Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Седьмая всероссийская открытая ежегодная конференция
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16-20 ноября 2009 г.
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

VII.A.62

Нанодиагностика природной и техногенной среды и супервычисления

Сушкевич Т.А., Стрелков С.А., Максакова С.В., Козодеров В.В., Волкович А.Н., Гаврилович А.Б., Дмитриев Е.В., Андрианов А.Н., Ефимкин К.Н., Краснокутская Л.Д., Куликов А.К., Устюгов С.Д., Фомин Б.А., Шари В.П.
Учреждение Российской академии наук Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
При дистанционном зондировании и мониторинге технических объектов и окружающей среды носителем информации об их состоянии и свойствах является электромагнитное излучение, регистрируемое различными средствами. Представляют актуальность перспективные гиперспектральные системы нанодиагностики природной и техногенной среды на основе данных аэрокосмического дистанционного зондирования атмосферы и поверхности (объектов техносферы на поверхности). Для решения таких проблем требуется информационно-математическое обеспечение, включающее прямые и обратные задачи теории переноса излучения, модели которых основаны на передаточном операторе [1, 2].
Даже на современных высокопроизводительных вычислительных системах стоят проблемы скорости вычислений и оптимальной организации распараллеливания расчета при больших размерностях разностной сетки, а также передачи больших массивов результатов расчета по сетям от суперкомпьютера к рабочей станции оператора для последующей обработки.
Новый подход к моделированию радиационных полей в оптически толстых и существенно неоднородных средах на базе модели переноса излучения в гетерогенных системах и метода векторных функций влияния обладает удивительными свойствами распараллеливания вычислений и построения новых алгоритмов декомпозиции: методом векторных функций влияния исходную задачу с областью определения решения большой размерности и большим размером разностной сетки фазового пространства задачи можно факторизовать на ряд малоразмерных подзадач, определенных на подобластях и разностных сетках меньшей размерности. При этом подобласти могут отличаться радиационными режимами и в них можно использовать разные приближения и методы решения краевых задач теории переноса излучения.
Используем следующие приемы распараллеливания вычислений:
• распределенные вычисления по физическим моделям: многоспектральные (по длине волны); оптико-геофизическая погода (по коэффициентам общей краевой задачи); по источникам;
• распределенные вычисления на основе методического распараллеливания - декомпозиции краевых задач: по подобластям; по параметрам вектора функций влияния; по параметрам вектора пространственно-частотных характеристик; по компонентам векторных функционалов;
• алгоритмическое распараллеливание для многомерных моделей: однократное рассеяние по характеристикам; многократное рассеяние по интегралам столкновений и по подобластям с разными сеточно-характеристическими схемами.
Создаваемая система содержит три группы программных комплексов, соответствующих трем этапам решения задачи.
Первая группа программ - формирование оптико-метеорологических моделей среды: программы работы с архивом и базами данных моделей атмосферы, облаков, дымов, земной поверхности, океана; банк спектров поглощения атмосферных газов; банк характеристик аэрозольного рассеяния и поглощения; формирование модели атмосферы; пакеты данных к программам расчета радиационных характеристик и т.д.
Вторая группа программ - численное решение уравнения переноса излучения быстрыми приближенными и репрезентативными высокоточными методами.
Третья группа программ - обработка и диагностика результатов расчетов: расчет функционалов; аналитическая аппроксимация и параметризация табличных функций; компьютерная графика и визуализация; решение обратных задач по восстановлению параметров среды и т.д.
Реализация функции управления и сетевого взаимодействия комплексом программ производится с помощью оболочек (wrapper"s), написанных на языке описания сценариев Perl. Комплекс математических моделей, методов и программного обеспечения представляет собой открытую развиваемую систему математического моделирования.
Работа поддержана грантами РФФИ (проекты 09-01-00071, 08-01-00024, 08-07-13515-офи_ц) и проектом ПФИ № 3 (3.5) ОМН РАН.

1. Т.А. Сушкевич, С.А. Стрелков, А.А. Иолтуховский Метод характеристик в задачах атмосферной оптики, Москва, 1990, Наука, 296 с.
2. Т.А. Сушкевич Математические модели переноса излучения, Москва, 2005, БИНОМ. Лаборатория знаний, 661 с.

Методы и алгоритмы обработки спутниковых данных

61