Κονσόλα Προσοµοίωσης Ελεγκτή Εναερίου Κυκλοφορίας

Transcript

1 Κονσόλα Προσοµοίωσης Ελεγκτή Εναερίου Κυκλοφορίας Κύρια περιοχή έρευνας: ηµιουργία προσαρµοσµένου (custom) γραφικού περιβάλλοντος σε αντικειµενοστραφές περιβάλλον προγραµµατισµού. ευτερεύουσα περιοχή έρευνας: Χρήση γεωγραφικών συντεταγµένων για την απεικόνιση των δεδοµένων και µετατροπή τους σε σχετικές συντεταγµένες στην οθόνη. Συγγραφέας: Αδαµαντίδης Στυλιανός, προπτυχιακός φοιτητής του Αλεξάνδρειου Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύµατος Θεσσαλονίκης. ιεύθυνση: Κάλβου 14 Θεσσαλονίκη Ηλεκτρονική ιεύθυνση: Τηλέφωνο: Περίληψη Η εφαρµογή επιχειρεί να κάνει µια όσο το δυνατόν πληρέστερη προσέγγιση της θέσης εργασίας του ελεγκτή εναερίου κυκλοφορίας. Η προσοµοίωση βασίζεται στο σύστηµα PALLAS που χρησιµοποιεί η ελληνική Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας για τον έλεγχο της κίνησης των πολιτικών αεροσκαφών στο ελληνικό FIR. Το πρόγραµµα αποσκοπεί στη δηµιουργία ενός περιβάλλοντος εκπαίδευσης ελεγκτών, χαµηλού κόστους, το οποίο θα επιτυγχάνεται µε τη χρήση ενός απλού υπολογιστή χωρίς να χρειάζεται εξειδικευµένο hardware. Παράλληλα δίνεται έµφαση στην όσο το δυνατόν µικρότερη αποµάκρυνση του ελεγκτή από το οικείο σε αυτόν περιβάλλον του πραγµατικού συστήµατος, µε τη δηµιουργία γραφικού περιβάλλοντος που είναι πιστό αντίγραφο του πραγµατικού, και όχι το κλασικό παραθυρικό των υπολογιστών. Βαρύτητα δίνεται και στη γεωγραφική ακρίβεια των απεικονιζόµενων δεδοµένων. Να σηµειωθεί ότι το πρόγραµµα δεν προσοµοιώνει την προσέγγιση των αεροσκαφών στο αεροδρόµιο, αλλά την υπερπτήση αυτών στον εναέριο χώρο. Στην οθόνη προβάλλονται οι αεροδιάδροµοι του ελληνικού FIR και τα αεροσκάφη χωρίς πληροφορίες για το ανάγλυφο της γης. Τα δεδοµένα των αεροσκαφών (σχέδιο πτήσης, κωδικός κλήσης κ.α.) καθώς και των αεροδιαδρόµων αντλούνται από µια βάση δεδοµένων την οποία µπορεί ο διαχειριστής να επεξεργαστεί µέσα από γραφικό περιβάλλον. Έτσι µπορούν να δηµιουργηθούν εκπαιδευτικά σενάρια, κάτι δηλαδή σαν ασκήσεις που θα µπορούν µετά οι εκπαιδευόµενοι να εκτελέσουν. Η τοποθέτηση των αεροδιαδρόµων και των ραδιοβοηθηµάτων που τους ορίζουν, γίνεται µε τη χρήση γεωγραφικών συντεταγµένων και γεωδαιτικών αλγορίθµων. Κατά συνέπεια ο υποψήφιος χρήστης µπορεί να κάνει εύκολες µετατροπές σε περίπτωση αλλαγών όπως για παράδειγµα προσθήκη νέων αεροδιαδρόµων, χωρίς να χρειάζεται να ασχοληθεί µε λεπτοµέρειες υλοποίησης. Επιπλέον εξασφαλίζεται ότι τα γεωγραφικά δεδοµένα στην οθόνη του ελεγκτή συµβαδίζουν µε τα πραγµατικά των χαρτών. Οι οδηγίες προς τα αεροσκάφη µεταδίδονται µε τη χρήση µιας φόρµας η οποία προς απλοποίηση της διαδικασίας, ενηµερώνεται µε όλους τους συνδυασµούς αεροσκαφών οδηγιών. Τα αεροσκάφη χρησιµοποιώντας ένα σύστηµα τεχνητής νοηµοσύνης, καθώς και ένα θεωρητικό πτητικό µοντέλο, αντιδρούν στις οδηγίες του ελεγκτή και έχουν µια πιθανότητα απόκλισης από αυτές. Το πρόγραµµα έχει φτιαχτεί σε γλώσσα Java (JDK 6.0), χρησιµοποιώντας βιβλιοθήκες του Swing (JFC). Λέξεις κλειδιά Εξοµοίωση, RADAR, έλεγχος εναερίου κυκλοφορίας, αεροδιάδροµος, αεροσκάφος, PALLAS, γεωγραφικές συντεταγµένες, Java, Swing.

2 Πλήρης Εργασία Αντί προλόγου Η µελέτη και κατασκευή αυτής της εργασίας έχει προκύψει από την ανάγκη για έναν εξοµοιωτή ο οποίος να είναι όσο το δυνατό πιο κοντά στο ελληνικό σύστηµα διαχείρισης εναέριας κυκλοφορίας, το οποίο είναι γνωστό µε το όνοµα PALLAS. Εν συγκρίση µε άλλα παρόµοια συστήµατα έχει ορισµένες ιδιαιτερότητες στον τοµέα του user interface, κάτι που προέκυψε κυρίως λόγω του ότι το σύστηµα χρησιµοποιείται αποκλειστικά από την Ελλάδα. Κατά συνέπεια οποιαδήποτε λύση εξοµοίωσης αυτή τη στιγµή, απλά προσεγγίζει το καθαυτό αντικείµενο του ελέγχου κυκλοφορίας, αφήνοντας απ έξω το περιβάλλον του χρήστη, κοµµάτι που είναι πολύ σηµαντικό στο θέµα τις επαγγελµατικής εξοµοίωσης, και που η ιστορία έχει αποδείξει ότι είναι ένας σηµαντικός παράγοντας σφαλµάτων που έχουν συµβεί και στον αεροπορικό τοµέα. Το κενό αυτό έρχεται να καλύψει η εν λόγω εργασία δίνοντας την ίδια βάση και στο περιβάλλον εξοµοίωσης και στον έλεγχο της κυκλοφορίας. Λίγα λόγια για το σύστηµα Πριν ξεκινήσουµε µε την περιγραφή της εργασίας καλό θα ήταν να αναφέρουµε ορισµένα χαρακτηριστικά του πραγµατικού 1 συστήµατος. Το σύστηµα PALLAS εγκαταστάθηκε στην Ελλάδα στα τέλη της δεκαετίας του Έχει φτιαχτεί µε τη χρήση των γλωσσών C και Ada και χρησιµοποιεί το κλασικό πλέον interface µε ποντίκι καθώς και ένα εξειδικευµένο πληκτρολόγιο. Το σύστηµα δείχνει µια κάτοψη του ελληνικού FIR, µε δυνατότητες zooming και panning. Απεικόνιση του κατακόρυφου χώρου δεν παρέχει. Η µόνη αίσθηση που έχει ο ελεγκτής για τη θέση του αεροσκάφους στον κατακόρυφο άξονα παρέχεται από έναν τριψήφιο αριθµό που δείχνει το ύψος του αεροσκάφους. Αυτό ίσως να είναι και ένα µειονέκτηµα του συστήµατος. Επιπλέον παρέχει και τη δυνατότητα µεσοπρόθεσµου και βραχυπρόθεσµου ελέγχου για παραβίαση του ελάχιστου διαχωρισµού. Το πρόγραµµα από τη σκοπιά του χρήστη Η εφαρµογή από τη σκοπιά του χρήστη θα είναι αρκετά απλή για το ξεκίνηµα: ένα Java εκτελέσιµο (.jar), το οποίο τρέχει απευθείας, χωρίς εγκατάσταση σε οποιαδήποτε πλατφόρµα µε εγκατεστηµένο το Java Runtime Environment (JRE). Αξίζει τέλος να προσθέσουµε ότι πρόγραµµα, αν και σε Java φτιαγµένο, καταναλώνει µνήµη µόλις 22 ΜΒ, παράµετρος σηµαντική για τους χρήστες οι οποίοι µπορεί να διαθέτουν παλιό hardware, και πρακτικά µια βαρύτερη εφαρµογή να είναι άχρηστη. Το πρόγραµµα θα παρέχει διαφορετικές λειτουργίες του ίδιου εκτελέσιµου, οι οποίες ως σκοπό θα έχουν τη συνένωση της διαχείρισης και της εξοµοίωσης στο ίδιο πρόγραµµα. Το αποτέλεσµα θα είναι ότι ο χρήστης δε θα είναι αναγκασµένος να µπλέξει µε λεπτοµέρειες υλοποίησης. Αν για παράδειγµα θέλει να φτιάξει µια άσκηση, δε θα χρειαστεί ούτε να τροποποιήσει πολύπλοκα αρχεία κειµένου ούτε να ανακατευτεί µε λεπτοµέρειες βάσεων δεδοµένων. Απλά θα ανοίγει την ίδια εφαρµογή µε διαφορετικές παραµέτρους κάθε φορά. Τη δεδοµένη χρονική στιγµή υποστηρίζονται δύο λειτουργίες: εξοµοίωση και διαχείριση. Λειτουργία εξοµοίωσης Είναι η λειτουργία που αφορά κυρίως τον εκπαιδευόµενο ελεγκτή. Σε αυτή τη λειτουργία ο εκπαιδευόµενος µπορεί να επιλέξει να εκτελέσει ένα από τα διαθέσιµα σενάρια και να τρέξει την εξοµοίωση. Το σενάριο θα ανακαλείται από τη βάση δεδοµένων µία φορά στην αρχή. Από εκεί 1 Με τον όρο «πραγµατικό» από εδώ και στο εξής θα αναφερόµαστε στο σύστηµα που χρησιµοποιείται σήµερα για τον έλεγχο της κυκλοφορίας, εν αντιδιαστολή µε το «ψεύτικο» που είναι η εξοµοίωση και το θέµα αυτής της εργασίας.

3 και µετά τα αεροσκάφη χρησιµοποιώντας τεχνητή νοηµοσύνη θα ακολουθούν το σχέδιο πτήσης τους και ο ελεγκτής µέσω µιας φόρµας θα µεταδίδει τις εντολές στα αεροσκάφη που θέλει. Ο εκπαιδευτής θα έχει ρόλο παρατηρητή/καθοδηγητή και δε θα επεµβαίνει ενεργά στην πορεία της εξοµοίωσης. Το ιστορικό της εξοµοίωσης, καθώς και οι εντολές που µεταδόθηκαν θα µπορούν να καταγράφονται στη βάση δεδοµένων για µετέπειτα µελέτη και ανάλυση. Να αναφέρουµε επίσης ότι το πρόγραµµα σ αυτή του τη µορφή είναι µονοχρηστικό. Κάθε φορά δηλαδή µπορεί µόνο ένας άνθρωπος να τρέχει την εξοµοίωση και πρακτικά δεν υπάρχει αλληλεπίδραση µε άλλους εναέριους χώρους. Η φόρµα εισαγωγής εντολών Η φόρµα που χρησιµοποιείται για την εισαγωγή των δεδοµένων πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο κοντά στην πραγµατικότητα. Η πραγµατικότητα όµως του ελέγχου εναερίου κυκλοφορίας επιβάλει την προφορική και όχι γραπτή µετάδοση των εντολών. Είναι βέβαια γνωστό ότι ένας µέσος χρήστης υπολογιστών πληκτρολογεί πιο αργά από ότι όταν µιλάει. Ιδίως όταν πρόκειται για έναν ελεγκτή εναερίου κυκλοφορίας που µπορεί να είναι πιο κάτω από το µέσο χρήστη και λιγότερο εξοικειωµένος µε το πληκτρολόγιο, αυτό µπορεί να δηµιουργήσει προβλήµατα και σύγχυση: αν του αποσπάσουµε την προσοχή, προβάλλοντας του µια φόρµα και αναγκάζοντας τον να κοιτάξει το πληκτρολόγιο, θα χάσει πολύτιµο χρόνο και ίσως τον ειρµό των σκέψεών του κάτι που στην πραγµατικότητα δεν ισχύει. Ο ελεγκτής έχει µάθει να δίνει εντολές και ταυτόχρονα να σκέπτεται κοιτώντας την οθόνη. Επιπλέον επειδή ένας εξοµοιωτής δεν είναι παιχνίδι, αλλά έχει εκπαιδευτικό χαρακτήρα, πρέπει η φόρµα µετάδοσης των εντολών να βοηθάει τον εκπαιδευόµενο να εξοικειωθεί µε τη φρασεολογία του ΕΕΚ. Για να µπορέσει να γίνει η φόρµα όσο το δυνατό πιο εύχρηστη, τα ανωτέρω στοιχεία ελήφθησαν υπ όψη στη σχεδίαση και κατασκευή της. Ιδιαίτερη σηµασία δόθηκε στο µέγεθος της φόρµας, ώστε να κρύβει όσο το δυνατό µικρότερο τµήµα της οθόνης, και να µην αποσπά τον ελεγκτή από την πραγµατική του δουλειά. Ενσωµατώνει λειτουργία αυτόµατης συµπλήρωσης. Η φόρµα πριν τη φόρτωσή της στην οθόνη προετοιµάζεται από το σύστηµα µε όλους τους πιθανούς συνδυασµούς φράσεων που θα µπορούσε να χρησιµοποιήσει ο ελεγκτής. Μετά προβάλλονται όλοι κατ αλφαβητική σειρά στην φόρµα σε ένα JComboBox. Πληκτρολογώντας ο χρήστης αφαιρούνται από το JComboBox τα στοιχεία που δεν αντιστοιχούν στην πληκτρολόγηση. Το δυνατό σηµείο της φόρµας είναι ότι αν ο χρήστης πατήσει το πλήκτρο ( ), συµπληρώνεται το κείµενο, µέχρι το πρώτο µη κοινό σηµείο που έχουν οι επιλογές. Ας δούµε ένα παράδειγµα: Ας υποθέσουµε ότι ο ελεγκτής θέλει να στείλει το εξής: OAL910 descend and maintain FL with rate or less και έχει γράψει µέχρι στιγµής OAL910 d Πρέπει να επιλέξει µεταξύ των επιλογών: OAL910 descend and maintain FL OAL910 descend and maintain FL with rate or less OAL910 descend and maintain FL with rate or greater Παρατηρούµε ότι, στο σηµείο στο οποίο βρίσκεται το συµπληρωµένο κείµενο, η φράση «escend and maintain FL» είναι κοινή και για του τρεις συνδυασµούς, και δεν υπάρχει κάποιος προφανής λόγος να τα πληκτρολογήσει κάποιος. Έτσι µε τη λειτουργία αυτόµατης συµπλήρωσης το κείµενο θα συµπληρωθεί µέχρι το κοινό σηµείο, και µετά ο ελεγκτής θα πρέπει να επιλέξει πάλι ποια επιλογή θέλει. Τα οφέλη είναι πολλαπλά: µειώνεται δραστικά ο χρόνος πληκτρολόγησης, µειώνεται η πιθανότητα επανάληψης της εντολής λόγω εισαγωγής ενός λάθους χαρακτήρα, αυξάνεται η εξοικείωση µε τη φρασεολογία, αφού οι φράσεις είναι

4 ολόκληρες µπροστά στον ελεγκτή και τέλος δε χρειάζεται ο εκπαιδευόµενος να αποµνηµονεύσει περίεργες κωδικοποιηµένες εκδόσεις των φράσεων αυτών, του τύπου OAL910,DM210gt2500 (είναι η τρίτη εντολή µε µια µορφή κωδικοποίησης...), όπως συµβαίνει µε ορισµένους εξοµοιωτές που υπάρχουν στο εµπόριο. Τέλος να αναφερθεί ότι οι απαντήσεις των αεροσκαφών δεν ακούγονται αλλά προβάλλονται στην οθόνη, κυρίως λόγω έλλειψης των κατάλληλων τεχνικών µέσων επεξεργασίας του ήχου. Το εικονικό πληκτρολόγιο Λόγω του ότι το σύστηµα έχει ένα ελαφρώς τροποποιηµένο πληκτρολόγιο υπολογιστών υπήρξε η ανάγκη χρήσης αυτού του πληκτρολογίου όσο το δυνατόν πιο ανέξοδα και αποτελεσµατικά. Υιοθετήθηκε η λύση του εικονικού πληκτρολογίου επί της οθόνης, κάτι σαν το πληκτρολόγιο που έχει ενσωµατωµένο το λειτουργικό Windows XP για τα άτοµα µε ειδικές ανάγκες. Σε αυτή την περίπτωση φυσικά χρησιµοποιήθηκαν τα πλήκτρα και η διάταξη του πληκτρολογίου του πραγµατικού συστήµατος. Το πληκτρολόγιο µπορεί να εµφανίζεται κατά τη βούληση του χρήστη κρατώντας πατηµένο το πλήκτρο (Ctrl). Ο κύριος λόγος της προσθήκης αυτού του χαρακτηριστικού, είναι οι διαφορές που υπάρχουν από το καθιερωµένο πληκτρολόγιο των υπολογιστών, στον αριθµό των πλήκτρων και στις ετικέτες ορισµένων εξ αυτών. Απώτερος σκοπός είναι η εξοικείωση του εκπαιδευόµενου µε το πληκτρολόγιο που χρησιµοποιεί στη δουλειά του, κάτι που θα µπορούσε να ολοκληρωθεί µε τη χρήση µιας οθόνης αφής. Επειδή όµως το κοµµάτι του πληκτρολογίου που ενσωµατώνει τα γράµµατα είναι κατά 95% ίδιο µε αυτό των υπολογιστών, λαµβάνοντας υπ όψη µας ότι οι ελεγκτές σπάνια πληκτρολογούν κείµενο, τα κουµπιά µε τις βασικές λειτουργίες έχουν µεταφερθεί και στο πραγµατικό πληκτρολόγιο, σε άλλες θέσεις. Έτσι ο κάθε χρήστης µπορεί να επιλέξει όποια προσέγγιση από τις δύο τον βολεύει περισσότερο. Λειτουργία διαχείρισης Αυτή η λειτουργία αφορά κυρίως τον εκπαιδευτή του συστήµατος. Από εκεί µπορεί, µε τη χρήση ενός συνόλου εργαλείων, να κάνει σχεδόν τα πάντα: Προσθήκη/διαγραφή σηµείου ναυτιλίας, προσθήκη/διαγραφή αεροδιαδρόµου, και προσθήκη/διαγραφή τοµέα ευθύνης. Τέλος από εκεί θα µπορεί να δηµιουργεί ή να τροποποιεί ένα σενάριο, για να χρησιµοποιηθεί µετέπειτα ως άσκηση. Η φιλοσοφία αυτής της λειτουργίας είναι Point n Click. Η εισαγωγή των δεδοµένων βασίζεται περισσότερο στο ποντίκι παρά σε µια φόρµα. Ο χρήστης δηλαδή µπορεί απλά επιλέγοντας τη λειτουργία που θέλει και κάνοντας κλικ µε το δείκτη του ποντικιού του στο σηµείο που τον ενδιαφέρει, να εισάγει τα δεδοµένα στο σύστηµα. ιαχείριση δεδοµένων εναερίου χώρου Γενικά, µπορούµε να πούµε ότι είναι σπάνιες οι περιπτώσεις αλλαγής των δεδοµένων του εναερίου χώρου, παρ όλα αυτά είναι υπαρκτές και πρέπει να αντιµετωπιστούν, χωρίς να είναι αναγκασµένος ο χρήστης να ανακατευτεί µε θέµατα υλοποίησης, ή ακόµα χειρότερα να χρειαστεί recompile ο πηγαίος κώδικας. Η κυρίως διεπαφή του χρήστη που θα αναλάβει εργασίες διαχείρισης είναι µια εργαλειοθήκη, δηλαδή ένα σύνολο κατάλληλα οµαδοποιηµένων κουµπιών που βοηθούν στην περάτωση µιας οποιασδήποτε διαδικασίας. Στο πάνω µέρος είναι όλα τα κουµπιά των δραστηριοτήτων, ενώ από κάτω ακριβώς βρίσκεται ένας πίνακας µε την τρέχουσα κατάσταση της δραστηριότητας που εκτελείται. Αυτός ο πίνακας ενηµερώνει το χρήση για τα σφάλµατα που προκύπτουν από τον ίδιο ή από το σύστηµα, καθώς και στις περιπτώσεις σωστών επιλογών το τι επέλεξε. Επιπλέον ο πίνακας αυτός έχει ως τίτλο την τρέχουσα ενέργεια για να µην ξεχνιέται ο χρήστης σε περίπτωση που αναγκαστεί να αφήσει µια ενέργεια ηµιτελή. Τέλος κάτω ακριβώς από τον

5 πίνακα υπάρχει µια τελευταία οµάδα κουµπιών που είναι κοινή για όλες τις ενέργειες και από εκεί πρέπει ο χρήστης να διαλέξει την τύχη της διαδικασίας που εκτελεί: ακύρωση της ενέργειας αναίρεση τελευταίου βήµατος ή εισαγωγή των δεδοµένων. Με τον τρόπο αυτό γίνεται προσπάθεια να ενοποιηθούν όλες οι εργασίες από τη σκοπιά του γραφικού περιβάλλοντος, και να µπορεί ο χρήστης να χειριστεί το πρόγραµµα αφιερώνοντας όσο το δυνατό λιγότερο χρόνο στην εκµάθηση του προγράµµατος και περισσότερο στην παραγωγικότητα. Προχωρώντας ένα βήµα παραπέρα, µπορούµε να δεχτούµε ότι οι συγκεκριµένες εργαλειοθήκες αποτελούν ένα SDK, κάτι σαν το Map Builder που έχουν αρκετά παιχνίδια στρατηγικής: Μπορεί κάποιος ο οποίος θέλει να προσοµοιώσει έναν άλλον εναέριο χώρο, να τον φτιάξει από την αρχή και να δουλέψει µε τον ίδιο τρόπο. Ο τρόπος λειτουργίας παραµένει ίδιος, αλλάζουν µόνο τα δεδοµένα. Εξαίρεση θα µπορούσε να αποτελέσει η περιοχή κοντά στους πόλους που είναι γνωστό ότι είναι δύσκολη από ναυτιλιακή σκοπιά, και στην οποία το πρόγραµµα δεν έχει δοκιµαστεί, και η συµπεριφορά του δε µπορεί να προβλεφθεί. ηµιουργία και διαχείριση σεναρίων Η δηµιουργία µιας καινούριας άσκησης ακολουθεί την ίδια ακριβώς τακτική µε την εργαλειοθήκη. Ο δηµιουργός του σεναρίου µπορεί να τοποθετήσει ένα αεροσκάφος σε ένα οποιοδήποτε σηµείο του εναερίου χώρου. Αφού επιλέξει το σχέδιο πτήσης και το χρόνο αναµονής του αεροσκάφους πριν εµφανιστεί στην οθόνη το σενάριο είναι έτοιµο προς αποθήκευση. Τα δεδοµένα αποθηκεύονται στη βάση δεδοµένων, µαζί µε το όνοµα του σεναρίου. Το µόνο που µένει µετά είναι να επιλέξει την άσκηση σε λειτουργία προσοµοίωσης. Το πρόγραµµα από τη σκοπιά του προγραµµατιστή Για τη δηµιουργία αυτής της εργασίας επιλέχθηκε η γλώσσα προγραµµατισµού Java η οποία έχει τα πλεονεκτήµατα των έτοιµων βιβλιοθηκών γραφικού περιβάλλοντος Swing (JFC), ενσωµατωµένο σύστηµα χειρισµού νηµάτων, απλουστευµένη χρήση, ειδικά στο θέµα της διαχείρισης µνήµης και έτοιµες βιβλιοθήκες για τη δηµιουργία απλών δισδιάστατων γραφικών. Ένα από τα µειονεκτήµατά της είναι ο τρόπος µε τον οποίο διαχειρίζεται τα γεγονότα, όπου διαπιστώθηκε ότι είναι αρκετά δυσκίνητος. Στα αρνητικά µπορεί να προστεθεί και το γεγονός ότι είναι µια µνηµβόρος γλώσσα, κυρίως λόγω της εικονικής µηχανής. Για την ανάπτυξη της εφαρµογής χρησιµοποιήθηκε το ολοκληρωµένο περιβάλλον ανάπτυξης (IDE) Netbeans, στα θετικά του οποίου µπορούµε να αναγνωρίσουµε τις δυνατότητες αναδιαµόρφωσης του κώδικα (refactoring), καθώς και την επισήµανση λαθών κατά το χρόνο σύνταξης του κώδικα. Η εργασία είναι µια εξοµοίωση η οποία χειρίζεται γεωγραφικά δεδοµένα και έχει ένα προσαρµοσµένο γραφικό περιβάλλον. Ως τέτοια πρέπει να επιλύσει µία σειρά προβληµάτων, τα σηµαντικότερα εκ των οποίων είναι τα παρακάτω: Συγχρονισµός των αντικειµένων. Προβολή και χειρισµός γεωγραφικών δεδοµένων. ηµιουργία γραφικού περιβάλλοντος από το µηδέν. Συγχρονισµός των αντικειµένων Στην αρχή της δηµιουργίας του προγράµµατος αποφασίστηκε η προσέγγιση του προβλήµατος µε τον τρόπο που τον προσεγγίζει ο προγραµµατισµός παιχνιδιών. Τα νήµατα αποφεύγονται και όλες οι ενέργειες γίνονται σε ένα βρόγχο ο οποίος, µε µια τεχνική που θυµίζει round robin, δίνει σε κάθε ενδιαφερόµενη διεργασία ένα «κβάντο» χρόνου να εκτελέσει κοµµάτι της δουλειάς της. Η ταχύτητα εκτέλεσης αυτού του βρόγχου δίνει και το frame rate του παιχνιδιού. Ενώ αυτή η προσέγγιση αρχικά φαινόταν βολική, λόγω του ότι η εικόνα του ελεγκτή ανανεώνεται περίπου

6 κάθε 10 δευτερόλεπτα, τελικά εγκαταλείφθηκε, κυρίως λόγω της άσκοπης πολυπλοκότητας που εισήγαγε στο πρόγραµµα. Πιο συγκεκριµένα, τα αεροσκάφη στην αρχή είχαν µια σχέση δούλου αφέντη µε την τάξη που τα φιλοξενούσε και κάθε φορά, το κάθε αεροσκάφος, περίµενε να πάρει εντολή από την εν λόγω τάξη για να ανανεώσει τα δεδοµένα του. Μετά που τα αεροσκάφη έγιναν αυτόνοµα νήµατα, το µόνο που έπρεπε να γίνει ήταν να τους δοθεί µήνυµα να ξεκινήσουν και την ανανέωση την έκανε το καθένα µόνο του. Η αλλαγή αυτή της προσέγγισης έκανε µεν τον κώδικα απλούστερο, έκανε όµως και το πρόγραµµα λιγότερο «πειθαρχηµένο». Παρατηρήθηκε δηλαδή ότι τα νήµατα δεν ήταν πολύ αυστηρά στο χρόνο που θα έκαναν έναν πλήρη κύκλο (sleep-execute). Κατόπιν µετρήσεων αποδείχτηκε ότι αυτή η απόκλιση σε κάποια σηµεία ήταν µικρή και δε θα επηρέαζες την εξοµοίωση ενώ σε κάποια άλλα η απόκλιση έφτανε και το +5%. Σε αυτές τις περιπτώσεις υπολογίζεται ο χρόνος εκτέλεσης των εντολών και αφαιρείται από το χρόνο αδράνειας του νήµατος, πρακτική που απέφερε καρπούς, όχι όµως και απόλυτη ακρίβεια. Προβολή και χειρισµός γεωγραφικών δεδοµένων Το µεγαλύτερο πρόβληµα που προέκυψε στην αναπαράσταση των γεωγραφικών δεδοµένων ήταν η διαφορά στη φύση των συντεταγµένων. Η µεν οθόνη χρησιµοποιεί επίπεδες συντεταγµένες η δε γη σφαιρικές. Έπρεπε µε κάποιον τρόπο οι σφαιρικές συντεταγµένες να αναπαρασταθούν στο επίπεδο λαµβάνοντας υπ όψη τη µετέπειτα εξέλιξη µε δυνατότητες zooming και panning, παράµετροι που περιπλέκουν περισσότερο τα πράγµατα. Εξ αρχής απορρίφθηκε η προβολή του ελλαδικού χώρου σε ένα επίπεδο πλέγµα και αποδοχή του σφάλµατος απόστασης που θα προέκυπτε, για το λόγο του ότι θα έπρεπε να εφαρµοστούν πολύπλοκα µαθηµατικά και να υπολογιστεί το σφάλµα το οποίο θα έπρεπε να είναι σε αποδεκτά επίπεδα. Από τη στιγµή που τα δεδοµένα είναι διάσπαρτα στο χάρτη (σηµεία ναυτιλίας) η ακριβέστερη µέθοδος είναι ο υπολογισµός της απόστασης και διόπτευσης των σηµείων από κάποιο κεντρικό. Τα αποτελέσµατα της µεθόδου ταυτίστηκαν µε τα δεδοµένα των χαρτών και το σφάλµα βρέθηκε µικρότερο από 0,5%. Αναλογιζόµενοι ότι σε ένα zoom κανονικής λειτουργίας το ένα εικονοστοιχείο αναλογεί στο 1/6 του ναυτικού µιλίου, και ότι ο ελάχιστος οριζόντιος διαχωρισµός των αεροσκαφών είναι τα 10 ναυτικά µίλια, το σφάλµα είναι παραπάνω από ικανοποιητικό για τις ανάγκες του εξοµοιωτή. Όλα τα αντικείµενα τα οποία βρίσκονται πάνω στο χάρτη έχουν τις απόλυτες συντεταγµένες τους οι οποίες κάθε φορά που αλλάζουν, ξαναγίνεται υπολογισµός των σχετικών συντεταγµένων για προβολή στην οθόνη. ηµιουργία γραφικού περιβάλλοντος από το µηδέν Η Java, όπως και οι περισσότερες γλώσσες προγραµµατισµού που υποστηρίζουν ανάπτυξη GUI, παρέχουν ένα user interface το οποίο είναι πολύ κοντά σ αυτό των υπολογιστών. Αυτό είναι µεν βολικό για την πλειονότητα των εφαρµογών σε υπολογιστές, αλλά είναι ανεπαρκές για ένα πρόγραµµα που χρειάζεται το δικό του interface. Στην περίπτωση του πραγµατικού συστήµατος απουσιάζει τελείως η χαρακτηριστική µπλε λουρίδα µε τα κουµπιά ελαχιστοποίησης, µεγιστοποίησης και κλεισίµατος, γνωστή και ως διάκοσµος (decoration). Έτσι έπρεπε να αναπτυχθεί ένα user interface από την αρχή. Τα θεµελιώδη συστατικά για το νέο γραφικό περιβάλλον είναι τα JPanel και JLabel των βιβλιοθηκών του Swing. Με τη χρήση αυτών των συστατικών και µε τους κατάλληλους ακροατές γεγονότων κατασκευάστηκαν προσαρµοσµένα παράθυρα και κουµπιά. Η γενική ιδέα για κατά την κατασκευή του περιβάλλοντος κινείται γύρω από το σκεπτικό ότι κάθε οντότητα είναι ένα «κουτί» που µπορεί να περιέχει άλλες οντότητες, και τα υπόλοιπα είναι κείµενο. Έτσι για κουτί χρησιµοποιήθηκε το JPanel σε συνδυασµό µε ένα Border και για κείµενο το JLabel.

7 Ένα σηµείο στο οποίο πρέπει να σταθούµε είναι η δηµιουργία κουµπιών µε αυτό τον τρόπο (συνδυασµός JPanel και JLabel). Η Java παρέχει την τάξη JButton για τη δηµιουργία κουµπιών, αλλά η συγκεκριµένη τάξη δεν υποστηρίζει αναδίπλωση κειµένου στο κουµπί, κάτι που είναι απαραίτητο σε ορισµένες περιπτώσεις, όπως η προσοµοίωση των κουµπιών ενός πληκτρολογίου. Επιπλέον η συγκεκριµένη τάξη ανήκει στην κατηγορία των βαρέων συστατικών (heavyweight components), µε ό,τι αυτό µπορεί να συνεπάγεται στην κατανάλωση µνήµης και γενικά στις επιδώσεις του προγράµµατος. Γι αυτό το σκοπό δηµιουργήθηκε µια τάξη η οποία επεκτείνει το JPanel και ανάλογα µε το πόσες γραµµές ζητά ο χρήστης προσθέτει τα αντίστοιχα JLabel. Επιπλέον η τάξη αυτή παρέχει την υποδοµή για τη δηµιουργία οµάδων κουµπιών ώστε να αποφεύγεται η διπλοεισαγωγή ενός κουµπιού ή στην περίπτωση ενός πληκτρολογίου να µπορούν να εισαχθούν δύο ίδια κουµπιά (πχ SHIFT ή ALT) µε την ίδια λειτουργικότητα και δυνατότητα προσδιορισµού της προέλευσή τους. Με παρόµοιο τρόπο δηµιουργούνται τα παράθυρα και γενικότερα οποιοδήποτε αντικείµενο του γραφικού περιβάλλοντος: τα ηλεκτρονικά stripάκια, οι ετικέτες των αεροσκαφών, το εικονικό πληκτρολόγιο, η Περιοχή Γενικής Πληροφόρησης και ό,τι άλλο σκεφτούµε. Ο µόνος περιορισµός είναι η φαντασία µας. Ένα άλλο σοβαρό πρόβληµα στον τοµέα των γραφικών το οποίο έπρεπε να λυθεί ήταν αυτό του τρεµοπαίγµατος της οθόνης, γνωστό ως flickering. Αυτό προκύπτει από τις συχνές κλήσεις της µεθόδου repaint() ενός Component. Γενικά στο παράθυρο του χρήστη υπάρχουν είτε συστατικά του Swing είτε σχήµατα που σχεδιάστηκαν µε το αντικείµενο Graphics2D ενός Component. Τα συστατικά του Swing φροντίζουν για τον επανασχεδιασµό της επιφάνειάς τους και έχουν από µόνα τους µηχανισµό οµαλής σχεδίασης χωρίς flickering. Για τα γραφικά όµως που σχεδιάζουµε µόνοι µας µε το Graphics2D πρέπει να αναλάβουµε εµείς τον οµαλό επανασχεδιασµό τους. Η προτεινόµενη λύση σ αυτό το πρόβληµα είναι το double buffering. Χρησιµοποιούµε ένα αντικείµενο τύπου Image στο οποίο γίνεται η οποιαδήποτε τροποποίηση και µετά όλο το Image προβάλλεται στην οθόνη. Πρακτικά αντί να λέµε στην οθόνη να σχεδιάζει τις δεκάδες γραµµές σε πραγµατικό χρόνο που είναι και αυτό που προκαλεί το πρόβληµα, της λέµε να σχεδιάσει µια και καλή µια εικόνα. Μελλοντικές εξελίξεις Μπορεί αυτή τη στιγµή το πρόγραµµα να είναι σε ένα ικανοποιητικό επίπεδο, αλλά για προγράµµατα αυτού του είδους, πάντα υπάρχει µια καλή αφορµή για προσθήκες. Για αρχή να αναφέρουµε ότι το σοβαρό του µειονέκτηµα είναι η µονοχρηστικότητα. Επιτρέπει σε έναν άνθρωπο να εκτελεί ένα σενάριο κάθε φορά. Αυτό για αρχή δεν είναι τόσο µεγάλο µειονέκτηµα, λόγω του ότι η υπάρχουσα λύση εξοµοίωσης λειτουργεί µε παρόµοιο τρόπο. Η καλύτερη λύση όµως σε αυτές τις περιπτώσεις είναι η πολλαπλή αλληλεπιδραστική εξοµοίωση. Το να µπορούν δηλαδή όλοι οι εκπαιδευόµενοι να τρέχουν ταυτόχρονα το ίδιο σενάριο και οι αποφάσεις που λαµβάνει ο ένας ελεγκτής να επηρεάζουν τους τοµείς των υπολοίπων. Αυτό θα µπορούσε να υλοποιηθεί µε µια προσέγγιση client server: θα συνδέονται όλοι οι υπολογιστές που θα λειτουργούν ως εξοµοιωτές σε έναν υπολογιστή ο οποίος θα αναλαµβάνει το συγχρονισµό τους και την ανταλλαγή των δεδοµένων. Επιπλέον θα µπορούσε να προστεθεί η λειτουργία της επανάληψης πραγµατοποιηθέντων σεναρίων η οποία αποτελεί σηµαντικό βοήθηµα στον τοµέα της εκπαίδευσης. Ως περαιτέρω εξέλιξη θα µπορούσε µε τη χρήση του κατάλληλου format δεδοµένων να επαναλαµβάνει τα δεδοµένα από πραγµατικά σενάρια εναέριας κυκλοφορίας. Θα µπορεί γενικά να λειτουργεί και ως ένα replay interface.

8 Στιγµιότυπα Εικόνα 1 Επεξήγηση της ετικέτας µιας επαφής RADAR, όπως απεικονίζεται στο πρόγραµµα. Εικόνα 2 Η φόρµα µετάδοσης των εντολών

9 Εικόνα 3 Η βασική οθόνη εργασίας µε το εικονικό πληκτρολόγιο. Εικόνα 4Η διαδικασία της εισαγωγής ενός νέου τοµέα.