'0
B ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TựNHIÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ
NGUYỄN CHÍ TRƯNG
XÂY DỤNG MỘT HỆ H ỗ TRỢ
Dự BÁO THỜI TIẾT
TRONG HOẠT ĐỘNG ĐẢM BẢO BAY
LUẬN VẢN THẠC SỶ KHOA HỌC
Cán bộ hướng dẫn : TS. Hoàng Xuân Huấn
Chuyên ngành : Tin học.
Mã số
: 1.01.10
Hà Nội - 4- 2002
Xàv dựng m ộ t hệ hỗ trợ dự báo thời tiết trong hoạt độn g đám bảo bay.
Nguyễn Chí Trung
MỤC LỤC
MỎ ĐẦU 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRỢ GIÚP QUYẾT ĐỊNH VÀ
PHƯƠNG PHÁP LẬP LUẬN DựA TRÊN TÌNH HUỐNG 9
I. Giới thiệu về hệ trợ giúp quyết định
9
1.1 Một số định nghĩa về DSS 9
1.2 Một số khái niệm 10
II. Những đặc tính và những khả năng của DSS 14
m . Các thành phần của DSS 16
m .l Hệ con quản trị dữ liệu 16
III. 1.1. Cơ sở dữ liệu DSS 18
III. 1.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu 19
in. 1.3. Danh mục dữ liệu 21

n i.8 Các mức công nghệ về DSS 30
111.8.1.DSS cụ thể 31
111.8.2. Các bộ tạo sinh DSS

31
111.8.3. Các công cụ DSS 32
111.8.4. Mối quan hệ giữa ba mức công nghệ 32
I
IV. Các hệ trợ giúp quyết định đa tiêu chuẩn 33
V. Lập luận dựa trên tình huống 34
VI. Tích hợp CBR trong MCDSS 36
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG THỒNG TIN KHÍ TƯỢNG HÀNG KHÔNG
VÀ TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN CAN giải QUYÊT 39
I. Tổng quan về khí tượng hàng không 39
n. Các cơ quan khí tượng sàn bay 40
n . 1 Giới thiệu chung 40
n .2 Ban canh phòng thời tiết 40
n.3 Trạm khí tượng 41
n .4 Trung tâm dự báo vùng khu vực và thế giới

41
ffl. Các bản tin của khí tượng hàng không
43
HI. 1 Tổng quan 43
m .2 Bản tin quan trắc 43
III.2.1. Bản tin cao không 45
IH.2.2. Bản tin mặt đất: 45
Xảy dựng một liệ liổ trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đàm bào bay.
______________________________________________________Nguyễn Chí Trung
2

V. Thiết kế các kiểu thực thể và mối quan hệ

65
V. 1 Xác định các kiểu thực thể và các thuộc tính 65
V.2 Mối quan hệ giữa các kiểu thực thể

71
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ CÀI ĐẶT PHẦN MỀM
74
3
Xây dựng m ột hệ hổ trợ dự báo thời tiết trong hoạt dộng đảm bào bay.
Nguyễn Chí Trung
I. Tổ chức các bảng dữ liệu
74
1.1 Hộ thống các bảng dữ liệu chính 74
1.1.1.Các bảng theo thông tin theo quy định của ngành

74
1.1.2. Bảng dữ liệu quan trắc 77
1.1.3. Mối quan hệ giữa các bảng dữ liệu

79
1.2 Một số bảng thông tin khác
80
II. Các thuật toán quan trọng 81
II. 1 Giới thiệu nội suy SPLINE 81
II. 1.1. Bài toán nội suy tổng quát 81
II. 1.2. Đa thức nội suy Lagrange 82
II. 1.3. Giới thiệu nội suy Spline 83
11.2 Thuật toán vẽ bản đồ hình thế 86

TÀI LỆU THAM KHẢO 110
4
Xáv dựng m ột liệ hỗ trợ dự báo thời tiết trong lioạt dộng đảm bảo bay.
Nguvễn Chí Trung
MỞDÁU
Có nhiều yếu tố để đảm bảo an toàn bay, trong đó yếu tố dự báo thời
tiết, khí tượns là một trong các yếu tố rất quan trọng. Ban khí tượng thuộc
trung tâm điều hành bay tại các sân bay phải cung cấp thông tin và chịu trách
nhiệm về điều này.
Các số liệu về các yếu tố và hiện tượng thời tiết từ các trạm quan trắc
khí tượng sàn bay được tập hợp lại và sau một số giai đoạn xử lý, người ta tạo
ra được một bản đồ thời tiết. Ban đầu, thông tin chủ yếu trên bản đồ này chỉ
bao gồm các trạm quan trắc khí tượng kèm theo các số liệu chính đo được từ
trạm Cịuan trắc khí tượng như khí áp, nhiệt độ, độ ẩm hướng gió
Các dự báo viên sẽ phải thực hiện 2 công việc sau đây:
1. Trên bản đồ các thời tiết, các dự báo viên sẽ vẽ một tập hợp các
đường cong mà mỗi đường cong đi qua một cách tương đối các trạm có cùng
giá trị thời tiết. Nếu một đường cong đi qua các trạm có cùng giá trị khí áp thì
nó được gọi là một đường đẳng áp. Một bản đồ sau khi đã vẽ xong tất cả các
đường đẳng áp được gọi là một bản đồ hlnh thế.
2. Dựa vào kinh nghiệm, các dự báo viên sẽ tìm được một số bản đồ
hình thế trong quá khứ gần giống với bản đồ hình thế hiện tại nhất và từ đó
đưa ra bản tin dự báo thời tiết của ngày giờ hiện tại có nội dung tương tự như
bản tin dự báo thời tiết của một bản đồ hình thế ýiống nhất trong quá khứ.
Phàn tích công việc trên của các nhàn viên phòng khí tượng, chúng ta
có một số nhận xét sau đây :
Việc vẽ bản đổ hình thế phụ thuộc chủ yếu vào người vẽ , nghĩa là hai
nhân viên khác nhau có thể tạo ra hai bản đồ hình thế khác nhau. Điều đó có
nghĩa là việc vẽ một bản đồ hình thế hầu như phụ thuộc vào yếu tố kinh
nghiệm và yếu tố tâm lý của người vẽ bản đồ. Đó là lý do mà người ta cho

chọn lựa và quyết định chọn một bản đồ nào đó.
6
Xàv dựng m ột hệ hổ trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo bay.
Nguyễn Chí Trung
Qua quá trình tìm hiểu thực tế và nghiên cứu hệ thống thôns tin khí
tượns hàns không, bản luận văn tập trung vào 2 Ìải quyết hai vấn đề sau đây :
- Xây dựng một chương trình vẽ bản đồ hình thế bằng phương pháp suy
diễn Huristic kết hợp với các thuật toán quan trọng của hình học như tìm bao
lồi nhỏ nhất, Nhận biết sự đổi chiều của đường cong
- Sử dụng phương pháp lập luận dựa trên tình huống để trợ giúp các dự
báo viên dự báo thời tiết bằng một chương trình tìm kiếm các bản đồ hình thế
tượng trong quá khứ.
Từ đây bản luận văn vạch ra các công việc cần phải giải quyết và được
thế hiện thành 4 chương:
C hư ơ n g 1 : T ổng quan về hệ trợ giúp quyết định và phương pháp
lập lu ận dựa trèn tình huống.
Chương này tìm hiểu về hệ DSS. Sau đó tiếp tục đi sâu vào một góc độ
của hệ DSS, đó là phương pháp lập luận dựa trên tình huống trong một hệ trợ
giúp quyết định đa tiêu chuẩn. Cách tiếp cận này phù hợp với hệ trợ giúp cần
xây dựng. Mổi một tình huống chính là một bản đồ hình thế và tập hợp dữ liệu
về các bản đổ hình thế trong quá khứ có vai trò như một thư viện các tình
huống. Tính đa tiêu chuẩn của hệ thể hiện ở chỗ các tiêu chuẩn dùng để xem
xét kết hợp với nhau và được xếp theo thứ tự ưu tiên giảm dần là : khí áp, nhiệt
độ, độ ẩm
C h ương 2 : H ệ thống thông tin khí tượng hàng không và tổng quan
về bài toán cần giải quyết.
Chương này tập trung tìm hiểu về cấu trúc thông tin của khí tượng hàng
khône. Xem xét mô hình khai thác thông tin khí tượng hàng không và các hệ
thống phần mềm trong công tác quan trắc khí tượng và công tác dự báo thời
tiết. Bản luận văn quan tâm đến việc xây dựng hệ hỗ trợ công tác dự báo thời

Xảy dựng một hệ hổ trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo bay.
Nguyễn Chí Trung
CHƯƠNG
I: TỔNG QUAN VÊ HỆ TRỢ GIÚP QUYẾT ĐỊNH VÀ PHƯƠNG
PHÁP LẬP LUẬN DỰA TRÊN TỈNH HUỐNG
I. GIỚI THIỆU VỂ HỆ TRỢ GIÚP QƯYÊT ĐỊNH
1 .1 M Ộ T S Ố Đ ỊNH N G H ĨA V Ể DSS
Một số khái niệm bao gồm trong hệ trợ siúp quyết định - DSS (
Decision Support Systems) lần đầu tiên được Scott - Morton đưa ra vào đầu
năm 1970. Scott - Morton định DSS là “ Các hệ thống dựa trên tương rác máy
tính, giúp người ra quyết định dừng dữ liệu và mô hình để ẹiải quyết những
bài toán không cấu trúc”.
Trong suốt những năm 70, định nghĩa này về DSS được các nhà nghiên
cứu và thực hành chấp nhận. Vào năm 1980 xuất phát từ yèu cầu của thực tế
và theo loaich phát triển nội tại của DSS, có thêm nhữnơ định nơhĩa mới của
DSS.
Ba định nghĩa khác về DSS cùng dược đưa ra vào năm 1980 bời Moore
và Chang; Bonczek, Holsapple và VVhinston; Keen. Mooe và Chang chi ra
rằng khái niệm “cấu trúc ( structured)”, “nửa cấu trúc (semistructured)”,
“không cấu trúc (unstructured)” không đủ ý nghĩa trong trường hợp tổnơ quát.
Một bài toán có thể được mò tả như là có cấu trúc hoặc không cấu trúc chi liên
quan đến người ra quyết định, do vậy họ định nghĩa là:
ỉ. Hệ thống có khả năng mở rộng;
2. Có khả
năng
trợ giúp phân tích dữ liệu và mô hình
hoá
quyết
định.
3. Hướng tới lập kế hoạch cho tương lai.

Nguyễn Chí Trung
• Ra quyết định là một quá trình lựa chọn một giải pháp trong nhiều giải
pháp cho mục đích là đạt được một hay nhiều mục tiêu. Theo Herbert và
A.Simon 1977, việc ra quyết định đồng nghĩa với toàn bộ quá trình quản lý.
Thật vậy chúng ta xét quá trình lập kế hoạch bao gồm một dãy các quyết định
như nên làm gì, khi nào, tại sao, ở đâu, ai làm. Do vậy lập kế hoạch kéo theo
việc ra quyết định. Những chức năng khác trong quá trình quản lý như tổ chức
và chỉ đạo cũng bao gồm việc ra các quyết định.
• Quá trình ra quyết định theo Simon bao gồm 4 giai đoạn: trí tuệ, thiết
kế, lựa chọn và cài đặt. Các siai đoạn của quá trình ra quyết định và quan hệ
giữa chúng được ơiới thiệu ở hình 1.
1. Giai đoạn trí tuệ: Giai đoạn này bao gồm nhiều nghiên cứu môi
trường, thu thập dữ liệu thô, tìm hiểu các quá trình, xác định các vấn đề.
2. Giai đoạn thiết kế: Sáng tạo, phát triển và phân tích các tiến trình hành
động. Giai đoạnnày bao gồm các quá trình để hiểu bài toán, tạo sinh các
giải pháp và kiểm thử các giải pháp xem có khả thi không.
11
Xảv dựng m ột hệ hổ trợ dự báo thời tiết trong lioạt động đảm bào bay.
Nguyễn Chí Trung
3. Giai đoạn lựa chọn: Lựa chọn một tiến trình hành động đặc biệt từ
những tiến trình khả thi.
4. Giai đoạn cài đặt: Cài đặt giải pháp đã được lựa chọn trong giai đoạn
lựa chọn.
• Một hệ ra quyết định bao gồm 4 thành phần : Người dùng, nhiệm vụ,
môi trường và DSS. Hình 2 biểu diễn mỗi quan hệ giữa các thành phần trong
• Hệ thống là một tập hợp các đối tượng như con người, các tài nguyên,
các khái niệm và các thủ tục dùng để thực hiện một chức năng hay phục vụ
cho một mục tiêu. Một hệ thống được chia làm 3 phần rièng biệt: phần dữ liệu
vào; Các quá trình; và phần dữ liệu ra. Phần dữ liệu vào bao gồm các phần tử
đi vào hệ thống. Các quá trình bao gồm tất cả các phần tử cần thiết để chuyển

ta xét sau đây.
• Phản tích “what if” một người làm mô hình tạo taãn dự đoán và những
giả định để đánh giá dữ liệu vào. Công việc này nhiều khi để đánh giá tương
lai không chắc chắn. Khi mô hình được giải quyết các kết quả tất nhiên phụ
thuộc vào nhữnơ dữ liệu này. Phân tích nhạy cảm cô' gắng kiểm tra sự tác
dộng của những sự thay đổi của dữ liệu vào trên những giải pháp được đề nghị
( các biến kết quả). Kiểu này của phàn tích nhạy cảm được gọi là phân tích
13
Xảy dựng một hệ hỗ trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo bay.
_________________
___
_______________Nguyễn Chí Trung
“what - if\b ở i vì nó được cấu trúc như là “điều gì sẽ xảy ra cho giải pháp nếu
biến vào , giải thiết, hoặc giá trị các tham số được thay đổi Nếu giao diện
người dùng phù hợp thì các nhà quản lý có thể dễ dàng hỏi máy tính những
câu hỏi kiểu như thế này. Hơn nữa họ có thể nhắc lại những câu hỏi và thay
đổi tỷ lệ, hoặc thay đổi bất kỳ dữ liệu nào khác trong câu hỏi.
II. NHỮNG ĐẶC TÍNH VÀ NHŨNG KHẢ NĂNG CỦA DSS
Sau đây trình bày những đặc tính và những khả năng chính của DSS.
1. DSS cung cấp trợ giúp chính cho người ra quyết định trong những
tình huống không cấu trúc hoặc nửa cấu trúc. Những tình huống này không
thể giậi quyết bằng các hệ thống tính toán khác.
2. Sự trợ giúp được cung cấp cho các mức quản lý khác nhau từ người
thực thi đến các nhà quản lý.
3. Sự trợ giúp cho cả cá nhân và cho nhóm.
4. DSS trợ giúp cho tất cả các giai đoạn của quá trình ra quyết định:
Giai đoạn trí tuệ, thiết kế, lựa chọn và cài đặt.
5. DSS trợ giúp cho sự đa dạng của quá trình ra quyết định và các kiểu
quyết định. Có một sự phù hợp giữa DSS và tính cách củu. cá nhân người ra
quyết định, như từ vựng và kiểu ra quyết định.

2. Quản trị mô hình
Cũng như quản trị dữ liệu, quản trị mô hình bao gồm cơ sở mô hình
chứa các mô hình về tài chính, thống kê, khoa học về quản lý và các mô hình
định lượng khác dùng để cung cấp những khả năng phân tích cho hệ thống và
một hệ quản trị mô hình MBMS (Model Base Management System) phù hợp
3. Truyền thông
Nơười dùng có thể liên lạc và ra lệnh cho DSS thông qua hệ thống
truyền thông. Hệ thống này cung cấp giao diện người dùng.
4. Quản trị tri thức
Hệ thống quản trị tri thức có thể trợ giúp cho bất kỳ một hệ thống thống
nào trone 3 hệ thống kể trên, hoặc nó có thể hoạt động như một thành phần
độc lập.
Mô hình khái niệm của DSS được cho trong hình 3 cung cấp hiểu biết
cơ bản về cấu trúc chung va các thành phần của DSS.
Sau đây trình bày khái quát từng phần của DSS.
I I I . 1 H Ệ C O N Q U Ả N TR Ị DỮ LIỆU
Hệ con quản trị dữ liệu bao gồm những thành phần sau :
• Cơ sở dữ liệu về DSS
• Hệ quản trị cơ sở dữ liệu về DSS
16
Xảy dựng một hệ hổ trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo ba\’.
Nguyễn Chí Trung
• Phương tiện hỏi đáp
• Danh mục dữ liệu
Các phần tử này được cho trong hình 4, trong hình này cũng biểu diễn
sự tương tác giữa hệ con quản trị dữ liệu và các thành phần khác của DSS
cũng như tương tác với nhiều nguồn dữ liệu khác.
17
I
V- Uữ/4 ỗ

18
Xảy dựng m ột hệ h ỗ trợ dự báo thời tiết trong h o ạt động đảm b ào bay.
Nguyễn Chí Trung
được chia xẻ từ cơ sở dữ liệu chung. Nó cũng có thể chia xẻ với một DBMS
với các cơ sở dữ liệu khác.
III. 1.2. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Dữ liệu được tạo ra, truy nhập và cập nhật bởi DBMS. DBMS có những
khả nâng khác nhau và thực sự phức tạp, do vậy chỉ có một ít người dùng có
thể lập trình và phát triển phần mềm SBMS của chính họ thay vào đó các phản
mềm DBMS có thể mua được như dBaselV, Rbase500, Oracle, dBII.
Một DBMS thực hiện 3 chức năng cơ bản : lưu trữ dữ liệu, tìm kiếm dữ
liệu và điều khiển.
,• Lưu trữ: DBMS biến đổi cấu hình của dữ liêu lưu trữ. Các hệ thống
máy tính lớn lưu trữ được rất nhiều tệp, mỗi tệp lại chứa rất nhiều bàn ghi, mỗi
bán çhi lại chứa nhiều mục và các mục dữ liệu lại chứa rất nhiều thuộc tính.
DBMS
ứng dụng số 1 DSS cụ thể
cơ sờ dữ liệu 1
DSS cụ thể
cơ sờ dữ liệu 2
Hình 1.5 Hệ quản trị cơ sơ dữ liệu quản lý nhiều cơ sở dữ liệu
• Tìm kiếm: Đặc tính lớn nhất của DBMS mà người dùng có thể nhìn
thấy được là tìm kiếm dữ liệu. Các DBMS hiện nay đưa ra sự tìm kiếm và biểu
thị thông tin một cách cực kỳ mềm dẻo.
• Điều khiển: Hầu hết các hoạt động điều khiển của DBMS không
được nhìn thấy bởi người dùng. Người dùng yêu cầu một số thông tin và nhận
được chúng và không biết quá trình xử lý trong DBMS được thực hiện như thế
19
Xây dựng một hệ h ố trợ dự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo bay.
________________________________________________ Nguyễn Chí Trung

—►
học
2 0
Xảy diữig m ột hệ h ỗ tr ợ dự báo thời tiế t trong hoạt động đảm bảo bay.
__________________________________________________Nguyễn Chí Trung
Một cơ sở dữ liệu hiệu quả và hệ quản trị nó có thể cung cấp sự trợ giúp
cho nhiều hoạt động quản lý. Tuy nhiên sức mạnh thực sự của DSS được cung
cấp khi cơ sở dữ liệu được tích hợp với các mô hình.
III. 1.3. Danh mục dữ liệu
Danh mục dữ liệu là một danh sách của tất cả dữ liệu trong cơ sở dữ
liệu. Nó chứa những định nghĩa dữ liệu và những chức năng chính để trả lời
cho những câu hỏi về khả năng của các mục dữ liệu, nguồn dữ liệu hoặc ý
nghĩa chính xác của chúng. Danh mạc dữ liệu đặc biệt phù hợp cho trợ giúp
giai đoạn trí tuệ của quá trình ra quvết định. Danh mục dữ liệu như bất kỳ một
danh sách nào, trợ giúp cho những mục mới được bổ sung, xoá những mục và
tìm kiếm thông tin trên những đối tượng đặc biệt.
III. 1.4. Phương tiện hỏi đáp
Thành phần phương tiện hỏi đáp cung cấp nền tảng cho truy nhập dữ
liệu. Nó tiếp nhận nhữns; yêu cầu về dữ liệu, xác định những yêu cầu được
thoả mãn như thế nào, trình bày chính xác và rõ ràng cho những yêu cầu chi
tiết và trả lại kết quả cho các yêu cầu. Phương tiện hỏi đáp bao gồm một ngôn
ngữ hỏi đáp đặc biệt. Những chức năng quan trọng của hệ thống hỏi đáp DSS
là những hoạt đọng lựa chọn và thao tác .
III.2 H Ệ C O N QUẢiN TR Ị M Ô H ÌN H
Hệ con quản trị mô hình trong DSS bao gồm các thành phần sau:
• Cơ sở mô hình
• Hệ quản trị cơ sở mô hình
• Ngôn ngữ dùng trong mô hình
• Danh mục mô hình
• Thực hiện, tích hợp và điều khiển mô hình

những yêu cầu về lao động, lập ké hoạch cho quảng cáo và bán các sản phẩm.
Các mô hình chiên thuật thường chỉ áp cho những tổ chức nhỏ như các phòng,
ban. Thời gian cho các mô hình này là từ một tháng cho đến hai năm. Trong
các mồ hình này, một vài nguồn dữ liệu được cần đến, nhưng những yêu câu
lớn nhất là dữ liệu trong.
3. Cức mò hình rác nghiệp
Các mô hình tác nghiệp được sử dụng để trợ giúp cho những hoạt động
thường lệ của tổ chức như sự chập thuận cho vay tiền của ngân hàng, thời biểu
sản xuất, điều khiển thống kê, kế hoạch bảo trì máy móc, điêu khiển chất
lư^ng hàns hoá Các mỏ hình tác nghiệp trợ giúp chủ yếu cho việc ra quyết
định của các nhà quản lý vào giai đoạn đầu tiên với dự báo trong tương lai là
hàng ngày hoặc hàng tháng. Các mô hình tác nghiệp sử dụng dữ liệu trong.
4. Các khối lạo mô hình và các chương trình con
Cơ sở mô hình có thể chứa các khối tạo mô hình và các chương trình
con. Ví dụ, nó có thể bao gồm một “cơ chế sinh ra số ngẫu nhiên”, “chương
trìnhvẽ đường cong”, “ phân tích hổi quy”. Những khối tạo mô hình có thể
được sử dụng theo nhiều cách , chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng
như phân tích dữ liệu, chúng cũng có thể được tận dụng như các thành phần
23
Xảy dựng m ột hệ h ỗ tr ợ d ự báo thời tiết trong hoạt động đảm bảo bay.
__________________________________________________Nguyễn Chí Trung
của các mô hình lớn, một vài khối tạo mô hình được dùng để xác định các giá
trị của các biến và các tham số trong một mô hình.
Các mô hình trong cơ sở mô hình cũng có thể được phân lớp theo các
vùng chức năng, như các mô hình tài chính, các mô hình điều khiển sản xuất,
số lượng các mô hình trong DSS có thể biến thiên từ vài mô hình cho đến hàng
trăm mô hình.
m .2.2. Hệ quản trị cơ sở mô hình.
Một hệ quản trị cơ sở mô hình MBMS là một phần mềm với những chức
năng nhau: