Маршрут полета БЛА. Характеристики и визуализация - Дипломная работа

При выполнении поставленных задач БЛА осуществляет полет по ранее сформированной траектории - маршруту. В наземном пункте управления осуществляется визуальный контроль прохождения БЛА по заданному маршруту посредством наблюдения графического представления БЛА на цифровой карте местности (ЦКМ), отображаемой на экране монитора автоматизированного рабочего места оператора, с нанесенным на нее маршрутом. Подсистема должна являться кроссплатформенной и обеспечивать управление маршрутами согласно правилам, разработанным специалистами ОАО «КБ «ЛУЧ». При проектировании подсистемы визуализации маршрута осуществлен анализ ранее разработанного в ОАО «КБ «ЛУЧ» аналога, отмечены его ограничения, недостатки. Все диалоговые окна, разработанные для управления маршрутами, должны позволять создавать маршруты, подчиняющиеся правилам, описанным в документе.Подсистема должна функционировать в составе специального программного обеспечения (СПО) «Проходчик», обеспечивая создание, редактирование и визуализацию совокупности маршрутов полетов БЛА одновременно в нескольких экранных окнах отображения ЦКМ формата географической информационной системы (ГИС) «Интеграция». Подсистема должна предоставлять: а) базовый набор графических примитивов (элементов) для визуализации маршрута полета БЛА на ЦКМ; Организация, структура, требования к разработке маршрута полета БЛА, перечень специальных маневров и их характеристики описаны в документе «Маршрут полета БЛА из состава КВР. Все диалоговые окна, разработанные для управления маршрутами, должны позволять создавать маршруты, подчиняющиеся правилам, описанным в выше упомянутом документе. Подсистема должна быть оптимизирована для работы с большим количеством графических примитивов, производить визуализацию совокупности маршрутов в нескольких экранных окнах отображения ЦКМ одновременно..2 Пояснительная запискаПодсистема должна функционировать в составе специального программного обеспечения (СПО) «Проходчик», обеспечивая создание, редактирование и визуализацию совокупности маршрутов БЛА одновременно в нескольких окнах отображения ЦКМ формата географической информационной системы (ГИС) «Интеграция». Разработанный программный продукт является аналогом ранее существовавшей в ОАО «КБ «ЛУЧ» подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута полета БЛА, обладавшей рядом ограничений: 1) отсутствовали специальные маневры; 2) подсистема ориентирована на визуализацию одного маршрута; 7) используется гибкий и быстрый алгоритм визуализации маршрутов, позволяющий визуально выделить интересующие маршруты, отдельные маневры в маршрутах, как совокупность связанных ХТТ, так и отдельные ХТТ при редактировании маршрутов мышью. Дополнительная заработная плата включает выплаты, предусмотренные законодательством о труде, и определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате: где - норматив дополнительной заработной платы в процентах.Наряду с широким определением интерфейса, как способа взаимодействия, существует и другое, более узкое, определение интерфейса - как внешнего вида программного продукта, который достигается определенной цветовой гаммой, размерами и расположением элементов информационных и управляющих элементов, использованных при проектировании внешнего вида - пользовательского интерфейса (ПИ) программного продукта. К прямым относится: внешний вид программного продукта (интерфейс в узком смысле), включая звуковые оповещения, к косвенным - монитор, принтер, звуковая система или другое подключенное к компьютеру оборудование, способное информировать пользователя о наступлении какого либо события. Программные продукты можно подразделить на классы по аудитории пользователей, которые будут их использовать - приложения для широкого круга пользователей (текстовый редактор, музыкальный и видео проигрыватель) и приложения для специально подготовленных пользователей (средство для видеомонтажа, средства разработки программных продуктов). Под эргономичностью пользовательского интерфейса понимается совокупность критериев, соответствуя которым, пользовательский интерфейс обеспечивает как эффективность и производительность работы, так и удовлетворенность ею пользователя. С точки зрения эргономики, самой важной задачей в программном продукте является задача создания пользовательского интерфейса, который делал бы работу пользователя эффективной и производительной, а также и обеспечивал удовлетворенность пользователя от работы с продуктом.В ходе выполнения дипломного проекта были решены следующие задачи: - проанализирована работа существующей на данный момент подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута, ее ограничения; разработана концептуальная схема подсистемы визуализации совокупности маршрутов в нескольких экранных окнах одновременно; разработан базовый набор графических примитивов для визуализации элементов маршрутов;(Графические материалы: 1. Диаграмма классов.

ОАО «КБ «ЛУЧ» занимается разработкой и производством сложной высокотехнологичной продукции. Одним из основных направлений деятельности ОАО «КБ «ЛУЧ» является разработка и производство комплексов с беспилотными летательными аппаратами.

Беспилотный летательный аппарат (БЛА) - сложное электронно-механическое устройство, основными задачами которого является облет территории с целью ее разведки, доразведки, получения информации о находящихся на ней объектов, корректирование артиллерийского огня. В связи с этим, возникает острая необходимость обеспечения полного контроля над летательным аппаратом в изменяющихся, зачастую неблагоприятных условиях.

Управление БЛА осуществляется с наземного пункта управления. При выполнении поставленных задач БЛА осуществляет полет по ранее сформированной траектории - маршруту. Возможна оперативная коррекция маршрута во время полета.

В наземном пункте управления осуществляется визуальный контроль прохождения БЛА по заданному маршруту посредством наблюдения графического представления БЛА на цифровой карте местности (ЦКМ), отображаемой на экране монитора автоматизированного рабочего места оператора, с нанесенным на нее маршрутом. Оперативная коррекция маршрута полета БЛА осуществляется в соответствии с определенными правилами и подразумевает изменение маршрута или его составных частей.

Задачей данной работы является разработка программного продукта (подсистемы), осуществляющего создание, редактирование и визуализацию совокупности маршрутов БЛА в нескольких окнах отображения ЦКМ одновременно. Подсистема должна являться кроссплатформенной и обеспечивать управление маршрутами согласно правилам, разработанным специалистами ОАО «КБ «ЛУЧ».

1. Анализ предметной области

При проектировании подсистемы визуализации маршрута осуществлен анализ ранее разработанного в ОАО «КБ «ЛУЧ» аналога, отмечены его ограничения, недостатки. Проанализированы требования, сформулированные компетентными в данной области сотрудниками предприятия. Изучены технические характеристики целевого оборудования, на котором планируется работа подсистемы.

Основными требованиями к подсистеме визуализации являются: - проектирование гибкой, легко расширяемой, более современной концептуальной схемы визуализации маршрута;

- проектирование базового набора примитивов, являющихся графическим образом составных частей маршрута;

- одновременная визуализация нескольких маршрутов на ЦКМ;

- визуализация совокупности маршрутов в нескольких экранных окнах одновременно;

- корректирование маршрута с помощью мыши;

- высокая скорость работы подсистемы на оборудовании, характеризующемся невысокой производительностью.

Ключевым документом, регламентирующим организацию, структуру, требования к разработке маршрута полета БЛА является документ «Маршрут полета БЛА из состава КВР. Организация, структура, требования к разработке». При анализе данного документа, были сделаны шаги в направлении проектирования удобного, интуитивно понятного пользовательского интерфейса диалоговых окон, упрощающих создание или изменение ранее созданной совокупности маршрутов полетов БЛА.

1.1 Постановка задачи

После анализа предметной области, изучения соответствующих документов, работы с существующим на данный момент аналогом, общения со специалистами ОАО «КБ «ЛУЧ», были конкретизированы требования к разрабатываемому программному продукту.

Требуется разработать подсистему, представляющую собой совокупность протестированных и отлаженных модулей, написанных на языке С с использованием кроссплатформенной объектно-ориентированной библиотеки Qt 3.3.4.

Подсистема должна предоставлять: а) базовый набор графических примитивов для визуализации маршрута полета БЛА на ЦКМ;

б) отрисовщик совокупности маршрутов на ЦКМ;

в) диалоговые окна для визуального создания и редактирования маршрута полета БЛА на ЦКМ.

Диалоговые окна должны быть разработаны с учетом изменения размеров элементов управления и экранных шрифтов.

Все диалоговые окна, разработанные для управления маршрутами, должны позволять создавать маршруты, подчиняющиеся правилам, описанным в документе.

Под базовым набором графических примитивов понимается набор, в состав которого входят следующие примитивы: а) ХТТ - характерная точка траектории, образующая точка маршрута, при прохождении которой осуществляется изменение траектории БЛА (на ЦКМ примитив отображается как круг определенного радиуса, граница которого нарисована пером заданного цвета и толщины, а внутренняя область закрашена кистью указанного цвета);

б) линия, связывающая ХТТ (условная линия, соединяющая две ХТТ, вдоль которой происходит движение БЛА при прохождении маршрута. На ЦКМ примитив отображается в виде линии, нарисованной пером заданного цвета и толщины);

в) БЛА (примитив, визуализирующий летательный аппарат. На ЦКМ примитив отображается в виде многоугольника, с заданной геометрией и количеством вершин. Границы данного примитива рисуются пером определенного цвета и толщины, а внутренняя область закрашивается кистью указанного цвета);

г) прямоугольник (базовый примитив для размещения дополнительной информации о маршруте; способ рисования аналогичен способу рисования графических примитивов ХТТ и БЛА).

Классы графических примитивов должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить простоту расширения базового набора.

Подсистема должна быть оптимизирована для работы с большим количеством графических примитивов, обеспечивать работу с совокупностью маршрутов одновременно в нескольких экранных окнах.

1.2 Обзор аналогов

Разрабатываемый программный продукт не является самостоятельным. Аналогичные продукты представляется возможным найти в секретных (оборонных) программных системах других стран (более сорока стран мира) или в проектах других фирм и предприятий России (более десятка организаций), но обеспечить уровень открытости архитектуры родственных подсистем для сравнения с разработанной вряд ли удастся. На основании вышесказанного, в данном разделе рассмотрен аналог подсистемы, ранее разработанный в ОАО «КБ «ЛУЧ», архитектура которого известна и, следовательно, достаточно легко выявить его ограничения, тонкие места и недостатки: 1) отсутствие специальных маневров;

2) ориентированность на визуализацию одного маршрута;

3) использование примитивного алгоритма визуализации;

4) визуализация маршрута в одном экранном окне отображения ЦКМ;

5) отсутствие редактирования маршрута с помощью мышью.

Разработанная подсистема по сравнению с ранее существующей имеет следующие преимущества: 1) предоставляет диалоговые окна для автоматического создания ряда специальных маневров, что позволяет существенно упростить работу оператора;

2) поддерживается визуализация и редактирование совокупности маршрутов;

3) используется более эффективный алгоритм визуализации, в основу которого положен механизм двойной буферизации, существенно повышающий скорость визуализации;

4) подсистема позволяет осуществлять визуализацию совокупности маршрутов в нескольких экранных окон отображения ЦКМ одновременно, сохраняя соответствие между окнами, не смотря на возможное различие масштабов и визуализируемой части ЦКМ. Такой механизм позволяет оператору одновременно наблюдать как весь маршрут в малом масштабе, так и неограниченное количество его наиболее интересных участков с необходимым увеличением;

5) поддерживается редактирование маршрутов путем перемещения мышью их составных элементов;

6) используется гибкий и быстрый алгоритм визуализации маршрутов, позволяющий визуально выделить интересующие маршруты, отдельные маневры в маршрутах, как совокупность связанных ХТТ, так и отдельные ХТТ при редактировании маршрутов мышью.. Проектная документация

2.1 Техническое задание

По результатам проведения тестирования подсистемы в соответствии со всеми пунктами методики испытаний можно сделать следующие выводы: - разработанный программный продукт полностью удовлетворяет требованиям, сформулированным в техническом задании;

- разработанный продукт является законченной базовой версией и имеет возможности для наращивания.

Работу можно считать завершенной с положительным результатом.

5. Экономическая часть

5.1 Анализ рынка

5.1.1 Цель разработки

В дипломном проекте была поставлена задача разработки подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута полета БЛА на ЦКМ. Подсистема должна функционировать в составе специального программного обеспечения (СПО) «Проходчик», обеспечивая создание, редактирование и визуализацию совокупности маршрутов БЛА одновременно в нескольких окнах отображения ЦКМ формата географической информационной системы (ГИС) «Интеграция».

5.1.2 Исследование рынка

Поскольку программный продукт не является самостоятельным, его продажа не предусмотрена, то рынка для данного программного продукта не существует. Разработанный программный продукт представляет собой совокупность протестированных и отлаженных, готовых для встраивания в СПО «Проходчик» модулей, написанных на языке С с использованием кроссплатформенной объектно-ориентированной библиотеки Qt 3.3.4. Следовательно, разработанная подсистема до ее интеграции в СПО «Проходчик» представляет интерес только для специалистов ОАО «КБ «ЛУЧ», занимающихся разработкой программного обеспечения. Экономический эффект для разработанной подсистемы рассматривается ниже (п. 5.3).

5.1.3 Обзор аналогов

Разработанный программный продукт является аналогом ранее существовавшей в ОАО «КБ «ЛУЧ» подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута полета БЛА, обладавшей рядом ограничений: 1) отсутствовали специальные маневры;

2) подсистема ориентирована на визуализацию одного маршрута;

3) использовался более примитивный алгоритм визуализации, без кэширования карты и сцены;

4) подсистема не позволяла производить визуализацию маршрута в нескольких экранных окнах одновременно;

5) не было реализовано редактирование маршрута путем перетаскивания мышью его элементов.

Разработанная подсистема имеет следующие преимущества: 1) предоставляет диалоговые окна для автоматического создания ряда специальных маневров, что позволяет существенно упростить работу оператора;

2) поддерживается визуализация и редактирование совокупности маршрутов;

3) используется более эффективный алгоритм визуализации, использующий механизм двойной буферизации, существенно повышающий скорость визуализации;

4) подсистема позволяет осуществлять визуализацию нескольких маршрутов в некоторой совокупности окон одновременно, сохраняя соответствие между окнами не смотря на возможное различие масштабов и визуализируемой части ЦКМ. Такой механизм позволяет оператору одновременно наблюдать как весь маршрут в малом масштабе, так и неограниченное количество его наиболее интересных участков с необходимым увеличением;

5) поддерживается редактирование маршрутов путем перемещения мышью их составных элементов; реализовано следующее соответствие: изменения, внесенные с помощью диалоговых окон должны отражаться на карте, а изменения, внесенные путем перемещения примитивов мышью, - в диалоговых окнах. Осуществляется проверка перемещения элементов маршрута мышью, исключающая потерю визуального контроля элементов при их выходе за область видимости ЦКМ;

6) реализован выбор интересующего элемента их нескольких возможных элементов при выделении составных частей маршрута мышью - аналог слоев;

7) используется гибкий и быстрый алгоритм визуализации маршрутов, позволяющий визуально выделить интересующие маршруты, отдельные маневры в маршрутах, как совокупность связанных ХТТ, так и отдельные ХТТ при редактировании маршрутов мышью.

Таким образом, разработана новая, гибкая и эффективная подсистема управления маршрутами, готовая для интеграции в СПО «Проходчик».

5.2 Затраты на разработку, полная себестоимость, установление цены разработчика

Расчет себестоимости осуществляется на основании методических рекомендации по технико-экономическому обоснованию дипломных работ студентов специальности 220400 программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем, под редакцией Кустовой Т.Н., Коновалова О.В, изданного в Рыбинске в 2004 году. Специальность 220400 в настоящее время переименована в 230105.

Себестоимость разработки программного продукта содержит следующие группы экономических элементов: - материальные затраты;

- основная заработная плата;

- дополнительная заработная плата;

- отчисления на социальные нужды (единый социальный налог);

- амортизационные отчисления и эксплуатационные расходы, связанные с использованием ЭВМ (расходы на машинное время);

- наложенные расходы (освещение, облуживание рабочего места, аренда помещения и т.п.);

- прочие затраты.

5.2.1 Расчет материальных затрат

Материальные затраты - это расходы на канцелярские товары, носители информации и расходные материалы. Материальные затраты составили .

5.2.2 Расчет основной заработной платы

Основная заработная плата определяется по следующей формуле:

Где - основная заработная плата;

- ставка заработной платы (месячная);

- время разработки (в месяцах).

Оклад инженера студенческого конструкторского бюро (СКБ) составляет 3850 рублей, к этой сумме добавляется стипендия студентам-выпускникам академии в размере 2000 рублей. Следовательно, заработная плата студента-инженера СКБ составляет , время разработки программного продукта . Следовательно, можно рассчитать основную заработную плату:

5.2.3 Расчет дополнительной заработной платы

Дополнительная заработная плата включает выплаты, предусмотренные законодательством о труде, и определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате:

где - норматив дополнительной заработной платы в процентах. С учетом условий труда примем .

Тогда дополнительная заработная плата может быть вычислена следующим образом:

5.2.4 Единый социальный налог

Ставка единого социального налога (ЕСН) - 26%. ЕСН - общее название суммы следующих налоговых сборов: - сбор в федеральный бюджет пенсионного фонда - ставка 6%;

- сбор в пенсионный фонд - ставка 14%;

- сбор в фонд социального страхования - ставка 2,9%;

- сбор в федеральный фонд обязательного медицинского страхования - ставка 1,1%;

- сбор в территориальный фонд обязательного медицинского страхования - ставка 2%.

Вычисление ставки ЕСН осуществляется от основной и от дополнительно заработных плат и определяется по формуле:

Посчитаем значение ЕСН: .

5.2.5 Амортизационные расходы

Расходы на машинное время определяются по формуле:

Где - расходы на машинное время, руб.;

- стоимость 1 часа машинного времени, руб.;

- время использования ЭВМ для разработки программного продукта, час.

Стоимость одного часа машинного времени зависит от: - цены компьютера. Цена компьютера состоит из стоимости аппаратных средств ЭВМ и - стоимости установленного программного обеспечения включающей в себя стоимость операционной системы - 5000 рублей, среды разработки - 12000 рублей, кроссплатформенной библиотеки - 5000 рублей, среды проектирования - 34000 рублей, средство тестирования и отладки программного обеспечения 1000;

- срока службы компьютера;

- время эксплуатации компьютера в рабочий день;

- эксплуатационных расходов. Эксплуатационные расходы - расходы на электроэнергию, потребляемую компьютером: - стоимость одного киловатт-часа электроэнергии, - суммарная потребляемая компьютером мощность. Тогда ;

Количество рабочих дней в году, принимается равным 254.

Стоимость 1 часа машинного времени можно рассчитать по формуле:

По приведенной формуле рассчитаем стоимость 1 часа машинного времени

.

Так как в одном месяце 22 рабочих дня, тогда время работы вычислительной системы равно , тогда время использования ЭВМ составит: .

Следовательно, можно найти расходы на машинное время: .

5.2.6 Наложенные расходы

Наложенные расходы определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате:

где - норматив для вычисления наложенных расходов. С учетом условий труда примем норматив равным .

Тогда наложенные расходы составят: .

5.2.7 Прочие затраты

Прочие затраты включают: - командировочные расходы разработчика, связанные с процессом разработки (учитываются по нормативу);

- коммерческие расходы, связанные с реализацией программного продукта (в размере 2 - 3% от производственной себестоимости - суммы материальных затрат, заработной платы с отчислениями и стоимости машинного времени);

- расходы на рекламу (по нормативу).

Реализация данного программного продукта не предполагается, следовательно, выше перечисленные затраты можно принять равными нулю.

5.2.8 Определение себестоимости

Сумма всех перечисленных затрат (п.п. 5.2.1 - 5.2.7) образует полную себестоимость разработки программного продукта

Таким образом, получили себестоимость разработки равной 50168,84 рубля.

5.2.9 Установление цены разработчика

Продажа разработанного программного продукта не предусматривается, затраты предприятия на разработку приложения будут равны его себестоимости в размере 50168,84 рубля.

Допустим, что данное приложение предназначено для продажи, рассчитаем цену разработчика для данного приложения.

Для определения минимальной цены, по которой разработчику выгодно продать программу, выполним расчет по следующей формуле

Где - норматив прибыли;

- величина материальных затрат;

- налог на добавленную стоимость;

- себестоимость разработки программного продукта.

Тогда цена разработчика составит:

Итак, минимальная цена разработки кроссплатформенной подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута БЛА на ЦКМ составляет 64939,15 рубля.

5.3 Экономический эффект от использования подсистемы

Разрабатываемый программный продукт не является самостоятельным, предполагается его интеграция в СПО «Проходчик», следовательно, выявление для него экономического эффекта в денежной форме является достаточно сложной процедурой. Однако можно отметить следующие результаты: а) в ходе реализации подсистемы была разработана концептуальная схема визуализации маршрутов БЛА в нескольких окнах одновременно, которая, благодаря своей гибкости и эффективности, безусловно, найдет применение как в СПО «Проходчик», так и в дальнейших разработках;

б) реализован легко расширяемый базовый набор графических примитивов, который может быть легко адаптирован как под изменившиеся требования текущей задачи, так и для решения аналогичных задач;

в) разработанная подсистема удовлетворяет новейшим требованиям к организации, структуре и разработке маршрута полета БЛА;

г) базовый набор графических примитивов и разработанный алгоритм обработки событий позволяют производить тонкую настройку визуализации маршрутов в зависимости от действий, совершаемых оператором в определенный момент времени и его требований к отображению маршрутов, что обеспечит лучшую наглядность при работе с подсистемой, позволит удовлетворить потребности оператора;

д) пользовательский интерфейс разработанной подсистемы реализован с учетом эргономических требований, что обеспечит удобство, простоту работы, повысит комфорт оператора при взаимодействии с подсистемой.

В итоге получаем, что предприятию экономически выгодна разработка, сопровождение и интеграция разработанной подсистемы.

6. Материалы по охране труда. Анализ разработанного программного продукта на соответствие требованиям эргономикиВ ходе выполнения дипломного проекта были решены следующие задачи: - проанализирована работа существующей на данный момент подсистемы создания, редактирования и визуализации маршрута, ее ограничения;

- изучены материалы, связанные с организацией, структурой, требованиями к разработке маршрута полета БЛА для СПО «Проходчик»;

- разработана концептуальная схема подсистемы визуализации совокупности маршрутов в нескольких экранных окнах одновременно;

- разработан базовый набор графических примитивов для визуализации элементов маршрутов;

- разработаны диалоговые окна, обеспечивающие визуальное создание маршрутов;

- разработано техническое задание на «Подсистему создания, редактирования и визуализации маршрута полета БЛА на ЦКМ»;

- разработана «Подсистема создания, редактирования и визуализации маршрута полета БЛА на ЦКМ»;

- проведены испытания подсистемы в соответствии с п. 2.4 «Программа и методики испытаний», в результате которых сделаны выводы и заключение о соответствии программного продукта требованиям Технического задания;

- проведен эргономический анализ интерфейса разработанной подсистемы;

- проведено исследование рынка, дано экономическое обоснование разработки.

1 http://LUTCH.yaroslavl.ru - официальная страница ОАО «КБ «ЛУЧ».

2 Маршрут полета БЛА из состава КВР. Организация, структура, требования к разработке. - ОАО «КБ «ЛУЧ».

3 http://www.vremya.ru/print/221720.Html

4 http://ru.wikipedia.org/wiki/БПЛА_по_странам

5 У. Боггс, М. Боггс. UML и Rational Rose. - СПБ: Питер, 2002.

6 Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон, Дж. Влиссидес. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. - СПБ: Питер, 2007.

7 Справочная система Microsoft Developer Network 2001.

8 Справочная система библиотеки Qt 3.3.4 - Qt Assistant 3.3.4.

9 Ж. Бланшет, М. Саммерфилд. Разработка графического интерфейса с помощью библиотеки Qt3 http://www.PHPTR.com/ conteimages/0131240722/ downloads/BLANCHETTE_book.pdf