WIKIPEDIA:
Pol´arna druˇzica, 5.5.2012,
http://sk.wikipedia.org/wiki/PolC3A1rnadruC5BEica
´
[4] WIKIPEDIA:
Weather ship, 6.5.2012, http://en.wikipedia.org/wiki/Weathership
[5]
SHMU:
Slovensk´a
r´adiolokaˇcn´a
siet’,
6.5.2012,
METAR,
10.5.2012,
http://www.shmu.sk/sk/?page=1566
[6]
SHMU:
Letiskov´a
meteorologick´a
spr´ava
http://www.shmu.sk/File/letecka/metar/metar.pdf
´
[7] WIKIPEDIA:
METAR, 11.5.2012, http://sk.wikipedia.org/wiki/METAR
´
[8] WIKIPEDIA:
CLIMAT, 10.5.2012, http://en.wikipedia.org/wiki/CLIMAT
´
[9] WIKIPEDIA:
BURF, 15.5.2012, http://en.wikipedia.org/wiki/BUFR
[10]
Obr´azok
ˇstrukt´
ury
HDF
API
prevzat´
y
zo
str´anky:
http://www.hdfgroup.org/HDF5/doc/UG/03DataModel.html
[11]
THE
HDF
GROUP:
HDF5
User’s
Guide,
11.4.2012,
http://www.hdfgroup.org/HDF5/doc/UG/index.html
[12]
THE
HDF
GROUP:
HDF5
Recerence
Manual
,
12.4.2012,
http://www.hdfgroup.org/HDF5/doc/PSandPDF/HDF5RefManual.PDF
[13] JANERT, P.K.: Gnuplot in Action, 2010, ISBN 978-1-933988-39-9, s. 13–15
[14] JANERT, P.K.: Gnuplot in Action, 2010, ISBN 978-1-933988-39-9, s. 25–27
44
FEI
KKUI
[15] Obr´azok grafov vytvoren´
ych pomocou n´astroja gnuplot prebrat´
y zo str´anky:
http://gnuplot.sourceforge.net/demo4.6
[16] JANERT, P.K.: Gnuplot in Action, 2010, ISBN 978-1-933988-39-9, s. 35–37
[17] Obr´azok aproxim´acie d´at v grafoch prevzat´
y z knihy JANERT, P.K.: Gnuplot
in Action, 2010, ISBN 978-1-933988-39-9, s. 36
[18] W3SSCHOOLS: SVG Tutorial, 20.4.2012,
http://www.w3schools.com/svg/default.asp
[19]
W3SSCHOOLS:
Introduction
to
SVG,
20.4.2012,
http://www.w3schools.com/svg/svgintro.asp
[20] Obr´azok porovnania bitmapov´
ych form´atov s vektorov´
ymi form´atmi prevzat´
y
zo str´anky: http://sk.wikipedia.org/wiki/SVG
[21] Obr´azok porovnania vel’kost´ı obr´azko bitmapov´
ych form´atov s vektorov´
ymi
form´atmi prevzat´
y zo str´anky: ¡http://sk.wikipedia.org/wiki/SVG¿
[22]
GNUPLOT:
Documentation
gnuplot
http://gnuplot.info/docs4.6/gnuplot.pdf
[23] W3SSCHOOLS: Browser Statistics, 20.5.2012,
http://www.w3schools.com/browsers/browsersstats.asp
45
4.6,
5.5.2012,
Zoznam pr´ıloh
Pr´ıloha A CD m´edium – bakal´arska pr´aca v elektronickej podobe, syst´em reprezent´acie meteorologick´
ych d´at, anketu a jej vyhodnotenie, pr´ılohy v elektronickej podobe.
Pr´ıloha B Pouˇz´ıvatel’sk´a pr´ıruˇcka.
Pr´ıloha C Syst´emov´a pr´ıruˇcka.
Download

Webové rozhranie pre meteorologickú stanicu