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JVO の研究開発－プロトタイプの概要－
本田 敏志†

白崎 裕治†

田中 昌弘†

安田 直樹††

大石 雅寿†

水本 好彦†

増永 良文††††国立天文台 〒181-8588 東京都三鷹市大沢 2-21-1††東京大学 宇宙線研究所 〒277-8582 千葉県柏市柏の葉 5-1-5†††お茶の水女子大学 理学部 情報科学科 〒112-8610 東京都文京区大塚 2-1-1
E-mail:あらまし†{honda.satoshi,yuji.shirasaki,masahiro.tanaka,masatoshi.ohishi,mizumoto.y@nao.ac.jp,††yasuda@icrr.u-tokyo.ac.jp, †††masunaga@is.ocha.ac.jp

Virtual Observatory（仮想天文台）は様々な観測所において独立に管理されている観測データやカタログなど天文データベースへのアクセスを一元的に行い、連携した検索・解析をGRID技術を用いて行うことを目標としたシステムである。我々は、これまでにJVOプロトタイプの構築を行い、天文データベースへのアクセスするための問い合わせ言語JVOQLと、GRID技術をつかって、実際に分散配置された天文データベースの検索ができることを確認した。本稿ではJVOプロトタイプの概要とプロトタイプ第2版について述べる。
キーワード 天文学 DB, 分散 DB, DB 言語, 科学 DBConstruction of Japanese Virtual Observatory－Outline of JVO prototype－
Satoshi HONDA†

Yuji SHIRASAKI†MIZUMOTO†

Masahiro TANAKA† Masatoshi OHISHI† Yoshihiko

Naoki YASUDA†††National Astronomical Observatory of Japanand Yoshifumi MASUNAGA†††
2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo, 181-8588 Japan††Institute for Cosmic Ray Research, University of Tokyo, 5-1-5 Kashiwa-no-Ha, Kashiwa, City, Chiba,277-8582, Japan†††Department of Information Science, Ochanomizu University, 2-1-1 Otsuka, Bunkyo-ku, Tokyo, 112-8610, Japan
E-mail:†{honda.satoshi,yuji.shirasaki,masahiro.tanaka,masatoshi.ohishi,mizumoto.y@nao.ac.jp,††yasuda@icrr.u-tokyo.ac.jp, †††masunaga@is.ocha.ac.jp

Abstract The JVO aims to provide federated astronomical database and data analysis environment through the Gridtechnology. We have build the prototype of JVO, and we confirmed that it could search the distributed astronomical databaseusing the GRID technology and query language for access astronomical database (JVOQL). This paper describes the outline ofthe prototype of JVO and the second version.
Keyword Astronomical DB, Distributed DB, DB language, Scientific DB

1. は じ め に化する天体の観測データは、その瞬間の現象が再現さ天文学の研究は、古代より様々な天体を観測し、それるとは限らないので、二度と手に入らない極めて重の観測データから天体の素性を推測してモデルを作る要なデータとなる。その上、天文観測では観測する波という手法によって進歩してきた。天文学では実験が長域が違えば同じ天体でもまったく違った情報を得る出来ないため、その作られたモデルは、さらなる観測ことができるため、複数の波長域で得られた観測デーをおこなうことによって検証される。そのため、観測タの比較や、過去に得られた観測データと比較するこを継続するとともに、過去の観測データを収集し、比とによって、天体の物理的性質を研究している。

較することが最も重要である。特に、時間とともに変このように、天文の観測データは様々な角度から利用される可能性があることから、写真技術の進歩やデー タ ベ ー ス シ ス テ ム を「 望 遠 鏡 」、そ の デ ー タ を 解 析 す

ジタル化の影響も手伝って、ほとんどの観測で、デーるツールを「観測装置」として、データアーカイブにタを保存しておくことが習慣となっており、観測デー

記 録 さ れ た 宇 宙 を 観 測 す る と い う 意 味 か ら VO(Virtual

タの客観性も高まっている。

Observatory) と 呼 ば れ る シ ス テ ム の 開 発 が 世 界 中 で 進
め ら れ て い る [1],[2]。

2. 天 文 デ ー タ ベ ー ス の 現 状 と VO の 必 要 性
近年の天文観測は、望遠鏡や検出器の発展により、VO の 開 発 は 主 に 以 下 の よ う な こ と を 目 標 と し て 進
められている。

非常に精度の高いデータが大量に生産されている。た・

いつでも、どこでも観測ができる。と え ば 、 国 立 天 文 台 野 辺 山 観 測 所 は ～ １ TB/年 、 ハ ワ

・デ ー タ 解 析 は VO 内 部 で 行 い 、 大 量 の デ ー タ 転送を行わない。

イ の す ば る 望 遠 鏡 は ～ 20TB/年 、 現 在 チ リ で 建 設 中 のALMA に い た っ て は ～ PB/年 の デ ー タ が 生 産 さ れ る 。
これらのデータはアーカイブデータとして公開され、・観測装置によらない統一的な操作性により、多波長にわたる研究を容易にする。

その結果、実際の観測者によって得られた研究結果だ

これらを実現することにより、新しい発見や、大量デけでなく、アーカイブデータを使うことによって得らータの統計的研究が進むことだけでなく、教育や啓蒙れ た 研 究 結 果 も 数 多 く 生 み 出 さ れ て い る 。 特 に 、 HSTに役立つことが期待されている。

（ハッブル宇宙望遠鏡）で得られるような地上の望遠

本 稿 で は 我 々 が 開 発 を 行 っ て い る VO の プ ロ ト タ イ

鏡では得ることが不可能な貴重なデータは、観測者にプについて、概要と動作の流れ、そして実際に天文デよる一定の占有期間を経たのちにすべてアーカイブデータを使ってサイエンスを行った結果について述べる。

ータとして公開されることを前提としており、ネットワークを使って自由にアクセスすることが可能となっている。
先に述べたように、天文観測では複数の波長域での3. JVO の 開 発 と我 々 は 日 本 の VO(JVO) の 開 発 を 進 め て お り [3]こ れ
ま で に プ ロ ト タ イ プ の 構 築 を 行 っ た [4],[5]。

観測データは極めて重要である。しかしながら、一般

JVO の 開 発 は 、必 要 と 考 え ら れ る 最 低 限 の 機 能 の みに波長域の違うデータはそれぞれ異なった観測装置でを実装したプロトタイプを作成し、その評価を行った

観測され、異なった観測装置によって得られたデータ後に改良を加え、新たな機能を追加した次のプロトタを扱うには、それぞれの観測データがアーカイブされイ プ を 作 成 し て い く と い う 方 針 で 行 っ て い る [4]。ているデータベースにアクセスし、必要なデータを検プロトタイプの第 1 版は、次の機能が実際に機能す索して取得した後に、観測装置固有の情報を用いた解るのか評価することを目標として開発された。新たに析を行う必要がある。そのため、複数の波長域のデー

問 い 合 わ せ 言 語 と し て SQL を 拡 張 し た JVOQL を 定 義

タ を 扱 う に は 多 大 な 労 力 が 必 要 で あ る 。上 述 の HST でし、複数の分散データベースを統一的に扱う方法を開は装置の特性パラメタを含む最適化された手法を解析

発 し た [6]。 JVOQL は 、 不 特 定 多 数 の デ ー タ ベ ー ス をパッケージとして公開していることもあり、アーカイ検索、天体の座標を指定して検索、と言った想定されブデータを使った研究が非常に多いが、一般にこのよる検索方式を考慮している。観測データは世界中の観うな作業を行うにはある程度の観測装置に関する知識測所や研究所の計算機に置かれ、ネットワークで接続と解析の経験を必要とする。

されているが、これらの計算機資源を透過的に使うた

さらに、近年盛んに行われているサーベイデータを扱うにはデータの転送や解析に現状の計算機資源ではめ に GRID 技 術 を 採 用 し た 。 こ れ ら の 機 能 は 十 分 動 作
す る こ と が 実 証 さ れ た [4]。

不十分な場合が多い。そのため、貴重な情報が含まれプロトタイプ第 2 版では、第 1 版の評価を元にシスている可能性があるにもかかわらず、ほとんど使われテムの改良を行った。以下、それぞれプロトタイプ第ることの無いアーカイブ化されたデータも多数存在す

1 版、第 2 版について述べる。

る。
そこで、複数の波長域のデータを使った統計的な研究を行うために、分散配置されたデータベースへ一元

3.1. JVO プロトタイプ第 1 版
プ ロ ト タ イ プ 第 1 版 は 主 に JVOQL を 投 入 す る メ イ的にアクセスし、各データベース同士で検索や解析がン コ ン ト ロ ー ル ウ ィ ン ド ウ (図 1)と 、検 索 結 果 を 表 示 すできるシステムが必要である。このような研究を可能る ペ ー ジ (図 2)か ら な る 。に す る た め に 、 Web サ ー ビ ス 、 GRID 技 術 、 デ ー タ ベ

実 際 の 使 用 は 、メ イ ン ウ ィ ン ド ウ を 起 動 し 、JVOQLース技術など様々な情報技術を用いた研究が進められ

入 力 フ ィ ー ル ド に JVOQL を 入 力 し 実 行 す る こ と で 、ており、特に、観測データを収め管理する計算機やデJVOQL が JVOQL パ ー サ に 送 ら れ る 。パ ー サ は JVOQL

の定義に従って指定された検索要求を構文解析し、利ユ ー ザ ー イ ン タ ー フ ェ ー ス を 開 発 し た (図 4)。検 索 条 件用するサーバ、必要なカラムの情報などを抽出する。

として、対象となるカタログ・画像データベース、天複数のサーバへの検索が記述された検索要求を個々の球座標、観測時刻、波長、画像取得、出力形式、クロサーバが処理可能な検索スマッチ条件が指定できる。これらの機能により利用者 は SQL の 知 識 を 必 要 と す る こ と な く 、必 要 な 検 索 条件を指定できる。カタログを指定する部分では、データベースにアクセスし利用可能なカタログ・画像データベースの検索が行える。また各カタログのカラム情報の表示も可能である。検索・表示は汎用性をJava servlet、Java Beans、JSP か ら 構 成 さ れ る Web サ ー
ビスにより実現している。
得 ら れ る 結 果 は 、 天 文 学 デ ー タ を XML 形 式 で 記 述し た VOTable[7]と 呼 ば れ る VO で は 国 際 的 に 標 準 化 され た 形 式 で 得 ら れ 、 HTML に 変 換 し て 表 示 さ れ る (図2)。 デ ー タ の 転 送 に XML 形 式 で あ る VOTable を 採 用
す る こ と に よ っ て 、 将 来 的 に VO の 互 換 性 が 見 込 ま れ
る上、得られた結果をデータベースに登録して、さらに検索を行うことも考えられる。
実 際 に 、国 立 天 文 台 す ば る 望 遠 鏡 [8]の 観 測 デ ー タ をつかってカタログデータベース、画像データベースを異なるサーバに配置し、データベース検索、クロスマッチ検索、画像の切り出しなどを行い、性能評価を行

図１ メインコントロールウインドウった。その結果、解決すべき課題も明らかになった。

Fig.1 Main Control Window

例 え ば 、 GRID 機 能 を 実 現 す る た め に 利 用 し た Globus
Toolkit 2[9]は 認 証 の 部 分 で オ ー バ ー ヘ ッ ド が あ る た めに遅い。これはすぐに終わる処理を考慮して作られてお ら ず 、結 果 を 問 い 合 わ せ る 間 隔 が 長 い た め で あ る [2]。
利用者の検索結果などのデータ管理や稼動状況の把握も必要である。複数の利用者を想定した場合に、一部の利用者によって得られたデータが、ディスク容量を圧迫するといった、計算機資源の利用において互いに干渉する可能性が考えられる。

図２

検索結果の表示

Fig.2

Result page

要求に分解する。サーバごとに分解された検索要求は順番に並べられ、順に個々のサーバに検索要求が送られる。各サーバに実行要求が送られ、実行されていく様 子 は モ ニ タ ー す る こ と が で き る (図 3)。
JVOQL の 入 力 に は QL を 直 接 入 力 す る こ と も で き るが 、 利 用 者 が 指 定 す る 検 索 条 件 を JVOQL に 変 換 す る

図 3Fi g.3

モニター画面
Monitor windowٛ3.2. JVO プロトタイプ第 2 版

され、パーサおよびスケジューラがそれを元に実行手

観測データは常に追加されていくため、ユーザが利順を作成し、エクゼキュータによって各サーバへ問い用可能なデータベースのリストは登録や更新が容易に合 わ せ る 。GRID 機 能 の 実 現 に は Globus Toolkit の 最 新行える必要がある。第 2 版では、観測データが保管さ版 で あ る Ver3(OGSA)を 採 用 し 、そ こ で 新 た に 導 入 さ れれているデータベースサーバの情報や観測データなどた「グリッドサービス」を遠隔実行に用いた。これにの メ タ デ ー タ を XML 形 式 に し 、 レ ジ ス ト リ と し てより、第 1 版で課題となった認証でのオーバーヘッド

XML デ ー タ ベ ー ス に 登 録 す る 機 能 を 持 た せ た 。こ れ にが短くなることが期待される。さらに、グリッドサー

よって、現在利用可能なアーカイブデータとそれらかビスに合わせて、各サービスも再構成を行った。各サらどのようなデータを取得できるか等、利用可能なサーバとの間のデータ転送には認証付きのファイルシス

ー ビ ス の 登 録 情 報 を JVOQL で 検 索 で き る よ う に な り 、テ ム SFS を 新 た に 採 用 し 、各 デ ー タ ベ ー ス サ ー バ 間 のアクセスできるデータベースのリストなども動的に生転 送 に は RFT を 採 用 し て い る 。各 サ ー ビ ス の イ ン タ ー成することができるうえに、大量のデータベースを検フ ェ ー ス は XML 形 式 に 統 一 さ れ 、 今 後 の 汎 用 性 、 拡索する場合にも有効である。

張性もあがった。

こ の メ タ デ ー タ は IVOA[1]の 案 に 従 っ て 設 計 し て い

検 索 結 果 は Data Display ペ ー ジ で 表 示 さ れ る が 、 得る 。 こ れ は 近 い 将 来 、 世 界 の VO と 連 携 す る こ と を 考られた結果を各ユーザに用意される個人データベースえたものである。に保管することができ、それを使って新たに解析を行ったり、あらかじめ登録しておいた解析エンジンを呼び 出 す こ と も 可 能 で あ る 。 Analysis ペ ー ジ に は 特 定 のサイエンス専用の検索、解析機能を組み込んだページを追加することも容易な設計にした。

4. JVO 使 っ て の サ イ エ ン ス ユ ー ス ケ ー ス
JVO を 実 際 に 使 っ た サ イ エ ン ス ユ ー ス ケ ー ス と し て 、すばる望遠鏡で得られたデータから重力レンズ天体を探 す 作 業 を 行 う [10]。 重 力 レ ン ズ 天 体 と は 巨 大 質 量 天
体の強大な重力によって空間がひずみ、天体の向こうにある別の天体の像がその巨大天体の周囲に複数見える現象である。以下の作業を行うこととなる。
１．すばるのカタログから指定した領域のデータを取ってくる。２．とってきたデータをもとに明るさを計算する。３．クエーサーを選ぶ条件を決める。４．
取ってきたデータからクエーサー候補のペアリストを作成する。５．ペア天体の周辺の画像データを検索す
図４
Fig.4

JVOQL エ デ ィ タる 。６ ．画 像 デ ー タ を 解 析 し 、さ ら に 候 補 を 絞 り 込 む 。

JVOQL Editor

こ れ ら の 作 業 を JVO を 使 わ な い で 行 う と 、何 時 間 もか か る 作 業 で あ る が 、実 際 JVO を 使 う と 5 分 程 度 で 候

第 2 版 は 、 構 成 さ れ る 基 本 画 面 は Top page 、 DB補 天 体 を 見 つ け て 表 示 す る こ と が 出 来 た (図 5)。さ ら に

Navigator、 Search、 Analysis、 Data Display の 5 つ で 、検索条件を変えて再検索も簡単に行うことができ、き各 基 本 画 面 に は サ ブ 画 面 が 存 在 す る 。 Top page は ユ ー

わめて有効であることが実証された。

ザ認証を行うページであり、進行状況も確認できる。
利用者認証機能を持たせ、利用者を管理することによ5. ま と めって、利用者ごとのジョブ管理、データ管理を行うこ

本 稿 で は JVO プ ロ ト タ イ プ に つ い て 、第 1 版 と 第 2とを可能にし、検索の中断機能を持たせることも可能

版それぞれのシステム構成と動作の一連の流れについと な っ た 。 検 索 を 行 う 場 合 は Search ペ ー ジ で JVOQLて述べた。第 1 版では複数のデータベースを連携検索エディタから検索条件を指定し、検索を実行する。検す る 問 い 合 わ せ 言 語 と し て JVOQL を 定 義 し 、 実 際 に

索 は 、 入 力 さ れ た 検 索 条 件 を も と に XPath を 生 成 し 、分 散 配 置 さ れ た デ ー タ ベ ー ス の 検 索 を GRID 機 能 を 用

レ ジ ス ト リ へ 渡 さ れ る 。 検 索 結 果 は XML 形 式 で 出 力いて実行することができた。

[11] Shirasaki,Y, et al. “ Searching for a cosmic string

through the graviational lens effect: Japanese
Virtual Observatory science use case” ADASSXIII, 2004

図５Fig.5

結果と解析のページ
Result and Analysis page

第 2 版 で は Globus Toolkit

3 を導入するなど最新の技術を導入し、それに合わせて各サービスも再構築した。さらに、メタデータをレジストリに登録する機能を持たせたことで、必要な検索サービスや解析サービスが存在するサーバの情報を容易に得ることが出来るようになり、拡張性や互換性を持たせた。サイエンスに対する有効性も実証された。しかしながら、個人データベースのデータ領域の扱いや、ユーザ登録、複雑な検索・解析を一括処理する方法など課題も残されており、今後プロトタイプ２の評価を行った後、実用システムの開発を始める予定である。

文献[1] International
VirtualObservatory
Alliance
http://www.ivoa.net/[2] 洞 口 俊 博 , “ 世 界 の 「 仮 想 天 文 台 」 計 画 ” 天 文 月報 ,Vol.95,No.7,pp.318-324,2002[3] 大 石 雅 寿 ,“ Japanese Virtual Observatory の 構 築 ”
天 文 月 報 ,Vol.95,No.12,pp.566-575,2002[4] 田 中 昌 宏 他 、“ JVO プ ロ ト タ イ プ シ ス テ ム の 実
装 ” DEWS2004[5] Ohishi, M, et al. “ A Prototype toward Japanese

Virtual Observatory (JVO)“ SAINT2004,2004[6] 白 崎 裕 治 他 、“ 天 文 学 DB 用 検 索 言 語 の 開 発 ”
DEWS2004[7] VOTable Documentation[8] http://vizier.u-strasbg.fr/doc/VOTable/[9] Kaifu, Norio, “ Subaru Telescope” Proceedings ofSPIE, Vol. 3352, pp.14-22, 1998
[10] http://www.globus.org/