McIDAS

McIDAS

Deweloperzy	Uniwersytet Wisconsin-Madison
Pierwsze wydanie	czerwiec 1972
Strona internetowa	www .ssec .wisc .edu /mcidas /

McIDAS , „Interaktywny system dostępu do danych z komputera człowieka”, to narzędzie do prognozowania pogody opracowane na Uniwersytecie Wisconsin-Madison w latach 70. XX wieku i używane nieprzerwanie do dziś. We wczesnych wcieleniach był szeroko stosowany do generowania grafiki dla stacji telewizyjnych, ale dziś jest używany głównie przez NOAA i powiązane agencje. Użytkownicy systemu McIDAS opracowali podobną wersję dla mikrokomputerów i sprzedawaną przez ColorGraphics Weather Systems , która wygenerowała większość skomputeryzowanych obrazów pogodowych widzianych w telewizji w USA w latach 80.

Historia

Satelita technologii aplikacji (ATS)

W 1953 roku Verner Suomi zmierzył budżet cieplny pola kukurydzy w ramach swojej pracy doktorskiej na Uniwersytecie w Chicago . Przez resztę swojej kariery zawodowej pracował w dziedzinie zdalnych pomiarów za pomocą radiometrów , często współpracując z Robertem Parentem. Opracowali radiometr teledetekcyjny z zamiarem wysłania go w kosmos i zmierzenia budżetu cieplnego Ziemi. Ich pierwsza próba została dopasowana do Vanguard TV3 , ale ta eksplodowała podczas startu. Podobny eksperyment odbył się na Explorer 7 w 1959 r. Eksperyment ten wykazał wpływ zachmurzenia na bilans cieplny Ziemi.

Aby dalej rozwijać dziedzinę meteorologii satelitarnej, granty NASA i National Science Foundation (NSF) doprowadziły do ​​utworzenia Centrum Nauki i Inżynierii Kosmicznej (SSEC) na Uniwersytecie Wisconsin-Madison . W SSEC Suomi i Parent opracowali kamerę Spin Scan Cloudcover Camera (SSCC), aby dokładnie mierzyć i mapować zachmurzenie. SSCC zobrazowało pojedynczy pas Ziemi naraz, przekazując swoje informacje bezpośrednio do radia w celu transmisji na ziemię. Przymocowany do korpusu obracającego się satelity SSCC tworzyłby obraz 2D, gdy satelita obracał się i obracał na swojej orbicie.

SSCC został wystrzelony na ATS-1 6 grudnia 1966 r. 5 listopada 1967 r. ATS-3 wystrzelił Multicolor Spin Scan Cloudcover Camera, która zapewniła pierwsze kolorowe obrazowanie meteorologiczne. Dane z tych instrumentów były rejestrowane na wydrukach w czasie rzeczywistym i wymagały ręcznej pracy w celu wycięcia i wklejenia kolejnych pasków w pojedynczy obraz, a następnie w wiele obrazów poklatkowych. Chociaż podczas badania tych danych poczyniono szereg postępów, praca była żmudna i czasochłonna.

WINDCO

Aby przyspieszyć proces badania danych, Suomi rozpoczęło wewnętrzny konkurs na opracowanie zautomatyzowanego rozwiązania. Powołano dwa zespoły, jeden opracowujący rozwiązanie analogowe, a drugi korzystający z oprogramowania. Oprogramowanie autorstwa Smitha i Phillipsa było w stanie zademonstrować zdolność obliczania prędkości i kierunku wiatru wyłącznie na podstawie obrazów chmur. Bazując na tym sukcesie, Suomi była w stanie uzyskać dodatkowe fundusze od NASA i NSF na opracowanie prototypu całkowicie skomputeryzowanego systemu przetwarzania obrazu.

System, znany jako WINDCO, składał się z dysku wideo do przechowywania obrazów i kontrolującego go minikomputera Raytheon 440 . Komputer był używany do rejestrowania obrazów z satelitów, buforowania pojedynczej klatki z pasków, a następnie przechowywania jej wraz z informacjami o taktowaniu. Użytkownik wchodził w interakcję z powstałym filmem, aby wybrać punkty na klatkach, które przedstawiały ten sam punkt, który poruszał się w czasie, a wynik ich wyboru był dziurkowany na taśmie papierowej . Taśma papierowa została następnie odczytana przez 440 i skopiowana na perforowane karty zawierające instrukcje dotyczące UNIVAC 1108 mainframe , który przekształcił je w mapę wektorową nałożoną na mapę Ziemi.

Podczas demonstracji dla NOAA, NASA i NSF w dniu 12 kwietnia 1972 r. System wykazał zdolność do generowania 1000 wektorów wiatru na godzinę. Uczestnicy byli pod wrażeniem, ale zauważyli, że system nie był w stanie skorelować danych z satelitów, które pochodziły w bardzo specyficznym formacie, z danymi zbieranymi z innych czujników, takich jak automatyczne stacje pogodowe. Zachęcili zespół SSEC do dalszego rozwoju, uczynienia systemu jeszcze bardziej zautomatyzowanym, a także umożliwienia łączenia danych z dowolnego źródła.

McIDAS

Największym problemem przy opracowywaniu w pełni zautomatyzowanego rozwiązania było znalezienie maszyny mieszczącej się w budżecie z wymaganą szybkością i możliwościami przechowywania. Zespół ostatecznie zdecydował się na komputer Datacraft/5 wyposażony w 96 kB pamięci rdzeniowej i dwa dyski twarde 5 MB , jeden stały, jeden wymienny. Nowe oprogramowanie, McIDAS, było znacznie bardziej zautomatyzowane, a główna rola użytkownika w fazie pozyskiwania danych sprowadzała się do sprawdzania jakości automatycznie generowanych przez oprogramowanie wektorów. Dodano system ulepszania obrazu, aby pomóc zobaczyć chmury w słabo oświetlonych obszarach.

McIDAS zaakceptował dane z wielu źródeł. Obrazy chmur były buforowane na taśmie, a następnie wprowadzane w razie potrzeby, dane z synchronicznego satelity meteorologicznego można było wprowadzać bezpośrednio z kanału satelitarnego z szybkością 1,7 MB na sekundę, dane FAA z szybkością 75 bitów / s lub radar National Weather Service przy 1200 bitach /S. Wszystkie te dane można było nakładać na ręcznie rysowane mapy wektorowe. System został później rozszerzony o obsługę danych z satelity Earth Resources Technology Satellite i sond planetarnych Mariner. Interpreter wiersza poleceń umożliwiał użytkownikowi wywoływanie danych za pomocą krótkich poleceń, YK T 500 1200 USA wygenerowałoby wyświetlanie danych temperatury 500 mb z pomiarów 1200 UTC nad USA.

Pierwszy system McIDAS został ukończony w czerwcu 1972 roku, ale strojenie trwało kilka miesięcy. W październiku 1973 r. Zainstalowano transmisję w czasie rzeczywistym z McIDAS do lokalnej państwowej telewizji publicznej WHA-TV. Nadal dodawano aktualizacje i nowe źródła danych; GOES nowszej generacji i inne zostały dodane do 1976 r. Zapotrzebowanie na system było tak duże, że system musiał być kilkakrotnie aktualizowany w celu uzyskania dodatkowej wydajności i pamięci, z 24-godzinnym harmonogramem dla stacji roboczych. System został później zainstalowany w US Air Force Cambridge Research Laboratory .

Ciągły popyt zaowocował stworzeniem wersji McIDAS drugiej generacji, opartej na sześciu komputerach Harris / 6 połączonych ze sobą za pomocą niestandardowego systemu sieciowego, który nazwali „wypalanymi liniami”. Dwie maszyny działały jako serwery baz danych z dyskami 300 MB, podczas gdy pozostałe cztery obsługiwały do ​​18 stacji roboczych każda z dyskami 80 MB. Zdalne terminale wewnątrz uniwersytetu zostały skonfigurowane na łączach 9600 bit/s, a później inny został utworzony w centrum National Environmental Satellite Service w Kansas City , gdzie dane z Landsat seria została przetworzona. Po tornado w Wichita Falls w Teksasie, które zabiło kilka osób w 1979 roku, Kongres zarządził utworzenie nowego McIDAS w National Severe Storms Forecast Center (obecnie znanym jako Storm Prediction Center ), które zostało ukończone w styczniu 1981 roku.

Zachodnioniemiecka Agencja Kosmiczna rozpoczęła zadanie konwersji McIDAS na komputer typu mainframe Amdahl w 1976 roku, a podobny system został później zainstalowany w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA . Nowsze wersje zostały napisane dla IBM System/370 i IBM 4331 . Dzięki lepszej wydajności oferowanej przez te maszyny rozproszona architektura McIDAS drugiej generacji nie była już potrzebna, a systemy powróciły do ​​instalacji na jednym serwerze. W 1984 roku rozpoczęto prace nad samodzielną wersją na komputer IBM PC z grafiką EGA lub VGA, najpierw w systemie DOS a później w OS/2 . Wersje te rozprzestrzeniły McIDAS poza uniwersytet i laboratorium, a użytkowników wkrótce znaleziono w stacjach telewizyjnych i agencjach prognozowania pogody na całym świecie.

System czwartej generacji, obecna wersja, został zbudowany na Unixie . Zaczęło się to w 1989 roku jako środowisko McIDAS dla Vis5D . W 1993 roku McIDAS był podstawą do opracowania obsługiwanej wersji z wykorzystaniem X , która została wydana w 1996 roku jako McIDAS-X. Dzięki ustandaryzowanej sieci, wersja Unix umożliwiała podłączanie tanich terminali do stacji roboczych Unix, a także opracowano wersje klienckie dla OS / 2 i Windows NT . Od grudnia 2009 McIDAS-X jest testowany i obsługiwany przez SSEC na stacjach roboczych AIX, Enterprise Linux, HP-UX, IRIX, Mac OS X, Solaris i Windows XP.

Piąta generacja McIDAS jest aktywnie rozwijana. Ten nowy pakiet, nazwany McIDAS-V, to bezpłatne narzędzie do wizualizacji i analizy danych typu open source, które wyświetla dane satelitarne pogodowe (w tym hiperspektralne ) i inne dane geofizyczne w 2- i 3-wymiarach. McIDAS-V może również analizować i manipulować danymi za pomocą swoich potężnych funkcji matematycznych. VisAD firmy SSEC i zintegrowanej przeglądarce danych Unidata bibliotek i zawiera oprogramowanie „Bridge”, które umożliwia użytkownikom McIDAS-X uruchamianie ich poleceń i zadań w środowisku McIDAS-V. Funkcjonalność pakietu oprogramowania HYDRA firmy SSEC jest również integrowana z McIDAS-V w celu przeglądania i analizowania hiperspektralnych danych satelitarnych.

Aktualne wersje różnych pakietów McIDAS można pobrać ze strony McIDAS Download Software .

Bibliografia

• W. Hibbard, D. Santek, MF. Voidrot-Martinez, D. Kamins i J. Vroom, UNIX i X Windows: właściwy wybór dla systemów interaktywnych. Preprinty, konf. Interaktywne systemy informacyjne i przetwarzające dla meteorologii, oceanografii i hydrologii. Anaheim, Amer. Meteor. Soc., 1990, s. 162–163.
• D. Santek, W. Hibbard, MF. Voidrot-Martinez, D. Kamins i J. Vroom, Implementacja McIDAS w systemach UNIX i X Windows. Preprinty, konf. Interaktywne systemy informacyjne i przetwarzające dla meteorologii, oceanografii i hydrologii. Anaheim, Amer. Meteor. Soc., 1990, s. 164–166.
• Matthew Lazzara i in., „The Man computer Interactive Data Access System: 25 Years of Interactive Processing” , Biuletyn Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego , tom 80, numer 2, luty 1999, s. 271–284
• Webmaster SSEC, „40 lat badań i obserwacji satelitów geostacjonarnych w Centrum Nauki i Inżynierii Kosmicznej” , 13 listopada 2006 r.
• Thomas Achtor i in., „McIDAS-V: Potężne narzędzie do analizy i wizualizacji danych dla wielo- i hiperspektralnych środowiskowych danych satelitarnych” , Proc. SPIE 7085, 708509 (2008), doi : 10.1117/12.795223