Исследование и разработка алгоритмов и комплекса программ для автоматизированной обработки акустооптических спектральных данных на основе архитектуры компьютерной сети с универсализацией идентификаторов без сессионного соединения

• Автор: Кириллов, Юрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ АКУСТООПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
1.1 Объекты исследования и обзор методов обработки акустооптических спектральных данных
1.2 Анализ существующих программных средств для обработки акустооптической спектральной информации
1.3 Требования к программному обеспечению для обработки акустооптической спектральной информации
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ ХРАНЕНИЯ, АНАЛИЗА И ВИЗУАЛИЗАЦИИ АКУСТООПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
2.1 Модель быстродействия файловых систем, лежащих в основе базы данных для хранения акустооптических спектральных данных
2.2 Метод оценки допустимых отклонений параметров, влияющих на ключевые характеристики быстродействия файловой системы базы данных для хранения акустооптических спектральных данных
2.3 Особенности реализации программного комплекса для хранения, визуализации и анализа акустооптических спектральных данных
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ АКУСТООПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ
3.1 Выбор и обоснование технологий создания программного комплекса, разработка модулей и алгоритмов программного комплекса
3.2 Испытания функционирования программного комплекса
3.3 Системное тестирование и практическое использование разработанного программного комплекса
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А. Данные из файлов, использованных при тестировании
программного комплекса
Приложение Б. Основные запросы и листинг базы данных
Приложение В. Листинг информационного ядра

ВВЕДЕНИЕ
Широкое практическое внедрение и перспективы использования акустооптической (АО) спектроскопии сдерживаются отсутствием специализированного программного обеспечения, учитывающего все особенности АО спектральных данных [1-10]. Обработка информации, полученной с акустооптического спектрометра (АОС), требует возможности выполнения широкого спектра операций, выполняемых в интерактивном режиме, возможности быстро (в автоматизированном режиме) обрабатывать большие объемы информации, а также документировать, хранить как результаты измерений, так и результаты обработки полученной информации. Также следует отметить, что весь процесс обработки данных, полученных с АОС, должен, с одной стороны, выполняться как единый процесс, с другой стороны - задачи, связанные с научно-исследовательскими работами, не могут (по определению) выполняться по единому шаблону (алгоритму) [11-26], т.е. путей достижения требуемого результата может быть несколько. Существующее программное обеспечение не позволяет реализовать указанные задачи, поскольку оно деструктуризировано, т.е. каждая программа позволяет решить только одну задачу и является полностью автономной. Отсюда следует, что набор подобных программ не позволяет выполнять обработку информации как единый процесс обработки и анализа спектральных данных. К тому же, многие из существующих программ были разработаны в системе Б08 и, как следствие, не обладают развитым эргономичным интерфейсом. Ряд программ, разработанных под семейство ОС ’'Л/тскпуз, зачастую обладают только частью функциональности программного обеспечения ранних версий. Это является следствием того, что подобные программные продукты разрабатывались как дополнения к
существующему ПО.
Так, на сегодняшний день основными универсальными средствами обработки спектральных данных являются программы серии “БРСТЬ ,

работающие в среде “Windows” и предлагающиеся для компьютеризированных АО спектрометров, управляемых внешним компьютером. Эти программные продукты имеют развитой графический интерфейс, многофункциональное рабочее окно, разнообразные режимы измерений и отображений, включая рамановский режим, элементы автотестирования. Однако в этом перечне нет основных функций программы “Quartz”, работавшей в среде DOS, а именно: вычитание, деление, сглаживание, логарифмирование и др. Принципиальная возможность проделывать эти операции в другой программе не решает проблемы, т.к. время выполнения одной такой операции составляет несколько минут (против нескольких секунд, необходимых в программе “Quartz”). Фактически одно это обстоятельство вычеркивает АОС из разряда быстродействующих.
Необходимо также учитывать, что регистрируемые спектральные данные представляют собой не непрерывную функцию s(l), а функцию 5(A), заданную на множестве изолированных точек {л,}, что порождает проблему отображения и анализа такой функции [27-38]. Упомянутые выше спектроаналитические программы ориентированы на работу с непрерывными функциями и не способны адекватно отображать АО спектральные данные и проводить операции с ними. Табличные редакторы также не могут обеспечить правильное и удобное оперирование этим типом функций.
Ниже приведены примеры, демонстрирующие недостаточность классических средств представления и обработки функций в случае работы с дискретными множествами точек.
1. Множество спектральных точек {Л,} представляет собой
дискретное множество, распределенное в общем случае неравномерно. Это сразу же создает проблему при сложении (вычитании, делении) двух дискретных спектров, заданных на разных множествах. Ни одна из известных программ не способна выполнить эту операцию, поскольку для решения задачи необходимо привести оба спектра к одному множеству спектральных точек. При периодическом опросе спектральных линий, если по какой-либо

(2.16)
Если в обоих файлах (главном и транзакционном) проводится последовательный поиск, то общее время выборки составляет
или, предполагая, что файл транзакций в среднем заполнен наполовину,
где о — вместимость файла транзакций [61-63].
В последовательном файле следующей записью является та, которая достигается непосредственно из предыдущей, и вполне возможно, что она располагается в том же самом блоке, в котором находится предыдущая запись. Если необходимость в получении следующей записи возникает часто, то файловая система должна обеспечить сохранение буфера с содержимым текущего блока. Вероятность того, что следующая запись располагается в одном блоке с предыдущей, равна (В/Я-1)/(В/Я), так что ожидаемое время получения следующей записи составляет [63]:
Если в файловой системе не предусмотрено выполнение операции получения следующей записи и содержимое текущего блока не сохраняется, то
так как в этом случае буфер необходимо заполнять заново.
Добавление записи к основному файлу обычно осуществить невозможно, поскольку при включении новых записей в конец файла нарушается упорядоченность. Для небольших наборов данных можно сдвинуть записи, расположенные за точкой включения, с тем чтобы освободить пространство для новой записи. Для этого потребуется прочитать и переписать в среднем половину всех блоков файла, так что
(2.17)
(2.18)
(2.19)
Тц = г + Ь„,
(2.20)