宇宙科学連携拠点ERGサイエンスセンター：
衛星-地上-モデリングの統合データサイエンスに向けて

三好由純、関華奈子、堀 智昭、宮下幸長、桂華邦裕、
小路真史、瀬川朋紀（名古屋大学 太陽地球環境研究所）
篠原 育 (JAXA宇宙科学研究所)
田中良昌 （国立極地研究所）
ERG サイエンスセンタータスクチーム

ERG プロジェクト

ERG Science Center

衛星観測＋連携地上観測＋シミュレーション解析＝ERG プロジェクト

ERGプロジェクトのデータの特徴

ERG Science Center・領域が多様磁気圏-電離圏-地上・観測器が多様

人工衛星・地上観測によるデータ
・磁場、電場、波動、粒子、レーダー、カメラ、etc.
・観測点が多い：複数の衛星、多数の地上観測点

サイエンスの現場では、多種多様な人工衛星・地上観測によるデータを総合的に解析する必要があるデータベース・データ解析環境の現状•

データベースが点在：
世界各地の研究機関・大学等に分散している。
各機関が独自にウェブ上で公開していることが多い。

•

ファイル形式・フォーマットがばらばら：•プロット作成・解析ツールは基本的に自作：

基本的には、提供元がそれぞれで決めている。
プロジェクトごとに異なり、統一されていない。
ASCII （中のデータの並び方はいろいろ）、独自バイナリー、・・・統合的に一括して扱えるものはあまりない。
データごとに個別に対応しなければならない。

現象の理解のためには統合解析が重要ではあるが、データの種類が多いので、たいへん

ERG Science Center

ERG サイエンスセンター

ERG Science Center

ERG サイエンスセンター: データ・研究成果を世界に発信

全国の研究者のハブ的な機能を担いつつ主体となって推進
国内外関連大学・機関

国内外関連大学・機関

ERG -ground

ERG -modeling

ERG -satellite

ERG サイエンスセンター
ISAS-STEL宇宙科学連携拠点
STEL/GEMSISプロジェクト
データーベース

協力関係

統合解析ツール
IUGONET

研究者個人
コミュニティ

地上観測データ整備
SPEDASツール開発

ERG Science Center

ERG サイエンスセンターの取り組み

プロジェクトの多様なデータを使いやすく、解析しやすくするために、

取組１： データの標準化

データのファイル形式をCommon Data Format (CDF)に揃える(Hori+, 2014)

取組2：

統合解析ツールの開発
各種データを共通の統合解析ツールで解析できるようにする。
宇宙科学データ解析ツール （IDLプログラム）
Space Physics Data Analysis Software (SPEDAS)を採用

データの標準化(CDF)の利点•

ERG Science Center

STP分野の衛星データの多くがCDF(デファクトスタンダード）
・NASAから提供されているライブラリにより、 プラットフォームに依存せず、かつ、様々な言語(C、Fortran、IDL、Matlab、Perl、Python、C#、…)で読める。

•

メタデータを実データファイルに埋め込むことができる。
・DBアプリとの連携が可能。
・Rules of the roadなどの使用上の注意点を記載する。

•

自己記述型フォーマットのため、データの構造をプログラムで動的に読み取ることができる。
・データ構造に依存しない形で、読み込み→処理 のようなプログラムを書きやすい。

ERGプロジェクトにおけるデータの標準化作業

ERG Science Center

データ処理パイプラインやデータフォーマットの検討・設計中

ERG -satellite

国内外関連大学・機関

ERG連携地上観測グループのデータのCDF化と公開- 地上磁場 (210MM, MAGDAS, STEL etc)
- SuperDARN- OMTIsERG -ground

国内外関連大学・機関

現在、データフォーマットの検討中- SUSANOOデータのCDF化の試作
ERG -modelingCDFの設計と公開に至るステップ
0: 関係するPIによるコンソーシアムを結成
1: CDFのメタデータを作成する- ひな形（STP標準）をベース- 個別プロジェクトからのリクエストを実装- Rules of the road等は特に重要
2: CDF作成
3: PIによるチェック
4: 国内限定の試験公開
5: SPEDAS本体にprocedureを実装、世界公開

ERG Science Center

ERG Science Center

統合解析ツール SPEDAS

可視化

波形処理

周波数解析

共通コマンド群で共通化された処理 (可視化、時系列解析 etc)

SPEDAS
tplot変数 （メタデータ付きIDL構造体）

CDF%cdf2tplot, file名%cdf2tplot, file名

CDF

CDF

人工衛星観測のデータ

地上観測のデータ%cdf2tplot, file名

CDF/HDF

シミュレーションのデータ

統合解析ツール (SPEDAS）への参画

ERG Science Center

SPEDAS（Space Physics Environment Data Analysis System）
 THEMIS、ARTEMIS、Van Allen Probes衛星電場観測器、地上データの解析のために公開中。
 火星ミッション（MAVEN）、MMSでも使用。


プロジェクト（ERG、IUGONETなど）がプラグイン提供。
コミュニティソフトウェア候補のひとつ（like Solar Soft）。
コンソーシアム（Wikiなど）で多数参加型。

世界中で草の根的に広がり、コミュニティツールになりつつある。
様々なプロジェクトの多種多様データをシームレスに取得・解析できる。

SPEDASのメリット● インターネット上の各データベースにアクセス- 分散データベースを自由に利用- 現状はcold link. IUGONETで開発されたMDBとの連携は、ぜひ実装したい

ERG Science Center

インターネット上の各データサーバ
THEMISat UCB

CDAWebat NASA
地磁気指数
at WDC,Kyoto・・・ユーザ
SPEDASon IDL● メタデータ付データの利点を活用- CDFとの親和性の高さ-データ読み込み、可視化手順の自動化

SPEDASのメリット：草の根の開発による機能拡張

ERG Science Center● プラグイン方式の採用によるフレキシブルな拡張性
SPEDAS内部のディレクトリ構造
external
spedas_1_00

idl
projects

themisSPEDASのメリット：草の根の開発による機能拡張

ERG Science Center● プラグイン方式の採用によるフレキシブルな拡張性
SPEDAS内部のディレクトリ構造

spedas_1_00

external

iugonetprojects

themisidl

erg

groundERG_plug_in_tools
example・ERGプロジェクトに関連するデータにアクセス可能・ERGプロジェクトは、サイエンスセンターがソフトウェアを開発・実装
・データプロバイダーが、読み込みソフトを提供することも可能

SPEDASのメリット：草の根の開発による機能拡張● IUGONETとの連携- プラグインプロシージャーの共用化の例（エイリアス）■iug_load_gmag_mm210.pro
内部で erg_load_gmag_mm210.proを呼び出している。

■

erg_load_nipr.pro
内部でiug_load_gmag_nipr.proを呼び出している- IUGONET講習会への参加

ERG Science Center

ERG Science Center

独自ツール：ERGWAT (ERG Web Analysis Tool) の開発• ウェブ上での解析・可視化ツールの開発
・ SPEDASをエンジンとして、ウェブブラウザ上での解析環境の構築• ERG連携地上観測データ と衛星データの図の作成、各種解析• 学会発表の図などをWeb上で作成。
• 操作性、ライセンスの両面で、より多くの研究者に使っていただく

ERGサイエンスセンターによるSPEDAS機能拡張

ERG Science Center

1. 3次元プラズマ速度分布関数可視化アプリの開発
SPEDASによるE-tダイアグラム

速度分布関数のスライス

速度分布関数の等値面
速度空間上での散布図

17

ERG Science Center

ERGサイエンスセンターによるSPEDAS機能拡張
2. 数値計算ツールの実装
観測データ: プラズマ速度分布関数

計算結果：プラズマ波動成長率

観測データ：プラズマ波動

比較

観測データからのインプット

SPEDAS
計算結果(周波数、成長率など)
プラズマ分散ソルバー
C/fortranプログラム

ERG Science Center

Conjunction Event Finder (CEF) ～衛星-地上連携ツール• 衛星軌道とfootprintのQLプロットをウェブブラウザで閲覧可能。
• 地上全天カメラやレーダーの視野も表示。
• 衛星-地上の連携観測を探したり、観測計画を立案したりするのに有用。
• 各種衛星・地上観測データのQL図にもリンク。

4. まとめ

ERG
ERGScience
ScienceCenter
Center• ERG サイエンスセンターにおける- データの標準化- 統合解析ツールの取り組みを紹介。
・ SPEDASのメリット：- プラグイン方式により、様々なプロジェクトが共通のツールを用いてシームレスにデータを取得・解析できる。分散データベースの利点を活用。
・ 今後の取り組み：- ERG衛星データの標準化の設計とSPEDASへの実装- シミュレーションデータの実装の推進- IUGONETとの更なる連携：
STPコミュニティとして プロジェクト横断の開発コンソーシアム
SPEDASを活用した統合データサイエンスの推進