Корпоративная океанологическая геоинформационная система ТОИ ДВО РАН (стр. 4 )

В случае, если необходима более детальная обработка, файл исходных данных полностью копируется на компьютер пользователя. Для его анализа могут использоваться две программы из системы аналитической поддержки ОГИС: универсальная программа обработки и анализа многоканальных сигналов (Фищенко, 1999) и программа вейвлет-анализа сигналов (Фищенко, 2003).

Примеры использования ОГИС для поддержки научных исследований

Как отмечалось ранее, рабочий макет ОГИС был выставлен в режиме апробации в сети ТОИ уже в 2001 году. Он неоднократно использовался специалистами различных научных подразделений института при проведении научных исследований. В данном разделе приведем два примера, касающиеся сейсмоакустических и, отчасти, спутниковых исследований (Фищенко, 2005б).

Как отмечалось в предыдущем разделе статьи, в 2004 году в состав разрабатываемой в ТОИ ДВО РАН океанологической геоинформационной системы был интегрирован новый информационный слой – “Сейсмоакустика”. В настоящее время в этом слое представлены оцифрованные сигналы микродеформаций земной коры, регистрируемые с помощью лазерного деформографа на Морской экспериментальной станции ТОИ “м. Шульца”. В перспективе будут подключаться данные с подобных экспериментальных установок, которые планируется установить в ряде географических точек дальневосточного региона, а также данные гидроакустических экспериментов. Одной из целей такой интеграции сейсмоакустических данных в ОГИС было создание условий для проведения систематических исследований влияния процессов, протекающих в ближней и дальней зонах океана, на фон микросейсмических колебаний в переходной зоне «океан-материк». Как показано в некоторых исследованиях, такие природные процессы в океане, как поверхностное волнение, приливы, внутренние волны, океанические штормы, землетрясения оказывают существенное влияние на характер сигналов микродеформации земной коры, фиксируемых лазерными деформографами (Долгих, 2000). Это дает надежду в перспективе разработать эффективные методики дистанционного обнаружения и мониторинга океанических процессов на основе системы береговых лазерных деформографов. Работая с ОГИС, пользователи могут легко производить согласованные по времени выборки сейсмоакустических данных и данных о различных процессах в океане и проводить их анализ с целью установления и детализации взаимосвязи между этими видами данных.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В качестве первого примера, демонстрирующего актуальность включения сейсмоакустических данных в ОГИС, приведем предварительные результаты одной работы, ведущейся в ТОИ специалистами отдела Информационных технологий совместно со специалистами отдела Спутниковой океанологии. Одной из важных задач, решаемых в отделе Спутниковой океанологии, является разработка технологии обнаружения и описания различных океанических явлений по спутниковым данным. В частности, много сведений о процессах в океане дают изображения, получаемые со спутников радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА-изображения). Эти данные не зависят от погодных условий и времени суток, при этом они «чувствуют» микро - и макроособенности рельефа морской поверхности. Большой массив РСА-изображений совместно с описаниями предположительно проявляемых в них океанических явлений, сделанными экспертами отдела Спутниковой океанологии, был включен в ОГИС. На рисунке 19-а показано местоположение спутниковых РСА снимков с возможными проявлениями внутренних волн, полученных в 2000 году в районе вблизи мыса Шульца - места проведения сейсмоакустических экспериментов. На рис. 19-б приведено ближайшее к м. Шульца РСА-изображение, на котором визуально заметны структуры, которые потенциально возможно соотнести с проявлениями внутренних волн. На рисунке 19-в приведена найденная в ОГИС запись сигнала микродеформации, сделанная примерно в то же время. На рисунке 19-г приведен спектр Фурье этого сигнала, рассчитанный с помощью программы из системы аналитической поддержки ОГИС. В спектре заметны три высокочастотные компоненты, которые можно соотнести с обычными поверхностными волнами и мощный низкочастотный пик, который возможно соотнести с внутренними волнами, которые потенциально могли возникнуть в это время вблизи м. Шульца. Наличие РСА-снимка (рис. 19-б) позволяет считать такое предположение весьма правдоподобным. С другой стороны, специалисты по спутниковой океанологии с учетом сейсмоакустических данных также с большей степенью уверенности могут идентифицировать структуры на спутниковом снимке именно как проявление внутренних волн.

Второй пример демонстрирует возможности ОГИС для проведения систематических исследований особенностей проявления откликов землетрясений, происходящих в океане, в записях сейсмоакустических сигналов, регистрируемых на м. Шульца. Пользователь ОГИС может составлять запросы на предоставление информации о землетрясениях, происшедших в указанном районе в определенным временном интервале, удовлетворяющих ограничениям на их магнитуду и глубину расположения источника. На рис. 20-а показано окно ОГИС, где отмечены светлыми кружками места землетрясений силой не менее 5 баллов, произошедших в период с 1 по 10 сентября 2004 года. Самое крупное из них с магнитудой 7.40 баллов (отмечено большим кружком) произошло южнее острова Хонсю в точке с координатами (33°18’ с. ш., 137°07’ в. д.) 5 сентября в 14 часов 57 минут по Гринвичскому времени (6 сентября, 1 час 57 минут по Владивостокскому времени). Из информационного окна с описанием характеристик данного землетрясения пользователь сразу может перейти по гиперссылке к слою “Сейсмоакустика”, где он сможет найти и провести оперативный анализ записи сейсмоакустического сигнала, сделанной в это время, с помощью программы цифровой обработки DSP. На рис. 20-(б-д) показаны окна программы DSP при работе с найденной таким образом записью сейсмоакустического сигнала от 6 сентября 2004 года. В осциллограмме сигнала (рис. 20-б), начиная примерно с 02 часов 02 минут, заметна характерная для откликов землетрясений колебательная структура. Спектральный анализ этого фрагмента (рис. 20-в) показывает наличие в спектре двух характерных для сигналов землетрясений мощных пиков, соответствующих временным периодам 11 и 15 секунд. На рис.20-г в полутоновом представлении показана вейвлетограмма фрагмента, рассчитанная на основе комплексного вейвлета Морле. Отображается реальная часть вейвлетограммы. Начиная с момента начала фиксации отклика землетрясения, в ней заметна характерная для вейвлетов периодическая структура на временных масштабах, соответствующих основной частоте сейсмических колебаний. Зрительно заметна динамика основного периода сейсмических колебаний. На рис. 20-д в цветном представлении отображается модуль комплексной вейвлетограммы Морле, в котором динамика частотных свойств сейсмического сигнала представляется еще нагляднее. В частности, сначала видно яркое пятно, соответствующее двум начальным мощным колебаниям с периодом около 30 секунд, затем некоторое время идет фаза землетрясения с основным периодом 15 секунд, которую затем сменяет еще более длительная фаза с периодом 11 секунд, амплитуда которой со временем уменьшается.

В заключение отметим, что в статье были рассмотрены концепция, архитектура, реализация и примеры практического использования корпоративной океанологической геоинформационной системы Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН. В результате разработки ОГИС научные специалисты самого крупного в системе ДВО РАН института получили возможность непосредственно на своих рабочих местах запрашивать и оперативно получать разнообразную фактографическую информацию об основных объектах исследования на акваториях дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана, производить совместную картографическую и общенаучную визуализацию запрошенных данных, обрабатывать данные с помощью эффективных программных средств анализа, использовать технологии распределенных и суперкомпьютерных вычислений для решения особо трудоемких задач моделирования и аналитической обработки данных.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты -в, -р_восток_а) и грантов ДВО РАН (конкурсы годов).

Список литературы

1. , , Фищенко нестационарных сигналов в океанографической информационно-аналитической системе ДВО РАН // Тезисы докладов XXXI Дальневосточной математической школы-семинара им. академика . Владивосток. 2006. с. 147-148.

2. Голик ГИС ТОИ ДВО РАН по северо-западной части Тихого океана на основе интернет/интранет. //Материалы третьей конференции “Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий”. Улан-Удэ. 2002. с. 238-242.

3. , , Павленко системы сбора и мониторинга океанографической информации в интернете // Тезисы докладов Дальневосточной математической школы-семинара им. академика . Владивосток. 2003а. с. 156-157.

4. , Фищенко океанографическая ГИС ДВО РАН: реализация концепции распределенности информационных и вычислительных ресурсов // Материалы 5-ой Всероссийской научно-технической конференции “Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий”. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2004а. C. 125-127.

5. , Фищенко океанографическая ГИС ДВО РАН: разработка и реализация политик доступа к информационным и аналитическим ресурсам // Труды Всероссийской научной конференции “Научный сервис в сети ИНТЕРНЕТ – 2004”. – М.: МГУ, 2004б. С.122-124.

6. , , Митник океанографическая ГИС ДВО РАН: интеграция спутниковых и подспутниковых данных по северо-западной части Тихого океана // Исслед. Земли из космоса. 2004в. № 6. C. 73-80.

7. , Г, , Фищенко библиотека полнотекстовых публикаций по проблемам океанографии, обработки данных и информационных технологий // Тезисы докладов XXXI Дальневосточной математической школы-семинара им. академика . Владивосток. 2006. с. 155-156.

8. , Ростов и реализация баз океанографических данных по северной части Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 20с.

9. Долгих волновых полей океана и литосферы лазерно-интерференционными методами. Владивосток: Дальнаука, 20с.

10. Кисленок система для корреляционно-спектрального анализа изображений в океанологических исследованиях. // Сборник статей по материалам конференции молодых ученых Тихоокеанского океанологического института им. ДВО РАН. 2002. с. 123-128.

11. , "Введение в ГИС". Учебное пособие. Изд-е 2-е исправленное и дополненное. - М.: 1997, 160 с.

12. , Фищенко система анализа данных лазерной деформографии // Тез. докл. Всероссийского симпоз. "Сейсмоакустика переходных зон". Владивосток : Дальнаука, 1999. С. 49-52.

13. , , Голик система Фурье - и вейвлет-анализа данных лазерной деформографии // Третий всероссийский симпозиум "Сейсмоакустика переходных зон". Владивосток. 2003. C. 89-96.

14. , , Антушев в океанографической ГИС ДВО РАН информационного слоя "Сейсмоакустика"// Четвертый всероссийский симпозиум "Сейсмоакустика переходных зон". Владивосток. 5-9 сентября 2005а. C. 225-229.

15. , , Антушев океанографической ГИС для исследования влияния процессов в океане на фон микросейсмических колебаний // Четвертый всероссийский симпозиум "Сейсмоакустика переходных зон". Владивосток. 5-9 сентября 2005б. C. 239-243.

16. “Что такое грид? Три критерия”, 2002 <http://www. *****/library/publication..>

17. Schlitzer, R. Ocean Data View (ODV5.0, 2000). <http://www. awi-bremerhaven. de/GEO/ODV/>.

Подрисуночные подписи к статье Фищенко

Рисунок 1 (стр. 16) - Принципиальная схема ОГИС

Рисунок 2 (стр. 17) - Начальная HTML-страница OГИС (адрес в интернете: http://gis. poi. *****/)

Рисунок 3 (стр. 18) - Начальная конфигурация окна картографического отображения ОГИС (появляется при вызове пользователями, не зарегистрированными в системе)

Рисунок 4 (стр. 19) - Типовая конфигурация окна картографического отображения при работе с ОГИС зарегистрированных пользователей

Рисунок 5 (стр. 27) - Окно просмотра пользователем его текущего профиля политики доступа

Рисунок 6 (стр. 33) - Просмотр окна системы аналитической поддержки ОГИС

Рисунок 7 (стр. 34) - Электронная библиотека ОГИС

Рисунок 8 (стр. 35) - Геология и геофизика морского дна Охотского моря.

Рисунок 9 (стр. 37) - Запрос данных по температуре из БД «Океан-1»
(залив Петра Великого, 1985 год)

Рисунок 10 (стр. 38) - Демонстрация основных возможностей встроенной в ОГИС
подсистемы визуализации CTD-данных - Charmer

Рисунок 11 (стр. 40) - Запрос к базе спутниковых радилокационных изображений

Рисунок 12 (стр. 40) - Запрос к базе спутниковых радилокационных изображений для выбора снимков с проявлениями атмосферных гравитационных волн

Рисунок 13 (стр. 41) - Пример использования программы корреляционно-спектрального анализа изображений к анализу спутникового радиолокационного изображения морской поверхности.

Рисунок 14 (стр. 42) - Применение программы «Morpho» к анализу РСА-изображения с проявлениями нефтяных загрязнения.

Рисунок 15 (стр. 44) - Каталог с запрошенными пользователем сейсмоакустическими данными

Рисунок 16 (стр. 45) - Preview-образ одного из файлов сейсмоакустических данных

Рисунок 17 (стр. 45) – Справочное окно и окно навигации по каналам программы DSP

а – осциллограмма, б – спектральная плотность, 3 – спектрограмма, 4 – вейвлетограмма

Рисунок 18 (стр. 45) - Различные представления одного и того же фрагмента сигнала

а - контуры РСА снимков, б - РСА снимок с возможными проявлениями внутренних волн, в - сигнал микродеформации земной коры на м. Шульца, г - спектр Фурье этого сигнала с мощным низкочастотным пиком, возможно, обусловленным внутренними волнами.

Рисунок 19 (стр. 47) - К задаче идентификации внутренних волн в океане

Рисунок 20 (стр. 48) - Применение ГИС для анализа откликов землетрясений в записях сейсмоакустического сигнала:

Рисунок 1 - Принципиальная схема ОГИС

Рисунок 2 - Начальная HTML-страница OГИС (адрес в интернете: http://gis. poi. *****/)

Рисунок 3 - Начальная конфигурация окна картографического отображения ОГИС (появляется при вызове пользователями, не зарегистрированными в системе)

Рисунок 4 - Типовая конфигурация окна картографического отображения при работе с ОГИС зарегистрированных пользователей

Рисунок 5 - Окно просмотра пользователем его текущего профиля политики доступа

Рисунок 6 - Просмотр окна системы аналитической поддержки ОГИС

Рисунок 7 - Электронная библиотека ОГИС

Рисунок 8 - Геология и геофизика морского дна Охотского моря.

в г

Рисунок 9 - Запрос данных по температуре из БД «Океан-1»
(залив Петра Великого, 1985 год)

а	б
в	г	д
е	ж
з	и

Рисунок 10 - Демонстрация основных возможностей встроенной в ОГИС
подсистемы визуализации CTD-данных - Charmer

Рисунок 11 - Запрос к базе спутниковых радилокационных изображений

Рисунок 12 - Запрос к базе спутниковых радилокационных изображений для выбора снимков с проявлениями атмосферных гравитационных волн

Рисунок 13 - Пример использования программы корреляционно-спектрального анализа изображений к анализу спутникового радиолокационного изображения морской поверхности.