基于虚拟天文台的HXMT卫星数据检索发布系统设计与实现

目前,国际上诸多天文项目均遵循虚拟天文台（Virtual Observatory,VO）标准协议开发各天文数据检索发布系统,对外公开发布数据,并对数据资源进行VO注册,从而使用户通过虚拟天文台门户网站即可访问获取不同天文项目的数据集.硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星项目也将虚拟天文台技术引入HXMT卫星数据检索发布系统的设计与实现过程中,既满足HXMT卫星数据发布需求,又将HXMT卫星数据融入虚拟天文台环境,实现国际天文数据的共享共用.系统提出了符合虚拟天文台规范的体系架构,并选取SCS锥形检索、VOTable数据格式等虚拟天文台标准协议加以实现,采用MVC模式、SSH框架以及各种J2EE技术进行软件研发,提供检索访问、浏览下载和可视化功能.实践和应用结果表明,系统在解决天文数据资源互操作、共享发布、检索访问及异构应用集成方面均具有可操作性,对我国空间天文卫星数据检索发布系统的研制具有参考意义.     

虚拟天文台数据访问系统(VO-DAS)任务调度设计与实现

为解决异地、异构、海量天文数据无缝透明地统一访问,中国虚拟天文台(China-VO)研究小组自主设计并开发了一套解决方案——虚拟天文台数据访问系统(VO-DAS)。着重从执行流程、设计模式、Session机制、生命周期、资源销毁、异常处理等模块详细阐述了该系统的任务调度设计。为了验证该系统的可行性和性能,最后描述了多个天文科学范例。     

中国虚拟天文台研发策略与重点

由于不同的天文和技术背景，不同的虚拟天文台项目采取了不同的研究策略。本文首先介绍了国际上几个典型虚拟天文台项目的研发目标和工作重点；然后讨论了包括中国虚拟天文台在内的小型虚拟天文台项目在研发方面的优势和劣势。中国虚拟天文台项目根据自身所处的具体情况确定自己将走应用路线，争取在某些领域取得突破，研发重点包括五个方面：China-VO系统平台建设、国内外天文数据的统一访问、现有天文工具的虚拟天文台集成、天文设备的虚拟天文台集成、虚拟天文台基础上的公众教育。     

构建中国虚拟天文台的天文数据结点

随着天文观测数据的爆炸式增长以及数据网格技术等新兴IT技术的日趋成熟,虚拟天文台应运而生。虚拟天文台成为基于数据网格技术的解决复杂海量天文数据的访问和管理的一种有效手段。我们对现有中国虚拟天文台体系结构底层进行设计与实现,并完成了其核心部分一天文数据结点。天文数据结点可发布和管理异构的数据资源,为用户提供统一的数据访问接口,进而为天文学家实现对各种天文数据的无缝透明访问和处理提供了方便。本文重点介绍了我们设计的天文数据结点的体系结构,以及结点各部分的功能,并讨论了其关键技术的实现。     

VO-DAS Registry系统的设计与实现

为了给天文学家提供一个统一访问分布存储于世界各地数据中心的异构天文数据资源的方案,中国虚拟天文台项目组设计了虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)。VO-DAS支持国际虚拟天文台联盟(IVOA)制订的各项相关标准,使得它具有良好的互操作性。VO-DAS Registry系统是VO-DAS系统的重要组成部分,它为VO-DAS系统获取数据资源的元数据,从而使得VO-DAS更好的管理和应用这些数据资源。在这个过程中,此系统符合IVOA的相关标准。     

中国虚拟天文台数据访问服务

随着科学技术的进步和大批天文观测项目的实施，天文数据正在呈现爆炸式的增长，天文学正进入一个数据富庶的时代。虚拟天文台项目的首要目标就是要解决这些高度分散、复杂、海量的天文数据的统一访问和管理，实现全球天文数据资源的融合，使天文学家能够高效快捷的获取所需的天文数据。中国虚拟天文台项目基于目前的网格技术，设计和实现网格环境下天文数据的查询访问服务，并为客户应用提供统一的访问接口。本文重点介绍了我们采用GlobusToolkit网格开发工具包，按照国际虚拟天文台联盟最新制订的天文数据标准，完成对天文星表数据资源的网格服务封装，实现天文星表锥形查询(Cone Search)和星表查询网格两个数据服务的工作，并介绍了如何使用天文数据服务搭建其他网格服务。     

VO数据访问服务客户端系统的设计与实现

虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)基于新兴的数据网格技术,实现异地异构海量天文数据统一联合资源的访问.这些服务对外提供简单、直观的访问操作接口.立足VO-DAS的接口服务,我们设计了一套客户端系统,即VO-DAS的GUI客户端和命令行客户端.数据用户可以通过客户端实现对VO-DAS接口的调用,从而访问分布存储的异构天文数据资源.     

异地异构天文数据资源的统一访问

天文观测数据资源具有时间跨度大,数据量大,存储、管理分散,管理工具驳杂等特点.如何提供给天文学家一个统一访问这些异地存放的异构数据资源的方案,是虚拟天文台的一个重要研究课题.本文提出了一种基于网格的解决方案.我们基于OGSA-DAI技术实现了对天文星表数据,图像数据和光谱数据的封装(DataNode).我们设计的虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)实现了对DataNode的自动资源发现以及异地异构数据库的联合访问.这将使天体的多波段交叉证认成为可能.VO-DAS支持国际虚拟天文台联盟(IVOA)的各项相关标准,使得它具有良好的互操作性.它的对外接口简单实用,可以针对不同需求的天文数据用户发展出多种网格应用产品.通过在两个科学范例中应用VO-DAS服务,证明了它的可行性.     

VO_IMPAT:中国虚拟天文台图像处理分析工具

中国虚拟天文台图像处理分析工具（VO_IMPAT），是由国家天文台虚拟天文台项目组开发的一项服务，它提供了对数字巡天图像数据（Digital Sky Survey，DSS）、天文星表以及其他数据库的交互访问。VO_IMPAT的设计目的是实现多波段天文数据的融合。可以将不同波段的星表叠加到DSS底图上，如光学波段的USNO星表、近红外波段的2MASS星表、射电波段的NVSS星表和X射线波段的RASS星表。同时VO_IMPAT还可以对图像进行放大、缩小、伪彩色、等高线、直方图、尖锐化、平滑化、旋转等处理，不同的星表数据可以采用不同的颜色和图标显示。     

虚拟天文台的技术进展

虚拟天文台是在望远镜和探测器的研制技术、计算机网络技术取得突破性进展的条件下产生的，与最新的信息技术紧密结合成为其发展最鲜明的特点。用可扩展标记语言（简称XML）技术封装天文数据，把虚拟天文台建立在网格的体系结构之上是当今虚拟天文台技术发展的主流。按照目前虚拟天文台具代表性的层次式体系结构分层介绍各个层次的相关技术，同时提出充分利用现有资源优势实施中国虚拟天文台计算的设想。     

用MapReduce框架构建虚拟天文台数据节点

MapReduce是一种大规模分布式并行处理框架,最初被用于互联网服务中的海量数据处理,并逐渐扩展到各个行业领域。目前,虚拟天文台面临着越来越多的地面及空间望远镜观测到的海量天文数据。为了提高中国虚拟天文台数据节点处理海量天文数据的能力,首次提出基于MapReduce框架构建中国虚拟天文台数据节点的方法,并以批量星表交叉认证为例描述了具体实现过程,性能评估结果证明基于MapReduce框架构建虚拟天文台数据节点,可以在性能、扩展性与成本等多方面获得收益。     

新疆天文台数据中心建设与应用

经过多年观测,新疆天文台积累了大量珍贵的观测数据。如何高效管理快速增长的海量观测数据,如何实现全波段观测数据的融合及未来更大口径望远镜产生的海量数据归档与发布是目前新疆天文台急需解决的问题。新疆天文台数据中心面向天文学科研需求提供天文科学数据服务和基础设施,由新疆天文台计算机技术室负责运行与维护。数据中心以最新的虚拟天文台相关标准为基础建设,基本服务包括:为天文观测项目提供数据保存、管理和发布服务;为有价值的天文科学数据及二次处理后的数据提供长期保存和访问服务;为用户提供科学数据归档与发布服务及相关技术支持。数据资源主要有:新疆天文台25 m射电望远镜的脉冲星观测数据;活动星系核观测数据以及分子谱线观测数据。提供的数据服务有:PPMXL星表锥形检索;海量星表数据在线交叉认证;统一内容描述符信息查询等服务。主要介绍新疆天文台数据中心建设及其提供的服务,如何使用已发布的服务在线检索数据及利用标准虚拟天文台工具实现数据操作。     

中国虚拟天文台资源信息管理

信息技术的高速发展正在逐步影响着传统的科学研究领域,虚拟天文台(VO)就是其中的一个典型代表.它与当前最前沿的网格技术结合起来,以实现全球天文资源的共享,充分挖掘海量天文数据的科学潜能.在中国虚拟天文台的设计与实现过程中,我们采取了开放网格服务架构(OGSA)的体系结构,以服务的方式来组织和管理虚拟天文台中的资源.中国虚拟天文台资源管理系统的设计实现,资源信息的注册及发现是一个关键的问题,直接影响着整个系统的运行.本文以OGSA为基础,结合Globus Toolkit 3(GT3)的具体实现,阐述中国虚拟天文台资源信息管理系统的设计与实现.     

AstroGridCEA架构的应用研究

AstroGrid是一个成熟并已广泛运用的英国虚拟天文台（VO-Virtual Observatory）项目。公共执行架构（Common Execution Architecture,CEA）作为其重要组成部分,通过构建一套合理的接口和框架实现对虚拟天文台天文应用执行过程的建模。详细介绍了AstroGrid CEA的实现原理、基本架构、接口分析和应用模型,并通过CEA实现中国科学技术大学光谱处理数据的发布,完成基于FITS格式的锥型检索服务,最后在此基础上就如何运用CEA进行完整的讨论。     

中国虚拟天文台软件集成

虚拟天文台是一个通过先进的信息技术把全球范围内的天文研究资源无缝透明地联结起来组成的数据密集型在线天文研究环境。文章首先论述了在虚拟天文台系统中进行现有软件集成的必要性和可行性;并分析了软件集成的粒度问题;其次详细介绍了将现有软件封装为服务的常规方法;最后,介绍了ImageMagick图像处理软件的具体封装和实现流程,并作了详细讨论。     

FITS数据文件的检索和访问

普适图像传输系统(Flexible Image Transport System,FITS)是天文学领域应用最广泛的数据格式.自从20世纪80年代FITS格式被国际天文联合会(IAU)正式公布为国际标准以来,大部分的天文数据都是以FITS文件的形式在世界各地的数据中心和天文学家手中保存和交换.采用文件系统方式保存管理的FITS数据文件,很难适应程序化的检索和定位需求.随着FITS文件数量的不断增加以及虚拟天文台技术的发展,为这些以文件形式保存的天文数据提供检索功能的需求越来越迫切.FITS头以关键词值对的形式确切定义了所属FITS文件的结构,还提供了数据本身诸多特性的重要信息.FITS头中保存的这些信息可以满足大部分FITS数据文件查询检索的需求.将FITS头中的信息利用数据库来保存和管理,可以极大的方便对FITS文件的检索和定位.FITS头归档入库系统(FitHAS)是中国虚拟天文台项目开发的一个简单实用的FITS头信息归档入库工具,能够方便的将单个或者多个FITS文件的主FITS头信息导入到数据库中,为FITS数据文件的查询检索奠定基础,进而为虚拟天文台等更高层次的数据访问服务部署创造条件.本文介绍FITS数据格式,FITS头的基本结构;探讨虚拟天文台环境下FITS数据文件检索定位的实现方式;阐述FitHAS的功能特点、设计开发和使用方法.     

迈出国门的射电望远镜——中阿合作40米射电望远镜（CART）简介

中阿合作源远流长 中国与阿根廷的天文合作起步于上个世纪90年代初。当时,在第三世界科学院和北京天文台地球自转团组的联合支持下,北京天文台（国家天文台前身）天体测量研究室的鲁礼智、李智琛对阿根廷国立拉普拉塔大学和国立圣胡安大学天文台进行了访问。该访问促成了中阿在二型光电等高仪方面的合作。     

虚拟天文台教育门户建设构想

本文从天文教育的重要性及现状出发，探讨了基于虚拟天文台建设天文教育门户的必要性和可行性；初步设想了结合元数据描述方法，利用虚拟天文台的资源注册和发现机制、元数据记录自动生成机制、元数据集管理机制以及对元数据所标记的资源的查询机制来建设天文教育门户；提供了对我们有借鉴意义的美国教育资源门户网站的运行管理机制；最后对基于虚拟天文台的科学教育的发展前景作了展望。     

虚拟天文台与科学教育

本文分析了我国科学教育的现状，并从对提高公众科学素养有明显优势的天文教育着手，探讨了基于虚拟天文台的天文教育在培养科学方法、态度和精神方面的优势，以及其对虚拟天文台建设的促进作用。     

中国虚拟天文台体系结构

虚拟天文台是天文技术和信息技术结合的产物，其体系结构体现着与最新信息技术的结合。本文首先介绍虚拟天文台的工作流程和原理，进而介绍了虚拟天文台体系结构研究的最新进展。以网格技术为基础，给出了中国虚拟天文台的层次式体系结构和服务式体系结构。