Введение к работе
К настоящему времени геофизика, так же как и другие науки о Земле, все более переходит к применению цифровых систем сбора, передачи, хранения и обработки информации. Во многих странах развернуты плотные сети геофизических наблюдений глобального, регионального и локального масштабов. Эффективное использование получаемых данных, объем которых с каждым годом увеличивается (особенно за счет спутниковых данных), возможно только на основе информационных технологий, позволяющих, в интерактивном режиме осуществить оперативный доступ ко всей имеющейся информации; вовлечь в процесс большие объемы данных; быстро выбрать информацию, относящуюся к объекту исследования; оперативно подключить новую информацию; провести структурный математический анализ и численный эксперимент.
По сути, сегодня, возможность решения многих геофизических задач лежит уже не столько в плоскости получения новых данных, сколько в плоскости максимально эффективного извлечения полезной информации из комплекса накопленных за многолетний период геофизических, геологических, географических данных и информации из других смежных областей. При этом, в условиях сильнейшей специализации и накопления огромных объемов предметно-ориентированной информации, когда стандарты хранения и представления данных и метаданных зачастую трудно совместимы, возникает проблема доступа и интеграции данных, полученных различными исследователями и, часто, из разных предметных областей в интересах конкретной геофизической задачи. Решение этой проблемы подразумевает наличие унифицированного интерфейса для некоторой совокупности независимых неоднородных источников данных.
Стремительное развитие глобальной сети Интернет способствовало не менее стремительному развитию большого количества технологий и системных решений в этой области. В частности, все необходимые тематические базы данных и все программные блоки для доступа и управления данными в рамках конкретной геофизической задачи могут быть объединены в общий сетевой ресурс с единым интерфейсом доступа в среде Интернет-приложения. Такое решение имеет ряд преимуществ: обеспечивает возможность комплексного, в том числе, междисциплинарного исследования дани
БИБЛИОТЕКА ]
интерактивном режиме; обогащает накопленные данные метаинформациейл которая становится частью информационной базы.
Современный тип Интернет-приложения доступа к базам данных реализуется на основе многоуровневой архитектуры и включает в^себя следующие части:
уровень ресурсов данных, на котором реализуется единый формат хранения данных;
уровень приложений, на котором решаются задачи обнаружения, обработки данных, подготовки их для интерфейса пользователя и В2В взаимодействия с программами-«клиентами». Уровень приложений представлен набором веб-сервисов и баз метаданных;
интерфейс пользователя, с помощью которого решаются интерактивные задачи обнаружения ресурсов данных/метаданных, поиска событий окружающей среды, многомерной визуализации этих событий в пространстве и времени, выборки и доставки данных на компьютер пользователя.
Неотъемлемой частью Интернет-приложений нового поколения становятся веб-сервисы. Данная технология выступает как средство предоставления доступа к данным через набор предоставляемых ими услуг. Также веб-сервисы способны взаимодействовать друг с другом. Поэтому процесс интеграции данных может представлять собой логически сложную композицию обращений посредством интерфейсов веб-сервисов - определять автоматизированный поток обработки данных. Автоматизация рутинных процессов интеграции исходных (экспериментальных) данных оставляет исследователям возможность сосредоточиться на задачах разработки новых средств и методов решения геофизических задач, что как раз и составляет научный поиск.
Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что в ней в существенной мере решается поставленная проблема путем построение унифицированного интерфейса для широкой совокупности геофизических данных.
Цель работы
Основная цель данной диссертационной работы состоит в разработке подходов, технологий и соответствующих программно-аппаратных решений,
обеспечивающих эффективную интерактивную поддержку решения геофизических задач, в части интеллектуального извлечения многодисциплинарных данных и метаданных из распределенных баз данных, их интеграции и доставки исследователям в виде, удобном для дальнейшего анализа и интерпретации результатов.
Постановка задач
В соответствии с целью работы, в диссертации решаются следующие задачи:
-
Исследовать и оценить современное состояние компьютерных технологий (Интернет-, веб-, ТИС- и Грид-), которые позволяют повысить качественный уровень доступа и интеграции данных и обеспечить их развитую машинную обработку.
-
На основе результатов этих исследований разработать подход к созданию программно-аппаратного решения интерактивных Интернет-приложений на основе веб-сервисов в применении к конкретным геофизическим задачам. Обеспечить возможности интеграции разрабатываемых приложений в распределено-вычислительную среду на основе Грид, которая активно развивается в настоящее время.
-
Внедрить разработанные программно-аппаратные реализации в сеть Международных центров данных по солнечно-земной физике и физике твердой земли.
Научная новизна
В настоящее время использование Интернет-приложений для создания программных продуктов, реализующих программные сервисы самого различного рода, является одним из наиболее распространенных подходов. Этот подход уже доказал свою эффективность и удобство как с пользовательской, так и администраторской точки зрения.
Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке новых интерактивных распределенных Интернет-приложений с учетом особенностей задач, решаемых в геофизике, в том числе в комплексном использовании ГИС
технологий, веб-сервисов, а также аппарата нечеткой логики и веб-онтологий в части формирования запроса пользователя на поиск информации.
Основные защищаемые положения
-
Разработанные автором подход и программно-аппаратные решения на основе Интернет-приложения с автоматизированными веб-сервисами и интегрированными ГИС технологиями в применении к геофизическим задачам.
-
Результаты практического внедрения разработанных Интернет-приложений на основе веб-сервисов в узлах сети Мировых центров данных.
Практическая ценность работы
Практическим результатом данной работы является внедрение в практику работы исследователей новых информационных технологий. В часности, разработанные в ходе исследования распределенные Интернет-приложения на основе веб-сервисов размещены и эффективно используются в сети Мировых центров данных по солнечно-земной физике и физике твердой Земли в Геофизическом центре РАН, г.Москва и Национальном геофизическом центре данных, г. Болдер, США, а также в Институте космофизических исследований и распространения радиоволн (ИКИР РАН), Камчатка, в МЦД по солнечно-земной физике, г.Сидней, Австралия, в Лаборатории солнечно-земной физики Университета Нагоя, Япония, в МЦД по космическим наукам, г. Пекин, Китай, в Национальном геофизическом исследовательском институте, г. Хайдарабад, Индия, в Роудезийском университете, г. Грахамстаун, ЮАР. Эти Интернет-приложения создают единую программную среду, обладающую унифицированным интерфейсом и предоставляющую инструментарий для интерактивной работы по извлечению и распределению данных в применении к конкретным геофизическим задачам. Использующие приложение исследователи в интерактивном режиме осуществляют поиск в распределенных базах данных по событиям окружающей среды в терминах естественного языка. А по результатам поиска - выполняют визуализацию и экспорт данных в свои приложения для дальнейшего анализа и интерпретации результатов.
Апробация
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной конференции "Telework in medicine, research and business" (Киев, 2003г.) , на конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса" в ИКИ РАН (Москва, 2004г.), семинаре Трид-технологии" в Президиуме РАН (Москва, 2004г.), на всероссийской конференции "Экспериментальные и теоретические исследования основ прогнозирования гелиогеофизической активности" (Троицк, 2005г.), семинаре отдела солнечно-земной физики Национального геофизического центра США (Болдер, 2005г.), совместных семинарах отделения математической геофизики и геоинформатики ИФЗ РАН и Геофизического Центра РАН.
Личный вклад автора
Проводимые исследования являются междисциплинарными и охватывают широкий круг вопросов из различных областей науки: геофизики, вычислительной математики, программирования, параллельных вычислений. Работа проводилась в сотрудничестве с Геофизическим центром РАН и Национальным геофизическим центром данных США, г. Болдер, штат Колорадо. На протяжении всех лет сотрудничества автор принимал активное участие в проводимых работах. В диссертации изложены результаты полученные в рамках этих исследований лично автором.
Структура и объем диссертации
