CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 MIMS – zintegrowane środowisko informatyczne dla modelowania wieloośrodkowego. dr M.Borysiewicz CD MANHAZ.

Prezentacja na temat: "CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 MIMS – zintegrowane środowisko informatyczne dla modelowania wieloośrodkowego. dr M.Borysiewicz CD MANHAZ."— Zapis prezentacji:

1 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 MIMS – zintegrowane środowisko informatyczne dla modelowania wieloośrodkowego. dr M.Borysiewicz CD MANHAZ

2 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 MIMS – zintegrowane środowisko informatyczne dla modelowania wieloośrodkowego. Najnowsze trendy w modelowaniu środowiska idą w kierunku zwiększenia złożoności prac studialnych. Rośnie ważność następujących czynników: łączenie modeli dla różnych środowisk fizycznych (np. powietrze, woda, gleba) lub dyscyplin, tak, aby opracowywane prognozy uwzględniały możliwie kompletny zestaw procesów i skutków; analizy czułości i niepewności, prowadzone w celu zrozumienia jakie czynniki wpływają na rezultaty i oceny stopnia wiarygodności otrzymanych wyników; porównywanie różnych modeli i zestawów danych służących do modelowania podobnych procesów lub zawierających podobne informacje, w celu określenia wielkości i tendencji błędów popełnianych przy ich użyciu.

3 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Multimedialne Zintegrowane Środowisko Informatyczne - MIMS (Multimedia Integrated Modeling System) rozwijane jest w związku z obecnymi i przyszłymi interdyscyplinarnymi zapotrzebowaniami EPA w dziedzinie modelowania środowiska.

4 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Określono szereg cech, które powinien posiadać system, aby efektywnie pomagać użytkownikowi: Powinien być stosowalny do wielu różnych zagadnień dot. środowiska; Powinien móc współpracować z licznymi rodzinami modeli i źródeł danych (np. obserwacji polowych, satelitarnych, modelowych); Umożliwiać sprzężenia pomiędzy modelami; Być łatwy w użyciu; Powinien działać pod wieloma systemami operacyjnymi (np. Windows, UNIX, Linux);

5 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Cechy które powinien posiadać system, aby efektywnie pomagać użytkownikowi: c.d. Umożliwiać łatwe prowadzenie obliczeń w sieciach komputerowych; Powinien być systemem o otwartych źródłach; Umożliwiać twórcom modeli ich wprowadzenie do systemu bez utraty własności; Pozwalać użytkownikom na wybór ich własnego poziomu wkładu pracy (np. otrzymujemy szacunkowe wyniki przy ograniczonym wysiłku lub lepsze wyniki przy większym wysiłku); oraz Ułatwiać wykonanie operacji typowych przy jednoczesnym umożliwianiu wykonania operacji nietypowych i bardziej złożonych.

6 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Zakłada się, że MIMS umożliwi modelowanie zjawisk zachodzących w różnych elementach środowiska zgodnie z diagramem na rysunku 1.

7 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 ATMOSFERA Meteorologia: Temperatura Ciśnienie Para wodna Prędkość wiatru Promieniowanie słoneczne Opad Właściwości chmur Jakość powietrza: Stężenia chemiczne (gazowe, wodne i aerozolowe) pH opadu Widoczność Opad atmosferyczny ATMOSFERA Meteorologia: Temperatura Ciśnienie Para wodna Prędkość wiatru Promieniowanie słoneczne Opad Właściwości chmur Jakość powietrza: Stężenia chemiczne (gazowe, wodne i aerozolowe) pH opadu Widoczność Opad atmosferyczny ZLEWISKO: ZIEMIA Powierzchnia ziemi: Albedo Temp. powierzchni Rodzaj i wilgotność gleby Odporność powierzchni Wykorzystanie terenu Parowanie Odpływ wody (przepływ naziemny) Przesączanie wody Promieniowanie długofalowe Przepływ małymi strumieniami Emisje ZLEWISKO: ZIEMIA Powierzchnia ziemi: Albedo Temp. powierzchni Rodzaj i wilgotność gleby Odporność powierzchni Wykorzystanie terenu Parowanie Odpływ wody (przepływ naziemny) Przesączanie wody Promieniowanie długofalowe Przepływ małymi strumieniami Emisje PODPOWIERZCHNIOWE Strefa aeracji: Temperatura strefy korzeni Wilgotność strefy korzeni Rodzaj i wilgotność gleby Porowatość Przesączanie się Strefa nasycona: Wysokość położenia lustra wody Rodzaj skały i struktura pionowa Pole przepływu Całkowita ilość rozpuszczonych ciał stałych Stężenia chemiczne PODPOWIERZCHNIOWE Strefa aeracji: Temperatura strefy korzeni Wilgotność strefy korzeni Rodzaj i wilgotność gleby Porowatość Przesączanie się Strefa nasycona: Wysokość położenia lustra wody Rodzaj skały i struktura pionowa Pole przepływu Całkowita ilość rozpuszczonych ciał stałych Stężenia chemiczne ZLEWISKO: WODA POWIERZCHNIOWA Los/transport/transformacja w strumieniu Właściwości wody: Temp. powierzchni Rozpuszczony tlen Stopień zasolenia Mętność Pole przepływu Sieć strumieni Batymetria wody Organizmy żywe: Społeczności mikrobów Fitoplankton Zooplankton Glony Zanieczyszczenia: Stężenia substancji odżywczych Stężenia zawieszonych osadów Masa i grubość osadzonych/podmytych osadów ZLEWISKO: WODA POWIERZCHNIOWA Los/transport/transformacja w strumieniu Właściwości wody: Temp. powierzchni Rozpuszczony tlen Stopień zasolenia Mętność Pole przepływu Sieć strumieni Batymetria wody Organizmy żywe: Społeczności mikrobów Fitoplankton Zooplankton Glony Zanieczyszczenia: Stężenia substancji odżywczych Stężenia zawieszonych osadów Masa i grubość osadzonych/podmytych osadów GŁÓWNE ORG. ŻYWE Główne bezkręgowce Roślinność wodna Ryby GŁÓWNE ORG. ŻYWE Główne bezkręgowce Roślinność wodna Ryby Droga wymiany dla ZLEWISKA: ZIEMIA i WODA Droga wymiany dla ZLEWISKA: ZIEMIA i PODPOWIERZCHNIOWEGO Droga wymiany dla ZLEWISKA: WODA i PODPOWIERZCHNIOWEGO Droga wymiany dla POWIETRZA i ZLEWISKA: ZIEMIA Droga wymiany dla POWIETRZA i ZLEWISKA: WODA Rys. 1. MIMS a elementy środowiska

8 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 System MIMS zawiera kilka składowych, jak pokazano na rysunku 2. Struktura podstawowa umożliwia składanie, wykonywanie i ewaluację modeli. Narzędzia zawarte w MIMS dają funkcjonalność niezbędną do przygotowania modeli i danych do nich lub do operacji na wynikach otrzymanych z modeli.

9 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Rys.2. Elementy składowe MIMS

10 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Celem zapewnienia elastycznej i pewnej metody łączenia i wymiany modułów i zestawów danych, system MIMS wykorzystuje zmodyfikowaną wersję wzorca programowania DIAS – (Dynamic Information Architecture System) i jego biblioteki programów. Struktura podstawowa MIMS

11 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 We wzorcu DIAS opracowując modele rozkłada się system na obiekty domenowe, które odpowiadają istotnym elementom i koncepcjom w symulacji. Przykładami obiektów domenowych są np.: warstwa wodonośna, źródło zanieczyszczeń, atmosfera, domy; czy populacja ryb. Parametrami są atrybuty opisujące obiekt domenowy, zaś procesami są zachowania jakie wykazuje obiekt domenowy. Modele stanowią implementację procesów, które zachodzą w ramach danej symulacji, patrz rysunek 3.

12 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Rys. 3: Modele stanowiące implementację procesów zachodzących w obiekcie domenowym w trakcie symulacji

13 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Podejście stosowane dla parametrów w MIMS jest istotnym rozwinięciem niektórych z zasad stosowanych w projekcie Total Risk Integrated Methodology. MIMS wymaga dla wszystkich modeli pewnych informacji podstawowych jak np. typ obiektu domenowego do którego model się stosuje; procesów zawartych w modelu; jak model powinien być wywołany; oraz parametry jego wejścia i wyjścia. MIMS pozwala również na układanie scenariuszy. Scenariusz, który może wywoływać szereg modeli może być zdefiniowany jako nowy typ modelu i dołączony do procesu jakiegoś obiektu domenowego w innym scenariuszu.

14 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Zastosowania MIMS MIMS będzie używany m. in. w następujących projektach: Total Risk Integrated Methodology (TRIM). TRIM ma służyć do oceny ryzyka dla niebezpiecznych zanieczyszczeń, które są emitowane do atmosfery i następnie przechodzą do gleby i powietrza – np. rtęć. MIMS dostarczy projektowi TRIM odpowiedniej platformy do łączenia modeli wymaganych do ich analiz ryzyka i narzędzi analizy danych. Community Multiscale Air Quality (CMAQ). CMAQ jest zaawansowanym modelem jakości powietrza opartym na obliczeniach w siatce przestrzennej. MIMS dostarczy graficznej alternatywy dla konfiguracji CMAQ i dla zarządzania powtarzalnym wykonaniem obliczeń modelu.

15 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Clean Air Status and Trends Network (CASTNET). MIMS dostarczy graficzny interfejs użytkownika, symulacje licznych terenów i lat oraz narzędzia analizy danych dla zastosowania wielowarstwowego modelu suchego odkładania (Meyers et al., 1998) do danych CASTNET. New Generation Compartmental Model. W tym projekcie MIMS będzie użyty jako platforma do badania nowych podejść do konstrukcji w pełni zintegrowanego modelu pudełkowego dotyczącego wielu mediów, włączając w to biota. Urban Drainage Decision Support System. Grupa wspomagana przez umowę o współpracy fundowaną przez EPA Office of Water używa MIMS jako bazy dla prototypowego systemu wspomagania decyzji dla miejskiego systemu kanalizacyjnego. Prace te obejmują również rozwój narzędzi do analizy niepewności i optymalizacji w MIMS.

16 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Kierunki przyszłościowe dla MIMS Planuje się rozproszone wspomaganie komputerowe dla MIMS, które pozwoli użytkownikowi z łatwością używać odległe serwery komputerowe. W przyszłości MIMS zostanie ulepszony w ten sposób, że jego część dotycząca zarządzania obliczeniami będzie mogła działać na serwerze nawet jeśli użytkownik wyłączy maszynę, z której zastartował MIMS. To umożliwi MIMS-owi zarządzanie symulacjami, których wykonanie zajmie tygodnie lub dłużej, bez konieczności przywiązywania użytkownika do jego komputera. Planuje się również dodanie języka skryptowego do MIMS, aby stworzyć jeszcze jedną drogę automatyzacji obliczeń.

17 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Projekt MIMS służy użytkownikowi jako swoista biblioteka, zawierająca zestawy danych, programy wykonawcze oraz inne narzędzia i sekwencje operacyjne (tzw. elementy MIMS). Elementy MIMS mogą być wymieniane zarówno między użytkownikami, jak i między poszczególnymi projektami.

18 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Implementacja systemu MIMS System operacyjny: Microsoft Windows, Linux Oprogramowanie generyczne: Java Zaimplementowane pakiety: –Sparse Matrix Operator Kernel Emissions - model emisji –Community Multiscale Air Quality - model jakości powietrza –MM5 – numeryczny model prognozowania pogody

19 CD MANHAZ, Warsztaty WP4, 10.2004 Implementacja systemu MIMS MIMS – część zarządzająca: Windows lub Linux Programy symulayjne: klaster komputerowy typu Beowulf (Linux) –cztery 2-procesorowe stacje robocze Pentium IV 2GHz –sieć Gigabit Ethernet –wspólna konsola