VII Международная конференция по электронным публикациям "EL-Pub2002"

23-27 сентября 2002 г., г. Новосибирск, Академгородок

Информационная система комплекса гелио-геофизических инструментов Института Солнечно-Земной Физики СО РАН

Горбунов А.Н. Джурик А.В.
Институт Солнечно-Земной Физики СО РАН ,Иркутск

Развитие коммуникационной инфраструктуры Сибирского Отделения Российской Академии Наук (СО РАН) создало предпосылки интенсивного применения в научных исследованиях технологий, ориентированных на сетевой доступ к результатам наблюдений. При этом возможность доступа к ресурсам InterNet не только существенно расширила возможности информационного обеспечения, но и привела к необходимости согласования внутренних ресурсов со стандартами, принятыми в мире.

Основной целью создания Информационной Системы (ИС) Института Солнечно-Земной Физики (ИСЗФ) является организация свободного сетевого доступа коллективам научных учреждений РАН и заинтересованных зарубежных организаций к архивам наблюдений по солнечной активности, солнечному ветру, магнитосфере и ионосфере Земли, получаемых с инструментов гелио-геофизического комплекса ИСЗФ СО РАН. Благодаря широкому спектру существующих наблюдательных возможностей, с помощью разрабатываемой ИС становится возможным решение фундаментальных задач диагностики и прогноза геоэффективных явлений на основе сравнительного и статистического анализа поступающей информации в квазиреальном времени.

Разрабатываемая ИС должна обеспечивать прямой WWW доступ к результатам наблюдений девятнадцати крупнейших гелио-геофизических инструментов ИСЗФ СО РАН, три из которых включены в официальный список уникальных инструментов национального значения:

  1. Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ) - один из крупнейших радиоастрофизических инструментов, один из нескольких радиогелиографов мира. Включен в перечень уникальных установок России. Регистрируются распределения интенсивности и круговой поляризации микроволнового излучения нижней короны. ССРТ - крестообразный интерферометр, состоящий из 256 параболических антенн диаметром 2.5 м, шаг 4.9 м. База - 622.3 м. Центральная частота - 5731 МГц (5.23 см). Полоса принимаемых частот - 112 Мгц. Угловое разрешение - 15 угловых секунд (аддитивный режим), 21 угловая секунда (корреляционный режим). Временное разрешение 14 мсек. Поэтапный ввод в действие и освоение начаты в 1981 г. и завершены в 1984 г. С 1985 г. ведется всепогодный мониторинг солнечной активности в одномерном режиме. Двумерные радио изображения регулярно регистрируются с 1996 г. База данных охватывает более полутора циклов солнечной активности.

  2. Большой солнечный вакуумный телескоп (БСВТ). Единственный в России Большой солнечный вакуумный телескоп для наблюдений структуры солнечной атмосферы с высоким пространственным разрешением. Тип - рефрактор с двух линзовым объективом диаметром 760 мм с фокусным расстоянием 40 м и сидеростат диаметром100 см. Оборудование: спектрограф, поляризационная оптика, спектрофотометр с ПЗС-камерой производства Princeton Instruments с матрицей TEK CCD, размер 512х512 пикселов, интерференционно-поляризационный фильтр. Введен в действие с 1980 года.

  3. Телескоп полного диска Солнца в линии H-альфа. Диаметр главного объектива 180мм. Эквивалентное фокусное расстояние 5432мм. Поле зрения 34 угловые минуты. Диаметр изображения Солнца 50мм. Пространственное разрешение 0.92 угловой секунды. Интерференционно-поляризационный фильтр. Спектральная длина волны 6563 ангстрема. На телескопе проводятся наблюдения (патруль) вспышек и исследования тонкой структуры хромосферы. По характеристикам телескоп сопоставим с аналогом фирмы Локхид, США и превосходит аналог фирмы Оптон, Германия. Введен в действие с 1980 года. В качестве регистрирующего элемента с октября 1999 года используется ПЗС-камера производства Princeton Instruments с матрицей размером 2048х2048 пикселов.

  4. Телескоп полного диска Солнца в линии KcaII. KCaII телескоп полного диска Солнца. На телескопе проводятся наблюдения, связанные с магнитными полями, возникновением волокон. Диаметр главного объектива 180мм. Эквивалентное фокусное расстояние 5154мм. Поле зрения 34 угловые минуты. Диаметр изображения Солнца 48мм. Пространственное разрешение 0.44 угловой секунды. Спектральная длина волны 3934 ангстрема. Введен в действие с 1985 года. Используется фотопленка шириной 80мм, размер кадра 70х70мм.

  5. Телескоп крупномасштабного изображения H-альфа. На телескопе проводятся исследования тонкой структуры отдельных активных областей с высоким разрешением. Диаметр главного объектива 255мм. Эквивалентное фокусное расстояние 15406мм. Поле зрения 9 угловых минут. Диаметр изображения Солнца 142мм. Пространственное разрешение 0.65 угловой секунды. Спектральная длина волны 6563 ангстрема. Введен в действие с 1985 года. В качестве регистрирующего элемента с ноября 1999 года используется ПЗС-камера производства Spectroscopic Instruments GmbH (Германия) с матрицей размером 1024х1024 пикселов.

  6. Саянский горный спектрографический комплекс состоит из трех автоматических станций космических лучей, расположенных на разных высотах - 435 м (АСКЛ-1), 2000 м (АСКЛ-2) и 3000 м (АСКЛ-3) над уровнем моря, оснащенных нейтронными супермониторами. На комплексе проводятся исследования распределения интенсивности космических лучей по небесной сфере в отдельных энергетических интервалах. Диапазон спектральной чувствительности от 4 до 30 - 50 ГэВ. Статистическая точность наблюдений за часовой период накопления 0.1%. Введен в действие с 1975 года. С 1980 г. ведется регулярный мониторинг радиационной обстановки и электромагнитных условий в космическом пространстве.

  7. АСТ - Универсальный автоматизированный солнечный телескоп с комплексом магнитографов и спектрофотометров. По своим размерам и качеству, оптика телескопа является самой крупной в России, а сам АСТ находится в ряду крупных солнечных телескопов в мире. Зеркало 800мм - фокусное расстояние 20 м. Спектрограф - фокусное расстояние 7 м. Дифракционная решетка - 200х300 мм, 600 штр/мм. Оборудование: вектор и панорамный магнитографы. Более 200 работ, посвященных проблемам солнечного магнетизма и динамике плазмы в солнечной атмосфере, которые внесли значительный вклад в развитие наших знаний о природе солнечной активности, выполнено на этом телескопе.

  8. СТОП - Солнечный телескоп оперативных прогнозов. Проблемно-ориентированный телескоп для измерения слабых фоновых магнитных полей на Солнце. Тип - два целостата Д=300 мм, два рефрактора Д=200 мм с фокусным расстоянием 5 м. спектрограф Литтрова с фокусным расстоянием 5 м. Оборудование - магнитограф. Введен в действие с 1982 года.

  9. Коронограф - Большой один из крупнейших в мире внезатменных солнечных коронографов. Тип - телескоп системы Никольского с одно-линзовым объективом Д=535 мм и фокусным расстоянием 12 м. Оборудование - спектрограф с фокусным расстоянием 8 м и решеткой 300х300 мм. Введен в действие с 1976 года.

  10. Радар Некогерентного Рассеяния. Создан на базе переданной радиолокационной системы "Днепр" и является моно статическим импульсным радаром с частотным сканированием. Радар позволяет проводить наиболее полную диагностику ионосферы. Входит в мировую сеть радаров HP , состоящую из 9 установок, каждая из которых является уникальным научным инструментом. Является единственным в России и включен в "Перечень уникальных экспериментальных установок национальной значимости, требующих дополнительной государственной поддержки" РФ (регистр. № 01-28). Рабочие частоты 154 - 162 МГц. Импульсная мощность 2.5 - 3.2 МВт. Длительность импульса 140 - 820 мкс. Частота повторения импульсов 24.4 Гц. Антенная система - секториальный рупор. Коэффициент усиления антенны 38 дБ. Угловые размеры луча 0.5 град. (север-юг) и 10 град. (восток-запад). Сектор сканирования 60 град. (север-юг). Поляризация - линейная. Шумовая температура системы 400-500 K. Введен в действие с 1993 года. Исследования ионосферы на данном радаре начались в 80-х годах. С 1993 г. ведутся регулярные наблюдения по международной программе Мировых Дней сети радаров НР (20-30 суток в год) в диапазоне высот 200-500 км.

  11. ЛЧМ Ионозонд - используется для получения ионограмм в режимах вертикального (ВЗ), наклонного (НЗ) и возвратно-наклонного зондирования (ВНЗ). Регистрируемые параметры: амплитудный рельеф, временные задержки и уровень помех. Диапазон зондирующих частот, МГц 1,0 - 30,0. Скорость сканирования (изменения) частоты, КГц/сек 10 - 350. Количество дискретных отчетов по частоте 256. Количество дискретных отчетов по дальности 200. Отображение информации на цветном видеомониторе в виде ДЧХ, временной зависимости амплитудного рельефа. Запись информации в цифровой форме на магнитную ленту с предварительной обработкой информации в реальном масштабе времени. Базовый усилитель мощности изделия "Пламя" и "Кедр". Базовое приемное устройство Р-160П. Антенны: приемные - БС-2 -2шт., вертикальный ромб; передающие - экспоненциальный ромб РГ- 65/4, V-образная, ЛПА-"Перелесок". Кроме базового комплекса постоянно функционирует передвижной передающий комплекс ЛЧМ-зонда, расположенный в данный момент времени в г.Магадане ( ИКИР ДВЦ СО РАН ). Основные параметры его аналогичны основному комплексу с мощностью излучения 50 - 200 Ватт. Введен в действие с 1987 года.

  12. Комплекс непрерывного мониторинга геомагнитного поля и его осцилляций. Инструменты: Трехкомпонентный индукционный нанотесламетр ИНТ-1 (год выпуска - 1988, год ввода в эксплуатацию - 1990, цифровая версия - 1996), частота опроса - 10 Гц, и цифровая магнитовариационная станция (год выпуска - 1992, год ввода в эксплуатацию - 1995), частота опроса - 1/60 Гц. Основой комплекса является расположенная в 25 км от города магнитная обсерватория, одна из старейших в России, измерения магнитного поля Земли в которой проводятся с 1886 года. Регистрация вариаций компонент геомагнитного поля и низкочастотного электромагнитного поля Земли проводится в двух разнесенных на 500 км пунктах - Саянской Солнечной Обсерватории и на острове Ольхон на Байкале.

  13. Автоматизированный аппаратурно-программный комплекс, предназначенный для круглосуточного мониторинга динамики средней атмосферы (скорость и направление нейтрального ветра), на основе когерентно разнесенного приема сигналов длинноволновых радиовещательных станций. Введен в действие с 1999 г.

  14. Установка для измерения по пространству параметров неоднородной структуры и движений в термосфере доплеровским методом на системе наклонных коротковолновых радиотрасс. Введена в действие в 1994 г.

  15. Радиоинтерферометр, состоящий из трех разнесенных по пространству двухчастотных приемников сигналов навигационной спутниковой системы GPS, для мониторинга вариаций общего содержания электронов и неоднородной структуры ионосферы. Введен в действие в 1997 г.

  16. Четырехканальный оптический комплекс для измерений интенсивностей эмиссий средней и верхней атмосферы Земли с целью экспериментального исследования волновых движений и диссипативных процессов в нейтральной атмосфере. Введен в действие в 1997 г.

  17. УФ-спектрометр для измерения спектральной интенсивности биологические активной части солнечной ультрафиолетовой радиации в диапазоне 290-330 нм. Введен в действие в 1998 г.

  18. На базе созданного Центра космического мониторинга ведутся регулярные наблюдения за состоянием окружающей среды, включая экосистему озера Байкал, вертикальным распределением температуры и влажности средней атмосферы, общим содержанием озона на территории Сибири и Дальнего Востока. Введен в действие в 1994 г.

  19. Норильская комплексная магнито-ионосферная станция. Основные задачи: экспериментальные исследования процессов в высокоширотной ионосфере, регистрация параметров полярных сияний и геомагнитного поля. Инструменты: комплекс стандартной аппаратуры для регистрации полярных сияний в различных спектральных диапазонах, станции вертикального и наклонного зондирования ионосферы, магнитовариационная станция, трехкомпонентный индукционный нанотесламетр. Станция является одной из трех базовых высокоширотных обсерваторий России, в которой непрерывные геофизические наблюдения ведутся более 30 лет.

Разрабатываемая ИС должна иметь высокую скорость обработки запросов, интуитивно понятный интерфейс, предусматривать возможности Web-администрирования. Все это накладывает высокие требования не только к производительности системы в целом, но и к стабильности ее работы. Такое требование к системе, как организация свободного сетевого доступа к архивам наблюдений привело к тому, что появился еще один критерий - интероперабельность. Интероперабельность (interoperability) - возможность совместного использования информации и ресурсов компонентами распределенной системы. Для обеспечения интероперабельности разрабатываемой ИС планируется использовать версию 2.0 архитектуры CORBA.

CORBA (Common Object Request Broker Architecture) - это стандарт, определяющий архитектуру распределенных объектов, с помощью которого происходит взаимодействие между объектами в гетерогенных сетях. Таким образом, CORBA предоставляет способ организации распределенных вычислений, обладающих рядом привлекательных для проектировщика свойств, таких как наличие четкой объектной модели, отделимость описания объекта от его реализации, обеспечение прозрачности вызовов. С точки зрения программиста вызов удаленного объекта выглядит точно так же, как и локального. CORBA является сетевой архитектурой по определению, эта идея лежит в основе ее развития. Объектно-ориентированные интерфейсы CORBA легко определять, создавать и использовать. Каждый сервер, использующий архитектуру CORBA, может содержать много объектов. Объекты могут иметь различную структуру и наполнение. В рамках CORBA можно обеспечить необходимый уровень безопасности системы. Интеграция с другими распространенными технологиями, такими как, базы данных, системы обработки сообщений, системы обработки пользовательского интерфейса и другими все это открывает широкие горизонты использования CORBA. Специализация по отраслям промышленности предоставляет дополнительные возможности для приближения объектов к реальным структурам. CORBA - широко используемый стандарт, с множеством реализаций, но создается и поддерживается он централизованно, группой OMG (Object Management Group).

Раз уж мы заговорили о CORBA, то нужно дать еще пару определений, неразрывно связанных с этой архитектурой. Эти определения IDL и ORB.

IDL (Interface Definition Language) - Язык Описания Интерфейсов, содержащий описания структур данных и объектную модель интерфейсов со строгой типизацией и множественным наследованием. IDL поддерживает разнообразные языки программирования, операционные системы, сети и объектные системы. IDL позволяет отделить описание интерфейса от его реализации. Таким образом, можно менять объекты, не затрагивая интерфейсы. Приложение, даже если оно написано не на объектно-ориентированным языке, с помощью IDL можно инкапсулировать в объектную структуру.

ORB (Object Request Broker) - Брокер Объектных Запросов. Программное обеспечение, обеспечивающее поддержку системы распределенных объектов и трансляцию меж объектных вызовов по сети. Ядро ORB обеспечивает основные механизмы для манипуляций объектами и выполнения запросов. Спецификация CORBA предназначается для поддержки различных механизмов реализации объектов, поэтому структура ядра не определяется. Вместо этого задается набор интерфейсных функций, которые должны присутствовать в каждой реализации ORB и тем самым маскируют отличия между различными реализациями брокеров объектных запросов.

Версия 2.0 архитектуры CORBA обеспечила стандарт взаимодействия брокеров (посредников) между собой. Это взаимодействие происходит в рамках протокола GIOP - General Inter-ORB Protocol (Общий протокол взаимодействия ORB). GIOP определяет формат сообщений и шаблоны общих данных для взаимодействия через ORB. Этот протокол может выполняться поверх практически любого транспортного протокола. GIOP поверх стека TCP/IP получил название IIOP - InterNet Inter ORB Protocol. Он был разработан OMG в 1996 году, а в 1997 году появилась его версия с возможностями авторизации и шифрования.

Теперь давайте перейдем к рассмотрению процесса работы проектируемой ИС. Будут рассмотрены следующие этапы - сбор информации с инструментов ИСЗФ СО РАН, взаимодействие специализированного программного обеспечения с архивом данных, обмен информацией между СУБД ИСЗФ СО РАН и различными СУБД в мире.


Рис. 1

На рисунке №1 приведена схема взаимодействия специализированного программного обеспечения с архивом данных на сервере ИСЗФ. Специализированное программное обеспечение (СПО) обращается к своему "посреднику" ORB. "Посредник" ORB на стороне пользователя обращается к "посреднику" ORB на стороне сервера ИСЗФ. ORB пользователя с помощью репозитория объектов узнает, какие методы могут быть применены к данным ИСЗФ и передает эту информацию СПО. СПО запрашивает нужное действие у ORB пользователя, а тот в свою очередь делает запрос по протоколу IIOP к ORB ИСЗФ. ORB ИСФЗ принимает запрос и диктует СУБД Oracle, какие действия над данными она должна выполнить. СУБД возвращает ORB ИСЗФ либо саму запрошенную информацию, либо ссылки на нее. ORB ИСЗФ передает полученную информацию ORB пользователя по протоколу IIOP. СПО получает информацию о данных ИСЗФ от ORB пользователя.


Рис. 2

На рисунке №2 представлен вариант обмена информацией между СУБД ИСЗФ и различными удаленными СУБД в мире с помощью архитектуры CORBA. Причем эти СУБД не обязательно должны быть Oracle, это могут быть DB2, PostgreSQL и т.д. Для того, чтобы, какой-либо удаленной СУБД хранить ссылки на информацию о данных, полученных с инструментов ИСЗФ или получать сами данные предусмотрен следующий метод. "Посредник" ORB удаленной СУБД обращается к "посреднику" ORB ИСЗФ по протоколу IIOP за нужным методом по получению информации в репозиторий объектов. ORB ИСЗФ выдает описание этого метода (интерфейс) ORB удаленной СУБД. ORB удаленной СУБД вызывает этот метод у ORB ИСЗФ. ORB ИСЗФ обрабатывает этот запрос и дает указание СУБД ИСЗФ на его выполнение. СУБД ИСЗФ выполняет запрос и возвращает данные или ссылки на данные ORB ИСЗФ, который в свою очередь переправляет эти данные по протоколу IIOP ORB удаленной СУБД. ORB передает полученные данные своей СУБД.


Рис. 3

Наполнение базы данных (БД) ИСЗФ происходит следующим образом. Оператор на одном из инструментов ИСЗФ, через свой WWW-броузер получает апплет с WWW-сервера ИСЗФ по протоколу HTTP. Виртуальная машина Java броузера инсталлирует и выполняет этот апплет. Оператор выбирает свой инструмент и вводит данные. После этого апплет обрабатывает данные и вызывает методы у "посредника" ORB сервера ИСЗФ. ORB принимает эти данные и дает указания СУБД ИСЗФ на их обработку для внутреннего представления в БД. После этого данные заносятся в БД и на дисковый архив. Большое число (19) различных инструментов ИСЗФ будет прозрачно для апплета, с точки зрения оператора. Оператор просто выберет свой инструмент и введет свои данные. О том, какие конкретно процедуры для обработки данных с того или иного инструмента нужно вызывать позаботиться ORB сервера ИСЗФ.

В заключении, в качестве функциональных аналогов разрабатываемой ИС можно назвать SOHO Synoptic Database, The NASA Astrophysics Data System, TRACE Data Center и Spider. В отличие от приведенных аналогов предполагается, что разрабатываемая система будет в основном ориентирована на информационное обслуживание совместных научных исследований по данным наблюдений комплекса гелио-геофизических инструментов ИСЗФ СО РАН, что, однако не исключает возможность ее интеграции с аналогичными системами типа Spider.

Тестовая версия разрабатываемой системы доступна по адресу http://is.istp.net.ru



|Электронная библиотека| |Математические публикации| |Информационные ресурсы|
Ваши комментарии
Обратная связь
[SBRAS]
[Головная страница]
[Конференции]
[СО РАН]

© 2002, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск
© 2002, Объединенный институт информатики СО РАН, Новосибирск