ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 5.3 : Τεχνική έκθεση και ολοκληρωμένο σύστημα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙΔΕΙΑΣ, ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΕΙΔΙΚΗ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΤΩΝ ΔΡΑΣΕΩΝ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΔΙΑ ΒΙΟΥ ΜΑΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΣΤΟΥΣ ΤΟΜΕΙΣ ΤΗΣ ΈΡΕΥΝΑΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΚΑΙΝΟΤΟΜΊΑΣ Ε.Υ.Δ.Ε. Ε.Τ.Α.Κ.) ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ «ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ & ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ» ΚΑΙ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΩΝ ΣΕ ΜΕΤΑΒΑΣΗ έν τω ρ ΕΘΝΙΚΟ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΕΣΠΑ 2007-2013 ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ Υδ ρο μ «ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ» ΠΡΑΞΗ Ι:«Συνεργατικά έργα μικρής και μεσαίας κλίμακας» «ΥΔΡΟΜΕΝΤΩΡ: ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ yr ig ht - ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΟΣΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ ΑΓΡΟΤΙΚΩΝ ΛΕΚΑΝΩΝ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΛΙΜΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗ ΛΕΚΑΝΗ ΑΠΟΡΡΟΗΣ ΤΗΣ ΛΙΜΝΗΣ ΚΑΡΛΑΣ.» ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ op Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Ι.Ε.ΤΕ.Θ. Ινστιτούτο Έρευνας και Τεχνολογίας Θεσσαλίας ΦΟΡΕΑΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΟΙΚΟΝΑΠΤΥΞΗΣ ΚΑΡΛΑΣ, ΜΑΥΡΟΒΟΥΝΙΟΥ, ΚΕΦΑΛΟΒΡΥΣΟΥ, ΒΕΛΕΣΤΙΝΟΥ. ELPHO A.E. SCIENTACT Α.Ε. C ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ 5.3 : Τεχνική έκθεση και ολοκληρωμένο σύστημα ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΤΑΜΕΙΟ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ

ΥΔΡΟΜΕΝΤΩΡ ii

Πίνακας Περιεχομένων Κεφάλαιο 1 Φυσικό Αντικείμενο και Αναγκαιότητα... 1 1.1 Αναγκαιότητα... 1 1.2 Στόχοι του Συστήματος Απεικόνισης... 4 1.3 Περιγραφή του Συστήματος... 5 1.4 Το Graphical User Interface (GUI) της Εφαρμογής... 7 Κεφάλαιο 2 Σχεδιασμός SOS 2.0 και SensorML... 9 2.1 Περιγραφή του πρωτοκόλλου SOS... 9 2.2 Μοντελοποίηση Δεδομένων Παρατηρήσεων SOS 2.0... 13 2.3 Μοντελοποίηση Μεταδομένων Αισθητήρων... 15 2.4 Υλοποίηση Sensor Observation Service... 15 2.5 Δεδομένα βάσης... 16 Κεφάλαιο 3 Εφαρμογή της Διεπαφής Χρήσης... 19 3.1 Κύρια χαρακτηριστικά της εφαρμογής... 19 3.2 Βασικά χαρακτηριστικά επίδειξης του συστήματος... 21 3.3 Είσοδος χρήστη στο σύστημα παρακολούθησης... 22 3.4 Αρχική οθόνη... 23 3.5 Οθόνη αισθητήρων... 24 3.6 Χάρτης... 26 3.7 Μαζική εξαγωγή δεδομένων... 27 3.8 Δημιουργία χρηστών... 27 iii

iv

Κεφάλαιο 1 Φυσικό Αντικείμενο και Αναγκαιότητα 1.1 Αναγκαιότητα Η ανάγκη για αποτελεσματικές, δίκαιες και βιώσιμες πολιτικές κατανομής του νερού έχει αυξηθεί σε υψηλότατο βαθμό, λόγω της αυξανόμενης έλλειψης του νερού αλλά και του ανταγωνισμού για το νερό σε όλους τους τομείς. Η διαδικασία διαχείρισης των υδάτινων πόρων πρέπει να βοηθά και στην επίλυση των συγκρούσεων μεταξύ των διαφόρων χρηστών. Οι προσεγγίσεις για την ανάπτυξη και διαχείριση των υδάτινων πόρων οι οποίες είναι προσανατολισμένες στην αποτύπωση μιας συγκεκριμένης περιοχής και της εστίασης μόνο σε αυτή την περιοχή είναι πολλές και εξακολουθούν να είναι οι κυρίαρχες προσεγγίσεις, αλλά υπάρχει ανάγκη για μια στροφή προς μια ολοκληρωμένη και προσέγγιση με σκοπό να αποφευχθεί η κατακερματισμένη και ασυντόνιστη ανάπτυξη των υδάτινων πόρων. Επομένως οι διάφορες πολιτικές κατανομής του νερού μπορούν να εξεταστούν καλύτερα σε ένα υδρολογικό επίπεδο μιας λεκάνης απορροής, το οποίο διασυνδέει την απαραίτητη υδρολογία με τις διάφορες οικονομικές και θεσμικές σχέσεις, καθώς και τις χρήσεις των υδάτων και της γης των χρηστών. Άρα αυτός ο τρόπος πρέπει να είναι το κυρίαρχο εργαλείο λήψης απόφασης κατανομής υδάτων αλλά και ο βασικότερος 1

παράγοντας στη διαδικασία λήψης αποφάσεων. Η ολοκληρωμένη διαχείριση υδατικών πόρων έχει να προωθήσει με συντονισμένο τρόπο την ανάπτυξη και τη διαχείριση του νερού, της γης και των σχετικών πόρων, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η επακόλουθη οικονομική και κοινωνική ευημερία με δίκαιο τρόπο, χωρίς να τίθεται σε κίνδυνο η βιωσιμότητα των ζωτικών οικοσυστημάτων. Μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις είναι να βρούμε το σωστό μίγμα των εργαλείων διαχείρισης το οποίο βέβαια μπορεί να ποικίλει από κατάσταση σε κατάσταση. Τα εργαλεία αυτά μπορούν να είναι προσανατολισμένα ως προς την εκτίμηση των υδάτινων πόρων, τη ρύθμιση της ζήτησης και τα διάφορα ρυθμιστικά όργανα, τα μέσα κοινωνικής δικτύωσης, τη διαχείριση συγκρούσεων, των οικονομικών μέσων και των μέσων πληροφόρησης και επικοινωνίας. Κάτω από αυτή τη λογική, τα μαθηματικά μοντέλα που βασίζονται σε μια υδρολογική λεκάνη με ενσωματωμένη την χωρική χαρτογράφηση προσφέρουν το πλαίσιο που επιτρέπει μια ολοκληρωμένη ανάλυση των διαφόρων στοιχείων στον τομέα των υδάτων τα οποία σχετίζονται και μεταξύ τους, όπως για παράδειγμα η γεωργία, η δημοτική και βιομηχανική ύδρευση και ο τουρισμός. Ωστόσο τα παραπάνω δεν μπορούν εύκολα να επιτευχθούν από τα διάφορα μοντέλα διαχείρισης υδατικών πόρων και από τις διάφορες μελέτες αν δεν γίνει η απαραίτητη επεξεργασία δεδομένων. Η επεξεργασία δεδομένων όμως πρώτα απ όλα προϋποθέτει τη συνάθροιση των δεδομένων και την εμφάνιση τους σε μορφές και μορφοποιήσεις που είναι κατάλληλες και ευανάγνωστες στους μελετητές. Επομένως υπάρχει και κάθε μέρα μεγαλώνει η ανάγκη δημιουργίας τέτοιων ολοκληρωμένων εργαλείων τα οποία θα δίνουν τη δυνατότητα εμφάνισης ιστορικών 2

δεδομένων, κατηγοριοποίησης των δεδομένων, συμπληρωματικής δυνατότητας δημιουργίας γραφικών κ.λπ. Όταν αυτά τα δεδομένα είναι δεδομένα που είναι συμπληρωμένα με στοιχεία γεωδεσίας της υφιστάμενης περιοχής τότε όπως έχει αποδειχθεί μπορούν να παρέχουν στους χρήστες και στους μελετητές ένα πολύτιμο εργαλείο μελέτης και ένα πολύ σημαντικό σύστημα υποστήριξης αποφάσεων. Από την άλλη μεριά, η διεπιστημονική φύση των προβλημάτων του νερού απαιτεί νέες μεθόδους για την ενσωμάτωση των τεχνικών, οικονομικών, περιβαλλοντικών, κοινωνικών και νομικών πτυχών σε ένα συνεκτικό περιβάλλον. Σήμερα, υπάρχει ανάγκη για προσεγγίσεις που στοχεύουν σε πολλαπλές χρήσεις για την επίλυση προβλημάτων κατανομής των υδάτινων πόρων. Σε ένα πλαίσιο μοντελοποίησης, η αντικειμενική συνάρτηση είναι ένα σημαντικό στοιχείο το οποίο αντανακλά το πλήθος των κανόνων, αρχών και των περιορισμών στη διαχείριση των υδάτινων πόρων. Αρκετοί στόχοι (οικονομία, αποτελεσματικότητα, κοινωνική ευημερία, περιβαλλοντική ευημερία, αειφορία, κλπ) πρέπει να αντιμετωπίζονται παράλληλα. Τα χωρικά συστήματα υποστήριξης αποφάσεων (Spatial Decision Support Systems, SDSS), είναι μια κατηγορία των συστημάτων πληροφορικής στα οποία εφαρμόζονται τόσο οι τεχνολογίες Geographical Information Systems, (GIS) όσο και τα Decision Support Systems, (DSS) έτσι ώστε να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα που έχουν χωρική διάσταση. Τα GIS είναι μια τεχνολογία γενικής χρήσης για το χειρισμό γεωγραφικών δεδομένων σε ψηφιακή μορφή, προσφέροντας μια χωρική αναπαράσταση των συστημάτων υδατικών πόρων που μας ενδιαφέρουν, αλλά επί του παρόντος δεν έχουν κάποια προγνωστική ή άλλες σχετικές αναλυτικές ικανότητες για να επιλύσουν προβλήματα πολύπλοκων 3

σχεδιασμών και προβλήματα διαχείρισης των υδάτινων πόρων. Από την άλλη μεριά τα συστήματα DSSS που προαναφέραμε είναι συστήματα GIS τα οποία είναι εμπλουτισμένα με τις παραπάνω λειτουργικότητες και επομένως άκρως απαραίτητα για τέτοιες προσεγγίσεις επίλυσης. Περαιτέρω τα DSSS είναι διαδραστικά προγράμματα, τα οποία ενσωματώνουν τα παραδοσιακά μοντέλα προσομοίωσης των υδάτινων πόρων και τη βελτιστοποίηση, με την προσαρμογή των νέων προσεγγίσεων, για την υποστήριξη των χρηστών σε ημι-διαρθρωτική ή μέτρια από πλευράς αποδοτικότητας επίλυση προβλημάτων. 1.2 Στόχοι του Συστήματος Απεικόνισης Κύριος στόχος της Ενότητας Εργασίας 5 είναι η ανάπτυξη, εφαρμογή και επίδειξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος που θα περιλαμβάνει τη βάση δεδομένων. Η τελευταία περιέχει ιστορικά δεδομένα (μετεωρολογικά, υδρολογικά, ποιότητας υδατικών πόρων, γεωγραφικά, κοινωνικά, οικονομικά, και χρήσης νερού), δεδομένα που θα προέρχονται από το τηλεμετρικό δίκτυο των μετρητικών σταθμών, εκτιμημένες μελλοντικές χρονοσειρές (μετεωρολογικές, υδρολογικές κλπ) και ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (Γ.Σ.Π.) για την περαιτέρω ανάλυση και οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Το σύστημα αυτό είναι διασυνδεμένο με το τηλεμετρικό δίκτυο και με τα μοντέλα προσομοίωσης. Το σύστημα είναι διαθέσιμο στο διαδίκτυο και θα έχει διάφορα επίπεδα πρόσβασης σε διαφορετικούς χρήστες του συστήματος (απλό κοινό, ΟΤΑ, φορείς διαχείρισης, κλπ), ενώ έχουν ληφθεί και κατάλληλες πρόνοιες για τη συνεχή ενημέρωση και επέκταση του. Οι στόχοι της Ενότητας Εργασίας 5 προσανατολίζονται: 4

στη καταγραφή των δεδομένων που θα παρέχονται από το τηλεμετρικό δίκτυο σε πραγματικό χρόνο. στην εισαγωγή - προσθήκη παλαιότερων δεδομένων στη βάση δεδομένων. στην αποθήκευση των δεδομένων στη βάση δεδομένων. στην επεξεργασία των δεδομένων και συσχέτιση τους με διάφορες παραμέτρους στην ανάλυση, σχεδιασμό, υλοποίηση και ανάπτυξη των εφαρμογών της διεπαφής χρήσης στην ανάπτυξη του Γ.Σ.Π. και προβολή των δεδομένων μέσω Γ.Σ.Π. 1.3 Περιγραφή του Συστήματος Το σύστημα βασίζεται στην αρχιτεκτονική πολλαπλών επιπέδων (n tier architecture), διαχωρίζοντας το σύστημα στα παρακάτω αρθρώματα (modules): επίπεδο παρουσίασης (presentation layer), επίπεδο εφαρμογής (application layer) και επίπεδο δεδομένων (database layer). H χρησιμοποίηση της αρχιτεκτονικής αυτής παρέχει κλιμακούμενη και αυξημένη δυνατότητα διαχείρισης. Επίσης παρέχεται μεγαλύτερη δυνατότητα ασφάλειας σε όλα τα επίπεδα της αρχιτεκτονικής. Τέλος επιτυγχάνεται η μεγιστοποίηση της απόδοσης 5

του συστήματος, διότι παρέχεται η δυνατότητα ξεχωριστής ανάπτυξης των διαφόρων επιπέδων της αρχιτεκτονικής, ανάλογα με τις ανάγκες. Η φυσική αρχιτεκτονική του πληροφοριακού συστήματος, χωρίζεται σε δύο (2) διακριτά επίπεδα. Το επίπεδο που περιέχει τους Application (GIS) & Web Servers και Το επίπεδο που περιέχει τον Database Server Στο επίπεδο παρουσίασης βρίσκεται και λειτουργεί ο απαραίτητος δικτυακός φυλλομετρητής (web browser), ο οποίος αναλαμβάνει να εμφανίζει τον HTML κώδικα στον χρήστη και να συλλέγει τα δεδομένα εισόδου από τις ενέργειες του τελευταίου. Σε αυτό το επίπεδο υλοποιήθηκε κατάλληλα και εκτελείται ο αναγκαίος κώδικας που απαιτείται και είναι υπεύθυνος για την μία πρώτη απλή επιβεβαίωση και επικύρωση της εισαγόμενης πληροφορίας από τον χρήστη, προς διευκόλυνση τόσο του τελευταίου όσο και της άσκοπης αλληλεπίδρασης με το κύριο σύστημα. Επιπλέον ο κώδικας αυτός αναλαμβάνει την ασύγχρονη τροφοδοσία με δεδομένα κάποιων συγκεκριμένων φορμών. 6

1.4 Το Graphical User Interface (GUI) της Εφαρμογής Στο επίπεδο αλληλεπίδρασης με τον χρήστη χτίστηκε και λειτουργεί η κύρια λογική μέσα από κατάλληλες δικτυακές φόρμες. Στο επίπεδο αυτό εκτελείται ο κώδικας που αποφασίζει τι θα εμφανισθεί στον χρήστη στο επίπεδο παρουσίασης (presentation layer) αντιστοιχίζοντας στο τελευταίο όλα τα δικτυακά μονοπάτια πλοήγησης (navigation paths). Επιπλέον το σημείο αυτό στην αρχιτεκτονική του συστήματος μεταφράζεται η εισαγόμενη πληροφορία (data entry) από τον τελικό χρήστη του συστήματος και καταγράφονται οι τυχόν ενέργειές του. Σε αυτό το επίπεδο είναι χτισμένο μεγάλο μέρος της επιχειρησιακής λογικής του πληροφοριακού συστήματος Business Logic Layer για την αποδοχή των δεδομένων που εισήγαγε ο χρήστης, καθώς και για την εκτέλεση οποιασδήποτε σχετικής διεργασίας 7

8

Κεφάλαιο 2 Σχεδιασμός SOS 2.0 και SensorML 2.1 Περιγραφή του πρωτοκόλλου SOS Η σχεδίαση της βάσης δεδομένων βασίστηκε στο OGC (Open Geospatial Consortium) standard Sensor Observation Service (SOS) το οποίο βρίσκεται στην έκδοση 2.0 από το Απρίλιο του 2012. Η Υπηρεσία Sensor Observation (SOS) είναι μια διαδικτυακή υπηρεσία για την αναζήτηση δεδομένων αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο και χρονοσειρές δεδομένων αισθητήρων και είναι μέρος του λεγόμενου Sensor Web. Τα προσφερόμενα δεδομένα περιλαμβάνουν περιγραφές των ίδιων των αισθητήρων, που έχουν καταγραφεί στη Sensor Model Language (SensorML), και τις τιμές που μετρώνται στις παρατηρήσεις και τις μετρήσεις με κάποια συγκεκριμένη μορφή κωδικοποίησης. Η υπηρεσία web, καθώς και οι μορφοποιήσεις αρχείων είναι ανοικτά πρότυπα με ανοικτού κώδικα προδιαγραφές με το ίδιο όνομα που ορίζεται από το Open Geospatial Consortium (OGC). Αν το SOS υποστηρίζει το συναλλακτικό προφίλ (SOS-Transaction, SOS-T), τότε μπορούν νέοι αισθητήρες να καταχωρηθούν στην διασύνδεση των υπηρεσιών και να εισαχθούν οι τιμές μέτρησης. Μια εφαρμογή SOS μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για τα δεδομένα in-situ όσο και σε μια απομακρυσμένη διαδικασία ανίχνευσης αισθητήρων. 9

Επιπλέον, οι αισθητήρες μπορεί να είναι είτε κινητά ή στάσιμα στοιχεία της εφαρμογής. Στο συγκεκριμένο πεδίο δράσης του συστήματος έχουμε αισθητήρες οι οποίοι είναι σταθεροί και όχι μετακινούμενοι. Από το 2007, το πρωτόκολλο SOS είναι ένα επίσημο πρότυπο του OGC. Αυτό σημαίνει ότι στην πλειονότητα παγκοσμίως όλες οι εφαρμογές που αναπτύσσονται ακολουθούν αυτό το πρωτόκολλο. Επιπροσθέτως, αυτό επιτρέπει και μετακίνηση δεδομένων από την μία εφαρμογή σε άλλη με εύκολο και διαφανή τρόπο. Άρα οι μελετητές οι οποίοι ασχολούνται και έχουν ως εργαλεία εφαρμογές βασισμένες σε αυτό το πρωτόκολλο, μπορούν να συνδυάσουν δεδομένα και διαδικασίες από αυτές τις εφαρμογές, να συγκεντρώσουν αποτελέσματα και έτσι να κάνουν πιο εμπεριστατωμένες μελέτες. Το πλεονέκτημα της τεχνολογίας SOS είναι ότι τα δεδομένα ενός αισθητήρα - οποιουδήποτε είδους - είναι διαθέσιμα σε μια τυποποιημένη μορφή και μορφοποίηση, χρησιμοποιώντας συγκεκριμένες και τυποποιημένες διεργασίες για την μετάλλαξή τους. Έτσι, όλες οι διαδικτυακές εφαρμογές οι οποίες φυσικά είναι web-based, και έχουν πρόσβαση σε δεδομένα αισθητήρων απλοποιούνται. Επίσης, αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την εύκολη ενσωμάτωση νέων δεδομένων σε ήδη υπάρχοντα συστήματα υποδομής χωρικών δεδομένων ή Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Το πρωτόκολλο SOS εφαρμόζεται στις περιπτώσεις που δεδομένα από αισθητήρες χρειάζεται να διαλειτουργούν με άλλα πληροφοριακά συστήματα. Το κομμάτι του πρωτοκόλλου που ασχολείται με αυτή τη διαδικασία ονομάζεται SOS-standard. Η βασική λειτουργία αυτού του component είναι να ορίζει μία υπηρεσία web που επιτρέπει την αναζήτηση χρονοσειρών δεδομένων και μεταδεδομενών από αισθητήρες όπως επίσης και 10

των χαρακτηριστικών παρατηρήσεων του αντικειμένων επεξεργασίας (αισθητήρες). Επίσης το SOS standard επιτρέπει την εισαγωγή νέων χρονοσειρών δεδομένων και νέων αισθητήρων όπως και την διαγραφή αυτών. Το SOS standard ορίζεται αναλυτικά από το OGC όπως μπορεί κάποιος να διατρέξει στην επίσημη ιστοσελίδα του πρωτοκόλλου http://www.opengeospatial.org/standards/sos και συγκεκριμένα ορίζει τη δομή δεδομένων ενός τέτοιου συστήματος μέσω UML διαγραμμάτων και περιγραφικών πληροφοριών. Παρακάτω βλέπουμε στο σχήμα 2.1 ένα ενδεικτικό διάγραμμα κλάσεων UML το οποίο ορίζεται αυτόματα μέσα από το πρωτόκολλο SOS και το οποίο στην ουσία δίνει στον προγραμματιστή που αναπτύσσει την εφαρμογή όλη την καθοδήγηση για το στήσιμο ενός τέτοιου component. Πιο συγκεκριμένα μπορεί ο προγραμματιστής να εξασφαλίσει τη ροή δεδομένων και την επεξεργασία τους μέσα από συγκεκριμένες κλάσεις που δημιουργούνται και στην ουσία να αναπτύξει τον κώδικα μόνο εντός αυτών των κλάσεων. Θα πρέπει να πούμε ότι τέτοιου είδους διαγράμματα έχουν σχέση μόνο με τη ροή επεξεργασίας δεδομένων από παρατηρήσεις αισθητήρων και δεν έχουν καμία σχέση με την επεξεργασία χρονοσειρών ιστορικών δεδομένων. Όμως η μορφοποίηση τέτοιων νέων δεδομένων όταν είναι σε πραγματικό χρόνο, υποβοηθά σε μέγιστο βαθμό και την περαιτέρω επεξεργασία τους όταν σε αργότερο χρόνο αυτά γίνουν ιστορικά. 11

Σχήμα 2.1 : UML διάγραμμα Observarions - παρατηρήσεις Ένα άλλο μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας είναι ότι ταιριάζει απόλυτα με τεχνολογίες αποθήκευσης και βάσεων δεδομένων ανοικτού κώδικα όπως για παράδειγμα η PostGre-SQL. Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε ένα το κύριο σχήμα της βάσης δεδομένων που δημιουργήσαμε σχετικά με την αποθήκευση δεδομένων αισθητήρων στο ολοκληρωμένο σύστημα μας και πως αυτό το σχήμα βάσης ταιριάζει απόλυτα με το πρωτόκολλο SOS 2.0 standard. 12

έν τω ρ Υδ ρο μ yr ig ht - Σχήμα 2.2 : Κύριο σχήμα βάσης 2.2 Μοντελοποίηση Δεδομένων Παρατηρήσεων SOS 2.0 op Το SOS όπως προαναφέραμε σχεδιάστηκε και υιοθετήθηκε από τη λύση μας για να C παρέχει την πρόσβαση στις μετρήσεις όπως και στα μεταδομένα των αισθητήρων και σταθμών. Το εννοιολογικό μοντέλο του SOS αποτελείται από τις παρακάτω κύριες οντότητες. Feature of interest : είναι η φυσική οντότητα που παρατηρείται (πχ λίμνη κάρλα) οι οποία περιέχει τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά. 13

Phenomenon time : ο χρόνος που συνέβη η παρατήρηση. Result time : ο χρόνος που δημιουργήθηκε το αποτέλεσμα της παρατήρησης. Procedure : είναι το στιγμιότυπο μιας διεργασίας η οποία δημιούργησε το αποτέλεσμα της παρατήρησης συνήθως κάποιος αισθητήρας παρατήρησης πχ αισθητήρας θερμοκρασίας αλλά συγχρόνως μπορεί να είναι αποτέλεσμα ενός υπολογισμού, post processing ή προσομοίωση. Observed property : περιγραφή του χαρακτηριστικού που παρατηρείται πχ θερμοκρασία, ταχύτητα αέρα κ.α Result : η τιμή του χαρακτηριστικού προς παρατήρηση πχ 23m/s. Μπορεί να είναι μία απλή αριθμητική τιμή ακόμα και πιο σύνθετή δομή δεδομένων όπως πίνακας ή κάποιο γεωγραφικό στοιχείο. Unit of Measure(uom) : η μονάδα μέτρησης της τιμής πχ m,m/s, C κ.α Το παρακάτω σχήμα (Σχήμα 2.3) δίνει ένα παράδειγμα εννοιολογικού σχεδιασμού με βάση το πρωτόκολλο Σχήμα 2.3 : Μοντέλο παρατηρήσεων και μετρήσεων 14

2.3 Μοντελοποίηση Μεταδομένων Αισθητήρων SOS 2.0 συνιστά την κωδικοποίηση των μεταδεδομένων των αισθητήρων σε SensorML. Τα μεταδεδομένα που περιέχονται στο SensorML πρότυπο μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές που υλοποιούν αυτό το πρότυπο. Συνοπτικά, το πρότυπο SensorML καθορίζει ένα μοντέλο και την κωδικοποίηση για τις διαδικασίες που σχετίζονται με τον αισθητήρα, διαδικασίες επεξεργασίας μέτρησης (post processing) ή προσομοίωση. Οι φυσικοί, καθώς και οι λογικοί αισθητήρες μοντελοποιούνται ως διαδικασίες(processes). Το λειτουργικό μοντέλο μιας διαδικασίας (process)μπορεί να περιγραφεί λεπτομερώς, συμπεριλαμβανομένης της αναγνώρισης, είσοδοι, έξοδοι, παραμέτρους και χαρακτηριστικά όπως η χωρική ή χρονική περιγραφή. Οι Διαδικασίες μπορούν να αποτελούνται από αλυσίδες διεργασίας. 2.4 Υλοποίηση Sensor Observation Service Στα πλαίσια του έργου αναπτύχθηκε η υπηρεσία OGC Sensor Observation η οποία προσφέρει δεδομένα πραγματικού χρόνου από αισθητήρες που βρίσκονται σε απόσταση. Η υπηρεσία παρέχει μια διεπαφή ώστε τα δεδομένα των αισθητήρων να είναι προσβάσιμα στο web μέσω του προτύπου. Η διεργασίας που υποστηρίζονται από το σύστημα του Υδρομέντωρ είναι οι εξής. GetCapabilities : για την περιγραφή των δυνατοτήτων του service 15

GetObservation : για τη αναζήτηση δεδομένων αισθητήρων DescribeSensor : για τα μεταδεδομένα ενός αισθητήρα Επίσης υποστηρίζονται Transactional υπηρεσίες : InsertSensor : για την δημοσίευση νέου αισθητήρα UpdateSensorDescription : για την ανανέωση της περιγραφής του αισθητήρα DeleteSensor : για την διαγραφή αισθητήρα InsertObservation : για την δημοσίευση δεδομένων από δηλωμένους στο σύστημα αισθητήρες 2.5 Δεδομένα βάσης Η βάση δεδομένων περιέχει : μετεωρολογικά υδρομετρικά ποιότητας υδατικών πόρων Γεωγραφικά Κοινωνικά Οικονομικά χρήσης νερού 16

δεδομένα που προέρχονται από το τηλεμετρικό δίκτυο των μετρητικών σταθμών εκτιμημένες μελλοντικές χρονοσειρές (μετεωρολογικές, υδρολογικές κλπ) ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών (Γ.Σ.Π.) για την περαιτέρω ανάλυση και οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Τα γεωγραφικά δεδομένα βρίσκονται σε native ogc compliant τύπους γεωγραφικών δεδομένων στη PostgreSql 9.x. Συνεπώς οποιοδήποτε σύγχρονο GIS λογισμικό εμπορικό και μη μπορεί να τα προβάλει, να τα επεξεργαστεί και να τα αναλύσει. 17

18

Κεφάλαιο 3 Εφαρμογή της Διεπαφής Χρήσης 3.1 Κύρια χαρακτηριστικά της εφαρμογής Η αρχιτεκτονική σχεδίαση του πληροφοριακού συστήματος παρατήρησης που δημιουργήσαμε στο πλαίσιο του έργου, προσδίδει τα εξής χαρακτηριστικά: Την ευελιξία του συστήματος όσον αφορά μελλοντικές αλλαγές ή προσθήκες νέων λειτουργικών απαιτήσεων. Αυτό έχει επιτευχθεί υλοποιώντας την επιχειρησιακή λογική του συστήματος με τη μορφή ενός συνόλου αρθρωμάτων (modules), το καθένα από τα οποία θα είναι υπεύθυνο για μία διεργασία ή μέρος αυτής. Την αποτελεσματική εξυπηρέτηση ενός μεγάλου αριθμού ταυτόχρονων χρηστών. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στην εφαρμογή να αποκτήσει το χαρακτηριστικό της κλιμάκωσης. Στην ουσία το χαρακτηριστικό αυτό έχει επιτευχθεί με την χρήση της αρχιτεκτονικής τριών επιπέδων όπως προαναφέραμε σε προηγούμενη ενότητα. Συνεισφορά στην συγκεκριμένη διεργασία έχει και η χρήση εξελιγμένων τεχνικών caching που εφαρμόζονται με σκοπό την βελτιστοποίηση της μεταφοράς δεδομένων από το ένα λογικό επίπεδο στο άλλο και την ελαχιστοποίησή της μεταφοράς αυτής δεδομένων στον απολύτως απαραίτητο όγκο και μόνο αυτό. Σε επίπεδο GUI αυτό επίσης επιτυγχάνεται με τη χρήση της τεχνολογίας AJAX όπου ο χρήστης βλέπει στην 19

οθόνη να μην επανέρχονται τα ίδια παράθυρα κάθε φορά που κάνει μια διάδραση με το σύστημα άλλα μόνο οι απαραίτητες αλλαγές μεταφέρονται ώστε τα παράθυρα να επικαιροποιηθούν. Την σταθερότητα του συστήματος και την απρόσκοπτη λειτουργία του Αυτό έχει επιτευχθεί με τους ακόλουθους τρόπους: o Χρησιμοποιώντας κατά την υλοποίηση του συστήματος αναγνωρισμένα πρότυπα σχεδίασης και ανάπτυξης o Υλοποιώντας κατάλληλους μηχανισμούς για τη διαχείριση λαθών σε όλα τα λογικά επίπεδα του συστήματος. o Χρησιμοποιώντας στο μέγιστο βαθμό όλους τους μηχανισμούς δομικών περιορισμών των δεδομένων του συστήματος Την ικανοποιητική ασφάλεια στην παροχή προηγμένων υπηρεσιών ικανοποιώντας απαιτήσεις όπως ισχυρή αυθεντικοποίηση των χρηστών Τη διατήρηση της ακεραιότητας των δεδομένων. Τη διατήρηση της εμπιστευτικότητας της επικοινωνίας. Τη χρήση ανοικτών προτύπων και ανοικτής αρχιτεκτονικής. Ενδεικτικά αναφέρονται τα πρότυπα που αφορούν τη διάθεση της χωρικής πληροφορίας που έχουν καθοριστεί από το OGC, SOS κ.λπ. καθώς και τα πρότυπα για τα μεταδεδομένα. 20

3.2 Βασικά χαρακτηριστικά επίδειξης του συστήματος Η ενότητα αυτή περιγράφει την μεθοδολογία βάσει της οποίας θα δομηθούν και θα εκτελεσθούν όλα τα σενάρια τεκμηρίωσης επίδειξης του συστήματος στην τελική φάση της έκδοσης του. Εδώ πρέπει να πούμε όμως αυτό θα γίνει λαμβάνοντας υπόψη τις λειτουργικές και μη λειτουργικές απαιτήσεις του συστήματος. Στόχος είναι η δοκιμή των επιμέρους υποσυστημάτων καθώς και ο λειτουργικός έλεγχος του συνολικού συστήματος τόσο από τους προγραμματιστές όσο και από τους δυνητικούς τελικούς χρήστες του. Για αυτό το λόγο θα δημιουργήσουμε όλα τα δυνατά σενάρια χρήσης τα οποία μπορούν να διεξαχθούν και να εξεταστούν αλλά και στο τέλος να εκτιμηθούν για την ορθότητα τους και τη σωστή λειτουργία τους. Κάθε σενάριο θα παρέχει όπως προβλέπεται τα εξής στοιχεία πληροφορίας: Αριθμός σεναρίου Τίτλος σεναρίου Σκοπός σεναρίου Χρήστης/χρήστες που μπορεί/μπορούν να εκτελέσει/εκτελέσουν το σενάριο. Προϋποθέσεις εκτέλεσης του σεναρίου Βήματα αντίδρασης από το χρήστη Απόκριση εφαρμογής 21

Στις παρακάτω ενότητες του κεφαλαίου αυτού δείχνουμε τις βασικές λειτουργίες του συστήματος. Εδώ δεν περιλαμβάνονται όλες. Αυτό θα γίνει στην τελική του έκδοση. 3.3 Είσοδος χρήστη στο σύστημα παρακολούθησης Η πρώτη σελίδα που βλέπει ο χρήστης είναι η σελίδα σύνδεσης. Η σύνδεση πραγματοποιείται με τον χρήστη να συμπληρώνει τα διαπιστευτήρια του. Η είσοδος στην εφαρμογή είναι διαβαθμισμένη, βασισμένη στους σε ρόλους που έχουν οριστεί στο επίπεδο της βάσης δεδομένων. Υπάρχουν τέσσερις (4) βασικοί ρόλοι: Χρήστης Διαχείρισης Χρήστης Θέασης δεδομένων Χρήστης Εισαγωγής δεδομένων Χρήστης Εξαγωγής δεδομένων Στο παρακάτω σχήμα βλέπουμε την οθόνη σύνδεσης ενός πραγματικού χρήστη. Θα πρέπει να πούμε ότι για λόγους ασφάλειας οι μελλοντικοί χρήστε δεν εγγράφονται απλώς στο σύστημα και παίρνουν ένα όνομα χρήστη και ένα κωδικό. Αυτή η διαδικασία είναι επιρρεπής στη δημιουργία άσχετων χρηστών που ενδεχομένως να έχουν κακόβουλους σκοπούς. Έτσι η διαδικασία εγγραφής θα προϋποθέτει αίτηση εγγραφής στο σύστημα και κατόπιν αφού έχουν ελεγχθεί τα στοιχεία του χρήστη και ότι αυτά τα στοιχεία αντιστοιχούν σε πραγματικό άτομο, τότε θα εκδίδεται όνομα χρήστη και κωδικός. 22

Πρέπει επίσης να επισημάνουμε ότι οι κωδικοί πρόσβασης που εκδίδονται είναι σύμφωνοι με όλα τα διεθνή σύγχρονα πρότυπα ασφαλείας. 3.4 Αρχική οθόνη Σχήμα 3.1: Η φόρμα εισόδου ενός χρήστη στο σύστημα Μετά την είσοδο του ο χρήστης στο σύστημα βλέπει την παρακάτω πληροφορία όπως αυτή εμφανίζεται στο σχήμα 3.2. 23

Σχήμα 3.2: Η βασική οθόνη ενός χρήστη στο σύστημα Η εφαρμογή χωρίζεται σε 3 κομμάτια. 1. Στον κατάλογο ενεργειών. Ο κατάλογος ενεργειών περιέχει την θέαση χαρτών, την μαζική εξαγωγή δεδομένων καθώς και την παρούσα βοήθεια 2. Στο δέντρο περιήγησης. Το δέντρο περιήγησης, περιέχει όλους τους σταθμούς και τους αισθητήρες 3. Την κεντρική οθόνη. Η κεντρική οθόνη απεικονίζει τόσο τα τρέχουσα όσο και τα ιστορικά δεδομένα των σταθμών και αισθητήρων 3.5 Οθόνη αισθητήρων Διαλέγοντας κάποιον αισθητήρα από το δέντρο ο χρήστης μπορεί να δει τις μεμονωμένες μετρήσεις που έχουν καταγραφεί είτε σε κάποια συγκεκριμένη ημερομηνία είτε σε κάποια συγκεκριμένη χρονική περίοδο (επιλέγοντας τα ιστορικά δεδομένα). 24

έν τω ρ Υδ ρο μ C op yr ig ht - Σχήμα 3.3: Η βασική οθόνη θέασης αισθητήρων στο σύστημα Σχήμα 3.4: Η βασική οθόνη θέασης αισθητήρων στο σύστημα για επιλεγμένη χρονική περίοδο 25

3.6 Χάρτης Από την θέαση του χάρτη μπορεί κάποιος να επιλέξει έναν σταθμό και να δει συνολικά όλα τα δεδομένα όλων των αισθητήρων που καταγράφονται σε μια δεδομένη op yr ig ht - Υδ ρο μ έν τω ρ χρονική στιγμή ή κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα C Σχήμα 3.5: Η βασική οθόνη θέασης αισθητήρων στο χάρτη της περιοχής Επίσης μπορεί ο χρήστης να προβάλει οποιοδήποτε χαρτογραφικό υπόβαθρο (Openstreetmaps,κτηματολόγιο) όπως επίσης και γεωγραφικά δεδομένα που έρχονται από τη βάση του Υδρομέντωρ σε μορφής WMS,WFS. 26

3.7 Μαζική εξαγωγή δεδομένων Ο κατάλογος ενεργειών περιλαμβάνει και την μαζική εξαγωγή δεδομένων από τους σταθμούς σε αρχεία τύπου EXCEL όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Η ενέργεια αυτή παρέχεται μόνο στους διαχειριστές του συστήματος και ο χρήστης επιλέγοντας το χρονικό εύρος των μετρήσεών εξάγει τα δεδομένα για περεταίρω επεξεργασία. Σχήμα 3.5: Σύστημα μαζικής εξαγωγής δεδομένων 3.8 Δημιουργία χρηστών Μεταξύ άλλων ο χρήστης με τον ρόλο διαχειριστής συστήματος (Administrator) μπορεί να δημιουργήσει και άλλους νέους χρήστες. Όπως συζητήσαμε σε προηγούμενη υποενότητα θα υπάρξει η διαδικασία αίτησης εγγραφής στο σύστημα. Παρόλα αυτά θα δίνεται η δυνατότητα στον διαχειριστή του συστήματος να δημιουργεί καινούργιους χρήστες υπερβαίνοντας τη τυπική διαδικασία εγγραφής όπως συζητήθηκε. Αυτό γίνεται για 27

την άμεση βοήθεια σε ενδιαφερόμενους χρήστες οι οποίοι έρχονται σε επαφή με τους διαχειριστές τους συστήματος αυτού. Εκείνο που είναι υποχρεωτικό σε αυτή τη διαδικασία είναι να υποβληθεί ο λογαριασμός ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στον οποίο θα σταλούν τα νέα διαπιστευτήρια του υποψηφίου χρήστη όπως αυτό εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα 3.6. Σχήμα 3.6: Σύστημα δημιουργίας νέων χρηστών 28