La NASA ha finanziato cinque nuovi progetti per sviluppare strumenti e tecnologie per rendere gli enormi set di dati di scienze della Terra dell'agenzia più accessibili e di facile utilizzo.

Svegliati. Accendi il portatile. Inizia a elaborare i dati dispersi nell'aria delle foreste Adirondack a New York. Fare il caffe. Fare colazione. Allaccia la cintura di sicurezza del laptop aperto sul sedile del passeggero mentre continua a sgranocchiare numeri. Guidare per andare al lavoro.

Quella era la routine mattutina di Sara Lubkin come scienziata all'inizio della carriera presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Una volta al lavoro, avrebbe usato il suo computer desktop, mentre il suo laptop ha trascorso diligentemente le successive 12 ore a elaborare i dati degli strumenti aerei per le informazioni rilevanti di cui aveva bisogno per studiare i parassiti invasivi degli alberi di cicuta.

Visualizzazione della Terra

I set di dati di scienze della Terra della NASA forniscono diverse prospettive e informazioni sul nostro pianeta, come si vede qui in questa visualizzazione dei dati delle osservazioni dell'uragano Matthew nell'ottobre 2016. Crediti:Scientific Visualization Studio della NASA

"Non sono un informatico, Sono uno scienziato terrestre, " disse Lubkin, che ora lavora come funzionario del programma per la NASA Earth Science Data Systems' Advancing Collaborative Connections for Earth Systems Science, o ACCESSO al programma. Ma la sua esperienza come ricercatrice non è unica.

Trascorrere lunghi periodi di tempo semplicemente inserendo i dati delle scienze della Terra in una forma utilizzabile per l'analisi è una situazione comune per i ricercatori che lavorano con i grandi set di dati che provengono dal campo della NASA, missioni aeree e satellitari. Download di file enormi, convertire formati di dati, localizzare le stesse aree di studio in più dataset, scrivere codice per distinguere diversi tipi di terreno in un'immagine satellitare:questi tipi di attività consumano il tempo che gli scienziati preferirebbero utilizzare per analizzare le informazioni effettive nei dati.

È qui che entra in gioco il programma ACCESS. Parte della divisione Earth Science Data Systems dal 2005, ACCESS trova modi innovativi per semplificare i lunghi tempi di elaborazione. Il programma finanzia progetti di ricerca biennali per migliorare la gestione dei dati dietro le quinte e fornire set di dati e servizi pronti all'uso a scienziati, ha detto Lubkin.

Nel mese di giugno, La NASA ha selezionato cinque squadre della NASA, ricercatori universitari e di informatica commerciale dalla tornata di candidature del 2017 in una serie di progetti che utilizzeranno l'apprendimento automatico, cloud computing e funzionalità di ricerca avanzate per sviluppare strumenti per migliorare la gestione dietro le quinte di set di dati NASA selezionati.

"Investiamo continuamente nello sviluppo e nella valutazione delle più recenti tecnologie per migliorare i sistemi di dati scientifici, "ha detto Kevin Murphy, dirigente del programma per i sistemi di dati di scienze della terra della NASA presso la sede della NASA a Washington. Ma più di questo, vogliono assicurarsi che gli strumenti e la tecnologia aiutino i veri scienziati ad affrontare problemi reali.

Ogni progetto ACCESS ha scienze della Terra e scienziati informatici coinvolti dall'inizio alla fine, disse Murphy. "Con il programma ACCESS, stiamo davvero cercando di capire, Per esempio, come funzionano le correnti oceaniche, ma stiamo cercando di farlo ora con dati così grandi che abbiamo bisogno di un team di esperti che possano lavorare insieme per risolvere le grandi questioni di scienza e big data".

I progetti integreranno la gestione dei dati, distribuzione e altri servizi forniti dal sistema di dati e informazioni del sistema di osservazione della terra (EOSDIS), che gestisce e memorizza i dati della NASA raccolti dai satelliti di osservazione della Terra, aerei e campagne sul campo. EOSDIS dispone di 12 centri dati e archivi interconnessi situati negli Stati Uniti, che sono organizzati per disciplina. Attualmente, questi centri ospitano 26 petabyte di set di dati della Terra, ovvero 26 milioni di gigabyte, o dati sufficienti per aver bisogno di 52, 000 computer ciascuno con 500 gigabyte di spazio di archiviazione. Si prevede che tale numero aumenterà fino a 150 petabyte entro cinque anni con il lancio di nuovi satelliti.

"I dati satellitari sono big data, "ha detto Jeff Walter, uno dei principali investigatori di ACCESS 2017 e ingegnere capo per i servizi di dati scientifici presso l'Atmospheric Science Data Center presso il Langley Research Center della NASA a Hampton, Virginia. "È molto complesso e talvolta difficile da usare, anche per utenti esperti. Oltre al volume, che rende difficile per gli utenti acquisire, archiviare e gestire, c'è anche la complessità sia del formato che del contenuto. Gli utenti spesso devono dedicare molto tempo a capire come sono organizzati i dati e cosa rappresentano i vari parametri."

Il progetto di Walter è uno dei tre che utilizzerà il cloud computing per alleviare i problemi di download e archiviazione per gli utenti. A partire da due set di dati atmosferici, il suo team svilupperà anche un modo per convertire i formati di dati satellitari in quelli che possono essere letti dal software commerciale del sistema informativo geospaziale (GIS).

"Il nostro progetto mira ad abbassare la barriera all'ingresso di una potenziale nuova comunità di utenti che potrebbe trovare nuovi modi per utilizzare questi dati, e che hanno più familiarità con i tipi di strumenti GIS, " ha detto Valter.

Gli altri due progetti di cloud computing svilupperanno strumenti di elaborazione e analisi open source, incluso uno progettato per i set di dati oceanici. Un quarto progetto utilizzerà l'apprendimento automatico per rilevare i cambiamenti nel tempo nelle osservazioni del territorio, a partire dal rilevamento di frane, inondazioni e sollevamenti causati dall'attività vulcanica. Il quinto progetto svilupperà un metodo automatizzato per allineare set di dati che osservano la stessa posizione in modo che i ricercatori possano combinare più di un tipo di informazioni su un luogo.

Al completamento, i ricercatori di ACCESS lavoreranno a stretto contatto con i team di EOSDIS per incorporare i loro progressi nelle operazioni quotidiane dei data center. Una volta che questi nuovi strumenti sono a posto, è allora che può fiorire il vero potere dei set di dati di scienze della Terra aperti e liberamente disponibili, secondo Murphy. Dati di facile utilizzo significa che entrano nelle mani dei responsabili delle decisioni, organizzazioni non governative, scienziati che studiano applicazioni correlate e ricercatori in diversi campi che potrebbero avere nuovi usi per esso.

"Quando rendi questi prodotti aperti e accessibili, hai un sacco di cose non volute, buone conseguenze scientifiche, "Murphy ha detto, citando esempi che includono il rilevamento del movimento delle acque sotterranee dallo spazio, rilevamento rapido di incendi boschivi e utilizzo di luci notturne per studiare l'uso dell'energia umana. "La NASA ha molte informazioni molto preziose, e il programma ACCESS cerca davvero di aiutare gli scienziati non solo ad affrontare le questioni scientifiche primarie, ma anche a capire il nostro ambiente e a pianificare il nostro futuro".