e-AIRS, an abbreviation of 'e-Science Aerospace Integrated Research System,' is a virtual organization supporting CFD(computational fluid dynamics) simulations, remote experimental service, and collaborative and integrative study between computation and experiment. e-AIRS works on the e-Science environment and research process is accomplished through the web portal. By the system development since 2005, a stable education system with the full support on fluid dynamics is successfully established and utilized to various fluid dynamic lectures in universities. By using e-AIRS system during a lecture, students can conduct the full CFD simulation process on the web and inspect the wind tunnel experiment via Access Grid. This kind of interactive lecture makes students to have a deeper understanding on the physics of fluid, as well as the characteristics of numerical techniques. The current paper will describe system components of e-AIRS and its utilization on education.
e-AIRS는 e-Aerospace Integrated Research System의 약어로, e-Science 인프라를 기반으로 한 항공우주 통합연구 환경을 말한다. 이러한 항공우주 통합연구 환경구축을 위한 첫 단계로, 공력분야의 통합연구를 위한 환경을 구축하였으며, 현재 e-AIRS 시스템을 통하여, 수치적 및 실험적 연구를 모두 수행할 수 있다. 사용자는 e-AIRS 웹 포털을 통하여 수치해석 연구의 전 과정을 수행할 수 있으며, 풍동실험의 요청 및 수치해석결과와 실험결과의 비교 연구, 그리고 협업 시스템을 이용한 연구자간의 협력 연구를 수행할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 e-AIRS 시스템의 구조와 기능 및 활용에 대해 설명한다.
네트워크 및 컴퓨팅 기술의 발달로 실생활에서 일어나는 다양한 현상을 수치적으로 계산하고 분석할 수 있는 웹 시뮬레이션 서비스가 활발히 사용되고 있다. 이 논문에서는 웹 기반 열유체 시뮬레이션을 제공하는 e-AIRS(e-Science Aerospace Integrated Research System) 서비스의 개선 및 활용에 대해 기술한다. 2008년부터 서비스된 e-AIRS는 안정성에 일부 문제가 있어 사용자가 종종 원활한 시뮬레이션을 수행하기 어려움이 있었다. 이 문제를 해결하기 위하여 화면 갱신 방법 개선, 서비스 분산처리, 개인별 시뮬레이션 작업량 할당, 데이터 로딩 시간 감소, 등의 개선 작업을 수행하였다. 개선 후 사용자가 110명에서 606명으로 증가했음에도 안정성에 대한 요구사항은 감소하여 효과적으로 개선이 이루어졌음을 알 수 있다. 매 학기마다 분석되는 시뮬레이션 서비스 활용 내역 및 사용자 요구사항은 보다 나은 서비스를 제공하기 위해 사용될 것이다.
본 연구에서는 위성관측 표면온도 및 해당 온도경향의 불확실성을 조사하기 위하여 북반구($30-90^{\circ}N$) 해양 지역에서 2003-2014년 4월 16-24일 기간에 세 종류의 위성관측 자료(MODIS IST, AIRS/AMSU SST, AIRS only SST)를 상호 비교하였다. AIRS/AMSU 표면온도값에 비하여 MODIS는 해빙과 해수의 경계지역에서 계통적으로 최대 1.6 K 높은 반면에, 해빙 지역에서는 2 K 낮았다. 이러한 주요 원인은 표면온도 산출알고리즘의 해표 정보(e.g., 해빙 탐지)를 위하여 MODIS는 적외 채널만을 사용하는 반면에, AIRS/AMSU는 마이크로파 및 적외 채널을 함께 사용하는 데에 있다. 미국 항공우주국(NASA's Goddard Space Flight Center; NASA/GSFC)은 AMSU-A의 노후화를 대비하기 위하여 AIRS/AMSU 알고리즘을 일부 수정하여 AIRS only 알고리즘을 개발하였다. AIRS/AMSU와 AIRS only 표면온도 사이에 평균 제곱근 오차(RMSE)값은 $30-90^{\circ}N$ 해양 지역에서 0.55 K이며, 편차(bias)는 0.13 K이었으며, 해빙/해수 경계 지역에서는 이들 차이가 더 크게 나타났다. 해빙 경계지역에서 AIRS/AMSU와 AIRS only 간의 차이가 다른 지역에 비하여 큰 이유는 AIRS only 알고리즘이 AMSU 마이크로파 자료 대신에 GCM (NOAA Global Forecast System) 온도 산출물을 사용하는 데에 있다. 세 종류의 위성관측 표면온도 자료는 $70-80^{\circ}N$ 위도대에서 유의적인 온도증가($0.23-0.28Kyr^{-1}$)를 보였다. 위성관측 표면온도들 간에 계통적인 불일치는 같은 방향(온도증가 또는 온도감소)으로 해당 온도경향 값들 간의 차이에 영향을 줄 수 있다.
Many engineering problems often require the large amount of computing resources for iterative simulations of problems treating many parameters and input files. In order to overcome the situation, this paper proposes an e-Science based computational system. The system exploits the Grid computing technology to establish an integrated web service environment which supports distributed high throughput computational simulations and remote executions. The proposed system provides an easy-to-use parametric study service where a computational service includes real time monitoring. To verify usability of the proposed system, two kinds of applications were introduced. The first application is an Aerospace Integrated Research System (e-AIRS). The e-AIRS adapts the proposed computational system to solve CFD problems. The second one is design and optimization of protein 3-dimensional structures.
공학 및 과학문제 해석을 위해 적용되는 전산 시뮬레이션은 다양한 변수 혹은 데이터의 변화를 통해 다수의 작업을 생성하고 계산함과 동시에, 생성된 결과를 비교 분석하기 위한 필수적인 기법이다. 본 연구에서는 그리드 컴퓨팅을 활용하여 웹상에서 대용량의 전산 시뮬레이션이 가능한 시스템을 개발하고, 이를 이용한 2가지 실제 응용사례를 제시한다. 첫 번째 응용사례는 e-AIRS(Aerospace Integrated Research Environment)라 명명된 연구포탈이다 e-AIRS는 수치해석 연구자가 대규모의 전산 해석을 실시하고, 실험 연구자가 원격지에서 실험을 요청하고 그 결과를 모니터링 할 수 있는 e-Science 연구환경을 제공한다. 두 번째 응용사례는 대규모 계산환경을 이용한 단백질 구조설계를 제시한다. 제안된 계산환경을 이용하여 생성된 단백질 전산 예측구조와 자연상태 구조를 비교하고, 제안된 계산환경의 유용성을 검토한다.
대한원격탐사학회 2006년도 Proceedings of ISRS 2006 PORSEC Volume I
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pp.301-304
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2006
For the purpose of investigating the contributions of various gases to climate change, the thermal radiation associated with greenhouse gases are extracted from AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) infrared radiances over the tropical pacific region. AIRS instrument which was launched on the EOS-Aqua satellite in May 2002 covers the spectral range from 650 cm-1 to 2700 cm-1 with a spectral resolution of between 0.4 cm-1 and 1 cm-1. In order to extract the thermal radiation absorbed by individual gases, the interfering background radiances at the top of the atmosphere are simulated using the radiative transfer code MODTRAN (MODerate spectral resolution atmospheric TRANsmittance). The simulations incorporated the temperature and water vapor profiles taken from NCEP (National Centers for Environmental Prediction) reanalyses. The differences between the simulated background radiance and AIRS-measured radiance result in the absorption of upward longwave radiation by atmospheric gases (i.e. greenhouse effect). The extracted absorption bands of individual gases will allow us to quantify the radiative forcing of individual greenhouse gases and thus those data will be useful for climate change studies and for the validation of radiative transfer codes used in general circulation models.
항공우주의 연구를 위해 대용량의 컴퓨팅 자원 이용, 실험 결과의 상호 교류 및 분석, 온라인 상에서의 자동 실행 등의 서비스가 요구된다. 본 논문에서는 이미 개발된 e-AIRS[1],[2]의 활용을 극대화하고 병렬해석에 많이 사용되고 있는 동적 파라메터 실험 서비스를 구현하고자 한다. 동적 파라메터 실험 서비스는 복잡한 현상을 포함한 다양한 계산 수행을 지원하기위해, 동적으로 파라메터를 생성하고 효율적으로 동시에 작업들을 실행하는 서비스이다. 또한 GT4(Globus Toolkit 4)[3] WSRF를 기반으로 웹 서비스로 구현하여 서비스의 이용 및 접근을 용이하게 하고자 한다. 연구자간의 효과적인 정보 공유 및 협의 서비스를 제공함으로써 항공 우주 연구 개발에 있어 효율적인 환경을 지원함은 물론 연구자간 협력을 통한 신뢰성 있는 결과 값을 도출할 수 있도록 하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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