Моделирование системы обработки непрерывно-дискретного потока входных данных

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию 

______________________________________________________________________________________________________ 

СИБИРСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ  ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ  АКАДЕМИЯ

ИНСТИТУТ  ГЕОДЕЗИИ  И  МЕНЕДЖМЕНТА

 

 

Кафедра прикладной информатики

 

 

К У Р С О В О Й

проект по моделированию процессов и систем

«МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ НЕПРЕРЫВНО-ДИСКРЕТНОГО ПОТОКА ВХОДНЫХ ДАННЫХ»

 

 

Цель: разработать модель системы обработки непрерывно-дискретного потока входных данных средством языка программирования высокого уровня

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

 

Фамилия И. О. студентов: Угадай Кто Угадаевич

 

 

Группа: ИС-31

 

 

ВАРИАНТ № 9

 

Дата выдачи задания: ___________________________________

 

Фамилия И. О. преподавателей: Бугакова Татьяна Юрьевна

Бугаков Петр Юрьевич

 

 

 

Дата выдачи курсового проекта: ___________________________________

 

Оценка за курсовой проект: ___________________________________

 

Подпись преподавателя: ___________________________________

 

 

 

 

 

Новосибирск 2011-2012 уч. год 
Оглавление

 

 

1. Введение

В настоящее время все наиболее частыми становятся несчастные случаи, такие как обрушение стен и крыш различных сооружений, всё это приводит к многочисленным материальным убыткам и уносит человеческие жизни.

  При проектировании любых зданий  всегда необходимо учитывать  особенности местности, на которой  в дальнейшем будет производиться  строительство, контролировать изменение  в структуре здания,  во избежание  сильного оседания, появления трещин  и других изменений постройки.

  Безусловно, актуальность этой проблемы  очевидна. С помощью различных  информационных систем можно  оценить движение поверхности  и спрогнозировать дальнейшее  её изменение. Поэтому возникает  необходимость разработки такой  информационной системы, которая  будет принимать, считать, анализировать  поступающие в нее данные и  помогать пользователю, сделать  соответствующие выводы о его  дальнейших действиях. Актуальность  данной информационной системы  заключается в возможности широкого  применения в различных сферах, главной из которых является  строительство жилых и нежилых  зданий.

  В своем курсовом проекте мы  будем пользоваться средствами  среды  PHP (версии 5) для разработки приложения, целью которого будет являться разрешения вышеуказанной проблемы. В данном случае, можно установить допустимость движения определённого участка местности во времени, проследить движение отдельных блоков конструкции, спрогнозировать дальнейшее движение. Также данный программный продукт можно эффективно  использовать как во время строительства здания, так и после завершения строительства. Архитектору потребуется только помощь геодезистов при определении превышений установленных марок, а после внесения результатов съёмки в программу и  по результатам полученных данных можно будет сделать однозначный вывод о движении конструкции, о величине возможной осадки.

  С помощью данной информационной  системы можно заранее предсказать  поведение системы, будущие возможные  проблемы и предотвратить их  до их появления.SANYAZOL@GMAIL.COM

 

2. Практическая часть

2.1. Постановка цели моделирования

Целью курсовой работы является анализ изменения состояния в пространстве и времени системы материальных точек, расположенных в теле объекта (жестко закрепленных в нем), то есть реальному объекту сопоставляется аналоговая модель системы геодезических точек в виде базы данных и  необходимо разработать модель системы обработки непрерывно-дискретного потока входных данных средствами языка программирования (в данном случая используется язык PHP версии 5).

 

В курсовом проекте рассматривается изменение положения инженерного сооружения во времени, анализ ведётся относительно изменения превышений марок объекта. Инженерное сооружение представляет собой конструкцию, состоящую из трех блоков: А, B, C. Учитывая конструктивные особенности рассматриваемого сооружения при исследовании объекта необходимо выполнить:

1. Анализ движения системы геодезических марок в пространстве и времени методом системного подхода, а именно:
1. построить на основании исходных данных цифровую модель и графическую функцию движения геодезических марок;
2. выполнить прогнозирование изменения положения марок методом экспоненциального сглаживания;
3. определить допустимость отклонения системы от нормы;
4. сделать вывод о состоянии системы;
5. принять решение о переходе на следующий этап.
2. Анализ движения блоков сооружения относительно друг друга, а именно:
1. выполнить вычисления для построения цифровой модели подсистем (блоков);
2. построить функции, позволяющие проанализировать движение блоков относительно друг друга;
3. определить допустимость отклонения подсистем от нормы;
4. принять решение о дальнейшем структурировании системы.

Структурирование подсистем объекта по методу проверки системы на неделимость. 
2.2. Выбор объекта моделирования

Объектом моделирования является инженерное сооружение, план  конструкции и схема расположения геодезических марок фундамента которого показана на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – План конструкции объекта и схема расположения геодезических марок фундамента

Отметки марок данного объекта представлены в таблице №1.

Ошибка измерений Т=0,1мм

Допустимая относительная разность осадок ±0,5мм.

 

Таблица 1. Отметки высот марок

Дата	Отметки высот марок (м)
	Номера марок
	1	2	3	4	5	6	7	8
1	83,3343	83,3644	83,3416	83,3333	83,3647	83,3463	83,3313	83,3891
2	83,3333	83,3633	83,3437	83,333	83,3638	83,3464	83,3333	83,3873
3	83,3333	83,3666	83,3493	83,3339	83,3646	83,3413	83,3344	83,3843
4	83,3386	83,3683	83,3464	83,3348	83,3663	83,3406	83,3343	83,3836
5	83,3337	83,3693	83,3493	83,3369	83,3646	83,3467	83,3311	83,3843
6	83,3348	83,3646	83,3436	83,3348	83,3667	83,3446	83,3396	83,3834
7	83,3313	83,3637	83,3413	83,3337	83,3634	83,3437	83,3387	83,3863
8	83,3333	83,3638	83,3434	83,3336	83,3613	83,347	83,3338	83,3883
9	83,3336	83,3638	83,3433	83,3307	83,3603	83,3499	83,3369	83,3811
10	83,3317	83,3619	83,3464	83,3368	83,3644	83,348	83,333	83,383
11	83,3308	83,36	83,3413	83,3389	83,3613	83,3418	83,3333	83,3868
12	83,3336	83,3638	83,3434	83,3348	83,3634	83,343	83,3316	83,3883
13	83,3333	83,3637	83,3434	83,3347	83,3643	83,3411	83,3397	83,3883
14	83,3383	83,3686	83,3483	83,3336	83,3683	83,3401	83,3333	83,3866
Дата	Отметки высот марок (м)
	Номера марок
	9	10	11	12	13	14	15	16
1	83,3343	83,3644	83,3446	83,3443	83,3637	83,3433	83,3333	83,3831
2	83,3343	83,3633	83,3447	83,344	83,3638	83,3434	83,3333	83,3833
3	83,3343	83,3636	83,3443	83,3449	83,3646	83,3433	83,3344	83,3833
4	83,3336	83,3633	83,3444	83,3438	83,3633	83,3436	83,3343	83,3836
5	83,3337	83,3633	83,3443	83,3483	83,3646	83,3437	83,3331	83,3833
6	83,3338	83,3636	83,3446	83,3438	83,3637	83,3436	83,3336	83,3834
7	83,3333	83,3637	83,3443	83,3437	83,3634	83,3437	83,3337	83,3833
8	83,3363	83,3638	83,3444	83,3436	83,3633	83,343	83,3338	83,3833
9	83,3366	83,3638	83,3443	83,3437	83,3633	83,3483	83,3383	83,3831
10	83,3367	83,3683	83,3444	83,3438	83,3634	83,343	83,333	83,383
11	83,3368	83,363	83,3443	83,3483	83,3633	83,3438	83,3333	83,3838
12	83,3366	83,3638	83,3444	83,3438	83,3634	83,343	83,3336	83,3883
13	83,3363	83,3637	83,3444	83,3437	83,3633	83,3431	83,3337	83,3833
14	83,3363	83,3636	83,3443	83,3436	83,3633	83,3431	83,3333	83,3836

 

2.3. Анализ природы объекта моделирования и процессов, требующих отображения в модели

Описание объекта всегда может быть неоднозначным. Необходимо давать наиболее простое из возможных описаний. Простота описания, выявление, схематизация главного – основная задача описания объекта. В зависимости от сложности объекта при его описании, а также от назначения модели и целей моделирования используют несколько уровней абстракции.

Метауровень моделирования – осуществляется абстрагирование от физических свойств объекта, и получают информационную модель объекта, в которой устанавливается зависимость функциональных свойств и структуры объекта от качества и количества внешней и внутренней информации. Метауровню моделирования соответствует информационное описание объекта, представляющее объект как некоторый преобразователь информации при его информационном взаимодействии с внешней средой.

Микроуровень моделирования – разработка моделей элементов системы, выявление функций каждого элемента. Микроуровень характеризуется не величиной моделируемого объекта или отдельного элемента, а глубиной, подробностью, системностью знаний об объекте и их использовании при моделировании. Микроуровню моделирования соответствует описание физического состояния и функций для каждого элемента, составляющего объект, и его связей со смежными элементами.

Макроуровень моделирования – выявляются наиболее общие связи интегрально рассматриваемого объекта, которые служат средством непротиворечивого объединения частных моделей, разрабатываемых на микроуровне. Основные задачи моделирования на макроуровне – это определение целей моделирования, описание факторов, действующих на объект и подлежащих обязательному учету, выбор критериев эффективности. Макроуровню моделирования соответствует функционально-структурное описание объекта. Функциональное описание характеризует назначение объекта, его связи с внешней средой, возможные состояния. Структурное описание определяет строение объекта. Детальность описания определяется назначением модели и целями моделирования. В результате структурного описания объекта выясняется совокупность элементов, составляющих объект, и связи между ними.

Выбор того или иного уровня описания зависит от назначения модели и целей моделирования. Выделение нескольких уровней позволяет параллельно вести построение моделей на разных уровнях. При последовательном переходе от одного уровня описания к другому углубляется знание объекта моделирования, совершенствуется качество моделирования и надежнее выявляются существенные и несущественные свойства объекта.

В конструктивном плане, по условию задания курсового проекта, исследуемый объект представляет собой четыре смежные постройки (А, Б, В Г), на которых расположено шестнадцать геодезических марок. В курсовом проекте модель системы рассматривается на метауровне, так как, абстрагируясь от всех физических свойств объекта, ведётся исследование информационной модели системы.

 

2.4. Выбор свойств объекта, необходимых для цели моделирования

Состояние объекта определим свойствами элементов системы геодезических точек. Любая система определена множеством элементов и множеством функций взаимосвязи между ними.

Каждый элемент системы обладает, за счет функций взаимосвязи, общими свойства для всей системы, общими свойствами для соседних связанных с ним элементов, и индивидуальными свойствами. Элементы системы могут образовывать подсистемы элементов с функциональными связями характерными как для всей системы, так и для подсистемы индивидуально.

В связи с этим, состояние изучаемого объекта можно определить, как свойствами всей системы, геодезических точек,  так и совокупностью свойств подсистем (в зависимости от конструктивных особенностей и от цели моделирования).

Состояние объекта определяется множеством его свойств (характеристик) в фиксированный момент времени. Состояние системы геодезических точек определяется  множеством свойств элементов этой системы.SANYAZOL@GMAIL.COM

  Условно, модель состояния системы изображена на рис. 2, где:

Hi – множество свойств (координат геодезических пунктов);

V – состояние объекта.

 

Рисунок 2 – Условная модель состояния системы

Вывод (о требуемых свойствах для достижения цели):

В нашем случае объектом является динамически изменяющаяся база данных, содержащая результаты измерения  высот геодезических пунктов, жестко закрепленных по периметру инженерного объекта. Именно эти данные являются  свойствами объекта, необходимыми для достижения цели моделирования. 
2.5. Выбор метода средств выполнения алгоритма

Суть курсовой работы заключается в создании модели системы управления и обработки потока входных данных. Система управления в нашем случае будет разрабатываться на языке программирования PHP без использования среды разработки, с применением текстового редактора Notepad++,а в качестве исходных данных будет выступать база, загружаемая из текстового файла.

Системный подход к изучению объекта является основополагающим при реализации конкретного проекта. Он заключается в принципе декомпозиции: анализе системы "от общего к частному".

Применительно к данной курсовой работе принцип декомпозиции представляет собой анализ поведения объекта в целом с последующим разделением на блоки и изучением каждого из них.

 

I уровень декомпозиции представляет собой исследование поведения системы в различные моменты времени. В методе фазового пространства эпоха (момент времени t) определяется вектор – функцией (формула 1). 

(1)

Необходимо отобразить графически, как будет себя вести этот вектор в пространстве и времени. Так как в курсовой работе эта функция представлена многомерным пространством, для продолжения работы с ним необходимо его свести к двумерному пространству, т.е. привести предыдущее выражение к виду, показанному в формуле 2, где M(t) и α(t)–фазовые координаты.