Гиниятуллин А.Р.   Тюгин Д.Ю.   Куркин А.А.   Куркина О.Е.  

Геоинформационная система для исследования длинных высокочастотных внутренних гравитационных волн в Мировом океане

Reporter: Гиниятуллин А.Р.

Интересным объектом исследования нелинейных волновых движений в прибрежной зоне океана являются внутренние гравитационные волны (ВГВ), существующие в океане благодаря его раслоенности по температуре, солености и течению.  Карты кинематических и нелинейных параметров, определяющие характеристики ВГВ в Мировом океане могут быть рассчитаны на основе гидрологических источников данных, представляющих собой числовые массивы  температуры и солености на стандартных уровнях глубины на некоторой географической сетке. Таким образом, построенные по ним карты параметров также имеют геопривязку. Подходящим инструментом для исследования характеристик внутренних волн в данном контексте могла бы послужить геоинформационная система.

Географическая информационная система (ГИС) - это возможность нового взгляда на окружающий нас мир. Если обойтись без обобщений и образов, то ГИС - это современная компьютерная технология для картирования и анализа объектов реального мира, а также событий, происходящих на нашей планете. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и географического (пространственного) анализа, которые предоставляет карта.

Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для ее применения в широком спектре задач, связанных с анализом и прогнозом явлений и событий окружающего мира, с осмыслением и выделением главных факторов и причин, а также их возможных последствий, с планированием стратегических решений и текущих последствий предпринимаемых действий.

Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. Карта - это очень эффективный и информативный способ хранения, представления и передачи географической информации. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. Так, визуализация самих карт может быть дополнена отчетными документами, графиками и таблицами.

Предлагаемый нами прототип ГИС состоит из веб-портала Ocean Data Domain (http://oceandata.info) и программного комплекса IGW Express, и создан в помощь исследователям и научно-исследовательским организациям, проводящим НИР по тематике изучения ВГВ в каком-либо регионе Мирового океана.

Он содержит инструменты для оперирования географической информацией, инструментами интерактивных запросов к геоданным, анализа и визуализации (отображения) и неотъемлемой частью современных приложений - графическим пользовательским интерфейсом (GUI или ГИП) для легкого доступа к инструментам. Программный комплекс IGW Express предназначен для автоматизации исследования географических и сезонных распределений кинематических и нелинейных параметров длинных ВГВ и оценки влияния источников гидрологических данных на них, а также экспресс-оценок возможных полярностей, форм и предельных характеристик уединенных ВГВ (внутренних солитонов). Исходные данные для IGW Express - это набор файлов, содержащих величины кинематических и нелинейных параметров длинных ВГВ в Мировом океане с привязкой к географическим координатам, вычисленные с использованием международных гидрологических источников GDEM (Global Digital Environmental Model) и WOA (World Ocean Atlas).

Программный комплекс IGW Express предоставляет различные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных: возможность интерактивного выбора прямоугольной области для работы, либо выбора такого общепринятого в океанологии типа области, как разрез, и экспорта данных в различном формате.  В нем реализованы средства статистического анализа, позволяющие по выбранной области построить гистограммы, наглядно показывающие распределения параметров в зависимости от глубины бассейна, географической широты, координаты вдоль разреза и т.п.

Главной особенностью входящего в ГИС программного комплекса IGW Express является встроенная в него возможность моделирования рефракции, распространения и трансформации ВГВ в рамках общепризнанных в настоящее время линейных и нелинейных эволюционных моделей с интерактивным выбором начальных условий и параметров для численного моделирования и удобными средствами отображения его результатов. На сегодняшний день это единственный программный комплекс, сочетающий в себе возможности доступа к различным атласам параметров исследуемых объектов – ВГВ – для всего Мирового океана, и реализованные численные алгоритмы моделей для описания их нестационарной и нелинейной динамики.

При увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять системы управления базами данных (СУБД). Однако, в небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов. Поскольку представленный программный комплекс содержит небольшой объем данных, то эффективнее оказалось использование файлов и загрузки данных  в оперативную память, чем использование СУБД.

Представленные результаты поисковой научно-исследовательской работы получены в рамках реализации мероприятия 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук» ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, а также при поддержке грантов Президента РФ для молодых российских ученых – кандидатов наук (МК-846.2009.1 ) и докторов наук (МД-99.2010.5) и РФФИ 10‑05‑00199а.

 


To reports list