Программные продукты и системы

Информационная поддержка деятельности экипажей космических кораблей и станций расширяется за счет повышения насыщенности бортовых планов, увеличения доли научной деятельности в общем расписании [1]. Соответственно возрастают требования к оперативности предъявления и наглядности бортовой документации, большое значение приобретают мультимедийный иллюстративный материал, дополнительная справочная информация, звуковое сопровождение [2].

Увеличивается информационная нагрузка на оператора, изменяется качественный характер его работы в информационном пространстве. Особую роль приобретают интерактивные составляющие бортовой документации. Оператор теперь не только работает на прием сведений, но и активно общается с информационной системой [3].

В результате разработки и экспериментальной эксплуатации на борту Международной космической станции (МКС) прототипа многофункциональной информационной системы (МИС) [4] были определены следующие интерактивные объекты и функции, необходимые для обеспечения полноценной и эффективной работы экипажа:

–      возможность сенсорного воздействия на модель окружающей среды, изменение вида, пози- ций и внутренних параметров виртуальных объектов [5];

–      ввод данных в интерактивные области документов электронной бортовой документации (ЭБД) (формуляры, аргументы функций, записи в блокнотах);

–      установка отметок о выполнении предписанных действий;

–      исполнение предписанных временных интервалов для отложенных действий с последующей реакцией;

–      работа с системой авторизованных закладок;

–      участие оператора в анкетировании по результатам завершенной рабочей сессии;

–      протоколирование поведения космонавта в информационной среде и передача протоколов на Землю, офисная обработка протоколов, автоматизированная оценка действий экипажа.

Для реализации перечисленных требований в интерфейс и алгоритмы информационной системы должны быть внедрены соответствующие интерак- тивные элементы управления [6] и средства привязки мультимедиа [7].

Существует проблема совместимости этих элементов с традиционными редакторами ЭБД.

Еще один важнейший аспект работы МИС – ее пространственная распределенность. Подготовка информации осуществляется наземным комплексом, преобразование этой информации в доступную оператору форму – на борту космического объекта.

Объемы обновляемой информации также имеют критическое значение для производи- тельности существующей системы передачи данных по каналу Земля–борт. Проблема обостряется из-за отсутствия постоянного канала. Связь действует периодически в привязке орбиты к на- земным пунктам. В этом отношении ключевой становится методика обновления информации в бортовой системе.

Дополнительной проблемой является неопределенность выбора ОС бортовых вычислительных средств. Наличие терминалов в планшетной реализации с различными техническими и операционными платформами создает дополнительные трудности.

Были проведены исследования с целью выбора оптимальной методологии работы наземного и бортового комплексов МИС и преодоления перечисленных проблем. В работе представлены их основные результаты.

Внедрение в ЭБД мультимедийных и интерактивных элементов

Основное различие классической, «бумажной» БД и мультимедийной интерактивной ЭБД состоит в постоянном расширении функциональных и пользовательских возможностей последней. Ус­ловная граница между БД и ЭБД проходит по линии разделения отображаемых элементов на две категории:

-      визуальная основа процедуры (страницы), соответствующая стандарту ODF и имеющая привычный для космонавта вид; это то, что можно напечатать на бумаге; визуальная основа консервативна и не изменяется в ходе работы с документацией;

-      интерактивный (управляющий) слой, состоящий из виртуальных органов управления ЭБД: кнопок, подсветки пунктов, отметок об исполнении, зон для генерации заполняемых формуляров, указателей расшифровки аббревиатур, гиперссылок, значков запуска мультимедийных приложений, привязки дикторских комментариев, записей в авторизованном блокноте и др.; эти элементы, естественно, не могут быть напечатаны на бумаге, они изменяются, трансформируются в соответствии со сценарием действий экипажа и бортовыми планами.

С учетом непрерывного совершенствования офисных редакторских инструментов [8] и не зави- сящей от них эволюции интерактивных средств космического назначения информационная среда разделена на две категории: визуальную основу и интерактивный управляющий слой. Их параллельная реализация позволяет, с одной стороны, использовать различные редакторские инструменты и не зависеть от закрытого кода редактора, с другой – развивать интерактивную составляющую в условиях непрерывно меняющихся требований прикладной среды.

Для наземной разработки интерактивных (управляющих) XML-файлов был создан простой и эффективный визуальный редактор (ВР) класса WISIWIG (рис. 1).

ВР устанавливается на АРМ разработчика ЭБД. В левой части экрана ВР выводится визуальная ос- нова страницы ЭБД, в правой – так называемый Мастер интерактивного слоя (далее – Мастер).

Две верхние строки Мастера отображают адреса создаваемого интерактивного слоя и корреспондируемого файла визуальной основы.

Для взаимодействия с внешней средой на панели редактора имеется группа кнопок со следующими функциями:

–      поиск и выбор файла визуальной основы;

–      запись результата редактирования в файловую структуру модуля интерфейса пользователя (МИП);

–      свертка окна редактора на нижнюю панель Windows;

–      свертка окна в каскад окон Windows;

–      выход из программы;

–      откат в предыдущее состояние (отмена последнего действия);

–      добавление новой зоны;

–      выделение всех имеющихся на странице зон;

–      снятие выделения со всех зон;

–      удаление группы выделенных зон;

–      удаление всех зон (очистка страницы);

–      блокировка всех зон, функционал которых отличается от функционала фокусной зоны;

–      выравнивание позиции группы выделенных зон по левому краю;

–      уравнивание ширины выделенных зон по самой широкой зоне группы;

–      выравнивание позиции группы выделенных зон по верхнему краю;

–      уравнивание высоты выделенных зон по самой высокой зоне группы;

–      копирование выделенных зон в буфер;

–      вставка зон из буфера в позицию специального курсора, который появляется при копировании зон в верхнем левом углу экрана и может перетаскиваться в позицию вставки группы зон.

Размеры и позиция фокусной зоны на странице устанавливаются вводом числовых значений в со- ответствующие строки Мастера, захватом и перетаскиванием или перемещением движков на полях страницы.

Выделить зоны для редактирования можно нажатием на одиночную зону (она обводится красной рамкой) или растягиванием групповой, синей, рамки. Выделенными становятся только те зоны, которые полностью попадают в рамку.

При фокусировании единственной зоны в строках Мастера появляются ее параметры: номер зоны на странице, текущие позиции по горизонтали и вертикали, размеры по ширине и высоте.

Ниже в Мастере выводятся функциональные характеристики фокусной зоны: link – гиперссылка для перехода на заданную позицию в массиве ЭБД, abbrev (аббревиатура) – расшифровка принятых в системе сокращений, media (мультимедиа) – привязка к действию видео, анимации, графики, light – подсветка фокусного пункта (действия) при навигации, math – зона для вывода вычисляемого математического выражения, variable – зона для ввода переменных вычисляемого выражения, formular – строка для рукописных отметок в документе.

После создания на странице всех необходимых интерактивных зон и определения их функциональности производится запись файла управ- ляющего слоя page#.xml. Итоговую композицию визуальной основы и управляющего слоя можно просмотреть и протестировать в редакторском экземпляре МИП.

Совокупность внедряемых на страницу ЭБД интерактивных и мультимедийных элементов обеспечивает оператору новые функциональные возможности. 

В качестве примера приведем функцию отложенного действия.

Некоторые пункты бортовых инструкций предусматривают некоторую временную задержку исполнения. Для блокировки органов управления МИП на время предписанной паузы предусмотрен специальный таймер отложенных действий (рис. 2), вызываемый атрибутом  time_out="<сек.>" в теге подсветки данного действия слоя page#.xml.

Таймер имеет круговую, цифровую и линейную индикации отсчета, кнопку экстренного сброса паузы. Линейная индикация дублируется на поле строки комментариев.

Пока идет отсчет паузы, все пространство экрана, за исключением кнопки экстренного сброса, прикрыто затенением, блокирующим доступ к органам управления МИП.

Завершение отсчета сопровождается звуковым оповещением. Интерактивная среда МИП разблокируется, оператор приступает к исполнению данного пункта ЭБД, его действия протоколируются.

Преобразование потоков обновляемых данных

Следует выделить три этапа переработки данных в процессе работы с ЭБД.

1.     Этап ЗЕМЛЯ – все, что можно заранее сделать на Земле в офисных условиях. Это относительно медленные операции в произвольном вре- мени с привлечением относительно больших вычислительных ресурсов и квалифицированного персонала [9, 10].

2.     Этап БОРТ – все, что можно сделать на борту при обновлении контента. Это также относительно медленные операции в произвольном времени с привлечением ограниченных ресурсов бортового сервера и без участия экипажа.

3.     Этап МИП – все, что необходимо и достаточно для работы интерфейса мобильного терминала. Это быстрый доступ к разделам ЭБД, быстрое преобразование данных, высококачественное воспроизведение звукового сопровождения и растрированных изображений в темпе видео на разнородных вычислительных устройствах; экипаж не принимает участия в технологическом процессе, ограничиваясь только пользовательскими действиями; на этом этапе высока вероятность неконтролируемых аппаратных конфликтов и сбоев в работе.

Очевидно, что критическим аспектом приведенной классификации является соотношение операционной нагрузки и локальных вычислительных возможностей. Чем неопределеннее, ограниченнее, разнороднее вычислительные средства, используемые по мере продвижения процесса с Земли на борт, тем выше и строже требования к реализации алгоритмов переработки информации. Отсюда следует решение максимально освободить этап МИП от подготовительных задач переработки данных и перенести их на этапы ЗЕМЛЯ и БОРТ. На рисунке 3 приведены две последовательности операций переработки данных: традиционная (верхняя гистограмма) и оптимизированная (нижняя гистограмма).

Цепочка тяжелых преобразований XML-XSL-XSLT-JavaScript-HTML-StageWebView, использовавшаяся в предыдущих версиях МИС (верхняя часть рис. 3), заменяется более «легкой» последовательностью XML-PDF-JPG+XML_inter (схема XPJX), в которой участвует опубликованный в наземных условиях документ PDF, за счет чего гарантируется идентичность вида процедуры на экране бортового терминала и утвержденного наземного бумажного документа. Разработка нетиповых инструкций (НИ) на Земле завершается формированием файла разметки, по которой на борту производится реконструкция НИ. Такое разделение позволяет избежать доставки на борт «тяжелых» элементов ЭБД. При этом в бортовом терминале выполняется обработка только связки JPG+XML_inter, преобразование XML-PDF осуществляется на Земле, а преобразование PDF-JPG, как и в случае с НИ, реконструируется на бортовом сервере.  Планшетный терминал освобождается от самой опасной операции – кроссплатформенной конверсии потока данных в растровую форму, которая переносится из терминала в наземный и бортовой серверы.

Реализация интерфейса на различных ОС

Ключевым требованием при анализе возможности реализации МИП на компьютерах с различными ОС следует считать единство программного продукта, так как трудно поддерживать и адекватно модифицировать несколько версий системы, написанных под разные ОС. На опыте разработки нескольких прототипов в 2012–2015 годах и их исследованиях в реальных условиях космического полета установлено, что наиболее удобной и эффективной средой исполнения является AIR (Ado­be Integrated Runtime), реализующая программы, написанные на языке сценариев ActionScript 3.0.

Приведенные выше концептуальные положения были реализованы при разработке базовой версии МИП и протестированы на настольных ПК и лэптопах с ОС Windows, планшетах iPAD (iOS) и Samsung (Android). Они показали высокую надежность, системную совместимость, гибкость конфигурирования, удобство эксплуатации и относительную простоту модернизации.

Созданный кластер новых систем интерактивного обеспечения деятельности экипажа существенно расширяет перспективы дальнейшего развития бортовой информационной среды пилотируемых космических объектов.

Литература

1.     Операции и эксперименты на Международной космической станции 25 апреля 2013 года. URL: http://www.federal­space.ru/main.php?id=2&nid=20060 (дата обращения: 15.05.2013).

2.     Технические эксперименты и исследования на Российском сегменте МКС. Эксперимент «ВИРУ». URL: http://www. energia.ru/ru/iss/researches/techn/58.html (дата обращения: 15.05.2013).

3.     Кравченко С.И. Бортовой модуль информационной поддержки экипажа Международной космической станции // Программные продукты и системы. 2013. № 3 (103). С. 68–72.

4.     Душенко А.Г., Арестов Д.С. Многофункциональная информационная система поддержки действий экипажа // Программные продукты и системы. 2013. № 3 (103). С. 54–61.

5.     Осипов В.П., Сивакова Т.В., Судаков В.А., Трахтен- герц Э.А., Загреев Б.В. Методологические основы поддержки принятия решений при планировании научно-прикладных исследований и экспериментов на Международной космической станции (МКС) // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 3 (9). С. 81–88.

6.     Жук Е.И., Гуторов А.М. Применение виртуальных руководств при подготовке к проведению научных исследований на пилотируемых орбитальных комплексах. Научные чтения памяти К.Э. Циолковского. Калуга, 2009. URL: http://readings. gmik.ru/lecture/2009-primenenie-virtualnih-rukovodstv-pri-podgo­tovke-k-provedeniyu-nauchnih-is­sledovaniy-na-pilotiruemih-orbi­talnih-kompleksah (дата обращения: 15.05.2013).

7.     Михеев А.М., Семочкина И.Ю. 3d-моделирование в интеллектуальной информационной системе поддержки научного эксперимента для систем мониторинга и контроля изделий ракетно-космической техники // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 4. С. 28–32.

8.     Забавникова Т.Ю. Элементы эргономики проблеме проектирования интерфейса // Вестн. Тамбовского ун-та. Сер.: Естествен. и технич. науки. 2009. № 1 (14). С. 227–228.

9.     Мельникова Р.В. Проектирование пользовательского интерфейса // Восточно-Европейский журн. передовых технологий. 2010. № 8 (48). С. 18–20.

10.  Быстров Д.А. Архитектуры презентационной систе- мы образовательного насыщенного мультимедиа контента // Образовательные технологии и общество. 2007. № 4 (10). С. 329–338.