Разработка методики создания хранилища геоданных по отечественным космическим программам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Курпичев, Александр Васильевич

• Курпичев, Александр Васильевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Курпичев, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОРГАНИЗАЦИИ ХРАНИЛИЩ ГЕОДАННЫХ (ХГД).

4 1.1. Хранилища геоданных - новое направление геотехнологий

1.2. Обзор современного состояния информационных систем.

1.3. Принципы построения современных информационных систем

1.3.1. Задачи информационных систем.

1.3.2. Проблемы построения ИС.

1.3.3. Архитектуры ИС.

1.4. Роль и место ИС по результатам космических исследованийЗ

1.5. БД по изображениям.

1.5.1. Краткая характеристика современных пакетов прикладных программ, используемых для создания баз данных, содержащих изображения.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ХРАНИЛИЩА ГЕОДАННЫХ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПРОГРАММ.

2.1. Основные требования к создаваемой ИС. й 2.2. Систематизация и анализ космических программ и их результатов, проводившихся в СССР и России, направленных на изучение тел Солнечной системы.

2.2.1. Основные данные по программам изучения Луны.

2.2.2. Программы изучения планеты Венера и кометы Галлея.

2.2.3. Программы изучения планеты Марс и его спутников.

2.3. Классификация космических исследований по тематическим направлениям.

2.4. Основные идеи концепции ХГД по результатам космических программ (РКП).

2.5. Концепция центрального узла ХГД. Космические программы и изображения поверхности тел Солнечной системы.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. КОСМИЧЕСКИЕ ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ СОВЕТСКИХ ЛУННЫХ И ПЛАНЕТНЫХ ПРОГРАММ.

3.1. Объекты космических фотографических экспериментов.

3.2. Эксперименты, связанные с фотографированием поверхностей а Луны, Марса, Венеры.

3.3. Систематизация и анализ результатов съемок.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ ХГД РКП В ЧАСТИ СОЗДАНИЯ БАЗЫ ДАННЫХ ПО КОСМИЧЕСКИМ ПРОГРАММАМ И ИЗОБРАЖЕНИЯМ.

4.1. Создание концептуальной модели предметной области.

4.1.1. Объекты предметной области.

4.1.2. Связи между объектами предметной области.

4.2. Особенности структуры данных по изображениям, полученным в рамках миссий «Зонд-8» и «Луна-21» («Луноход-2»).

4.3. Организация поиска результатов экспериментов.

4.4. Методика подготовки данных для размещения в ХГД РКП.

4.4.1. Сбор информации об эксперименте и выделение атрибутов.

4.4.2. Подготовка данных в электронном виде и размещение в ХГД РКП.

4.5. Подготовка изображений для ввода в БД.

4.6. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики создания хранилища геоданных по отечественным космическим программам»

В настоящее время в нашей стране сложилась тяжелая ситуация в области использования результатов исследований, полученных в ходе выполнения отечественных космических программ, направленных на изучение тел Солнечной системы. С начала космической эры таких программ проведено не мало. Основные из них: Луна, Зонд, Венера, Вега, Марс и Фобос. В данный момент эта информация разрознена и отдельными частями имеется в нескольких институтах РАН, в сфере образования, промышленности, и в Государственном архиве. Серьезной проблемой является отсутствие описи имеющейся информации, представления о ее объемах, содержании, отсутствует описание экспериментов, видеоизображений, условий их получения. Все это приводит к практической недоступности этой информации не только широкой общественности, но и специалистам для продолжения научных исследований.

Другая, не менее важная проблема - условия и форма хранения имеющейся информации. Большой объем научной информации и видеоизображений в настоящее время хранится только на бумажных или фотопленочных носителях, либо на магнитных носителях, что приводит к ограничению сроков хранения этих материалов и потере этой информации.

В условиях тяжелого финансового положения науки в нашей стране, работа по переносу данных на современные носители, свободные от ограничений сроков хранения, практически не ведется. Изложенное выше требует ускоренного внедрения в практику наиболее новых научно-технических достижений в области сбора, хранения, обработки и организации централизованного доступа к научной информации, полученной в результате отечественных космических программ.

Использование методов и средств современных информационных технологий (ИТ) для создания хранилищ геоданных (ХГД) является одним из перспективных направлений работ зарубежных исследовательских центров

7,63]. Тем не менее, следует отметить отсутствие подобных разработок в нашей стране, хотя необходимость создания ХГД по результатам отечественных космических программ становится все более и более очевидной. Информация по ряду экспериментов до сих пор не нашла отражения с помощью современных информационных технологий, а многое так никогда и не было опубликовано (например, большинство изображений, полученных с самоходного аппарата (СА) «Луноход-2»). Исследования и разработки, представленные в данной работе, проводимые совместно Институтом космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) и Московским государственным университетом геодезии и картографии (МИИГАиК) призваны восполнить этот пробел. Создание базы данных по изображениям (БДИ) поверхностей тел Солнечной системы, относящихся к типу естественных геоданных, является практической целью данной работы. БДИ представляет собой составную часть хранилища геоданных по результатам космических программ (ХГД РКП).

Для решения поставленной задачи предлагается разработать проект кооперации научных учреждений. Она должна вовлечь все организации, которые имеют носители информации (магнитные ленты \ фотоносители), содержащие научные данные межпланетных миссий. План создания ХГД должен быть разработан и согласован со всеми участниками.

В данной работе под хранилищем геоданных будем понимать специализированную информационную систему (ИС), свойства и задачи которой будут определены ниже.

При разработке концепции ХГД РКП предполагается, что ее создание будет проводиться с учетом следующих условий:

1. Создаваемая ИС будет содержать все доступные на сегодняшний день результаты экспериментов и видеоизображения, полученные отечественными космическими аппаратами, краткое их описание, условия съемки, краткое описание межпланетной экспедиции, во время которой были получены изображения.

2. ИС будет обеспечивать возможность продолжения исследований планет и малых тел Солнечной системы по имеющимся данным, обеспечивать общественность и прессу информацией о выполненных планетных исследованиях в нашей стране.

3. Работы по созданию ХГД будут обеспечивать неограниченное по времени хранение результатов экспериментов и видеосъемок, полученных отечественными межпланетными аппаратами.

4. Создание ИС должно проводится с участием ИКИ РАН, ГЕОХИ РАН, ИФЗ, ИРЭ, ИЗМИРАН, ИППИ РАН, ИПМ РАН, МИИГАиК, РНИИ КП, НПО им.С.А.Лавочкина, РГАНТД и других организаций. Предварительная договоренность с основными организациями об их участии имеется. Необходимо определить объемы имеющейся информации в различных организациях, согласовать степень их участия.

5. Предполагается, что ХГД будет иметь интерфейс в виде Web-сайта, обеспечивающий свободный доступ для запросов и получения результатов, а так же ограниченный доступ для внесения изменений и ввода дополнительной информации.

В ХГД РКП должны найти отражение следующие структурные элементы общих данных по результатам космических программ:

1. Космические программы СССР. Общая краткая характеристика космических программ: их перечень (Венера, Зонд, Луна, Марс, Фобос, В era), основные цели и задачи, кратко основные результаты. Проект Фобос-Грунт - предстоящий проект межпланетных исследований в России (описание проекта).

2. Отдельно по каждой программе: перечень полетов по хронологии, цели каждого полета, основные результаты, космические аппараты и их характеристики, баллистическая схема экспедиции, перечень экспериментов, их краткое описание, результаты экспериментов. Основные публикации.

3. Видеоизображения поверхности планет, Луны и малых тел Солнечной системы, полученные в каждой экспедиции. Для каждого изображения указаны привязка по времени, положение небесного тела в Солнечных координатах, координаты поверхности, условия съемки и т.д.

Ниже приводится предложение по содержанию программы работ:

1. Выяснение объемов информации, которые имеются в различных организациях (заполнить таблицу в приложении 1). Ответственные -ИКИ и МИИГАиК с участием всех организаций

2. Определение исполнителя, порядка и объемов работ для каждого носителя информации, тестовое чтение магнитных лент. Ответственные - ИКИ, ИППИ, РГАНТД

3. Подготовка изображений (в тех случаях, когда это необходимо) и перезапись видеоизображений в принятом формате на CD. Ответственные - ИКИ, ИППИ.

4. Подготовка описаний миссий, космических аппаратов, научной аппаратуры. Для каждого изображения - описание условий его получения, описание камеры, которой была выполнена съемка, описание координат изображения и самого объекта съемки, основные результаты, имеющиеся публикации и т.д. Ответственные - ИКИ, ГЕОХИ, МИИГАиК, ИПМ, НПО им. С.А. Лавочкина, РНИИ КП.

5. Создание интерактивного архива (с поиском) и Web-сайта. Ответственные - ИППИ с участием ИКИ

6. Передача на хранение в РГАНТД всех CD с перезаписанными видеоизображениями и их характеристиками. Ответственные - ИКИ, ИППИ.

В этой связи конкретной задачей автора является разработка концепции интерактивного архива в рамках задачи, определенной в пункте 5, а так же разработка БДИ. Для выполнения этих работ потребуется частичное выполнение задач, поставленных в пунктах 3 и 4.

Достижение поставленных в данном диссертационном исследовании целей проводилось поэтапно. Структурная схема диссертационного исследования приведена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема диссертационного исследования

Автор выражает благодарность за помощь при разработке данной темы к.т.н. Краснопевцевой Б.В., д.т.н. Тюфлину Ю.С., сотрудникам ИКИ РАН -Владимиру Назарову, Олегу Ботанову, сотрудникам ГЕОХИ РАН - д.г-м.н. Базилевскому А.Т., Шашкиной В.П.

Особую искреннюю благодарность автор данной работы выражает научному руководителю - д.ф-м.н. Шингаревой К.Б. и научному консультанту - д.ф-м.н. Захарову А.В.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Курпичев, Александр Васильевич

Основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационных исследований, можно сформулировать следующим образом:

1. Обоснована необходимость создания информационной системы по результатам советских и российских космических программ. Анализ современного состояния информатизации в области космических исследований, задач, которые призвана решать централизованная ИС и существующих информационных технологий показал реальность создания такой системы.

2. Проведенные исследования, анализ и оценка результатов научных космических экспериментов, путей их описания и хранения позволили разработать требования к методам создания специализированных информационных систем по результатам космических программ: к методам представления результатов, организации структуры данных, к методам организации интерфейса и поиска информации.

3. На основе анализа предметной области разработана ее концептуальная модель, заключающаяся в выделении объектов, их атрибутов и описании характера связей между ними.

4. В процессе анализа технологических решений выбраны методические подходы к организации единой информационной структуры ХГД РКП. Она учитывает исторически сложившуюся иерархическую структуру связей между объектами предметной области и предполагает возможность предоставления как первичных, так и вторичных результатов научных космических экспериментов.

5. Для реализации ХГД РКП выбрана технология создания информационных систем научных измерений FDSDB (File Driven Scientific Database), разработанная в ИКИ РАН. Преимуществами данной технологии являются: возможность описания и размещения в БД разнородных данных, каковыми и являются результаты научных экспериментов, возможность поэтапной разработки и внедрения информационной системы, а также возможность работы с системой без использования специализированных программных средств.

6. На примере фотографических экспериментов, проводившихся в рамках советских космических программ "Луна" (миссия "Луноход-2") и "Зонд" (миссия "Зонд-8"), разработана методика подготовки данных о научных космических экспериментах для их размещения в ХГД РКП.

7. В ходе работы были найдены и отсканированы изображения, представляющие научный интерес: 70 изображений, полученных с борта АМС «Зонд-8», 30 панорам лунной поверхности, полученный с лунохода-2, колоссальное количество (около 15000) изображений, полученных системой малокадрового телевидения лунохода-2.

8. На основе технологии FDSDB разработаны и заполнены общий справочный раздел БД по космическим программам, а также раздел, по изображениям тел Солнечной системы на основе результатов космических фотографических экспериментов, проводившихся на автоматических станциях "Зонд-8" и "Луноход-2".

Результаты диссертационной работы апробированы и продолжают использоваться при внедрении и дальнейшем развитии хранилища геоданных по результатам российских космических программ в Институте космических исследований Российской академии наук.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении хотелось бы отметить, что целесообразность создания рассмотренного в этой работе ХГД РКП видится не только в том, чтобы достижения советской и российской космической отрасли не канули в Лету, но и в открывающейся возможности произвести повторную обработку данных с использованием современной вычислительной техники на качественно новом уровне. Прежде всего, это касается изображений, полученных по программам «Зонд» и «Луноход-2».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Курпичев, Александр Васильевич, 2005 год

1. CDA Web. Coordinated Data Analysis. 2001. (http://rumba.gsfc.nasa.g0v//cdaweb/istppublic/ab0ut.html).

2. CDPP (Center de Donnees de la Physique des Plasmas). Description. 2002. (http://cdpp.cesr.fr/engilsh/cdppdescriptionen.htm).

3. Codd E. F. An Evaluation Scheme for Database Management Systems that are Claimed to be Relational. Proc. IEEE CS International Conference, no. 2 on Data Engineering, Los Angeles, February, 1986.

4. Date C. J. Moving Forward with Relational: Interview.//DBMS, 1994. V. 7. No. 10 (October). P. 62.

5. Hackathorn D. Reinventing Enterprise Systems Via Data Warehousing. -Washington, DC: The Data Warehousing Institute Annual Conference, 1995.

6. Halpin T. Using Object Role Modelling to Design Relational Databases: Interview.// DBMS, 1995. V. 8. No. 9 (September). P. 38.7. http://pds.jpl.nasa.gov Planetary Data System home page

7. Inmon W.H. Building The Data Warehouse (Second Edition). NY, NY: John Wiley. - 1993.

8. Kurpichev A.V. Database Structure Development for Space Surveying Results by Moon "Zond" Program #1196, Moon and Mercury, Lunar and Planetary Science XXXV, Huston, 2004.

9. Kurpichev A.V. Preparation of the lunar surface surveying results on the program "Zond" for representation in information system. Microsymposium 38, Vernadsky Institute/Brown University, October 2729, 2003, Moscow, Russia. 2003.

10. Lipsky Yu.N. Zond 3 photographs of the Moon's far side. Sky and Telescope, 30, No. 6, 338-341, 1965.

11. Pascal F. Understanding Relational Databases with Examples in SQL-92. John Wiley & Sons, 1993.13