Наземные наблюдения космических лучей и представление информации в интернет в реальном времени




Скачать 104.26 Kb.
Дата13.09.2016
Размер104.26 Kb.

Наземные наблюдения космических лучей и


представление информации в ИНТЕРНЕТ в реальном времени

Янке В.Г.

ИЗМИРАН, Троицк МО, yanke@izmiran.troitsk.ru

Всероссийская конференция


по физике солнечно-земных связей

г. Иркутск, 24-28 сентября 2001 г.

Сеть станций космических лучей сегодня – это более 45 нейтронных мониторов, это две ионизационные камеры и это 7 многонаправленных мюонных телескопов, которые фактически позволяют проводить измерения мюонной компоненты по 50 независимым направлениям. Перед сетью сегодня стоят новые задачи научного и прикладного характера, поэтому сеть расширяется и существенно модернизируется. Заставить сеть работать в режиме реального времени как единый многонаправленный прибор - основная задача нынешнего дня. На 12 станциях космических лучей данные представляются в реальном времени, на 10 станциях такая работа проводится или близка к завершению.

Сеть станций космических лучей. Мировая сеть нейтронных мониторов


С

Рис.1. Мировая сеть нейтронных мониторов сегодня. Квадраты – законсервированные станции.



Рис.3 .Асимптотические направления для станций сети “SpaceShip Earth



IN – Inuvik NO – Норильск FS - Fort Smith TI – Тикси

PE – Peawanuck CS - Мыс Шмидта NA – Nain AP – Апатиты

MC – McMurdo TH – Thule
озданная более четырех десятилетий назад сеть нейтронных мониторов и сегодня остается эффективным инструментом для измерения космических частиц с энергией > 400 МэВ. Область энергий нейтронных мониторов – это расширение области энергий, измеряемых детекторами космических лучей в космическом пространстве. Благодаря высокой скорости счета нейтронные мониторы способны измерять даже небольшие (порядка 0.1%) вариации галактических космических лучей (КЛ). На сегодняшний день вся наиболее надежная информация об анизотропии КЛ получена по измерениям наземных детекторов.

М




Рис.2. Динамика числа мониторов типа IGY и NM64
ировая сеть нейтронных мониторов показана на рис.1, а на рис.2 приведена динамика числа нейтронных мониторов за всю историю их существования. В настоящее время идет интенсивная работа по модернизации сети в соответствии с требованиями сегодняшнего дня. Кроме того, за последние несколько лет создано 7 новых нейтронных мониторов. Это антарктическая станция Lars, Los Cerrillos (Чили-Италия), станция Тибет (Китай-Япония), ESOI (Израиль-Италия), американские станции Fort Smith, Peawanuck, Nain, и расконсервированы станции Афины и Норильск.

Для измерения анизотропии, связанной с транзиентными событиями в КЛ, такими как возрастания солнечных космических частиц, незаменимой является сеть высокоширотных нейтронных мониторов с хорошим "угловым разрешением" (< 50). Чтобы использовать это преимущество необходимо наземные детекторы на высоких широтах разместить так, чтобы они надежно и равномерно перекрывали всю небесную сферу по асимптотическим направлениям. Выделенная таким образом часть сети названа “Космический корабль Земля” [1,2] и показана на рис. 3 вместе с асимптотическими конусами для солнечных КЛ. Для восстановления сети “SpaceShip Earth” из 9 станций 3 станции были расконсервированы и существенно модернизированы, а 3 станции созданы заново.



Сеть станций космических лучей. Мировая сеть мюонных телескопов.

Сейчас можно утверждать, что исследования, экспериментально базирующиеся на данных сети мюонных телескопов, вступили в новую фазу [3, 4]. Мюонные телескопы обладают двумя очевидными преимуществами перед нейтронными мониторами, если говорить о задачах космической погоды. Во-первых, они регистрируют частицы более высоких энергий, и поэтому могут раньше нейтронных мониторов почувствовать приближающееся возмущение. Во-вторых, уже один мюонный телескоп может дать информацию об анизотропии КЛ. Пока данные мюонных телескопов используются незаслуженно редко, но можно предсказать, что с ростом интереса к космической погоде возрастет интерес и к данным мюонных телескопов. Сейчас имеются планы для более эффективного их использования для диагностики и прогнозирования электромагнитного состояния межпланетной среды.


Рис. 4. Мировая сеть мюонных телескопов и их асимптотические направления.


В настоящее время работают 6 телескопов (три из которых – российские: в Якутске, Апатитах и на ст. Москва ) и в 2001 году введен в строй 7-ой многонаправленный мюонный телескоп (рис.4). Существовавшая сеть мюонных телескопов могла просматривать примерно 200 небесной сферы, кроме области над атлантическим и индийским океанами. Чтобы просматривать всю сферу, в Бразилии построена первая очередь мюонного телескопа, и в работе [5] для полной сети были уже получены предварительные результаты.

Наблюдения мюонной компоненты существенно дополняют данные нейтронной компоненты. Их отличия: разные энергетические диапазоны первичных энергий, к которым чувствительны мюонный телескоп и нейтронный монитор; регистрация в режиме совпадения, позволяющая организовать сбор данных с телескопа одновременно из многих выделенных направлений. К трудностям же использования данных телескопов относится существенный температурный эффект, для учета которого необходимо знать распределение температуры в атмосфере. И это одна из причин, почему с появлением нейтронных мониторов мюонные наблюдения были незаслуженно вытеснены на второй план.

Многочисленные результаты по исследованию прогностических возможностей наземной сети детекторов КЛ в последнее время широко обсуждаются в научной литературе [см. например, 4, 6, 7]. Все они показывают, что мировая сеть НМ и телескопов может и должна быть использована для задач прогноза электромагнитных возмущений при условии ее непрерывной и качественной работы в реальном времени.

Работа сети станций космических лучей в реальном времени.


Сформулируем требования к станции КЛ, которые должны определять стандарт современной станции.

1.Конструкция нейтронных мониторов определена на заре их создания и для монитора IGY типа описана Симпсоном [8], а для монитора NM-64 типа Кармайклом [9]. В этих же работах определены основные требования и к характеристикам усилительного тракта;

2. 1-минутное разрешение, регистрация скорости счета каждого канала монитора[10];

3. Публикация данных наблюдений в реальном времени и доступ к базе данных на основе сетевой модели клиент/сервер по протоколу HTTP, т.е. включение ее в распределенную базу данных.

Первое требование гарантирует однородный ряд данных на станциях КЛ за весь период наблюдения. Для наблюдений солнечных событий в космических лучах 1-минутные данные просто необходимы.

В середине 90-х годов очень популярной стала World Wide Web “Всемирная паутина”. Это набор протоколов и программ для Интернета, представляющих информацию в гипертекстовом формате. Примерно в это же время появились первые публикации данных непрерывных измерений в Интернете – наблюдений на космических аппаратах и наземных магнитных наблюдений. С июля 1997 стала публиковать данные нейтронного монитора станция Москва, с сентября 1998 года – станция Апатиты, причем данные публиковались не только в графическом виде, но был сделан очень важный шаг, а именно, через интерактивный WWW-интерфейс был обеспечен доступ к локальной базе данных, также обновляемой в реальном времени. Якутск и Тикси, решив сложнейшую проблему “последней мили”, в конце 2000 года также реализовали публикацию данных, причем с доступом к локальной базе данных. При этом в качестве транспортной среды использовалась коммутируемая телефонная линия, т.е. передача данных проводилась по электронной почте в автоматическом режиме. Полный список станций с данными в реальном времени можно найти на сайте ст. Москва (http://193.232.24.130/Cosray/main.htm).

Итак, чтобы решить задачу публикации данных наблюдений в реальном времени, необходимо:

1) организовать сбор данных в реальном времени,

2) обеспечить передачу полученной информации в базу данных,

3) разработать систему управления базой данных,

4) выполнить публикацию данных в Интернете в реальном времени.

Для решения последних двух задач используются общепринятые и хорошо разработанные технологии. База данных, как правило, находится на том же сервере, который и обеспечивает публикацию данных в реальном времени. Поэтому это полностью задача создания соответствующего программного обеспечения. Рассмотрим каждый этап.



О

Рис.5 Схема обработки запроса, применяя ISAPI или CGI технологии.


рганизация сбора информации в реальном времени
и их передача через транспортную сеть в базу данных на сервер - наиболее сложная задача [11], требующая операционные системы реального времени. Какие события нас интересуют в геофизике? Это медленные (характерные времена секунды и более) и, как правило, равномерно протекающие процессы. Поэтому для сбора данных в реальном времени в нашем случае достаточно использовать операционные системы общего назначения, такие как DOS, Windows (с расширением RTX) и Linux, что, конечно, значительно упрощает задачу. На различных станциях сети применяются системы сбора и обработки данных, как собственной разработки, так и выпускаемые промышленностью.

Для передачи данных с системы регистрации на сервер используется и локальная сеть, и коммутируемые линии (электронная почта), и модемная связь по выделенной линии. При организации передачи данных по локальной сети имеются явные преимущества – возможность дистанционного управления системой регистрации.

С

Рис.6. Формирование HTML документа, используя режим “Работа программы по расписанию” (включение в Scheduler).


истемы управления базой данных
[12]. При организации базы данных возникает вопрос – использовать файловую систему или полноценную базу данных? Хотя объем данных регистрации на каждой станции и большой, однако информация имеет достаточно простую структуру. Поэтому велик соблазн использовать привычную файловую систему, а не организовывать полноценную базу данных. Как показывает практика, это неправильный выбор – в последствии эта кажущаяся простота и выбор частных решений создает много проблем. Построение реляционной базы данных предпочтительнее.

Как организована публикация на различных станциях?

По способу публикации данных в Интернете можно выделить три группы. В первом случае система регистрации в заданном временном режиме обновляет установленную на сервере базу данных. По запросу на сервере формируется HTML документ, который передается на браузер. Доступ к базе данных стандартный и осуществляется по запросу по http – протоколу. Интерфейсы ISAPI и CGI позволяют осуществить выборку данных по различным критериям, получить результат в цифровом или графическом виде на экран браузера или в виде ASCII-файла. Это видно и на рис.5 – со стороны WEB-сервера есть запрос на выполнение задания программами ISAPI или CGI. Во втором случае, включенная в Scheduler программа формирования графических файлов в соответствии с расписанием создает графический файл, который отображается на WEB странице (см. рис.6). Поскольку WEB сервер не может обработать запрос к базе данных, то в этом случае нельзя осуществить выборку данных по различным критериям.

Н

Рис.8. Схема обработки запроса, применяя ISAPI или CGI технологии.



Рис.7. Стандартная интерактивный WWW-интерфейс, обеспечивающий доступ к локальной базе данных станции космических лучей


а Рис.7 приведен стандартный интерактивный WWW-интерфейс, обеспечивающий доступ к локальной базе данных станции КЛ. В этом случае мы имеем типичный пример распределенной базы данных - набор логически связанных между собой данных, которые физически распределены в некоторой компьютерной сети [13]. Пользователи взаимодействуют с распределенной базой данных через приложения, которые могут быть классифицированы как не требующие доступа (локальные приложения) и требующие доступа (глобальные приложения) к другим фрагментам базы данных. Примером такого глобального приложения может служить специально разработанная программа NetWork.

Как организовать работу с распределенной базой?

Для этого существуют возможности.



  1. Общепринятый стандартный браузер, например, Internet Explorer, с помощью которого можно получить доступ к любой конкретной базе данных.

  2. Специально разработанные глобальные приложения, упоминавшиеся выше. Такие приложения выполняют и сетевые функции, и необходимый анализ полученной информации. Пример такого приложения, собственно браузера, приведен ниже.

  3. С

    Рис.9. Организация в реальном времени обновления Мировой или региональной базы данных в режиме “ведомый - ведущий” и доступа пользователей к базе данных

    через интерактивный WWW-интерфейс.
    пециально разработанные глобальные приложения для пополнения в автоматическом режиме базы данных, например, Мирового центра данных.


На рис.8 показано функционирование локальных баз данных сети СКЛ, организованных по правилам распределенной базы данных. Преимущества этой организации в том, что такая схема базируется на современных сетевых технологиях [14]. Передача данных от Web- сервера к клиенту осуществляется простым и общепринятым способом по протоколу http. Это позволяет достичь максимальной унификации, полностью обеспечить аппаратную и программную независимость.

Существует и альтернативный вариант. Он предполагает организовать работу сети станций, как показано на рис.9. Каждая станция в режиме реального времени обновляет Мировой или региональный центр данных. Доступ пользователей к такой базе данных обеспечивается уже через интерактивный WWW-интерфейс.




Рис.10. Пример браузера, осуществляющего взаимодействие с распределенной базой данных. Здесь реализована только визуализация данных. Следующий шаг - реализовать версии программы NetWork для решения конкретных физических задач, как для ретроспективного анализа, так и в реальном времени.



На рис.10 приведен пример специально разработанного глобального приложения NetWork. Такое приложение выполняет сетевые функции и необходимый анализ полученной информации. После запуска браузер осуществляет взаимодействие с распределенной базой данных, поочередно устанавливая соединение с серверами сети станций, по заданной выборке обрабатывается запрос к соответствующей базе данных, результат которого пересылается по http протоколу в ASCII формате. В приведенном примере реализована только визуализация данных. Но теперь легко расширить программу NetWork для решения конкретных физических задач, например, используя метод глобальной съемки или кольца станций в реальном времени.

Работа выполнена при поддержке федеральной программы «Астрономия» и Российского фонда фундаментальных исследований (грант 99-02-18003 и 01-02-17580)



Список литературы.

1. Bieber J., Evenson P. Proc. 24th ICRC, Rome 4, 1316-1319, 1995.

2. Moraal H., Belov A., Clem J. Space Science Reviews, 2000, 93, 285-303,2000.

3. Duldig M. Space Science Reviews, 2000, 93, 207-226,2000.

4. Munakata K., Bieber J., Yasue S., Kato C., Koyama M., Akahane S., Fujimoto K., Fujii Z., Humble J. and Duldig M. Preprint of Bartol Reseach Institute BA-00-11, 2000.

5. Munakata K., Bieber J., Yasue S., Kato C., Fujii Z., Fujimoto K., Humble J. and Duldig M., Trivedi N., Gonzales W., Tsurutani B., Schuch N. 27th ICRC, V. 9, 3494-3497, 2001.

6. Belov A.V., Biever J. W., Eroshenko E. A., Evenson P., Pyle R., and Yanke V. G. 27th ICRC, V. 9, 3507-3510, 2001

7. Белов А. В., настоящий сборник

8. Simpson J. A. Ann. Intern. Geophys. Year, v.4, 351, 1957.

9. Hatton C.J. and Carmichael H. Can. J. of Phys., v. 42, 2443, 1964.

10. Белов А., Блох Я., Клепач Е., Янке В. Сб. Космические лучи, М., Наука, No 25, 1988

11. Жданов А. А. “PCWeek”, ЗАО “РТСофт”, Москва, No 8, 1999.

12. Кузнецов С.Д. Информационно-аналитические материалы центра информационных технологий http://nweek.com.ua/~mik/doc/osbd/contents.htm.

13. Коннолли Т., Бег К. “Базы данных”, С-СПб-Киев, 2000.

14. Дилип Найк. “Стандарты и протоколы интернета”. Пер. с англ. – М: Издательский отдел “Русская редакция” ТОО “Channel Trading Ltd”.


База данных защищена авторским правом ©infoeto.ru 2016
обратиться к администрации
Как написать курсовую работу | Как написать хороший реферат
    Главная страница