CC BY
69
УДК004.67, 004.75, 004.78, 004.031.42, 004.9, 504.38
Е. П. Гордов 1 2 3, И. Г. Окладников 1 2, А. Г. Титов 1, 2
1 Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН пр. Академический, 10/3, Томск, 634055, Россия
2 Томский филиал Института вычислительных технологий СО РАН пр. Академический, 10/4, Томск, 634055, Россия
3 Томский государственный университет пр. Ленина, 36, Томск, 634050, Россия
[email protected], [email protected], [email protected]
ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ВЕБ-СИСТЕМА ДЛЯ ИНТЕРАКТИВНОГО АНАЛИЗА НАБОРОВ ГЕОПРИВЯЗАННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ДАННЫХ *
Представлена информационно-вычислительная веб-система (ИВВС) визуализации и анализа геопривязанных наборов данных для решения широкого спектра задач наук о Земле и, в частности, задач климатологии. ИВВС базируется на разработанном специализированном программном инструментарии, реализующем архитектуру «клиент - сервер». Доступ к инструментам анализа и визуализации данных осуществляется через сеть Интернет. Веб-компоненты интерфейса сервисов обработки данных дают пользователю возможность работать с геопривя-занными слоями, отображающими результаты анализа так же, как в обычной геоинформационной системе. Результаты обработки представляются в виде перекрывающихся растровых и векторных слоев с цветовым кодированием числовых значений, размещенных поверх выбранной картоосновы. Дополнительно предусмотрен экспорт полученных значений в виде текстовых (CSV, XML) и бинарных (NetCDF, float GeoTIFF) файлов. Функциональные возможности системы представлены рядом инструментов для статистического анализа климатологических данных. Разработанная ИВВС может обеспечить специалистов, участвующих в междисциплинарных исследовательских проектах, и даже пользователей, не имеющих навыков программирования, надежными и удобными веб-инструментами для проведения интегрированных исследований климатических и экосистемных изменений.
Ключевые слова: исследование изменений окружающей среды, информационно-вычислительные системы, веб-ГИС.
Введение
Современные фундаментальные исследования в науках о Земле, вследствие ряда их особенностей, а также вовлечения в исследовательский процесс распределенных научных коллективов на национальном и международном уровнях, в последние годы приобрели ярко выраженный мультидисциплинарный характер [1]. Успешность совместной работы в рамках мультидисциплинарного проекта в значительной степени зависит от способности участников коллектива быстро обмениваться данными и знаниями, координируя свою деятельность и оптимизируя использование информационно-вычислительных ресурсов, сервисов и при-
* Работа частично поддержана проектом программы фундаментальных исследований СО РАН № УШ.80.2.1 и грантами РФФИ № 13-05-12034 и 14-05-00502.
Гордов Е. П., Окладников И. Г., Титов А. Г. Информационно-вычислительная веб-система для интерактивного анализа наборов геопривязанных климатических данных // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. 2016. Т. 14, № 1. С. 13-22.
ISSN 1818-7900. Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии. 2016. Том 14, № 1 © Е. П. Гордов, И. Г. Окладников, А. Г. Титов, 2016
ложений. В настоящее время в различных исследовательских проектах в науках о Земле, включая моделирование, интерпретацию и прогноз климатических и экосистемных изменений на различных пространственных и временных масштабах, активно используются наборы геопривязанных данных по окружающей среде [2]. Большое разнообразие этих наборов данных, а также огромные размеры каждого из них, достигающие десятков терабайт, приводят к необходимости применения информационно-вычислительной инфраструктуры для поддержки соответствующих научных исследований [3].
В этой работе представлена специализированная информационно-вычислительная веб-система (ИВВС) для интерактивного анализа геопривязанных климатологических и метеорологических данных. Она основана на стандартах Open Geospatial Consortium (OGC) и включает целый ряд таких современных решений, как смешанное программирование, модульная организация основных подсистем и разработка веб-компонент на базе библиотеки GeoExt \ с использованием инструментария ExtJS 2 и ПО Open Layers 3. Эта система разрабатывается в рамках большого исследовательского проекта по созданию распределенной аппаратной и программной платформы для мониторинга и прогнозирования региональных климатических и экологических изменений и поддержки непрерывного образования.
Мировые аналоги
В настоящее время существует несколько информационных систем, созданных с использованием веб-технологий, для взаимодействия с геопривязанными наборами данных. К ним относятся: система «GIOVANNI» 4 (Интерактивный веб-интерфейс для визуализации и анализа данных Центра данных и информационных услуг для наук о Земле имени Р. Годдарда) [4]; система распространения результатов экспериментов с совместной моделью общей циркуляции атмосферы и океана 5 Института вычислительной математики Российской академии наук (ИВМ РАН); система«Climate explorer» 6, разработанная Королевским метеорологическим институтом Нидерландов (KNMI); распределенная информационно-аналитическая система поиска, обработки и анализа пространственных данных, создаваемая в настоящее время в Институте вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИВТ СО РАН) на основе совместного использования веб- и ГИС-технологий [5]; а также интегрированная картографическая и аналитическая система RIMS 7, разрабатываемая в Исследовательском центре Земных систем Университета Нью-Гэмпшира, США [6]. Однако, несмотря на значительные усилия по созданию информационно-вычислительной инфраструктуры для наук о Земле, по-прежнему наблюдается дефицит многофункциональных инструментов, объединяющих возможности «облачной» обработки, анализа и визуализации многомерных наборов разнородных данных для выполнения интегрированных исследований глобальных и региональных изменений в окружающей среде.
Результаты
Перед началом разработки, в результате опросов специалистов из разных областей наук о Земле (климатологов, экологов и биологов из институтов РАН), а также на основе литературных источников [7-9], были определены основные требования к функциональным возможностям будущей ИВВС. Они были дополнены требованиями к ключевым особенностям типовой веб-ГИС [10; 11] (геоинформационной системы, предоставляющей конечному пользователю доступ к пространственным данным и сервисам через сеть Интернет): доступ ко всем инструментам обработки и визуализации данных с помощью любого современного
1 JavaScript Toolkit for Rich Web Mapping Applications. URL: http://www.geoext.org
2 Sencha Ext JS. The most comprehensive MVC/MVVM JavaScript framework for building feature-rich cross-platform web applications. URL: http://www.sencha.com/products/extjs
3 OpenLayers 3. URL: http://openlayers.org
4 GIOVANNI. URL: http://daac.gsfc.nasa.gov/techlab/giovanni/
5 Coupled Climate Model of the INM RAS. URL: http://ksv.inm.ras.ru/GCM_DATA_ PLOTTING/ GCM_ INM_ DATA.html
6 Climate Explorer. URL: http://climexp.knmi.nl/
7 RIMS. URL: http://RIMS.unh.edu/
графического веб-браузера; возможность представлять результаты обработки в виде перекрывающихся геопривязанных слоев, отображаемых поверх выбранной картоосновы; базовая функциональность настольной ГИС, включающая навигацию по карте, синхронное масштабирование всех отображаемых слоев, возможность отображать / скрывать слои и изменять их порядок, выбирать и задавать свои схемы цветового кодирования отображаемых числовых значений (легенды), одновременный просмотр значений из всех отображаемых слоев для выбранной точки на карте. Для обеспечения интероперабельности с другими информационными системами требования были расширены необходимостью реализации функциональности экспортирования полученных результатов в виде NetCDF-файлов 8, геопривязанных TIFF-файлов (georeferenced Tagged Image File Format - GeoTIFF 9), а также описаний геопривязанных объектов в формате KML (Keyhole Markup Language) и GML (Geography Markup Language).
Для решения поставленной задачи информационно-вычислительная система была построена на базе специализированного программного инструментария для разработки тематических веб-приложений анализа динамики компонент системы Земля [12]. Данный программный инструментарий включает следующие компоненты:
1) вычислительный блок (вычислительное ядро), размещенный на сервере и обеспечивающий поиск, выборку и обработку геопривязанных данных;
2) промежуточное ПО, размещенное на сервере, включающее PHP-контроллеры 10, выполняемые веб-порталом и обеспечивающие работу с картографическими веб-сервисами, вычислительным ядром и компонентами графического интерфейса пользователя (GUI);
3) библиотека программных компонент на языке JavaScript для разработки элементов графического интерфейса клиентского веб-приложения, поддерживающего технологию AJAX 11.
Текущая версия вычислительного ядра информационно-вычислительной системы разработана на языках GNU Data Language 12 (GDL) и Python 13, предоставляющих проверенные процедуры математической обработки и визуализации геопривязанных данных, а также программные интерфейсы (API) для чтения / записи файлов в формате NetCDF, ESRI Shapefile 14, и доступа к базам данных под управлением СУБД PostgreSQL 15.
Промежуточное ПО представлено в ИВВС веб-порталом и интегрированным набором специализированных PHP-модулей (контроллеров). В нем реализуется ряд таких функциональных возможностей, как аутентификация пользователя, доступ к базам данных, применение HTML-шаблонов 16, поддержка многоязычного интерфейса, система управления контентом (Content Management System - CMS). Они объединены в программный пакет, предоставляющий программный интерфейс на стороне сервера для взаимодействия с графическим интерфейсом пользователя, вычислительным ядром, картографическими веб-сервисами (WMS/WFS) и хранилищем геопривязанных наборов данных.
Клиентская часть ИВВС разработана на основе JavaScript-библиотек GeoExt, ExtJS и OpenLayers и предоставляет API на базе технологии AJAX для вызова необходимых PHP-контроллеров, а также для управления базовыми элементами графического интерфейса пользователя, характерными для типового настольного приложения.
В настоящее время в системе для обработки и анализа уже доступно несколько наборов геопривязанных данных: реанализы американских Национальных центров по прогнозированию состояния окружающей среды NCEP-DOEAMIP-II и NCEP CFSR; реанализ Японского метеорологического агентства JMA/CRIEPI JRA-25; реанализы Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды ECMWF ERA-40 и ECMWF ERA Interim; данные проекта
8 Network Common Data Form. URL: http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/
9 GeoTIFF. URL: http://trac.osgeo.org/geotiff/
10 PHP: Hypertext preprocessor. URL: http://php.net/
11 Asynchronous JavaScript and XML. URL: http://adaptivepath.org/ideas/ajax-new-approach-web-applications/
12 GDL - GNU Data Language. URL: http://gnudatalanguage.sourceforge.net/
13 Python. URL: http://python.org
14 ESRI Shapefile Technical Description. URL: http://www.esri.com/library/whitepapers/pdfs/shapefile.pdf
15 PostgreSQL. URL: http://www.postgresql.org/
16 HyperText Markup Language. URL: http://www.w3.org/html/
Рис. 1. Главное окно ИВВС
MRI/JMA «Водные ресурсы АРНЯ0Б1ТЕ»японского Метеорологического исследовательского института; глобальные данные по осадкам климатологического центра Германской службы погоды DWD GPCC; реанализ американского Управления по глобальному моделированию и усвоению данных GMAO MERRA; реанализ совместного проекта по мониторингу состава атмосферы и изменений климата, под руководством европейского центра по Глобальному мониторингу состояния окружающей среды и безопасности GMES MACC; глобальный реанализ двадцатого столетия Национального управления океанических и атмосферных исследований N0AA-CIRES, версия 2; данные локальных наблюдений с метеостанций, расположенных на территории бывшего СССР; а также результаты моделирования некоторых глобальных и региональных климатических моделей. Благодаря гибкости и модульности системы перечень наборов данных, доступных для обработки, может легко и быстро варьироваться под конкретные нужды.
Данные реанализов и моделирования приведены к единому формату файлов - Network Common Data Format (NetCDF) и размещены в иерархической структуре каталогов, позволяющей однозначно идентифицировать принадлежность каждой совокупности файлов к какому-либо набору данных. Каждый такой NetCDF-файл содержит один или несколько гео-привязанных многомерных массивов климатологических данных, а также соответствующие метаданные (геопривязка и описание), и охватывает некоторый пространственный и временной диапазоны. Такая модель хранения данных позволяет упорядочить их хранение на дисковых системах и обеспечивает быстрый поиск требуемых файлов с использованием специализированной базы метаданных, реализованной на MySQL [13].
Данные локальных наблюдений представлены временными рядами нескольких метеохарактеристик (приземная температура, осадки, атмосферное давление), полученными на метеостанциях, расположенных на территории бывшего СССР. Для обеспечения быстрого поиска и выборки этих данных они были размещены в базе данных под управлением СУБД PostgreSQL с расширением PostGIS.
Дополнительно в системе реализована функциональность запуска через веб-интерфейс мезомасштабной метеорологической модели WRF 17 Национального центра атмосферных
17 Weather Research and Forecasting Model. URL: http://www.wrf-model.org/
исследований (США), глобальной климатической модели промежуточной сложности «Planet simulator» 18 Метеорологического института университета Гамбурга (Германия), Гауссовой модели переноса загрязнений Агентства по защите окружающей среды (США) SCREEN 19, модели расчета траекторий FLEXTRA, а также модели расчета распространения загрязнений FLEXPART 20. Большинство настроек этих моделей было жестко зафиксировано, а выбор пространственного и временного диапазонов ограничен. В результате вычислительная нагрузка была значительно снижена, что позволило использовать данные модели в образовательном процессе для обучения студентов и молодых ученых профильных специальностей основам исследования климатических и метеорологических процессов [14; 15].
Результаты обработки, выдаваемые ИВВС, представлены несколькими форматами файлов, в зависимости от типа результата. Цветные карты, представляющие собой геопривязан-ные поля некоторой характеристики с цветовым кодированием значений, представляются в виде растровых геопривязанных файлов в формате GeoTIFF. Геопривязанные результаты в векторном формате, такие как контурные карты, поля скорости ветра и данные точечных наблюдений, представляются в виде векторных файлов в формате ESRI Shapefile. Двухмерные графики и диаграммы представляются в виде файлов формата Encapsulated PostScript (EPS). Дополнительно предусмотрен экспорт полученных значений в виде текстовых (CSV, XML) и бинарных (NetCDF, float GeoTIFF) файлов.
Значительным преимуществом представленной ИВВС является возможность выполнять математическую и статистическую обработку огромных массивов геопривязанных данных, без необходимости скачивания их, в окне любого современного графического веб-браузера, запущенного на обычном настольном персональном компьютере, подключенном к сети Интернет [1б]. В отличие от многих научных порталов и аналитических веб-систем, существующих сегодня (http://sciencegateways.org/), эта система позволяет не только удаленно выполнять анализ и визуализацию данных: благодаря тесному взаимодействию веб- и ГИС-технологий, а также «облачных вычислений» она представляет пользователю полученные результаты в виде набора перекрывающихся геопривязанных слоев на интерактивной карте веб-приложения, реализующего основные функции типовой ГИС (см. рис. 1, 2), а также обеспечивает доступ к ним через веб-сервисы WMS (Web Mapping Service) и WFS (Web Feature Service). В настоящее время в области наук о Земле не существует информационно-вычислительной системы, обладающей аналогичными возможностями и архивом данных. Возможность системы экспортировать результаты в виде доступных для скачивания бинарных файлов и получать к ним доступ через веб-сервисы WMS/WFS обеспечивает ее интер-операбельность с другим аналитическим ПО, включая классические ГИС. Поскольку получаемые результаты имеют существенно меньший размер, чем исходные наборы данных, они скачиваются, обрабатываются и визуализируются на ПК пользователя за значительно меньшее время, чем при обработке предварительно скачанных данных на своем ПК.
В настоящее время экспериментальная версия системы доступна зарегистрированным пользователям на веб-сайте http://climate.climate.scert.ru/. Она размещается на аппаратном вычислительном комплексе Института мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН), который включает: высокопроизводительный сервер HP Proliant DL5S5 G7 (четыре 12-ядерныхпроцессора AMD Opteron б172 и 32 ГбОЗУ) для запуска вычислительного ядра, выделенный сервер на базе процессора Intel Pentium 4 с 2 ГбОЗУ для работы веб-портала, и выделенный сервер на базе двух процессоров Intel Xeon 5130 с 4 ГбОЗУ для ПО Geoserver. Все серверы связаны между собой по технологии Ethernet на скорости 1 Гбит/с. На таком аппаратном обеспечении информационно-вычислительная веб-система способна одновременно выполнять до 20 вычислительных задач пользователей.
1S Planet Simulator model. URL: http://www.mi.uni-hamburg.de/index.php?id=21б
19 SCREEN3. URL: http://www3.epa.gov/ttn/scram/dispersion_screening.htm#screen3
20 FLEXPART. URL: https://flexpart.eu/
Рис. 2. Отображение результатов анализа данных метеостанций
Выводы
Разрабатываемая информационно-вычислительная веб-система неоднократно доказала свою эффективность при исследовании современных климатических изменений на территории Сибири. В рамках этих исследований проводился анализ изменений температуры воздуха и осадков за последние несколько десятилетий, извлеченных из интегрированных в систему наборов данных реанализа ECMWF ERA Interim и проекта JMA APHRODITE соответственно. Возможности системы позволили исследователям легко и быстро выполнять анализ больших многомерных массивов пространственных данных и представлять полученные результаты в табличном и графическом виде, с возможностью анализа значений в конкретных географических точках. Полученные результаты исследований находятся в хорошем согласии с результатами, представленными в научной литературе, и качественно улучшают их [17]. Благодаря модульной организации компонентов и непрерывному взаимодействию между исследователями и разработчиками все необходимые функции ИВВС реализовыва-лись в кратчайшие сроки. Доступные через Интернет компоненты ИВВС позволили распределенной мультдисциплинарной группе исследователей выполнить сложный статистический анализ огромных объемов геопространственных данных без необходимости скачивания их на свои ПК.
Решение использовать JavaScript-библиотеки GeoExt, ExtJS и OpenLayers для разработки графического интерфейса пользователя веб-приложений, имитирующего классическое приложение для настольного ПК, было признано успешным. Эти библиотеки обеспечивают основанный на технологии AJAX программный интерфейс для соответствующих PHP-контроллеров и снижают затраты на разработку основных элементов интерфейса пользователя за счет использования стандартных библиотечных компонент, тем самым уменьшая объем и повышая надежность программного кода.
Несмотря на то что ИВВС разрабатывается, в первую очередь, для анализа глобальных и региональных климатических изменений и оценки их влияния на экосистемы и деятельность человека, она нашла применение и в образовательном процессе. Система была дополнена образовательным блоком, построенным на базе образовательной среды MOODLE (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment, https://moodle.org/), для подготовки
студентов старших курсов и аспирантов профильных специальностей [14; 15]. С 2012 г. студенты 4-го курса кафедры метеорологии и климатологии Томского государственного университета проходят обучение основам анализа климатических изменений и выполняют задания в рамках циклов интерактивных лабораторных работ «Анализ региональных изменений климата» и «Анализ прогнозируемых для базовых сценариев IPCC климато-экологических изменений в выбранном регионе» интегрированных в ИВВС.
Представленная ИВВС является первой тематической веб-ГИС для климатологических исследований, основанной на специализированном программном инструментарии, разработанном авторами [16], и все еще находится в стадии разработки. Дальнейшее расширение ее возможностей во многом зависит от запросов партнеров из климатологических и экологических сообществ. При этом модульная конструкция ИВВС позволяет легко добавлять новые инструменты для «облачной» обработки и визуализации данных, а также новые функциональные возможности графического интерфейса в зависимости от требований пользователей.
Заключение
Разрабатываемая информационно-вычислительная веб-система для анализа геофизических данных предоставляет специалистам, участвующим в мультидисциплинарных исследовательских проектах надежные и практичные инструменты для комплексного анализа климатических и экосистемных изменений на глобальном и региональном уровне. С ее помощью даже непрофессиональный пользователь, не обладающий специфическими знаниями в области разработки программного обеспечения, может выполнять «облачную» численную обработку и визуализацию больших архивов метеорологических и климатологических данных, а также данных спутникового мониторинга через унифицированный интерфейс в окне любого современного графического веб-браузера.
Список литературы
1. Доклад о состоянии фундаментальных наук в Российской Федерации и о важнейших научных достижениях российских ученых в 2014 году / Российская академия наук. М.: Наука, 2015.
2. Гордов Е. П., Лыкосов В. Н., Крупчатников В. Н., Окладников И. Г., Титов А. Г., Шульгина Т. М. Вычислительно-информационные технологии мониторинга и моделирования климатических изменений и их последствий. Новосибирск: Наука, 2013. 199 с.
3. Frankel F., Reid R. Big data: Distilling meaning from data // Nature. 2008. Vol. 455. № 7209. P. 30.
4. Berrick S. W., Leptoukh G., Farley J. D., Rui H. G. A Web service workflow-based data visualization and analysis system // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 2009. Vol. 47 (1). P. 106-113.
5. Шокин Ю. И., Жижимов О. Л., Пестунов И. А., Синявский Ю. Н., Смирнов В. В. Распределенная информационно-аналитическая система для поиска, обработки и анализа пространственных данных // Вычислительные технологии. 2007. Т. 12. Спец. вып. 3. ГИС- и веб-технологии в междисциплинарных исследованиях. Материалы Междисциплинарной программы СО РАН 4.5.2. Вып. 1. С. 108-115.
6. Proussevitch A. A., Vörösmarty C. J., Glidden S., Fekete B. M., Green P., Lammers R. B. Global-RIMS: A Global Rapid Integrated Mapping System for Hydrology Visualization and Analysis // Computers and the Geosciences. 2009.
7. Gordov E., Bryant K., Bulygina O., Csiszar I., Eberle J., Fritz S., Gerasimov I., Gerlach R., Hese S., Kraxner F., Lammers R. B., Leptoukh G., Loboda T., McCallum I., Obersteiner M., Okladnikov I., Pan J., Prusevich A. A., Razuvaev V., Romanov P., Rui H., Schepaschenko D., Schmullius C., Shen S., Shiklomanov A. I., Shulgina T., Shvidenko A., Titov A. Development of Information-Computational Infrastructure for Environmental research in Siberia as a baseline component of the Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative (NEESPI) Studies / Regional Environmental Changes in Siberia and Their Global Consequences // Series: Springer Environmental Science and Engineering / Eds. P. Ya. Groisman, G. Gutman. 2013. Vol. 12. P. 19-55.
8. Kadochnikov A. A., Popov V. G., Tokarev A. V., Yakubailik O. E. Implementation of Internet GIS Portal for Environment and Natural Resources Monitoring Tasks // J. of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008. Vol. 1 (4). P. 375-384.
9. Romanach S. S., McKelvy M., Suir K., Conzelmann C. EverVIEW: A visualization platform for hydrologic and Earth science gridded data // Computers & Geosciences. 2015. Vol. 76. P. 8895.
10. Alesheikh A. A., Helali H., Behroz H. A. Web GIS: Technologies and Its Applications // Proc. of Symposium on Geospatial Theory, Processing and Applications / Eds. C. Armenakis, Y. C. Lee. July 9-12, 2002. Ottawa, Canada, 2002. Vol. 34. Part 4. P. 422-430.
11. Kopackova H., Jonasova H., Mikesova I., Heylova J. Gathering of Requirements on WebGIS Development - the Example of Bikeway Mapping Application // Recent Researches in Circuits, Systems, Communications and Computers / Eds. N. Mastorakis, V. Mladenov, C. M. Travieso-Gonzalez, M. Kohler. 2011. P. 290-295.
12. Шульгина Т. М., Гордов Е. П., Окладников И. Г., Титов А. Г., Генина Е. Ю., Горба-тенко Н. П., Кужевская И. В., Ахметшина А. С. Комплекс программ для анализа региональных климатических изменений // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. 2013. Т. 11, вып. 1. С. 124-131.
13. Титов А. Г., Окладников И. Г. Архитектура геоинформационной веб-системы климатического мониторинга на основе сервисов пространственных данных // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. 2014. Т. 12, вып. 1. С. 79-88.
14. Гордова Ю. Е., Генина Е. Ю., Горбатенко В. П., Гордов Е. П., Кужевская И. В., Мартынова Ю. В., Окладников И. Г., Титов А. Г., Шульгина Т. М., Барашкова Н. К. Поддержка образовательного процесса в области современной климатологии на основе веб-ГИС платформы «Климат» // Открытое и дистанционное образование. Томск. 2013. № 1 (49). С. 14-19.
15. Гордова Ю. Е., Мартынова Ю. В., Шульгина Т. М. Использование вычислительно-информационной веб-ГИС для развития у студентов-климатологов навыков моделирования и мониторинга климатических изменений // Изв. Иркут. гос. ун-та. Науки о Земле. 2014. Т. 9. C. 55-68.
16. Титов А. Г., Гордов Е. П., Окладников И. Г. Программно-аппаратная платформа «Климат» как основа геопортала локальной инфраструктуры пространственных данных // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Информационные технологии. 2012. Т. 10, вып. 4. С. 104-111.
17. Shulgina T. M., Genina E. Yu., Gordov E. P. Dynamics of climatic characteristics influencing vegetation in Siberia // Environ. Res. Lett. 2011. Vol. 6 (4).
Материал поступил в редколлегию 15.12.2015
E. P. Gordov 1 2 3, I. G. Okladnikov 1 2, A. G. Titov 1 2
1 Institute of monitoring of climatic and ecological systems SB RAS 10/3 Akademicheski Ave., Tomsk, 634055, Russian Federation
2 Tomsk Branch of Institute of Computational Technologies 10/4 Akademicheski Ave., Tomsk, 634055, Russian Federation
3 Tomsk State University 36Lenin Ave., Tomsk, 634050, Russian Federation
[email protected], [email protected], [email protected]
INFORMATION AND COMPUTING WEB-SYSTEM FOR INTERACTIVE ANALYSIS OF GEOREFERENCED CLIMATOLOGICAL DATA SETS
Information-computational web-system (ICWS) dedicated to visualization and analysis of geo-spatial gridded datasets in the area of Earth system science and climatology in particular is presented. This IWCS is based on a developed dedicated software framework implementing a «clientserver» architecture. All tools of analysis and visualization of data are accessible via the Internet.
Web components of data processing service interface allow a user to work with georeferenced layers, containing analysis results, in the same manner as in the conventional geoinformation system. The processing results are represented as overlapping raster and vector layers with color-coded numeric values placed on top of the selected background. In addition, it is possible to export these values in the form of text (CSV, XML) and binary (NetCDF, float GeoTIFF) files. The functionality of the system is represented by a number of tools for the statistical analysis of climate data. It can provide specialists involved into multidisciplinary research projects, and even users without programming skills, with reliable and practical online instruments for integrated research of climate and ecosystems changes through a unified web-interface.
Keywords: dimate change monitoring, information systems, web-GIS technologies.
References
1. Report on the basic sciences status in the Russian Federation and the most important scientific achievements of Russian scientists in 2014. Moscow, The Russian Academy of Sciences. Publisher «Nauka», 2015.
2. Gordov E. P. Computational and information technologies for monitoring and modeling of climate changes and their consequences. Gordov E. P., Lykosov V. N., Krupchatnikov V. N., Okladnikov I. G., Titov A. G., Shulgina T. M. Novosibirsk, Nauka, 2013, 199 p.
3. Frankel F., Reid R. Big data: Distilling meaning from data. Nature, 2008, vol. 455. № 7209, p. 30.
4. Berrick S. W., Leptoukh G., Farley J. D., Rui H. G. A Web service workflow-based data visualization and analysis system. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens, 2009. Vol. 47 (1), p. 106— 113.
5. Shokin Y. I., Zhizhimov O. L., Pestunov I. A., Sinyavsky Y. N., Smirnov V. V. Distributed information-analytical system for searching, processing and analysis of spatial data. J. Computational Technologies, 2007, vol. 12, Special issue, p. 108-115.
6. Proussevitch A. A., Vörösmarty C. J., Glidden S., Fekete B. M., Green P., Lammers R. B. Global-RIMS: A Global Rapid Integrated Mapping System for Hydrology Visualization and Analysis. Computers and the Geosciences, 2009.
7. Gordov E., Bryant K., Bulygina O., Csiszar I., Eberle J., Fritz S., Gerasimov I., Gerlach R., Hese S., Kraxner F., Lammers R. B., Leptoukh G., Loboda T., McCallum I., Obersteiner M., Okladnikov I., Pan J., Prusevich A. A., Razuvaev V., Romanov P., Rui H., Schepaschenko D., Schmullius C., Shen S., Shiklomanov A. I., Shulgina T., Shvidenko A., Titov A. Development of Information-Computational Infrastructure for Environmental research in Siberia as a baseline component of the Northern Eurasia Earth Science Partnership Initiative (NEESPI) Studies. Regional Environmental Changes in Siberia and Their Global Consequences. Series: Springer Environmental Science and Engineering. Groisman P. Ya., Gutman G. (Eds.). 2013, vol. 12, p. 19-55.
8. Kadochnikov A. A., Popov V. G., Tokarev A. V., Yakubailik O. E. Implementation of Internet GIS Portal for Environment and Natural Resources Monitoring Tasks. J. of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2008, vol. 1 (4), p. 375-384.
9. Romanach S. S., McKelvy M., Suir K., Conzelmann C., EverVIEW: A visualization platform for hydrologic and Earth science gridded data // Computers & Geosciences, 2015, vol. 76, p. 88-95.
10. Alesheikh A. A., Helali H., Behroz H. A.. Web GIS: Technologies and Its Applications. Proc. of Symposium on Geospatial Theory, Processing and Applications, Armenakis C., Lee Y. C. (Eds.) July 9-12, 2002, Ottawa, Canada. Vol. 34, part 4, p. 422-430.
11. Kopackova H., Jonasova H., Mikesova I., Heylova J. Gathering of Requirements on WebGIS Development - the Example of Bikeway Mapping Application. Recent Researches in Circuits, Systems, Communications and Computers.: N. Mastorakis, V. Mladenov, C. M. Travieso-Gonzalez, M. Kohler. (Eds.). 2003, p. 290-295.
12. Shulgina T. M., Gordov E. P., Okladnikov I. G., Titov A. G., Genina E. Y., Gorbatenko V. P., Kuzhevskaya I. V., Akhmetshina A. S. Computational module for regional climate change analysis. VestnikNSUSeries: Information Technologies, 2013, vol. 11, iss. 1, p. 124-131.
22
E. n. TopflOB, f. OKnaflH^KOB, A. f. THTOB
13. Titov A. G., Okladnikov I. G. Architecture of web-gis for climate monitoring based on geo-spatial data services. VestnikNSUSeries: Information Technologies. 2014, vol. 12, iss. 1, p. 79-88. (in Russ.)
14. Gordova Yu. E., Genina E. Yu, Gorbatenko V. P., Gordov E. P., Kuzhevskaya I. V., Martyanova Yu. V., Okladnikov I. G., Titov A. G., Shulgina T. M., Barashkova N. K. Supporting educational process in modern climatology by web-GIS platform «Climate». Open and remote education. Tomsk, 2013, no. 1 (49), p. 14-19.
15. Gordova Yu. E., Martynova Yu. V., Shulgina T. M. Use of the Computational-Informational Web-GIS System for the Development of Climatology Students' Skills in Modeling and Monitoring of Climate Change. The bulletin of Irkutsk State University. Series «Earth Sciences», 2014, vol. 9, p. 55-68.
16. Okladnikov I. G., Gordov E. P., Titov A. G. Hardware-software platform «Climate» as a basis for local spatial data infrastructure geoportal. Vestnik NSU. Series: Information Technologies. 2012, vol. 10, iss. No 4, p. 104-111. (in Russ.).
17. Shulgina T. M., Genina E. Yu., Gordov E. P. Dynamics of climatic characteristics influencing vegetation in Siberia. Environ. Res. Lett, 2011, vol. 6 (4), doi: 10.1088/1748-9326/6/4/045210.
