ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 571-576
УДК 550.389+550.383
КОМПЛЕКСНАЯ БАЗА ДАННЫХ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ СЪЕМОК НА НЕМАГНИТНОЙ ШХУНЕ "ЗАРЯ"
© 2007 г. Л. А. Баткова, В. Г. Боярских, И. М. Демина
Санкт-Петербургский филиал Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН (СПбФ ИЗМИРАН) e-mail: irina-demina@mail.ru Поступила в редакцию 06.07.2006 г.
Результаты многолетних экспедиционных исследований пространственной структуры компонент главного магнитного поля Земли, выполненных на уникальной немагнитной шхуне "Заря", хранились в СПбФ ИЗМИРАН в аналоговом виде, что делало, практически, невозможным их широкое использование. В течение ряда последних лет сотрудниками СПбФ ИЗМИРАН был выполнен перевод всей полученной в ходе рейсов "Зари" магнитной информации в цифровой вид, разработан и осуществлен проект специализированной базы данных, включающей результаты магнитных съемок на акватории океанов. В данной работе содержится краткое описание рейсов "Зари" в океанах, представлена структура базы данных и разработанный пользовательский интерфейс.
PACS: 93.85.Bc; 93.85.Jb
1. ВВЕДЕНИЕ
Немагнитная шхуна "Заря" была построена в Финляндии в 1952 году. Ее уникальное магнитометрическое оборудование было разработано в ЛО (ныне СПбФ) ИЗМИРАН. Этот научный комплекс позволил впервые в мире осуществить непрерывные измерения вертикальной 2 и горизонтальной Н компонент магнитного поля Земли, а также его склонения В и модуля Т в движении. Ранее такого рода измерения проводились на научных судах "Галилей" и "Карнеги", но только в отдельных точках. В ходе 11-летних экспедиционных исследований в период с 1957 по 1968 гг. на немагнитной шхуне "Заря" были выполнены измерения компонент геомагнитного поля на акваториях Атлантического, Тихого и Индийского океанов [Морские..., 1986]. В то время это были единственные систематические измерения такого рода в океанах. Уникальность и информационная ценность данных "Зари" нисколько не уменьшилась и с появлением магнитометрических комплексов на специализированных спутниках. Во-первых, из-за большой высоты полета спутников получаемые с их помощью измерения сильно обеднены, а кроме того, магнитное поле Земли постоянно изменяется во времени, и ранее выполненные измерения уже никогда не могут быть повторены. Таким образом, данные шхуны "Заря" содержат уникальную информацию о вековом ходе главного поля и, следовательно, о динамике происходящих внутри Земли процессов.
2. МАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ,
ВЫПОЛНЕННЫЕ НА ШХУНЕ "ЗАРЯ" В ОКЕАНАХ
Наибольшая плотность съемок, выполненных немагнитной шхуной "Заря", приходится на Атлантический океан. Здесь измерения были начаты в экспедиции 1957-1958 гг., продолжены в 1964 и в ходе экспедиции 1965-1966 гг. Завершены систематические исследования в Атлантическом океане были в 1968 году работами в Северной Атлантике. Всего с измерениями было пройдено более 81000 морских миль. Позднее в разные годы в Атлантике проводились магнитные измерения по пути следования шхуны к другим плановым районам.
В первой научной экспедиции 1957-1958 гг. кроме измерений в Атлантике были выполнены 5 профилей в Индийском океане. Затем в 1959 году измерения проводились вдоль северного и восточного побережья Индийского океана. Дополнено изучение магнитного поля Земли в этом регионе было в ходе экспедиции 1966-1967 гг. Общая протяженность профилей в Индийском океане составляет примерно 69000 мм.
В ходе двух экспедиций шхуна "Заря" выполняла измерения компонент геомагнитного поля в Тихом океане. В 1960-1961 гг. исследования проводились в Австрало-Азиатских и Дальневосточных морях. А также, были выполнены два круговых маршрута в центральной и южной областях Тихого океана. Эти измерения были дополнены в 1962-1963 гг. профилями в северной и центральной частях Тихого океана. Всего с измерениями
572 90
60
30
-30
-60
-90
-180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90
Рис. 1. Схема рейсов немагнитной шхуны "Заря" в океанах.
120 150
180
было пройдено 67000 мм. Схема рейсов шхуны "Заря" представлена на рис. 1.
Кроме исследований пространственной структуры геомагнитного поля в океанах, немагнитная шхуна "Заря" выполняла компонентные измерения в Норвежском, Средиземном, Северном и Балтийском морях. Причем на акватории двух последних была выполнена систематическая магнитная съемка, допускающая построение подробных цифровых карт. К настоящему времени это сделано только для региона Балтийского моря в рамках Международного проекта [Sas-Uhrynows-Ы А. й а1., 1998].
Экспедиционные исследования на шхуне "Заря" продолжались вплоть до 1991 года. За эти годы был накоплен огромный уникальный экспериментальный материал, который, практически, был недоступен для использования, поскольку хранился в аналоговом виде: навигационные карты и графики компонент поля. Лишь небольшая часть данных передавалась в Мировой Центр Данных в виде вручную составленных таблиц часовых значений компонент. Группа морских геомагнитных исследований СПбФ ИЗМИРАН поставила перед собой задачу перевода всей накоп-
ленной в ходе 30-летней экспедиционной работы шхуны "Заря" информации в цифровой вид и создания специализированной базы данных (БД "Заря"). Во время подготовки имеющейся разрозненной информации к созданию БД проводилась всесторонняя, комплексная проверка как магнитной, так и навигационной информации на основе контроля скорости судна, пройденного расстояния, сверки по судовым журналам точек обсервации и изменения судового времени. Кроме того, собиралась и систематизировалась информация об условиях (в том числе, метеорологических) проведения измерения.
3. СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ "ЗАРЯ"
Основу базы данных (БД) составляют информационные таблицы, содержащие значения компонент геомагнитного поля, соотнесенные с координатами и временем точки измерений. Эти таблицы сопровождаются вспомогательными таблицами, предназначенными для хранения дополнительных сведений и обеспечения связи между основными. Базовой связывающей таблицей выбран список профилей. Сохранение за данными при-
0
Рис. 2. Структура БД "Заря".
надлежности к одному профилю позволяет использовать информацию о квазипрямолинейных участках и точках пересечения профилей. По коду профиля таблицы со значениями поля связываются с остальными информационными таблицами. Список профилей связан со списком рейсов. В отсутствии картографической основы и необходимого программного обеспечения быстрый отбор данных для конкретного региона осуществляется за счет введения таблицы рейсов, связанной со справочной таблицей регионов. Список регионов содержит только океаны и отдельные моря, где проводились исследования, но допускает введение новых элементов за счет разделения крупных объектов. В случае использования геоинформационной системы (ГИС) надобность в такой таблице просто отпадает. Другая чисто справочная таблица - это тип съемки. Эта таблица позволяет отличать измерения, выполненные на отдельных профилях (маршрутная съемка) от измерений, выполненных на полигонах (площадная съемка), в том числе, если и те, и другие выполнялись в течение одного и того же рейса. Структурная блок-схема проекта БД "Заря" показана на рис. 2.
Информация о приборах, использовавшихся в разное время на НИС "Заря", представляет собой отдельную базу, связанную с основной БД через
таблицу рейсов. Эта база позволяет определить, какими приборами проводились измерения соответствующих компонент поля в каждом рейсе. Дополнительная информация, касающаяся отдельных рейсов и представляющая, в первую очередь, ценность с точки зрения истории исследований, проводившихся на "Заре", в настоящее время заносится в БД как комментарий к каждому рейсу. Другого рода информация, которая, как мы полагаем, может быть полезна для практического использования представляемой БД, касается специфики условий проведения измерения и соотнесена с конкретным профилем. К такой информации мы отнесли: экстремальные погодные условия; уровень геомагнитных вариаций и магнитные возмущения; океанические и морские течения; вынужденное отключение и ремонт аппаратуры; изменения курса, вызванные внешними условиями.
Перечисленная выше дополнительная информация содержится в базе в виде комментария к конкретному профилю. Поиск и отбор информации по этим признакам в настоящее время не предусмотрен. В то же время, если в ходе эксплуатации БД появятся заявки на предоставление такой информации, разработанная структура БД позволяет легко выделить любой из этих признаков в самостоятельную таблицу, которая может
Рис. 3. Пользовательский интерфейс к БД "Заря".
быть связана с базовыми таблицами через код профиля.
Таблица со списком профилей, кроме кодового поля, по которому осуществляется связь с другими таблицами, содержит информационное поле с названием профиля. В качестве названия фигурирует имя файла, соответствующего квазипрямолинейным отрезкам профиля. Использование такой структуры позволяет связать БД с таблицей точек пересечения профилей, а также, при необходимости, вернуться к любому этапу первичной обработки.
Таблица рейсов должна была бы содержать только перечень рейсов и время их проведения, это позволило бы привязать к ним профили, с одной стороны, и информацию об использовавшейся магнитометрической и навигационной аппаратуре, с другой стороны. Однако в нашем случае, в отсутствие картографической основы, чтобы получить информацию о районах проведения измерений, требуется введение дополнительного поля, позволяющего, хотя бы в общих чертах, определить, где именно выполнялись работы в ходе данного рейса.
Предложенный проект БД позволяет получить информацию о месте, времени и результатах выполненных измерений, а также об использовавшейся аппаратуре, допускает расширение и включение новых таблиц. Установленные связи позволяют обеспечить целостность БД и не допускают появления внутренних ошибок, связанных с возможными переименованиями или другими корректировками данных. Dbf формат позволяет встраивание БД, практически, в любую ГИС.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СОЗДАНИЕ
ИНТЕРФЕЙСА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ДОСТУП
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.