Секция 7 - MATLAB в образовании и Интернете (1250002), страница 18
Текст из файла (страница 18)
MATLABDocumentation.—(http://www.mathworks.com).TheMathworksInc.,2004.1916Секция 7. MATLAB в образовании и ИнтернетеУДК 550.383.2ПРИМЕНЕНИЕ MATLAB WEB SERVER В ГЕОФИЗИКЕДЛЯ ИНТЕРАКТИВНОЙ АДАПТИВНОЙ ОБРАБОТКИДАННЫХ, РАСПРЕДЕЛЕННЫХ В СЕТИ ИНТЕРНЕТОдинцов В. И.,Институт Земного магнетизма, ионосферы ираспространения радиоволн РАН, Троицк, Московская обл.,e-mail: vodin@izmiran.ruКонрадов А. А.,Институт биохимической физики им. Н. М. Эммануэля РАН, Москва,e-mail: ak@sky.chph.ras.ruКукса Ю. И.Институт геоэлектромагнитных исследований РАН, Троицк, Московская обл.,e-mail: Kuksa@geo.igemi.troitsk.ruАбстрактРассмотрены вопросы внедрения методов адаптивной фильтрации наоснове технологии MATLAB Web Server в области геофизики, СолнечноЗемной физики и смежных областях знаний для решения широкого кругазадач, в том числе прикладных, возникающих при мониторинге состоянияоколоземного космического пространства, оценке его влияния на технологические системы, биологические объекты и здоровье людей, анализе процессов в земной коре и верхней мантии.
Предложена схема организациивычислительного ресурса для специалистов, направленного на обработкубольших объемов экспериментальных данных. В его основу положеныфункционирующие в системе MATLAB прикладные программы адаптивной обработки данных, связь с которыми обеспечивается через Интернетпосредством MATLAB Web Server. Для доступа пользователей к вычислительным ресурсам и распределенным в сети Интернет базам данных используются Web-технологии на основе стандартных HTML-форм и документов. Приводятся примеры использования Web-сервиса для исследования геодинамических процессов в Земной коре и верхней мантии на основевычисления передаточных функций между компонентами магнитотеллурического поля с высоким временным разрешением с целью изучения ихвременной динамики.
Разработаны программы для изучения спектральновременных и спектрально-пространственных характеристик крупных региональных магнитных аномалий по большому объему данных приземныхсъемок и спутниковых измерений магнитного поля Земли [1]. Имеются пакеты программ для анализа взаимосвязи между динамикой секторнойструктуры межпланетного магнитного поля и вариациями магнитного поля1917Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»Земли, как в высоких, так и в низких широтах [2]. Общедоступность средства интерактивного анализа данных, организация свободного доступа кресурсам, исполнение запросов в автоматическом режиме, постоянное пополнение информационной и вычислительной баз гарантируют его развитие и профессиональную востребованность.Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 03-07-90066.ВведениеРазвитие исследований по солнечно-земной физике в значительнойстепени базируется на знаниях о магнитосфере Земли и ее поведении в периоды магнитных бурь.
При этом весь земной шар рассматривается какединая лабораторная установка с системой датчиков в виде отдельных обсерваторий, на основании наблюдений которых мы судим о процессах воколоземном космическом пространстве. В наше время осуществляетсяширокая международная программа CAWSES «Climate and Weather of theSun-Earth System» (по-русски «Климат и погода в системе Солнце-Земля»),рассчитанная на 2004-2008 гг.
и призванная объединить все исследованияпо солнечно-земной физике в единый блок на основе опыта предыдущихмеждународных программ. С другой стороны все ведущие космическиеагентства приняли программу ILWS «International Liwing With a Star», направленную на координацию спутниковых научных проектов. Целикомпрограмма будет развернута ко времени развития следующего максимумасолнечной активности в 2010-2013 гг. В свете подготовки к празднованию50-летия Международного геофизического года (1957-1958), который фактически положил начало космической эре, учеными разных стран предложено несколько инициативных научных проектов, в том числе «Международный гелиофизический год», см.
www.ihy.gsfc.nasa.gov и «Международный полярный год», см. www.ipy.gsfc.nasa.gov. К этому же времениожидается запуск сразу 5 микроспутников по проекту THEMIS (TimeHistory of Events and Macroscale Interactions during Substorms, сайтhttp://sprg.ssl.berkeley.edu/themis/), целью которого является исследованиесуббуревых нестабильностей, формирующихся при прохождении частицсолнечного ветра через магнитопаузу и приводящих к возникновению суббурь. Во всех этих проектах учтены требования наземной поддержки исследований, в первую очередь в виде мониторинга состояния магнитногополя Земли и ионосферы.
В международном масштабе основой системымониторинга состояния магнитного поля Земли служит система «Интермагнит» www.intermagnet.ru объединяющая данные более 90 магнитныхобсерваторий со всего мира. В недавнем прошлом собрана база данныхгеомагнитных обсерваторий РОССИИ за 1984–2000 гг. на CD-ROM и издана с пояснительной брошюрой [3]. CD-ROM размещен на сайтеhttp://magbase.rssi.ru/index.htm.
Пополнение базы данных основано на1918Секция 7. MATLAB в образовании и Интернетевзаимодействии всех институтов, ведущих наблюдения на геомагнитныхобсерваториях России. Создается программное обеспечение для работы сбазами данных. В рамках гранта РФФИ № 03-07-90066 в ИЗМИРАН ведется отработка технологии интерактивного доступа пользователей к вычислительным ресурсам и распределенным в сети Интернет базам экспериментальных данных на основе средства MATLAB Web Server, использующего возможности Интернет для передачи данных в систему MATLAB длявычислений и отображения результатов в Web-браузерах пользователей сиспользованием стандартных HTML-форм.Некоторые аспекты анализа данных в геофизикеНередко изучаемые в геофизике процессы, происходящие в природных или природно-технических системах, недоступны для непосредственного наблюдения.
В таких ситуациях исследователи вынуждены прибегатьк наблюдению других, доступных процессов, порождаемых изучаемыми.Наблюдаемые и изучаемые процессы могут быть связаны достаточносложным образом, на них могут оказывать влияние иные процессы, происходящие в других системах, они могут быть искажены шумами и т. п.Стремление полнее понять изучаемые явления и повысить достоверностьзаключений об их природе ведет к расширению круга наблюдений, проведению их на распределенной в пространстве сети станций, т.
е. переходу ккомплексному анализу. Например, мониторинг геодинамических процессов включает сейсмологические, геодезические, геохимические, гидрогеологические, электромагнитные и т. п. наблюдения. Результатом такого мониторинга, с формальной точки зрения, является совокупность временныхрядов разнообразных данных.В практике мониторинга геодинамических процессов широко используются статистические методы анализа данных.
В частности, для выяснения степени взаимосвязи наблюдаемых рядов данных используетсякорреляционный анализ. Однако он не позволяет установить вид этой связи. Регрессионный анализ, в лучшем случае, позволяет предсказывать значения одного из рядов по синхронно принимаемым значениям других.Между тем в природных процессах, как правило, наблюдаются болеесложные формы связей, когда значение одного ряда в какой-либо моментвремени t определяется совокупностью значений другого ряда на некотором отрезке времени. Например, если два ряда y(t) и x(t) связаны междусобой линейной причинно-следственной связью, то эта связь выражаетсясоотношением свертки:ty (t ) = ∫ g (t ) ⋅ x(t − τ )dτ + ∆y (t ) ,(1)0где g(τ) — некоторая передаточная функция (точнее — ее импульсная пе1919Труды II научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB»реходная характеристика), а ∆y(t) — невязка, характеризующая точностьвыполнения сверточной связи.
Такое же соотношение имеет место и в томслучае, когда оба ряда порождаются (являются следствием) одного и тогоже основного процесса. Если же основной процесс достаточно сложен иможет быть охарактеризован несколькими (N) независимо протекающимисубпроцессами, то и среди наблюдаемых рядов нередко можно выделить Nнезависимых, и любой другой ряд, порождаемый тем же основным процессом, будет описываться векторным соотношением свертки:Ny (t ) = ∑ g i (t ) ∗ xi (t )(2)i =1На практике соотношения (1) или (2) выполняются с погрешностью∆y(t), которая включает в себя шумы измерений, неучтенные субпроцессы,а так же возможные влияния на процесс измерений других процессов, сторонних по отношению к изучаемому (например, экзогенных).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
