В настоящее время в Украине, как и во всем мире, получают широкое распространение распределенные информационные системы, предоставляющие доступ к большим хранилищам информации и другим ресурсам (данным физических экспериментов, моделям, курсам дистанционного обучения и т.д.). Информационные технологии и новейшие достижения в области высокопроизводительных вычислений сегодня доступны всем заинтересованным лицам практически в любой сфере человеческой деятельности. 

Так, важнейшей международной инициативой в области создания глобальных систем наблюдения за экологическими процессами является «система систем» GEOSS (Global Earth Observation System of Systems). Она должна интегрировать существующие в мире системы, связанные с использованием наблюдений Земли, в единую концептуальную структуру и обеспечить получение результатов на новом качественном уровне. 

В настоящее время активно реализуется рабочий план Секретариата GEO на 2007—2009 годы, предусматривающий в том числе создание архитектуры «системы систем» GEOSS. Поскольку GEOSS предполагает объединение разных систем, важнейшей задачей является определение и разработка принципов и технологий интеграции компонентов и систем GEOSS, которые позволят наиболее полно реализовать требования, выдвигаемые конечными пользователями. Сегодня для решения этих задач используется сервис‑ориентированная архитектура и Grid‑технологии.

Англоязычный термин «grid» имеет двойной смысл. С одной стороны, он является аббревиатурой от Global Resource Information Database (глобальная база данных информационных ресурсов), с другой — в переводе означает «сеть», и здесь аналогией может служить электрическая сеть, обеспечивающая пользователя электроэнергией, в то время как он даже не догадывается, какая из электростанций эту энергию вырабатывает. По существу, Grid‑система позволяет объединить разнородные информационные и вычислительные ресурсы для решения сложных задач. При этом обеспечивается авторизация и разграничение доступа пользователей к системе, а также прозрачность решения их задач.

Для построения Grid‑систем необходимо использовать специализированное программное обеспечение middleware, позволяющее осуществить интеграцию распределенных информационных и вычислительных ресурсов, принадлежащих различным административным доменам, в единую виртуальную организацию (ВО) — временное объединение географически распределенных организаций для совместного решения сложных задач. Таким образом, Grid‑система являет собой распределенную программно‑аппаратную среду, которая позволяет в удаленном режиме задействовать любые ресурсы этих устройств (процессорных, оперативной и постоянной памяти, программ и данных).

Более 70 стран и Украина в том числе заявили о своем участии в создании системы GEOSS. В настоящее время ведутся работы по созданию информационной системы GEOUA, которая должна стать составной частью GEOSS. Речь идет о целом комплексе организационных, технических мероприятий и научных исследований, основным звеном которых является интеграция усилий и ресурсов разной природы, а также взаимодействие организаций разного подчинения. Перед участниками GEOSS стоит задача организовать такое взаимодействие на уровне интегрированной информационной системы, которое было бы ориентировано на решение конечной задачи с привлечением дистанционных данных, результатов непосредственных измерений, а также моделирования. 

Среди важнейших прикладных задач, решаемых в рамках системы GEOUA, выделим следующие: мониторинг и прогнозирование наводнений, оценка видового биоразнообразия, мониторинг засух и прогнозирование урожайности. Необходимо отметить, что для эффективного решения этих вопросов используют как спутниковые данные, получаемые в разных спектральных диапазонах, с разными пространственными и временными характеристиками, так и данные наземных измерений и данные моделирования. При этом обработка и интеграция больших объемов данных требует использования высокопроизводительной техники и параллельных вычислений.

В условиях глобального потепления наводнения относятся к наиболее масштабным стихийным бедствиям, приводящим к значительным материальным и человеческим потерям. Поэтому мониторинг и прогнозирование рисков, связанных с наводнениями, насущно необходимы. Институт космических исследований НАНУ‑НКАУ совместно с Институтом кибернетики НАНУ разработали информационную технологию мониторинга и прогнозирования наводнений (http://floods.ikd.kiev.ua). Для прогнозирования параметров наводнений (уровень и расход воды, затопленные территории) используется каскад моделей: региональная модель численного прогноза погоды WRF (Weather Research and Forecasting, модель исследования и прогнозирования погоды) и гидрологическая модель. Кроме того, учитываются данные наземных метеорологических станций, наземных измерений и регулярных спутниковых наблюдений. 

Решение этой задачи подразумевает сложные математические вычисления и невозможно без привлечения суперкомпьютерной техники. В настоящее время указанные модели сконфигурированы и адаптированы для работы на территории Украины с пространственным разрешением 10 км. Используя суперкомпьютеры семейства СКИТ, регулярно, 4 раза в сутки, создаются метеорологические прогнозы для территории Украины сроком на 72 часа. Созданная информационная технология распространена и на территории других стран, используется в рамках архитектуры глобальной системы GEOSS и в интересах международной организации Красного Креста.

Институт космических исследований НАНУ‑НКАУ совместно с Центром аэрокосмических исследований Земли НАНУ разработали метод оценки видового многообразия растительного и животного мира Причерноморского региона Украины в контексте развития украинского сегмента системы GEOSS. Полученные результаты представляются в интернет (http://biodiv.ikd.kiev.ua/) с помощью специального картографического веб‑приложения, которое позволяет пользователю просматривать индекс биоразнообразия, а также факторы, влияющее на него.

Для мониторинга засух и прогнозирования урожайности используются различные параметры земной поверхности, полученные на основе обработки спутниковых данных и данных моделирования: температура земной поверхности, влажность, типы земного покрытия, вегетационные индексы и т.д. Эта информация доступна через интернет по адресу http://land.ikd.kiev.ua.

Описанные прикладные задачи являются ресурсоемкими и требуют высокопроизводительных вычислений. Аппаратная платформа для их решения не ограничивается возможностями одного кластера. Эти задачи решаются в рамках Grid‑инфраструктуры, объединяющей ресурсы Института космических исследований НАНУ‑НКАУ, Института кибернетики НАНУ и Наземной станции приема данных ДЗЗ Китайской академии наук (RSGS‑CAS) и интегрированной с Украинским академическим Grid‑сегментом (http://uag.bitp.kiev.ua/). Использование Grid‑технологий обусловлено необходимостью проводить вычисления в режиме реального времени, с тем чтобы иметь возможность быстро реагировать на возникновение чрезвычайных ситуаций, а также эффективно управлять большими объемами данных. Для совместной работы вычислительных ресурсов, которые функционируют на различных платформах, используется портал, построенный на платформе GridSphere.

Созданная Grid‑система входит в состав пилотной архитектуры GEOSS. В перспективе объединение вычислительных и информационных ресурсов разных стран в рамках GEOSS позволит решать поставленные задачи в межрегиональном масштабе.