Автоматизация издания астрономических ежегодников тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.01 ВАК РФ

Введение.

Глава 1. Подготовка табличных изданий с автоматически вычисляемым материалом.

1.1. Специфика подготовки табличных изданий.

1.1.1. Подготовка и ввод данных.

1.1.2. Представление данных

1.1.3. Расположение материала на странице.

1.1.4. Распределение материала по страницам.

1.1.5. Правильность данных.

1.1.6. Согласованность оформления таблиц.

1.2. Возможности и недостатки современных технологий.

1.2.1. Программирование "под издание".

1.2.2. Использование НИС.

1.3. Возможность автоматизации верстки.

1.4. Проблема конвертируемости.

1.4.1. Структура как объект формализации.

1.4.2. Язык ХМЬ как перспективный стандарт.

Выводы к главе.

Глава 2. Система автоматической верстки СВИТА.

2.1. Назначение, архитектура и режимы функционирования системы СВИТА.

2.2. Входной язык системы СВИТА.

2.2.1. Основные языковые конструкции.

2.2.2. Основные семантические конструкторы.

2.2.3 Описание таблиц.

2.2.4 Некоторые другие семантические конструкторы.

2.2.5 Описание данных.,.

2.2.6 Описание стилей.

Выводы к главе.

Глава 3.Выразительные возможности языка.

3.1. Интерпретация данных.

3.2. Особенности спецификации таблиц.

3.2.1. Шаблоны.

3.2.2. Шапка.

3.2.3. Многоколоночные таблицы.

3.2.4. Функции и накопители.

3.2.5. Разбиение на страницы.

3.3. Динамическая идентификация имен и неявная параметризация.

3.4. Разработка стилевого окружения.

Зг5. Гибкость и модифицируемость спецификаций.

3.6. Надежность издания ежегодников с помощью системы СВИТА.

Глава 4. Основные принципы реализации.

4.1. Организация работы системы.

4.2. Трансляция задания.

4.3. Генерация кода.

4.4. Оценка размещаемости материала.

Глава 5.Конвертируемость продуктов системы СВИТА и совместимость ее с другими системами.

5.1. Фиксация структуры документа в рамках системы СВИТА.

5.4. Генерация в XML.

5.3. Использование системы СВИТА в других средах.

Параметры астрономических объектов используются как в самой астрономии, профессиональной и любительской, так и в смежных областях науки и техники. Собранные в таблицы, они вместе с сопровождающим материалом входят в состав астрономических ежегодников, издаваемых научными организациями многих стран. В частности, одной из важнейших задач Института прикладной астрономии РАН является подготовка регулярных табличных изданий фундаментального характера, таких, как "Астрономический Ежегодник" и "Эфемериды Малых Планет".

Астрономический ежегодник" (АЕ) издается Российской Академией наук с 1921 года. В нем публикуются эфемериды Солнца, Луны, больших планет и звезд, вычисленные с максимальной точностью в строгом соответствии со стандартами, утвержденными Международным Астрономическим Союзом (MAC, IAU). Кроме того, в АЕ представлены звездное время, барицентрическое положение и скорость Земли, матрицы прецессии и нутации, редукционные величины, оскулирующие элементы орбит больших планет и данные, необходимые для физических наблюдений Солнца, Луны, больших планет и колец Сатурна, а также эфемерида кратера Mosting А.

Наряду со средними местами звезд приводятся с десятидневным интервалом видимые места 732 звезд, используемых в способах Певцова и Цингера, и ежедневные видимые места 47 близполюсных звезд. Приводятся таблицы для определения широты по наблюдениям Полярной и таблицы высот и азимутов Полярной.

В АЕ приведены также данные о фазах Луны, планетных конфигурациях, восходах и заходах Солнца и Луны для широт от 30 до 70 градусов северной широты, представлены подробные сведения о затмениях Луны и

Солнца, прохождениях Меркурия и Венеры по диску Солнца. Для затмений Солнца приводятся общие обстоятельства явления и элементы бесселевой теории, таблица полосы главной фазы. В случае, если затмение может наблюдаться на территории России, дополнительно публикуется таблица местных обстоятельств затмения для областных и республиканских центров России и стран СНГ, а также для крупнейших обсерваторий мира. Для лунных затмений и прохождений планет приводятся общие обстоятельства явления и некоторые дополнительные данные.

Издание необходимо для координатно-временного обеспечения наблюдений небесных тел и выполнения космических проектов, связанных с построением инерциальной и динамической систем координат. "Астрономический ежегодник" используется для планирования, проведения и анализа астрономических и геодезических наблюдений, космических проектов и других исследований в области астрономии, геодинамики и геодезии. По сравнению с такими изданиями, как "Astronomical Almanac" (США и Англия), "Connaissance des Temps" (Франция), "Japanese Ephemeris" (Япония), "Apparent places of fundamental stars" (Германия), "Астрономический Ежегодник" содержит более полную информацию о движении Солнца, Луны, больших планет, звезд, о различных астрономических явлениях. Ежегодник является основой при подготовке различных астрономических календарей в странах СНГ.

Электронным аналогом "Астрономического ежегодника" является программная система (ПС) АЕ [6].

Ежегодник "Эфемериды малых планет" (ЭМП) является важнейшим астрономическим изданием, подготавливаемым и издаваемым Институтом прикладной астрономии РАН [15]. Впервые выпуск ЭМП был начат Институтом теоретической астрономии АН СССР в 1947 году в связи с необходимостью восстановления мировой эфемеридной службы малых планет, которая оказалась полностью дезорганизованной во время второй мировой войны. ЭМП на 1947 г. содержали эфемериды 435 малых планет примерно из 1200 занумерованных малых планет, которые имели оппозицию в этом году.

Уже на следующий год были подготовлены под руководством профессора Н. С. Самойловой-Яхонтовой эфемериды всех находящихся в оппозиции малых планет. Этот год можно считать началом выпуска полноценного сборника "Эфемериды малых планет", который стал распространяться по астрономическим учреждениям всего мира. Тем самым Академия наук СССР взяла на себя обязательство удовлетворять потребности мировой астрономической науки в информации об орбитах и видимых положениях на небе всех занумерованных малых планет. Роль ЭМП как единственного в мире издания, содержащего наиболее полные сведения об элементах орбит и координатах занумерованных малых планет, была официально закреплена за этим ежегодником решением Генеральной Ассамблеи Международного астрономического союза (MAC) в 1951 г. Это решение фактически установило статус ЭМП как международного ежегодника, издаваемого под эгидой MAC и следующего научной политике, осуществляемой Комиссией 20 MAC (положение и движение малых планет, комет и естественных спутников). Ежегодник является русско-англоязычным изданием, в его комплектации принимают участие представители различных астрономических учреждений мира.

За истекшие пятьдесят с лишним лет издания ежегодник ЭМП неоднократно существенно менял свою форму и содержание. В настоящее время использование ежегодника облегчается все более широким применением его компьютерной версии [15], [36].

Компьютерные версии ежегодников являются необходимым инструментом при решении определенных задач. Однако книги (печатное представление АЕ и ЭМП) по-прежнему остаются незаменимым, привычным ценным пособием как для наблюдателей, так и для астрономов-исследователей, профессионалов и любителей. Подготовка и верстка печатных версий ежегодников является трудоемкой и ответственной задачей.

Издательское дело за последние 25 лет претерпело настоящую революцию. Каждая веха на пути смены инструментальных средств (переход от линотипов к офсетной типографии, от металлического набора к фотографическому, от репрокамер к электронному сканированию, от традиционной печати к цифровой) сопровождалась бурным развитием соответствующих технологий. Наиболее существенные изменения произошли в последние годы. В основном это связано с развитием компьютерной базы, с появлением и совершенствованием принтеров, выводящих на бумагу изображения с коммерческим качеством и постепенно исключающих из производственного цикла пленки, печатные формы и печатные машины. Оригинал-макет любого издания (то есть, непосредственно предшествующая типографскому воспроизведению форма представления издания на бумаге, пленке, в виде печатных форм) в настоящее время создается с помощью компьютера и соответствующего программного обеспечения.

Подготовка даже небольшого издания предполагает ряд обязательных этапов [5]: разработка общего вида издания; подготовка текстов, таблиц, рисунков; компоновка страниц из подготовленного материала в сочетании с элементами дизайна (верстку издания); получение оригинал-макетов на бумаге, пленок, печатных форм, используемых далее в полиграфическом процессе.

При наличии подготовленных текстов, таблиц, рисунков, фотографий в этом процессе наиболее сложны форматирование и верстка: распределение материала по страницам, структурное и полиграфическое оформление текста, заголовков, ссылок, рисунков, таблиц, колонтитулов, индексов, оглавления. Для этого в наше время используются программы верстки, управляемые человеком с помощью интерфейса, уровень которого зависит от используемой технологической среды ([16], [39]).

Ежегодники должны быть готовы вовремя, представляемые в них данные должны быть актуальными и достоверными, качество полиграфического оформления — современным, технология подготовки — не обременительной. Преобладание сложно структурированного табличного материала, вычисляемого программами, вносит в процесс подготовки ежегодников особую специфику. Основные проблемы при любой технологии подготовки таких изданий — это правильная организация исходных данных, их извлечение, ввод и компоновка в нужном представлении, оптимальное распределение материала по страницам.

Кроме того, при регулярном выпуске ежегодников желательно минимизировать затраты на их воспроизводство. При очередном издании ежегодника часто встает проблема модификации структуры отдельных таблиц и всего издания в целом. Время от времени изменяется электронное представление и объем исходных данных. Это влияет не только на процесс подготовки и ввода данных в таблицы, но и на структуру таблиц. Возможно также изменение издательской среды или требований к полиграфическому оформлению издания.

Анализ всего спектра потребностей и проблем, связанных с подготовкой ежегодников, показал, что астрономические институты нуждаются в единой для всех ежегодников технологии, отделяющей задачу спецификации табличного издания от способа и процесса создания его печатного представления. Основой технологии должна быть система с входным языком, дающим астроному возможность представить свои данные в нужном для научного анализа виде, не прибегая к помощи профессионалов в области программирования и полиграфии. Оригинал-макет издания должен создаваться автоматически. Этой технологии должна быть свойственна простота модификации структуры и представления издания, гибкость приспособления к различному представлению исходных данных, легкость изменения стилевого окружения.

Таким образом, качественное, надежное и оперативное издание астрономических ежегодников может быть гарантировано специализированным программным обеспечением — автоматической системой верстки, исключающей из процесса их подготовки дополнительное программирование на базовых языках, ручную верстку и редактирование. При наличии такой системы задача воспроизводства ежегодника сводится к модификации его описания.

Разработка системы автоматической верстки, соответствующей технологии и методологии позволит минимизировать или даже совсем исключить долю участия профессионалов в области программирования и полиграфии в процессе подготовки табличного издания.

В данной работе представлена система автоматической подготовки табличных изданий, разработанная в Институте прикладной астрономии РАН, описаны ее архитектура, входной язык, основные принципы технологии и методологии подготовки издания с помощью этой системы. В работе представлены наиболее важные алгоритмы, используемые системой в процессе трансляции и генерации, а также основные аспекты реализации. Система также охарактеризована с точки зрения современных тенденций в развитии средств описания и представления информации.

Основные результаты работы таковы.

1. Выявлены и формализованы основные требования к системе автоматической подготовки табличных изданий.

2. Разработана система, автоматизирующая подготовку печатных изданий астрономических ежегодников. Система имеет входной язык декларативного типа, который позволяет описать издание, исходные данные и полиграфическое оформление. По спецификации астрономического издания система автоматически генерирует представление оригинал-макета на языке ТеХ.

3. Разработаны механизмы трансляции описания издания и генерации результата в зависимости от требуемого уровня автоматизации.

4. Разработаны алгоритмы оценки размещаемости и оптимизации размещения печатного материала, алгоритмы автоматического построения сложных таблиц. Алгоритмы используют транслятор языка ТеХ в качестве вычислителя.

5. Разработаны средства представления элементов стилевого окружения, повышающих качество и уровень согласованности спецификаций табличных изданий, а также методы использования стилевых характеристик в расчетах при автоматическом распределении материала и оценке его размещаемости.

6. Разработан механизм представления оригинал-макета астрономического ежегодника в форме, допускающей возможность создания автоматической процедуры конвертирования в международные стандартные форматы.

7. Внедрена и практически используется замкнутая технология подготовки астрономического издания, не требующая дополнительного программирования, ручной верстки и редактирования.

С помощью системы СВИТА в ИЛА РАН издаются "Астрономический ежегодник", '"Эфемериды малых планет", "Ежедневные эфемериды избранных малых планет". Система также используется при необходимости спецификаций таблиц в статьях и прочих изданиях.

Дальнейшее развитие технологии будет сопровождаться накоплением архива наиболее важных и типичных спецификаций элементов ежегодника, в том числе стилей издания и стилей таблиц, и созданием средств работы с ним. Опыт эксплуатации показал, что необходимо создание базы данных в виде текстовых файлов, содержащих все варианты наиболее типичных шаблонов (идентифицируемых осмысленными в астрономии именами). Полезной будет систематизация и организация в базу данных всех вариантов разметки содержимого столбцов, а также других характерных деталей спецификации таблиц.

В дальнейшем планируется создание развитого интерфейса к системе, а также средств, позволяющих графически моделировать структуру таблиц ежегодника. Предполагается, что по графическому макету страницы будет автоматически формироваться основная структура спецификации страницы на языке СВИТА и осуществляться выбор нужных вариантов стиля.

Публикации по теме работы: [19] - [23].

Личный вклад автора в разработку системы.

В 1993 году в Институте теоретической астрономии АН СССР в очередной раз (ввиду перехода к новому способу воспроизведения материала в типографии) возникла задача создания системы подготовки астрономических ежегодников, которая и была включена в ряд задач лаборатории программного обеспечения астрономических исследований. В 1995 г. была завершена реализация первой версии системы СВИТА (Система Верстки Изданий с Таблицами), автоматизирующей подготовку ежегодников. Ее разработкой и реализацией занимались Новиков Ф.А., Парийская Е.Ю., Нецветаева Г.А., в 1995 г. реализация была завершена.

С 1995 по 1997 г. происходила опытная эксплуатация системы (Нецветаевой Г.А, Парийской Е.Ю), и ими же производилась разработка нового проекта системы СВИТА под руководством Новикова Ф.А. При этом разработка новой архитектуры системы, разработка входного языка, стилевого механизма, механизма поддержки вычислительных функций,. алгоритма интерпретации данных, алгоритма формирования текстовых и вычисления численных характеристик издания, алгоритма автоматического распределения материала по страницам, генерация результата и его конечное представление — Нецветаевой Г.А., алгоритм оценки размещаемости материала был разработан Парийской Е.Ю.

С 1998 по 1999 гг. разработка технологии подготовки астрономических ежегодников, реализация нового проекта системы СВИТА осуществлялась Нецветаевой Г.А.

Заключение

В целом языковые средства системы СВИТА соответствуют уровню требований, выдвинутых в начале разработки проекта. Все проблемы, связанные с изменением представления исходных данных, структуры и представления таблиц, общего оформления издания переносятся на уровень корректировки спецификаций на языке СВИТА. Для построения одной и той же таблицы издания могут быть использованы данные в различном представлении. На основе одного и того же потока данных могут быть сформированы различные по составу и представлению таблицы. Таким образом, нет необходимости в специальной программной подготовке данных "под издание".

Система может быть использована в качестве инструмента вывода таблиц на печать в любой программе, имеющей средства спецификации такого рода задания.

1. Астрономический Ежегодник на 1999 год. Институт прикладной астрономии РАН, С.-Петербург, 1998.

2. Ахо А.,Ульман Дж. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. М., Мир, 1978.

3. Бахмутский В. Ф., КанА. Г., Сеньковский В. И. Автоматизированные системы переработки текстовой информации на базе ЭВМ и фотонаборного оборудования. Научно-технический реферативный сборник, вып. 7, М., Книга, 1980.

4. Бейн С. QuarkXPress 4. Полное руководство, "BHV Киев", 1999.

5. Боув Т., Роде Ч. Настольная издательская система PageMaker для персонального компьютера (пер. с англ.). М., Финансы и статистика, 1991.

6. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных (пер. с англ.), М., Мир, 1989.

7. Власенко С., Маленкова A. Word для Windows 97 в вопросах и ответах. "BHV Санкг- Петербург", СПб., 1998.

8. Глейбман А. X. Подготовка таблиц к фотонабору с помощью системы СПТАБ. "Алгоритмы небесной механики", вып. 44. Институт теоретической астрономии АН СССР, Ленинград, 1985.

9. Глейбман А. X. Система для автоматизации набора, технического редактирования и верстки табличных изданий. В кн. "Прикладная информатика", № 2, М., Финансы и статистика, 1983, стр. 6-23.

10. Гуссенс М. Путеводитель по пакету Latex и его расширениям, М., Мир, 1999.

11. Ежедневные эфемериды избранных малых планет на 1999 год. Институт прикладной астрономии РАН, С.-Петербург, 1998.

12. Кнут Д. Е. Всё про ТеХ (пер. с англ.). АО RDTeX, Протвино, 1993 г.

13. Крашенинников С. В., Кривоногов А. В., Назаров А. А., Новиков Ф. А., Скрипниченко В. И. Система таблично-ориентированного программирования: общая концепция и особенности реализации. Труды ИПА РАН, вып.4, С.-Петербург, 1999.

14. Крашенинников С. В., Скрипниченко В. И., Чернетенко Ю. А., Шор В. А. Эфемериды малых планет на 2001 год: новая форма и содержание. Труды ИПА РАН, вып.4, С.-Петербург, 1999.

15. Лени Г., Баррет Д. Настольные издательские системы (пер. с англ.). ЦИВТ КГУ, Казань, 1993.

16. Леонтьев Б. QuarkXPress для Windows 98: дизайн и верстка в самой популярной настольной издательской системе., М., "Познавательная книга плюс", 1999.

17. Морской астрономический ежегодник на 1999 год. Издание Главного управления навигации и океанографии Мин. Об. Российской федерации, С.-Петербург, 1998.

18. Нецветаева Г. А., Новиков Ф. А., Парийская Е. Ю. Система автоматической верстки изданий таблиц (СВИТА). Сообщение Института прикладной астрономии РАН №118, С.-Петербург, 1998.

19. Нецветаева Г. А., Новиков Ф. А., Парийская Е. Ю. Система автоматической верстки изданий таблиц (СВИТА): аспекты реализации. Сообщение Института прикладной астрономии РАН №119, С.-Петербург, 1998.

20. Нецветаева Г. А. Использование языка TeX системой автоматической верстки изданий таблиц (СВИТА). Сообщение Института прикладной астрономии РАН №125, С.-Петербург, 1999.

21. Нецветаева Г. А. Решение проблем подготовки табличных изданий с помощью автоматизации верстки. Сообщение Института прикладной астрономии РАН №126, С.-Петербург, 1999.

22. Нецветаева Г. А. Система автоматической верстки табличных изданий СВИТА. Труды ИПА РАН, вып.4, С.-Петербург, 1999.

23. Новиков Ф., Яценко A. Microsoft office 97 в целом. "BHV Санкт- Петербург", СПб., 1998.

24. Уоллес P. PageMaker 6 для Windows 95 в подлиннике. "BHV Санкт- Петербург", СПб., 1995.

25. Чепкасов А. И. Методические материалы по применению фотонабора текстов (система программирования набора текстов СПНТ). — Методические материалы и доукментация по пакетам прикладных программ, вып. 3. М., МЦНТИ, 1979.

26. Шульмейстер М.В. Набор таблиц. М., Книга, 1973.

27. Эфемериды малых планет на 2000 год. Институт прикладной астрономии РАН, С.-Петербург, 1999.

28. The Astronomical Almanac for the Year 2000. Washington: U.S. Government Printing Office, 1999.

29. Connaissance des Temps 2000. Publication éditée par les EDP Sciences, France, 1999.

30. Charles F. Goldfarb, A Generalized Approach to Document Markup, ACM Sigplan Notices, Volume 16, Number 6, June 1981, p. 68-73

31. Charles F. Goldfarb, The SGML Handbook, Clarendon Press, UK, 1990.

32. DeRose, Steven J. The SGML FAQ Book: Understanding the Foundation of HTML and XML. Electronic Publishing Series, Number 7. Dordrecht/Boston/London: Kluwer Academic Publishers, 1997.

33. Ferguson M. J. Table Making— the INRSTeX. INSR-Telecommunications, Montreal.

34. Janiczec P.M. and Kaplan J.H. Fortran automatic typesetting system. U.S.Naval observatory cicular No 149, Washington, 1974.

35. Kochetova O. M., Shor V. A. Integrated software package "STAMP" for minor planets. Asteroids, Comets, Meteors. Proceedings of the international conference held in Flagstaff, 1991,309-311.

36. Romano F.J. Simplifying complex composition. Book Prod. Ind., 1977, 53, No 2, p. 41-42.

37. Scott D. K. A linotron system manual for the photocomposition of astronomical and mathematical tables. U.S.Naval observatory cicular No 121, Washington, 1968.

38. Simone L. Desktop publishing systems. PC Magazine, No 4,1997, CTp. 147.

39. Smith J. M. SGML and Related Standards, Ellis Horwood, UK, 1988.