Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений
В статье рассмотрены вопросы функционирования региональных систем мониторинга на примере задачи мониторинга биофизических параметров водной среды Днепровского лимана. Основным источником информации для решения задачи являются результаты косвенных измерений концентрации пигментов в водной среде и тем...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Кибернетика и системный анализ |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44206 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений / А.Н. Кравченко, Н.Н. Куссуль, Е.А. Лупян, В.П. Саворский, Л. Хлухи, А.Ю. Шелестов // Кибернетика и системный анализ. — 2008. — № 4. — С. 179-188. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859813212094988288 |
|---|---|
| author | Кравченко, А.Н. Куссуль, Н.Н. Лупян, Е.А. Саворский, В.П. Хлухи, Л. Шелестов, А.Ю. |
| author_facet | Кравченко, А.Н. Куссуль, Н.Н. Лупян, Е.А. Саворский, В.П. Хлухи, Л. Шелестов, А.Ю. |
| citation_txt | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений / А.Н. Кравченко, Н.Н. Куссуль, Е.А. Лупян, В.П. Саворский, Л. Хлухи, А.Ю. Шелестов // Кибернетика и системный анализ. — 2008. — № 4. — С. 179-188. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Кибернетика и системный анализ |
| description | В статье рассмотрены вопросы функционирования региональных систем мониторинга на примере задачи мониторинга биофизических параметров водной среды Днепровского лимана. Основным источником информации для решения задачи являются результаты косвенных измерений концентрации пигментов в водной среде и температуры водной поверхности. В качестве исходных данных используются спутниковые снимки низкого пространственного разрешения прибора MODIS.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:20:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
À.Í. ÊÐÀÂ×ÅÍÊÎ, Í.Í. ÊÓÑÑÓËÜ, Å.À. ËÓÏßÍ, Â.Ï. ÑÀÂÎÐÑÊÈÉ,
Ë. ÕËÓÕÈ, À.Þ. ØÅËÅÑÒÎÂ
ÓÄÊ 681.32 ÌÎÍÈÒÎÐÈÍÃ ÂÎÄÍÛÕ ÐÅÑÓÐÑÎÂ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ
ÈÍÒÅÃÐÀÖÈÈ ÐÀÇÍÎÐÎÄÍÛÕ ÄÀÍÍÛÕ
È ÂÛÑÎÊÎÏÐÎÈÇÂÎÄÈÒÅËÜÍÛÕ ÂÛ×ÈÑËÅÍÈÉ1
Êëþ÷åâûå ñëîâà: îáðàáîòêà ñïóòíèêîâûõ äàííûõ, Grid-òåõíîëîãèè, ìåòåîðî-
ëîãè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå.
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ïðèðîäíûõ êàòàêëèçìîâ è òåõíîãåííîãî âëèÿíèÿ íà âîäîå-
ìû îöåíêà ñîñòîÿíèÿ âîäíûõ ìàññ ñòàíîâèòñÿ âñå àêòóàëüíåé. Çàäà÷åé ñèñòåìû,
êîòîðîé ïîñâÿùàåòñÿ äàííàÿ ñòàòüÿ, ÿâëÿåòñÿ íåïðåðûâíûé ìîíèòîðèíã îñíîâ-
íûõ áèîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïóòíè-
êîâîé èíôîðìàöèè. Èíñòðóìåíò ìîíèòîðèíãà — àíàëèç ïàðàìåòðîâ öâåòà âîä-
íîé ñðåäû â âèäèìîì äèàïàçîíå è õàðàêòåðèñòèê èçëó÷åíèÿ â òåïëîâîì èíôðà-
êðàñíîì äèàïàçîíå.
Îñíîâíîé èñòî÷íèê èíôîðìàöèè äëÿ îöåíêè êà÷åñòâà âîäû — ýòî êîíöåíòðàöèÿ
ïèãìåíòîâ, â ÷àñòíîñòè õëîðîôèëëà, êîòîðàÿ ÿâëÿåòñÿ ãëàâíîé õàðàêòåðèñòèêîé áè-
îïðîäóêòèâíîñòè âîäîåìîâ.  ðåçóëüòàòå äîëãîñðî÷íîãî íåïðåðûâíîãî ìîíèòîðèíãà
ïàðàìåòðîâ Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà ìîæíî îòñëåæèâàòü èçìåíåíèÿ â çåìëåïîëüçîâà-
íèè, îöåíèâàòü âëèÿíèå ðàñïðåäåëåííûõ èñòî÷íèêîâ çàãðÿçíåíèé â õîäå ïðîìûøëåí-
íîé è ñåëüñêîõîçÿéñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè, ïîñëåäñòâèÿ ðàáîòû Äíåïðîâñêîãî êàñêà-
äà ÃÝÑ, îöåíèâàòü ïàðàìåòðû áèîïðîäóêòèâíîñòè.
Ïðîáëåìà îöåíêè êà÷åñòâà âîäû âíåñåíà â ïåðå÷åíü ïðèîðèòåòíûõ çàäà÷, êîòî-
ðûå íåîáõîäèìî ðåøèòü â áëèæàéøåé âðåìÿ â ïðîöåññå ðàçâèòèÿ åâðîïåéñêîé ñèñ-
òåìû ãëîáàëüíîãî ìîíèòîðèíãà â èíòåðåñàõ îêðóæàþùåé ñðåäû è áåçîïàñíîñòè
GMES (Global Monitoring for Environment and Security). Ïîäîáíûå çàäà÷è îòìå÷åíû
è â ïëàíàõ Ìåæäóíàðîäíîé ãðóïïû íàáëþäåíèÿ Çåìëè (GEO) íà 2007–2009 ãã.,
â ÷àñòíîñòè â ðàçäåëàõ WA-07-P2 (Global Water Quality Monitoring) è
WA-07-P3 (Satellite Water Measurements) [1].
 íàñòîÿùåé ñòàòüå ðàññìîòðèâàþòñÿ âîïðîñû âûáîðà îïòèìàëüíûõ èñòî÷íè-
êîâ èíôîðìàöèè, èíòåãðàöèè ñ ñóùåñòâóþùèìè ñèñòåìàìè ìîíèòîðèíãà, ìîäåëè-
ðîâàíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ äàííûõ, èñïîëüçîâàíèÿ ñóùåñòâóþùèõ ðåøåíèé äëÿ
òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ìàòåðèàëîâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ Çåìëè (ÄÇÇ) è
ïðåäñòàâëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû ñèñòåìû ïîëüçîâàòåëÿì. Îñîáåííîñòüþ ðàñ-
ñìàòðèâàåìîãî ïîäõîäà ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå Grid-òåõíîëîãèè äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ
ñëîæíûõ âû÷èñëåíèé, à òàêæå èñïîëüçîâàíèå êëàñòåðîâ ñåìåéñòâà ÑÊÈÒ
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4 179
1Ðàçðàáîòêà ñèñòåìû ìîíèòîðèíãà ÷àñòè÷íî ïîääåðæàíà ãðàíòîì ÓÍÒÖ-ÍÀÍÓ «Ðàçðàáîòêà
ýôôåêòèâíûõ Grid-òåõíîëîãèé ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà íà îñíîâå ñïóòíèêîâûõ äàííûõ» (ïðîåêò
¹ 3872), à òàêæå ñîâìåñòíûì ãðàíòîì INTAS-CNES-NSAU ¹06-1000024-9154 «Data Fusion Grid
Infrastructure».
© À.Í. Êðàâ÷åíêî, Í.Í. Êóññóëü, Å.À. Ëóïÿí, Â.Ï. Ñàâîðñêèé, Ë. Õëóõè, À.Þ. Øåëåñòîâ, 2008
(ñóïåðêîìïüþòåðû äëÿ ðåàëèçàöèè èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé) äëÿ ðåàëèçàöèè
âû÷èñëèòåëüíî-ñëîæíûõ ýëåìåíòîâ ñèñòåìû.
1. ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÈ ÍÅÎÁÕÎÄÈÌÛÕ ÄÀÍÍÛÕ ÄÇÇ
Îñíîâíûì èñòî÷íèêîì äàííûõ äëÿ ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìû ÿâëÿþòñÿ îáùåäîñ-
òóïíûå êîñìè÷åñêèå ñíèìêè íèçêîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçðåøåíèÿ â äèàïàçîíå
0,4–12 ìêì, êîòîðûå ãåíåðèðóþòñÿ ïðèáîðîì MODIS (Moderate Resolution
Imaging Spectroradiometer, http://modis.gsfc.nasa.gov).
Èññëåäîâàíèå õàðàêòåðèñòèê âîäíîé
ïîâåðõíîñòè èç êîñìîñà íà÷àëèñü ñ çà-
ïóñêà â 1978 ãîäó ñïóòíèêà Nimbus-7 ñ
ñåíñîðîì CZCS (Coastal Zone Color
Scanner) [2], ïðåäîñòàâëÿâøåãî äàííûå
öâåòíîñòè îêåàíà äî 1986 ã. Ðåçóëüòàòû
èññëåäîâàíèé ñîâîêóïíîñòè ñïóòíèêî-
âûõ äàííûõ CZCS, äàííûõ àýðîñúåìîê è
íàáëþäåíèé in-situ ïðåäîñòàâèëè âîç-
ìîæíîñòü îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû âîäíîé
òîëùè, êîòîðûå ìîæíî âîññòàíîâèòü ïî
äàííûì â âèäèìîì äèàïàçîíå ýëåêòðîìàã-
íèòíîãî èçëó÷åíèÿ, è ñôîðìóëèðîâàòü íå-
îáõîäèìûå òðåáîâàíèÿ äëÿ äàëüíåéøèõ
ñåíñîðîâ öâåòà âîäû. Äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ
ãåîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïî õàðàêòå-
ðèñòèêàì èçëó÷åíèÿ â âèäèìîì è áëèæ-
íåì èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíàõ, à òàêæå
äëÿ ïðîâåäåíèÿ àòìîñôåðíîé êîððåêöèè â
[3] âûäåëåíî âîñåìü îñíîâíûõ ñïåêòðàëü-
íûõ êàíàëîâ (òàáë. 1), à òàêæå ìíîæåñòâî
êîìáèíàöèé êàíàëîâ ñåíñîðà, ïîçâîëÿþ-
ùèå ïîëó÷àòü êîíå÷íûå ïðîäóêòû ñ ðàç-
íûì óðîâíåì êà÷åñòâà (òàáë. 2).
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ âîññòàíîâëåíèÿ ãå-
îôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïî äàííûì â âèäè-
ìîì äèàïàçîíå íåîáõîäèìà ðåãèñòðàöèÿ èç-
ëó÷åíèÿ â óçêîì èíòåðâàëå ÷àñòîò ñ âûñî-
êèì óðîâíåì ñèãíàë-øóì. Ýòî óñëîæíÿåò
ñîçäàíèå ñåíñîðîâ ñ âûñîêèì ïðîñòðà-
íñòâåííûì ðàçðåøåíèåì äëÿ ïîëÿðíî-îðáè-
òàëüíûõ ñïóòíèêîâ èëè ñåíñîðîâ ñ íèçêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì äëÿ ãåîñòàöè-
îíàðíûõ ñïóòíèêîâûõ ñèñòåì. Ïîýòîìó îñíîâíûì èñòî÷íèêîì äàííûõ â âèäèìîì äèàïà-
çîíå ñ íåîáõîäèìûìè ðàäèîìåòðè÷åñêèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ÿâëÿþòñÿ ñåíñîðû
ïîëÿðíî-îðáèòàëüíûõ ñïóòíèêîâ ñ òèïè÷íûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì 1 êì è ïå-
ðèîäîì ïîâòîðíîãî íàáëþäåíèÿ 2–3 äíÿ. Ãåîñòàöèîíàðíûå ñïóòíèêè, ïðåäíàçíà÷åííûå
äëÿ íàáëþäåíèÿ çà âîäíîé òîëùåé, òîëüêî ïëàíèðóþòñÿ. Îíè ñìîãóò âûäàâàòü äàííûå î
ñîñòîÿíèè âîäîåìîâ äëÿ îãðàíè÷åííûõ ðåãèîíîâ ñ âûñîêîé ÷àñòîòîé, íåñêîëüêî ðàç â ÷àñ.
Ñðåäè äàííûõ ñîâðåìåííûõ ñåíñîðîâ öâåòà âîäû íàèáîëåå äîñòóïíû äàííûå
ñïåêòðîðàäèîìåòðà ñî ñðåäíèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì MODIS. Ñîãëàñíî
ïåðå÷íþ íàáîðîâ êàíàëîâ äëÿ ñêàíåðîâ öâåòíîñòè âîäû ñåíñîð MODIS îòâå÷àåò
êîìáèíàöèè Ñ3 (ñì. òàáë. 2). Äîïîëíèòåëüíî ê ñïåêòðàëüíûì êàíàëàì èç íàáîðà Ñ3
MODIS ïðåäîñòàâëÿåò èíôîðìàöèþ â íåñêîëüêèõ êàíàëàõ âèäèìîãî äèàïàçîíà,
áëèæíåãî è ñðåäíåãî èíôðàêðàñíîãî äèàïàçîíà, ïîçâîëÿþùåãî ðàçðàáàòûâàòü ñïå-
öèôè÷åñêèå àëãîðèòìû äëÿ ýòîãî ñåíñîðà. Êðîìå êàíàëîâ â âèäèìîì è áëèæíåì èí-
ôðàêðàñíîì äèàïàçîíå, MODIS ñîäåðæèò êàíàëû â òåïëîâîì èíôðàêðàñíîì äèàïà-
çîíå, ïîçâîëÿþùèå âîññòàíàâëèâàòü òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè âîäîåìîâ.
180 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4
Íîìåð
êàíàëà
Ñïåêòðàëüíûé
äèàïàçîí, íì
Ìàêñèìàëüíàÿ
øèðèíà
ñïåêòðàëüíîãî
äèàïàçîíà, íì
0 01024–1064 30
1 855–890 20
2 744–757 14
3 704–713 10
4 550–565 10
5 485–495 10
6 438 – 448 10
7 407–417 10
Ò à á ë è ö à 1 . Ñïåêòðàëüíûå äèàïà-
çîíû, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ âîññòàíîâ-
ëåíèÿ öâåòà âîäíîé ïîâåðõíîñòè
Íàçâàíèå
êîìáèíàöèè
êàíàëîâ
Ñïåêòðàëüíûå êàíàëû
C1 1, 2, 4, 5
C2 1, 2, 4, 5, 6
C3 1, 2, 4, 5, 6, 7
C4 1, 2, 3, 4, 5, 6
C5 0, 1, 2, 4, 5, 6
C6 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
C7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 +
äîïîëíèòåëüíûå êàíàëû â
âèäèìîé îáëàñòè ñïåêòðà
Ò à á ë è ö à 2 . Êîìáèíàöèè ñïåêò-
ðàëüíûõ äèàïàçîíîâ
2. ÎÏÈÑÀÍÈÅ ÐÀÁÎÒÛ ÑÈÑÒÅÌÛ
Îñíîâíàÿ çàäà÷à ñèñòåìû — íåïðåðûâíûé ìîíèòîðèíã ïàðàìåòðîâ âîäíîé ñðåäû
Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà íà áàçå äàííûõ ÄÇÇ â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå.
Íà òåêóùèé ìîìåíò íàèáîëåå îòðàáîòàííûìè ìåòîäàìè îáðàáîòêè ñïóòíèêî-
âûõ äàííûõ öâåòà âîäû ÿâëÿþòñÿ ìåòîäû, ñîçäàííûå â ðàìêàõ ñèñòåìû SeaDAS
(SeaWiFS Data Analysis System) [4]. Ïàêåò SeaDAS ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ðÿä ïàðà-
ìåòðîâ êà÷åñòâà âîäû, â ÷àñòíîñòè îöåíèâàòü êîíöåíòðàöèþ õëîðîôèëëà è ïîâåð-
õíîñòíóþ òåìïåðàòóðó âîäíîé òîëùè.
Äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ãåîôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âîäíîé ñðåäû è ðåøåíèÿ çà-
äà÷è àòìîñôåðíîé êîððåêöèè SeaDAS íåîáõîäèìû äàííûå î ïðîñòðàíñòâåííîì
ðàñïðåäåëåíèè êîíöåíòðàöèè îçîíà, à òàêæå íåñêîëüêî ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ïàðà-
ìåòðîâ. Ïî óìîë÷àíèþ, â SeaDAS èñïîëüçóþòñÿ êëèìàòîëîãè÷åñêèå çíà÷åíèÿ ìåòå-
îðîëîãè÷åñêèõ âåëè÷èí. Äëÿ áîëåå òî÷íîé îáðàáîòêè ñóùåñòâóåò âîçìîæíîñòü èñ-
ïîëüçîâàíèÿ ðåçóëüòàòîâ îáúåêòèâíîãî àíàëèçà NCEP (National Centers for
Environmental Prediction, http://www.ncep.noaa.gov). Ýòè äàííûå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ
â ãåîãðàôè÷åñêîé ïðîåêöèè ñ ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì 1° ÷åòûðå ðàçà â ñóò-
êè. Ïîäîáíîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî è âðåìåíí�ãî ðàçðåøåíèÿ íåäîñòàòî÷íî äëÿ ðå-
øåíèÿ çàäà÷ òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ñïóòíèêîâûõ äàííûõ â ïðèáðåæíûõ ðàéîíàõ.
Äëÿ óòî÷íåíèÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ â ðàìêàõ äàííîãî ñåðâèñà èñ-
ïîëüçóþòñÿ ðåçóëüòàòû ìåçîìàñøòàáíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîãîäû. Òàêîé ïîäõîä
ïîçâîëÿåò âîññòàíàâëèâàòü ïîëÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ äëÿ îãðàíè÷åííûõ
òåððèòîðèé ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì äî 1 êì, ñîâïàäàþùèì ñ
ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì äàííûõ MODIS.
Äëÿ âàëèäàöèè îáðàáîòêè ðåçóëüòàòîâ äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ äîëæíû
èñïîëüçîâàòüñÿ äàííûå íàáëþäåíèé in-situ. Ïðè îòðàáîòêå ìåòîäà èñïîëüçîâàëèñü
äàííûå Õåðñîíñêîé ãèäðîáèîëîãè÷åñêîé ñòàíöèè ÍÀÍ Óêðàèíû.
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè, ñáîðà è ïîäãîòîâêè äàííûõ ÄÇÇ,
à òàêæå ïðåäîñòàâëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ îáðàáîòêè ïîëüçîâàòåëÿì áûëà ïðîâåäåíà äå-
êîìïîçèöèÿ ñèñòåìû ìîíèòîðèíãà íà ñëåäóþùèå êîìïîíåíòû (ðèñ. 1):
� ïîäñèñòåìà óñâîåíèÿ äàííûõ;
� ìîäóëè òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ;
� ïîäñèñòåìà îáåñïå÷åíèÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêèìè äàííûìè;
� ïîäñèñòåìà âèçóàëèçàöèè.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4 181
Ðèñ. 1. Ñõåìà ðàáîòû ñèñòåìû ìîíèòîðèíãà
Äëÿ âûïîëíåíèÿ çàäà÷ îáðàáîòêè äàííûõ è ìåòåîðîëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ,
êîòîðûå ÿâëÿþòñÿ âû÷èñëèòåëüíî ñëîæíûìè, â äàííîé ñèñòåìå ïðèìåíÿåòñÿ ïîäõîä
Grid. Ñèñòåìà ìîíèòîðèíãà èñïîëüçóåò ñóùåñòâóþùóþ Grid-èíôðàñòðóêòóðó [5], êîòî-
ðàÿ îáúåäèíÿåò âû÷èñëèòåëüíûå è èíôîðìàöèîííûå ðåñóðñû Èíñòèòóòà êîñìè÷åñêèõ
èññëåäîâàíèé ñ âû÷èñëèòåëüíûìè ðåñóðñàìè Èíñòèòóòà êèáåðíåòèêè ÍÀÍ Óêðàèíû.
 ÷àñòíîñòè, ðåñóðñû Èíñòèòóòà êèáåðíåòèêè ñîñòîÿò èç âû÷èñëèòåëüíûõ êëàñòåðîâ
ÑÊÈÒ-1 (48 ïðîöåññîðîâ), ÑÊÈÒ-2 (64 ïðîöåññîðà) è íàõîäÿùåãîñÿ â ðàçðàáîòêå
ÑÊÈÒ-3 (150 äâóõúÿäåðíûõ ïðîöåññîðà). Íàñòîÿùèé Grid îñíîâàí íà ïðîãðàììíîì
îáåñïå÷åíèè ñðåäíåãî óðîâíÿ Globus Toolkit v4 (http://www.globus.org/toolkit/). Äëÿ âû-
ïîëíåíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé çàäà÷ èñïîëüçóåòñÿ ñèñòåìà Karajan, à äëÿ ðàñïðåäå-
ëåíèÿ çàäà÷ íà ëîêàëüíûõ ðåñóðñàõ — ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ çàäà÷àìè: Torque è
SLURM. Ïîääåðæêà âûïîëíåíèÿ çàäà÷ â ïàðàëëåëüíîì ðåæèìå îáåñïå÷èâàåòñÿ ðå-
àëèçàöèÿìè ñòàíäàðòà MPI OpenMPI è Scaly. Ìîíèòîðèíã çàãðóæåííîñòè ðåñóðñîâ
âûïîëíÿåòñÿ ñèñòåìîé Ganglia (http://ganglia.ikd.kiev.ua/).
3. ÏÎÄÑÈÑÒÅÌÀ ÓÑÂÎÅÍÈß ÄÀÍÍÛÕ
Ðàññìàòðèâàåìàÿ ïîäñèñòåìà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé íàáîð ñïåöèàëèçèðîâàííûõ èíòåðôåé-
ñîâ ê ñèñòåìàì ïðåäîñòàâëåíèÿ è ðàñïðîñòðàíåíèÿ ãåîïðîñòðàíñòâåííûõ äàííûõ. Ñåé-
÷àñ ðåàëèçîâàíû èíòåðôåéñû è íàëàæåíî óñâîåíèå äàííûõ èç ñèñòåì NOMADS
(NOAA Operational Model Archive Distribution System) [6], LAADS (Level 1 and
Atmosphere Archive and Distribution System, http://ladsweb.nascom. nasa.gov/), ðîññèéñêîé
ñèñòåìû ñïóòíèêîâîãî ìîíèòîðèíãà (http://www.nffc.aviales.ru/ rus/main.sht) è
EUMETCast (http://www.eumetsat.int/Home/Main/What_We_Do/ EUMETCast/index.htm).
Ñèñòåìû NOMADS è LAADS — Web-îðèåíòèðîâàíûå ñèñòåìû ïðåäîñòàâëå-
íèÿ äàííûõ ïî ïðîòîêîëàì FTP è/èëè HTTP. Äîñòóï ê äàííûì âîçìîæåí â òå÷åíèå
ïðîäîëæèòåëüíîãî âðåìåíè ñ ìîìåíòà èõ ñîçäàíèÿ (íåñêîëüêèõ äíåé, íåäåëü, ìåñÿ-
öåâ â çàâèñèìîñòè îò òèïà äàííûõ). Ïîýòîìó îò ïîäñèñòåìû óñâîåíèÿ íå òðåáóåòñÿ
ðàáîòà â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè, íî íåîáõîäèìà âîçìîæíîñòü ïàêåòíîé çàãðóç-
êè äàííûõ çà ïðîäîëæèòåëüíûé ïåðèîä. Ñèñòåìà EUMETCast ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ
øèðîêîâåùàòåëüíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ äàííûõ ïî ñïóòíèêîâûì êàíàëàì ñâÿçè. Äëÿ
ðàáîòû ñ ýòîé ñèñòåìîé íåîáõîäèìà ðàáîòà ñèñòåìû óñâîåíèÿ äàííûõ â ðåæèìå
ðåàëüíîãî âðåìåíè.
Äëÿ óñâîåíèÿ äàííûõ èç ñèñòåì, ïîäîáíûõ NOMADS è LAADS, ñîçäàíà ñïå-
öèàëèçèðîâàííàÿ ñèñòåìà ïàêåòíîé îáðàáîòêè çàäàíèé. Ñðåäñòâà óñâîåíèÿ äàííûõ
èç êîíêðåòíîé ñèñòåìû ïðåäñòàâëåíû íàáîðîì âçàèìîñâÿçàííûõ çàäà÷, òàêèõ êàê
îáíîâëåíèå ìåòàèíôîðìàöèè î íàëè÷íûõ äàííûõ è âðåìåíè èõ ñóùåñòâîâàíèÿ,
ïîäãîòîâêà ê çàãðóçêå è ñîáñòâåííî çàãðóçêà. Êàæäîå çàäàíèå óíèêàëüíî èäåíòèôè-
öèðóåòñÿ, âåäåòñÿ ðååñòð çàäàíèé ñ óêàçàíèåì âðåìåíè åãî ñîçäàíèÿ, çàïóñêà, çàâåð-
øåíèÿ, ñîñòîÿíèÿ è ïàðàìåòðîâ ïðèîðèòåòà. Äëÿ ïðåäñòàâëåíèÿ ðååñòðà çàäàíèé
â ñèñòåìå èñïîëüçóåòñÿ ðåëÿöèîííàÿ áàçà äàííûõ. Âåäåíèå ðååñòðà ïîçâîëÿåò îñó-
ùåñòâëÿòü ïåðåçàïóñê, âîññòàíîâëåíèå ïîñëå ñáîåâ â ïðîöåññå âûïîëíåíèÿ çàäà-
íèé, à òàêæå èçáåãàòü ïîâòîðíîãî âûïîëíåíèÿ çàäàíèé â ñëó÷àå ïàêåòíîé çàãðóçêè.
Ñèñòåìà NOMADS èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ äàííûõ ãëîáàëüíîãî ìîäåëèðîâà-
íèÿ ïîãîäû ñ ïîìîùüþ ìîäåëè GFS (Global Forecast System, http://www.emc.ncep.
noaa.gov/modelinfo/index.html). Ñ òî÷êè çðåíèÿ êëèåíòà, ýòà ñèñòåìà ïðåäñòàâëÿåò ñî-
áîé íàáîð ñåðâåðîâ, êîòîðûå äóáëèðóþò äðóã äðóãà è ðàñïðåäåëÿþò íàãðóçêó íà ñèñòå-
ìó. Äàííûå GFS îáíîâëÿþòñÿ ÷åòûðå ðàçà â ñóòêè. Äëÿ äîñòóïà ê ïîäìíîæåñòâó äàí-
íûõ â ñèñòåìå NOMADS ôóíêöèîíèðóåò ñåðâèñ ftp2u (http://nomad3.ncep.noaa.gov/
DOC/ftp2u_help.html), êîòîðûé ïîçâîëÿåò îñóùåñòâëÿòü âûáîðêó äàííûõ ïî âðåìåíè,
ïåðåìåííûì (íàïðèìåð, òåìïåðàòóðà, ñêîðîñòü âåòðà), âåðòèêàëüíîìó óðîâíþ (íàïðè-
ìåð, 500 ìáàð, 2 ì îò ïîâåðõíîñòè) è ãåîãðàôè÷åñêèì êîîðäèíàòàì (óêàçûâàåòñÿ ïðÿ-
ìîóãîëüíèê â ãåîãðàôè÷åñêîé ñèñòåìå êîîðäèíàò).  ñëó÷àå îòêàçà â îáñëóæèâàíèè
îñíîâíîãî ñåðâåðà NOMADS â ðàìêàõ çàäàíèÿ çàãðóçêè äàííûõ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî-
ñëåäîâàòåëüíûé îïðîñ âñåõ ñåðâåðîâ NOMADS.
182 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4
Ñèñòåìà LAADS èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîäóêòîâ MODIS (äàííûõ
óðîâíÿ L1B MOD012KM, MOD02HKM è MOD02QKM, à òàêæå ðàñøèðåííûõ äàí-
íûõ î ãåîïðèâÿçêå MOD03). Äëÿ óñâîåíèÿ äàííûõ LAADS ñîçäàíû çàäàíèÿ îáíîâ-
ëåíèÿ ìåòàäàííûõ î èìåþùèõñÿ ñíèìêàõ, à òàêæå çàãðóçêè ñíèìêîâ, íàõîäÿùèõñÿ
â ïðÿìîì äîñòóïå. Ïîñêîëüêó LAADS íå ïðåäîñòàâëÿåò èíôîðìàöèþ î òåððèòîðèè
ïîêðûòèÿ ñíèìêîâ, ôèëüòðàöèÿ äàííûõ ïî ãåîãðàôè÷åñêèì êîîðäèíàòàì
îñóùåñòâëÿåòñÿ íà ýòàïå ñáîðà èíôîðìàöèè î èìåþùèõñÿ ñíèìêàõ.
Äëÿ ðàáîòû ñ ñèñòåìîé EUMETCast ñîçäàíî ïðîãðàììíî-àïïàðàòíîå ðåøåíèå
ïðèåìà äàííûõ ïî ñòàíäàðòó DVB. Â íàñòîÿùèé ìîìåíò íàëàæåí ïðèåì, ôèëüòðà-
öèÿ ïî ãåîãðàôè÷åñêèì êîîðäèíàòàì, êàòàëîãèçàöèÿ ñíèìêîâ ñïóòíèêîâ ñåðèè
MSG, Meteosat, GOES, NOAA, MetOp, à òàêæå îáðàáîòêà ñíèìêîâ MSG [7], ðåçóëü-
òàòû êîòîðîé ïðåäñòàâëåíû ïî àäðåñó http://dos.ikd.kiev.ua/?option=com_mapserver.
4. ÏÐÎÃÐÀÌÌÍÎÅ ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈÅ SeaDAS
Ïàêåò SeaDAS ÿâëÿåòñÿ «ðàçâèòîé ñèñòåìîé àíàëèçà èçîáðàæåíèé, êîòîðàÿ ïðåä-
íàçíà÷åíà äëÿ îáðàáîòêè, îòîáðàæåíèÿ, àíàëèçà è îöåíêè êà÷åñòâà äàííûõ öâåò-
íîñòè âîäû» (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/seadas/). ÏÎ SeaDAS áûëî ðàçðàáîòà-
íî â Goddard Space Flight Center NASA è ïîçâîëÿåò îáðàáàòûâàòü äàííûå ñåíñî-
ðîâ SeaWIFS, MODIS, CZCS, OCTS.
Ôóíêöèîíàëüíîñòü ÏÎ SeaDAS âêëþ÷àåò:
� ïðåîáðàçîâàíèå äàííûõ èç óðîâíÿ îáðàáîòêè L1A ê óðîâíþ L1B;
� òåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà äàííûõ (óðîâåíü L2);
� îáîáùåíèå äàííûõ äëÿ êîíêðåòíîãî ðåãèîíà çà îïðåäåëåííûé ïðîìåæóòîê
âðåìåíè (óðîâåíü L3).
Äîïîëíèòåëüíî SeaDAS ïîçâîëÿåò îáðàáàòûâàòü ñíèìêè MODIS, ïðåäîñòàâëÿ-
þùèåñÿ â ðåæèìå Direct Broadcast (ïðåîáðàçîâàíèå äàííûõ èç óðîâíÿ L0 â äàííûå
óðîâíÿ L1A, à òàêæå ãåîïðèâÿçêó èçîáðàæåíèé).
Îñíîâíîé êîìïîíåíò òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ñïóòíèêîâûõ äàííûõ â ïàêåòå
SeaDAS — êîìïîíåíò MSL12 (Multi Sensor Level 1 to Level 2). Îí ïîçâîëÿåò ïîëó-
÷àòü ñëåäóþùèå òåìàòè÷åñêèå ïðîäóêòû èç äàííûõ MODIS:
� èñõîäÿùåå èçëó÷åíèå íà ðàçíûõ äëèíàõ âîëí;
� ïàðàìåòðû àòìîñôåðíîé êîððåêöèè ñíèìêîâ äëÿ òåððèòîðèé ìîðåé è îêåà-
íîâ;
� êîíöåíòðàöèÿ õëîðîôèëëà â âîäå;
� òåìïåðàòóðà âîäíîé ïîâåðõíîñòè.
ÏÎ MSL12 ðàçðàáîòàíî äëÿ îáðàáîòêè äàííûõ ñåíñîðà SeaWIFS (Sea-viewing
Wide Field-of-view Sensor), èìåþùèõ òîëüêî âîñåìü êàíàëîâ â âèäèìîé è áëèæíåé
èíôðàêðàñíîé îáëàñòè ñïåêòðà. Â âåðñèè SeaDAS 5.0 êîìïëåêñ MSL12 ðàñøèðåí
ñïåöèàëüíî äëÿ îáðàáîòêè äàííûõ MODIS, â ÷àñòíîñòè â ñðåäíåâîëíîâîé îáëàñòè
èíôðàêðàñíîãî äèàïàçîíà [8]. Ýòî îñîáåííî âàæíî äëÿ ïðèáðåæíûõ òåððèòîðèé
(â òîì ÷èñëå äëÿ òåððèòîðèè Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà). Åùå îäíî ïðåèìóùåñòâî
MSL12 â ñîñòàâå SeaDAS 5.0 — èñïîëüçîâàíèå êàíàëîâ MODIS ñ ïðîñòðàíñòâåí-
íûì ðàçðåøåíèåì 250 è 500 ì, ÷òî ïîòåíöèàëüíî ìîæåò óâåëè÷èòü
ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå äàííûõ î êîíöåíòðàöèè õëîðîôèëëà äî 250—500 ì.
Êàê óæå îòìå÷àëîñü, äëÿ òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ èçëó÷åíèÿ âîäíîé
òîëùè íåîáõîäèìà äîïîëíèòåëüíàÿ èíôîðìàöèÿ, à èìåííî:
� ìåòåîðîëîãè÷åñêèå äàííûå (ïðèâîäíûé âåòåð íà âûñîòå 10 ì, âåëè÷èíà äàâ-
ëåíèÿ íà óðîâíå ìîðÿ, ñîäåðæèìîå âîäÿíîãî ïàðà â àòìîñôåðå);
� ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå êîíöåíòðàöèè îçîíà;
� òåìïåðàòóðà âîäíîé ïîâåðõíîñòè.
 ñòàíäàðòíîé êîíôèãóðàöèè SeaDAS èìååòñÿ âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ
êëèìàòîëîãè÷åñêèõ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ äàííûõ èëè ðåçóëüòàòîâ àíàëèçà NCEP
(â ýòîì ñëó÷àå, åñëè ìîìåíò ñúåìêè íå ñîâïàäàåò ñî âðåìåíåì ïðîâåäåíèÿ àíàëèçà,
ïðîèñõîäèò ïðîñòàÿ âðåìåíí�ÿ èíòåðïîëÿöèÿ äàííûõ).  êà÷åñòâå äàííûõ î ðàñ-
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4 183
ïðåäåëåíèè îçîíà ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ äàííûå EP TOMS (http://toms.gsfc.nasa.gov/
eptoms/epsat.html) èëè TOAST (http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/OZONE/TOAST/).
 êà÷åñòâå äàííûõ î ïîâåðõíîñòíîé òåìïåðàòóðå âîäíîé òîëùè ìîãóò âûñòóïàòü
êëèìàòîëîãè÷åñêèå äàííûå, èíôîðìàöèîííûå ïðîäóêòû NOAA OISST
(http://www.emc.ncep.noaa.gov/research/cmb/sst_analysis/) èëè â ñëó÷àå îáðàáîòêè
ñíèìêîâ MODIS òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè âîäû ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà íåïîñðåä-
ñòâåííî ïî ñïóòíèêîâûì èçîáðàæåíèÿì.
Ïðèìåð ðåçóëüòàòîâ îáðàáîòêè ñíèìêîâ MODIS äëÿ òåððèòîðèè ×åðíîãî ìîðÿ
ñ ïîìîùüþ ÏÎ MSL12 ïîêàçàí íà ðèñ. 2.
5. ÏÎÄÑÈÑÒÅÌÀ ÎÁÅÑÏÅ×ÅÍÈß ÌÅÒÅÎÐÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÌÈ ÄÀÍÍÛÌÈ
Ìîäåëè ÷èñëåííîãî ïðîãíîçà ïîãîäû (Numerical Weather Prediction — NWP) ãå-
íåðèðóþò ÷åòûðåõìåðíûå ðàñïðåäåëåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå-âðåìåíè îñíîâíûõ ìå-
òåîðîëîãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Òàêèå ìîäåëè äåëÿòñÿ íà ãëîáàëüíûå ìîäåëè öèð-
êóëÿöèè àòìîñôåðû è ðåãèîíàëüíû. Ïðèìåðàìè ãëîáàëüíûõ ìîäåëåé ÿâëÿþòñÿ
GFS, êîòîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ öåíòðîì NCEP, è ìîäåëü TL799L91 (http://www.
ecmwf.int/products/forecasts/guide/The_ECMWF_global_atmospheric_model.html), êî-
òîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ öåíòðîì ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather
Forecasts). Ñðåäè ðåãèîíàëüíûõ ìîäåëåé ïðîãíîçà ïîãîäû íóæíî îòìåòèòü ìîäåëè ñ
îòêðûòûì êîäîì MM5 (http://www.mmm.ucar.edu /mm5/) è WRF (http://www.
wrf-model.org/index.php, http://www.mmm.ucar.edu /wrf/ users/) [9].
Ãëîáàëüíûå ìîäåëè õàðàêòåðèçóþòñÿ íèçêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì,
÷òî, îäíàêî, óëó÷øàåòñÿ ñ ïðîãðåññîì â îáëàñòè âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûõ âû÷èñ-
ëåíèé. Ðåãèîíàëüíûå ìîäåëè ïðîãíîçà ïîãîäû — ìåçîìàñøòàáíûå ìîäåëè è ñïåöè-
àëüíî ïðèñïîñîáëåíû äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ñ âûñîêèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøå-
íèåì. Äëÿ èç çàïóñêà íåîáõîäèìû äàííûå ãëîáàëüíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ äëÿ
ñïåöèôèêàöèè êðàåâûõ óñëîâèé ðåãèîíàëüíîé ìîäåëè.
Èñïîëüçîâàíèå ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû ðåãèîíàëüíîé ìîäåëè ïðîãíîçà ïîãîäû â
êà÷åñòâå äîïîëíèòåëüíîé èíôîðìàöèè ïðè òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêå ñíèìêè MODIS
âìåñòî êëèìàòîëîãè÷åñêèõ ðåçóëüòàòîâ èëè äàííûõ ãëîáàëüíîãî àíàëèçà óëó÷øàåò
êà÷åñòâî îáðàáîòêè çà ñ÷åò óâåëè÷åíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçðåøåíèÿ ìåòåîðîëî-
184 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4
Ðèñ. 2. Ðåçóëüòàòû òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ MODIS äëÿ îöåíêè êîíöåíòðàöèè õëîðîôèëëà
ñ ïîìîùüþ ïàêåòà SeaDAS íà òåððèòîðèè ×åðíîãî ìîðÿ è Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà
ãè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, à òàêæå âñëåäñòâèå óëó÷øåííîé âðåìåííîé èíòåðïîëÿöèè
ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ äàííûõ ñ ó÷åòîì àòìîñôåðíîé äèíàìèêè.
Ïðîãíîçèðîâàíèå ñ èñïîëüçîâàíèåì ìîäåëåé ÷èñëåííîãî ïðîãíîçà ïîãîäû ñâÿ-
çàíî ñ âûñîêîé âû÷èñëèòåëüíîé ñëîæíîñòüþ ïðîãíîçîâ è òðåáóåò ïðèìåíåíèÿ âû-
ñîêîïðîèçâîäèòåëüíîé âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè. Ãåíåðàöèÿ ïðîãíîçîâ ñ âûñîêèì
ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì óñëîæíÿåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ãîðèçîíòàëüíîãî ðàç-
ðåøåíèÿ ìîäåëè â ñâÿçè ñ áûñòðûì ðîñòîì íåîáõîäèìûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ðåñóð-
ñîâ, à èìåííî êâàäðàòè÷íûì ðîñòîì îáúåìà íåîáõîäèìîé ïàìÿòè è êóáè÷åñêèì ðîñòîì
âðåìåíè âû÷èñëåíèÿ.  ñîâðåìåííûõ ñèñòåìàõ ìîäåëèðîâàíèÿ ïîãîäû ýòà ïðîáëåìà ðå-
øàåòñÿ çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ êàñêàäà âëîæåííûõ ñåòîê ñ óâåëè÷èâàþùèìñÿ ïðîñòðà-
íñòâåííûì ðàçðåøåíèåì.
 êà÷åñòâå ìîäåëè ÷èñëåííîãî ïðîãíîçà ïîãîäû â äàííîé ñèñòåìå èñïîëüçóåò-
ñÿ ðåãèîíàëüíàÿ ìîäåëü WRF. Îíà ðàçðàáàòûâàåòñÿ è ïîääåðæèâàåòñÿ ìíîãèìè
îðãàíèçàöèÿìè ÑØÀ. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ðåàëèçàöèè ýòà ñèñòåìà ãèáêàÿ è ïîðòàòèâ-
íàÿ, ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü ïàðàëëåëüíûå âû÷èñëåíèÿ íà âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíîé
òåõíèêå. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ñèñòåìà WRF â îñíîâíîì îðèåíòèðîâàíà íà èñ-
ïîëüçîâàíèå íà òåððèòîðèè ÑØÀ, òàê ÷òî äëÿ ïðèìåíåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû
WRF äëÿ òåððèòîðèè Óêðàèíû íåîáõîäèìà åå àäàïòàöèÿ.
Íà òåêóùèé ìîìåíò ìîäåëü WRF ôóíêöèîíèðóåò â îïåðàöèîííîì ðåæèìå â
Èíñòèòóòå êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ÍÀÍ Óêðàèíû è ÍÊÀ Óêðàèíû. Ïîñòðîåíèå
ïðîãíîçîâ ïîãîäû (íà 72 ÷àñà) ïðîèñõîäèò ðåãóëÿðíî ðàç â 6 ÷àñîâ. Ïðîãíîçû ñòðî-
ÿòñÿ íà ñåòêå 200õ200 ñ ðàçìåðîì ýëåìåíòà ñåòêè 10õ10 êì. Äëÿ ó÷åòà êðèâèçíû ïî-
âåðõíîñòè Çåìëè ñåòêà ìîäåëè çàäàíà â ðàâíîóãîëüíîé ïðîåêöèè Ëàìáåðòà. Äëÿ
ïðåäñòàâëåíèÿ âåðòèêàëüíûõ ðàñïðåäåëåíèé ïàðàìåòðîâ ñåòêà ìîäåëè èìååò 31
âåðòèêàëüíûé óðîâåíü.  êà÷åñòâå åå êðàåâûõ óñëîâèé èñïîëüçóþòñÿ ïðîãíîçû ãëî-
áàëüíîé ìîäåëè GFS, ïîñòóïëåíèå êîòîðûõ îáåñïå÷èâàåòñÿ ïîäñèñòåìîé óñâîåíèÿ
äàííûõ. Äëÿ ïîäãîòîâêè íà÷àëüíûõ è êðàåâûõ óñëîâèé äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ èñïîëü-
çóåòñÿ ñèñòåìà WRFSI (http://wrfsi.noaa.gov/). Âû÷èñëåíèå ïðîãíîçà íà 72 ÷àñà â
ýòîé êîíôèãóðàöèè ñîñòàâëÿåò 4 ÷àñà íà êëàñòåðå Èíñòèòóòà êîñìè÷åñêèõ èññëåäî-
âàíèé (äâà äâóõïðîöåññîðíûõ óçëà ñ ïðîöåññîðàìè AMD Opteron 2.2 ÃÃö). Ïðèìåð
ðàáîòû ìîäåëè ïðèâåäåí íà ðèñ. 3, à.
Äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ äàííûõ äëÿ òåððèòîðèè Äíåïðîâñêîãî
ëèìàíà ìîäåëü WRF ñêîíôèãóðèðîâàíà ñ èñïîëüçîâàíèåì äâóõ âëîæåííûõ ñåòîê,
êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 3, á.  äàííîé êîíôèãóðàöèè íà÷àëüíàÿ ñåòêà d01 (ñ ãîðè-
çîíòàëüíûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì 10 êì) ñîâïàäàåò ñ ñåòêîé ìîäåëè WRF,
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4 185
Ðèñ. 3: à — ðåçóëüòàòû ïðîãíîçà òåìïåðàòóðû íà âûñîòå 2 ì ñ ïîìîùüþ ìîäåëè WRF;
á — êîíôèãóðàöèÿ âëîæåííûõ ñåòîê ìîäåëè WRF äëÿ òåððèòîðèè Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà
áa
êîòîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïîñòðî-
åíèÿ îïåðàöèîííûõ ïðîãíîçîâ.
Âëîæåííûå ñåòêè d02 è d03 èìå-
þò ãîðèçîíòàëüíîå ïðîñòðàíñò-
âåííîå ðàçðåøåíèå 3,3 è 1,1 êì
ñîîòâåòñòâåííî. Âñå ñåòêè ñîñòî-
ÿò èç 200õ200 òî÷åê. Òàêèì îáðà-
çîì, äëÿ ãåíåðàöèè äàííûõ äëÿ
òåððèòîðèè Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà
ñ ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì
1,1 êì íåîáõîäèìî óâåëè÷åíèå
âðåìåíè âû÷èñëåíèé â 13 ðàç.
Ïîñêîëüêó ìîäåëèðîâàíèå
ïîãîäû ñ âûñîêèì ãîðèçîíòàëü-
íûì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì — âû÷èñëèòåëüíî ñëîæíàÿ çàäà÷à è òðåáóåò
çíà÷èòåëüíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ðåñóðñîâ, äëÿ åå ðåøåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ êëàñòåðû
ÑÊÈÒ-1 è ÑÊÈÒ-3 Èíñòèòóòà êèáåðíåòèêè ÍÀÍÓ. Äàííûå êëàñòåðû ïîçâîëèëè ñó-
ùåñòâåííî óñêîðèòü âû÷èñëèòåëüíûé ïðîöåññ (òàáë. 3, ðèñ. 4, à). Ïðè ýòîì íàáëþ-
äàåòñÿ ïî÷òè ëèíåéíûé ðîñò ïðîäóêòèâíîñòè ñ ðîñòîì ÷èñëà âû÷èñëèòåëüíûõ
óçëîâ (ðèñ. 4, á). Ïðè èñïîëüçîâàíèè âîñüìè óçëîâ êëàñòåðà ÑÊÈÒ-3 óñêîðåíèå âû-
÷èñëåíèé ïî ñðàâíåíèþ ñ îäíèì óçëîì ñîñòàâèëî 7,09 (èç 8-ìè âîçìîæíûõ), à ïðè
èñïîëüçîâàíèè 64-õ óçëîâ ðàáîòà ìîäåëè óñêîðÿåòñÿ â 43,6 ðàçà (ñì. òàáë. 3).
7. ÏÎÄÑÈÑÒÅÌÀ ÂÈÇÓÀËÈÇÀÖÈÈ
Äëÿ ïðåäîñòàâëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû ñèñòåìû â äàííîé ñèñòåìå èñïîëüçîâà-
íû ñîâðåìåííûå ñðåäñòâà ïóáëèêàöèè ãåîïðîñòðàíñòâåííûõ äàííûõ â Internet,
îñíîâàííûå íà ñòàíäàðòàõ OGC [10, 11].  êà÷åñòâå òàêèõ ñðåäñòâ âûáðàíî ïðî-
ãðàììíîå îáåñïå÷åíèå ñ îòêðûòûì êîäîì: êàðòîãðàôè÷åñêèé ñåðâåð UMN
MapServer (http://mapserver.gis.umn.edu/) è ïðîãðàììíûé êàðêàñ äëÿ ñîçäàíèÿ êàðòî-
ãðàôè÷åñêîãî Web-èíòåðôåéñà ïîëüçîâàòåëÿ CartoWeb (http://www.cartoweb.org/).
 ðàìêàõ ïîäñèñòåìû âèçóàëèçàöèè ñîçäàíû Web-ñëóæáû ïðåäîñòàâëåíèÿ ðåçóëü-
òàòîâ ìåòåîðîëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ (http://dos.ikd.kiev.ua/?option=com_wrf) è òåìà-
òè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ MODIS (http://dos.ikd.kiev.ua/?option=com_wrapper).
Îáå Web-ñëóæáû äîñòóïíû íà ñàéòå Öåíòðà îáðàáîòêè äàííûõ Èíñòèòóòà êîñìè-
÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ÍÀÍÓ-ÍÊÀÓ (http://dos.ikd.kiev.ua/).
186 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4
Ðèñ. 4. Ãðàôèê ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ìîäåëè WRF íà êëàñòåðå ÑÊÈÒ-3: à — âðåìÿ âû÷èñëåíèÿ îäíîé
èòåðàöèè; á — óñêîðåíèå ðàáîòû ìîäåëè â çàâèñèìîñòè îò êîëè÷åñòâà óçëîâ
a á
Êîëè÷åñòâî
óçëîâ
Êîëè÷åñòâî
ÿäåð
ïðîöåññîðîâ
Âðåìÿ
âû÷èñëåíèÿ
îäíîé
èòåðàöèè, ñ
Óñêîðåíèå
âû÷èñëåíèé
1 4 4.36 1
2 8 2.49 1.75
4 16 1.22 3.57
8 32 0.615 7.09
16 64 0.35 12.46
32 128 0.18 24.22
64 256 0.1 43.6
Ò à á ë è ö à 3 . Âðåìÿ âû÷èñëåíèÿ îäíîé
èòåðàöèè ìîäåëè WRF íà êëàñòåðå ÑÊÈÒ-3
Web-ñëóæáà ìåòåîðîëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü àíèìèðîâàí-
íûå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè êàäðîâ, êîòîðûå îòîáðàæàþò äèíàìèêó ïàðàìåòðîâ àòìîñôåðû
íà òåððèòîðèè Óêðàèíû, â òîì ÷èñëå òåìïåðàòóðû, äàâëåíèÿ, ñêîðîñòè âåòðà, êîëè÷åñòâà
îñàäêîâ. Ïîëüçîâàòåëþ ïðåäîñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü çàäàíèÿ ïàðàìåòðîâ àíèìàöèè: îòî-
áðàæàåìûõ èíôîðìàöèîííûõ ñëîåâ, âðåìåíè íà÷àëà ìîäåëèðîâàíèÿ è ïåðèîäà ïðîãíîçà.
Äëÿ ñîçäàíèÿ ñëóæáû èñïîëüçîâàí ÿçûê PHP, ãåíåðàöèÿ àíèìàöèé îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïî-
ìîùüþ áèáëèîòåêè âèçóàëèçàöèè ãåîïðîñòðàíñòâåííûõ äàííûõ PHP-MapScript — èíòåð-
ôåéñà ê UMN MapServer. Èíòåðôåéñ ñëóæáû ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 5.
ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4 187
Ðèñ. 5. Èíòåðôåéñ ñåðâèñà ìåòåîðîëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ
Ðèñ. 6. Èíòåðôåéñ ñåðâèñà ìîíèòîðèíãà âîäíûõ ðåñóðñîâ
Web-ñëóæáà òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ ïîçâîëÿåò îòîáðàæàòü ïîëüçîâàòåëþ
èñõîäíûå äàííûå ÄÇÇ, ïðîäóêòû, ïîëó÷åííûå íà èõ îñíîâå, ðåçóëüòàòû íàçåìíûõ èçìåðå-
íèé íà òåððèòîðèè Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà è äîïîëíèòåëüíóþ êàðòîãðàôè÷åñêóþ èíôîðìà-
öèþ. Web-èíòåðôåéñ ïîëüçîâàòåëÿ ñîçäàí íà îñíîâå ÏÎ CartoWeb. Ôóíêöèîíàëüíîñòü
äàííîé ñëóæáû âêëþ÷àåò ðàñøèðåííûå âîçìîæíîñòè îòîáðàæåíèÿ èíôîðìàöèîííûõ ñëî-
åâ äàííûõ, èåðàðõè÷åñêóþ ãðóïïèðîâêó ñëîåâ, èíñòðóìåíòû íàâèãàöèè (â òîì ÷èñëå ñ èñ-
ïîëüçîâàíèåì îáçîðíîé êàðòû), ñîçäàíèÿ è âûïîëíåíèÿ çàïðîñîâ ê äàííûì, ïå÷àòè êàðò â
ôîðìàòå PDF. Èíòåðôåéñ ñëóæáû ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 6.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
Òàêèì îáðàçîì, â äàííîé ñòàòüå ðàññìîòðåíû âîïðîñû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ðåãèîíàëü-
íûõ ñèñòåì ìîíèòîðèíãà íà ïðèìåðå çàäà÷è ìîíèòîðèíãà áèîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ
âîäíîé ñðåäû Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà. Îñíîâíûì èñòî÷íèêîì èíôîðìàöèè äëÿ ðåøåíèÿ
çàäà÷è ÿâëÿþòñÿ ðåçóëüòàòû êîñâåííûõ èçìåðåíèé êîíöåíòðàöèè ïèãìåíòîâ â âîäíîé
ñðåäå è òåìïåðàòóðû âîäíîé ïîâåðõíîñòè.  êà÷åñòâå èñõîäíûõ äàííûõ èñïîëüçóþòñÿ
ñïóòíèêîâûå ñíèìêè íèçêîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàçðåøåíèÿ ïðèáîðà MODIS.
Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ìàòåðèàëîâ ÄÇÇ íà ðåãèîíàëüíîì óðîâ-
íå íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëüíîé èíôîðìàöèè, â òîì ÷èñëå ìåòåîðîëîãè÷åñ-
êèõ äàííûõ.  ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìå äëÿ ïîñòðîåíèÿ ïîëåé ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ ïàðà-
ìåòðîâ èñïîëüçóåòñÿ ðåãèîíàëüíàÿ ìåòåîðîëîãè÷åñêàÿ ìîäåëü WRF. Äëÿ îáðàáîòêè áîëü-
øèõ îáúåìîâ ïîñòóïàþùèõ äàííûõ, à òàêæå äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ ìîäåëèðîâàíèÿ îêàçàëèñü
âîñòðåáîâàíû âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûå âû÷èñëåíèÿ è ïîäõîä Grid ê ýôôåêòèâíîìó èñ-
ïîëüçîâàíèþ ðàñïðåäåëåííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ è èíôîðìàöèîííûõ ðåñóðñîâ.
Ïðåäâàðèòåëüíûå ðåçóëüòàòû âàëèäàöèè ðàáîòû ñèñòåìû ñ èñïîëüçîâàíèåì íå-
ïîñðåäñòâåííûõ íàáëþäåíèé ãåîôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ â Äíåïðîâñêîì ëèìàíå ïî-
êàçàëè, ÷òî èçìåðåííûå çíà÷åíèÿ òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè îòëè÷àþòñÿ îò ðàñ÷åò-
íûõ íå áîëüøå ÷åì íà 1–2°Ê.
 ðàìêàõ äàëüíåéøåãî ðàçâèòèÿ ñèñòåìû ïëàíèðóåòñÿ ïðîâåñòè ìàñøòàáíóþ
âàëèäàöèþ ðåçóëüòàòîâ òåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè äàííûõ ÄÇÇ, àäàïòàöèþ ïàðàìåò-
ðîâ SeaDAS äëÿ Äíåïðîâñêîãî ëèìàíà, âíåäðèòü ñõåìó óñâîåíèÿ ñïóòíèêîâûõ äàí-
íûõ â ïðîöåññ ìåòåîðîëîãè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, äîïîëíèòü ñèñòåìó ìîíèòîðèí-
ãà ýêîëîãè÷åñêèì ìîäåëèðîâàíèåì ëèìàíà.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. G l o b a l Earth Observation System of Systems (GEOSS), 2007–2009 Work Plan: Toward Conver-
gence. — 2006. — 38 p.
2. A n t o i n e D . , M o r e l A . , G e n t i l i B . , G o r d o n H . R . , B a r z o n V . F . , E v a n s R . H . ,
B r o w n J . W . , W a l s h S . , B a r i n g e r W . , L i A . In Search of Long-term Trends in Ocean
Color // EOS, Transactions American Geophysical Union. — 2003. — 84, N 32. — P. 301–309.
3. M o r e l A . Minimum Requirements for an Operational Ocean-Colour Sensor for the Open Ocean.
Dartmouth, Canada: IOCCG. — 1998. ISSN: 1098-6030. — 50 p.
4. F u G . , B a i t h K . S . , M c C l a i n C . R . SeaDAS: The SeaWiFS Data Analysis System // Proceed-
ings of «The 4th Pacific Ocean Remote Sensing Conf.». — Qingdao (China). — 1998. — P. 73–79.
5. Ø å ë å ñ ò î â À . Þ . , Ê ð à â ÷ å í ê î À . Í . , Ê î ð á à ê î â Ì . Á . , Ê ó ñ ñ ó ë ü Í . Í . ,
Ñ ê à ê ó í Ñ . Â . , Ð ó ä à ê î â à À . È . , È ë ü è í Í . È . , Ò þ ò þ í í è ê Ë . È . Grid-òåõíîëîãèÿ
ðåàëèçàöèè óêðàèíñêîãî ñåãìåíòà GEOSS // Çàãàëüíîãàëóçåâèé íàóêîâî-âèðîáíè÷èé æóðíàë
«Çâ’ÿçîê» (ñïåö. äîäàòîê). — 2006. — Ñ. 106–125.
6. R u t l e d g e G . K . , A l p e r t J . , E b i s u z a k i W . NOMADS: A Climate and Weather Model Ar-
chive at the National Oceanic and Atmospheric Administration // Bulletin of the Americ. Meteorolog.
Soc. — 2006. — 87, N 3. — P. 327–341.
7. S h e l e s t o v A . , K r a v c h e n k o O . , K o r b a k o v M . Services for Satellite Data Processing // In-
form. Theor. and Appl. — 2006. — 12. — N 3. — P. 272–276.
8. F r a n z B . A . , W e r d e l l P . J . , M e i s t e r G . , K w i a t k o w s k a E . J . , B a i l e y S . W . ,
A h m a d Z . , a n d M c C l a i n C.R. MODIS Land Bands for Ocean Remote Sensing Applications //
Proceedings of Ocean Optics XVIII. — Montreal (Canada). — October 9–13, 2006.
9. S k a m a r o c k W . C . e t a l . A Description of the Advanced Research WRF Version 2. Boulder, Colo-
rado, USA: NCEP. — 2005. — 100 p.
10. Ê ð à â ÷ å í ê î Î . Ì . , Ø å ë å ñ ò î â À . Þ . Çàñòîñóâàííÿ ðåàë³çàö³é ñòàíäàðò³â OGC äëÿ
ñòâîðåííÿ ðîçïîä³ëåíèõ ñèñòåì â³çóàë³çàö³¿ òà íàäàííÿ ãåîïðîñòîðîâèõ äàíèõ // Ïðîáëåìè
ïðîãðàìóâàííÿ. — 2006. — ¹ 2–3. — Ñ. 135—139.
11. S h e l e s t o v A . , K r a v c h e n k o O . , I l i n M . Geospatial data visualisation in Grid system on
Ukrainian segment of GEOSS/GMES // Proc. of the 5-th Intern. Conf. “Inform. Research&Applic”. —
Varna (Bulgaria). — June 26–30, 2007. — 2. — P. 422–428.
Ïîñòóïèëà 12.09.2007
188 ISSN 0023-1274. Êèáåðíåòèêà è ñèñòåìíûé àíàëèç, 2008, ¹ 4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44206 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0023-1274 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:20:14Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравченко, А.Н. Куссуль, Н.Н. Лупян, Е.А. Саворский, В.П. Хлухи, Л. Шелестов, А.Ю. 2013-05-26T19:20:35Z 2013-05-26T19:20:35Z 2008 Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений / А.Н. Кравченко, Н.Н. Куссуль, Е.А. Лупян, В.П. Саворский, Л. Хлухи, А.Ю. Шелестов // Кибернетика и системный анализ. — 2008. — № 4. — С. 179-188. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0023-1274 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44206 681.32 В статье рассмотрены вопросы функционирования региональных систем мониторинга на примере задачи мониторинга биофизических параметров водной среды Днепровского лимана. Основным источником информации для решения задачи являются результаты косвенных измерений концентрации пигментов в водной среде и температуры водной поверхности. В качестве исходных данных используются спутниковые снимки низкого пространственного разрешения прибора MODIS. Разработка системы мониторинга частично поддержана грантом УНТЦ-НАНУ «Разработка эффективных Grid-технологий экологического мониторинга на основе спутниковых данных» (проект № 3872), а также совместным грантом INTAS-CNES-NSAU №06-1000024-9154 «Data Fusion Grid Infrastructure». ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Кибернетика и системный анализ Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений Article published earlier |
| spellingShingle | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений Кравченко, А.Н. Куссуль, Н.Н. Лупян, Е.А. Саворский, В.П. Хлухи, Л. Шелестов, А.Ю. Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа |
| title | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| title_full | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| title_fullStr | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| title_full_unstemmed | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| title_short | Мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| title_sort | мониторинг водных ресурсов на основе интеграции разнородных данных и высокопроизводительных вычислений |
| topic | Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа |
| topic_facet | Новые средства кибернетики, информатики, вычислительной техники и системного анализа |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44206 |
| work_keys_str_mv | AT kravčenkoan monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii AT kussulʹnn monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii AT lupânea monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii AT savorskiivp monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii AT hluhil monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii AT šelestovaû monitoringvodnyhresursovnaosnoveintegraciiraznorodnyhdannyhivysokoproizvoditelʹnyhvyčislenii |