CScience: Eine integrierte Software-System für den alt-Modellbau

Original: http://www.cs.colorado.edu/~lizb/cscience.html


Projektbeschreibung:
Die entscheidender erster Schritt bei der Analyse von Paleoklimatische Datensätzen wie Eis oder Sediment Kernen ist der Bau eines AlterModells, die die Tiefe in einen Kern an diesem Punkt der KalenderAlter des Materials betrifft:

(Die oben genannten Handlung betrifft Daten veröffentlicht in W. Curry, T. Marchitto, J. McManus, D. Oppo, K. Laarkamp, “tausendjährigen operierenden Veränderungen in Lüftung Thermocline, zwischen- und Tiefe Wasser des glazialen Nordatlantik” in Mechanismen des globalen Klimawandels auf tausendjähriger Zeitskalen, AGU Geophysical Monograph Series, 1999)
Die Argumentation, die Beteiligten im Alter-Modellbau ist komplex, subtile und wissenschaftlich verlangt, weil die Prozesse, die die Rate der materiellen Akkumulation im Laufe der Zeit und das Steuern der zentrale zwischen Bildung und Probenahme, betreffen sind unbekannt. Diese Kurven sind in der Regel monoton: tiefer Material ist älter. Dies ist jedoch nicht immer so. Eine Vielzahl von Prozessen wie Meeresboden Standfestigkeit und Gletscher Faltreifen kann Kerne mechanisch, jedoch stören. Hierdurch können “Auflösungen,” zum Beispiel, wo jüngere Material tiefer in den Kern (vgl., der 20-40 cmRegion der Handlung oben) erscheint. Noch bösartiger werden die Auswirkungen der falschen wissenschaftlichen Annahmen, die das AlterModell auf subtile Weise, die schwerer beeinflussen können zu erkennen. Beispielsweise eine Annahme konstanter Meeresoberfläche 14CStauseealt sein Alter offset bei der gleichzeitigen Atmosphäre möglicherweise fehlerhaft und der resultierende Alter-ModellFehler möglicherweise nicht offensichtlich ist, sogar in ein Experte. Und die hier Dinge noch komplizierter, da die atmosphärischen 14CGeschichte selbst von Kerndaten abgeleitet ist und stellt keinen Boden Wahrheit dar.
Geowissenschaftler Anfahrt das Alter-ModellbauProblem mit den Kern wie einen Tatort zu behandeln und die Frage: ” welche physikalischen und chemischen Prozesse könnte diese Situation produziert haben, und was sagt das über die Zeitachse?” Die schiere Anzahl der Möglichkeiten, jedoch gepaart mit der Band und der Komplexität der KlimatologieDaten, die heutzutage verfügbar ist zu begrenzen schwer diese Untersuchungen. Einfach ausgedrückt, ist es viel schwieriger, um alle möglichen Beziehungen zu prüfen, die kann oder auch nicht, werden in den Daten lauern.
Das Ziel des Projektes CScience ist die Straßensperre zu entfernen. Dessen Herzstück ist eine integrierte SoftwareTool namens CSciBox, die Techniken der künstlichen Intelligenz (KI), das Wissen der Experten Klimaforscher erfassen wird und Hilfe, die seiner Nutzer zu erkunden, die komplexen Hypothesen und großen, heterogenen digitale Datensätze, die im Alter-Modellbau beteiligt sind. Da über Automatisierung von solch komplexe Aufgabe unvorsichtig ist, verhält sich CSciBox als intelligente Assistent, iterativ durch Szenarien unter der Leitung von seinem Benutzer zu arbeiten. Die Ausgabe wird eine Reihe von möglichen Alter Modelle für einen bestimmten Kern, zusammen mit einer vollständigen Beschreibung der Argumentation ihrer Bau beteiligt sein.
Um die computational Kosten der Berechnungen zu behandeln bietet dabei und die schiere Menge und Heterogenität der Daten, CScibox’s Cyberinfrastructure leistungsfähige, intuitive Tools auf dem Wissenschaftlers und dabei alle Vorteile der modernen verteilten Recheninfrastruktur einschließlich der Wolke. CScibox verwendet SoftwareEngineeringTechniken, um leistungsfähiges Datenmanagement und computational Tools für Wissenschaftler zugänglich ohne dass diese erfahrene Programmierer. Es läuft auf PCs ‘hinter den Kulissen’ arbeiten in zu verwandeln, die Berechnungen, die sie angeben gleichzeitige, verteilte Workflows, die moderne Computerumgebungen nutzen.
Die Mischung aus aktuellen und Futur in den beiden vorangehenden Absätzen spiegelt den aktuellen Zustand (September 2014) des Systems. Sie können den Code über die Links am Ende dieser Seite herunterladen. Im folgenden werden einige Screenshots und eine Beschreibung der Schritte seine Verwendung beteiligt; Sie finden unten aufgeführten videoTutorials.
Hier verwenden wir CSciBox um einen Kern, genannt PC08 analysieren mit zwei verschiedenen wissenschaftlichen Workflows: eine, die eine ReservoirAlterKorrektur für die Foram abgeleitete 14 C gilt altert und dann kalibriert das korrigierte Alter unter Verwendung der IntCal 2013Kalibrierung und ein anderes, das den Stausee Alter Korrektur Schritt überspringt. Im kalibrierten Alter, die resultieren aus diesen zwei Workflows zeigt als blaue Quadrate und rote Dreiecke. Dieser Kern enthält auch einige Tiepoints, abgeleitet von Tephra, auf denen keine Korrekturen oder Kalibrierungen durchgeführt werden.
Die Spalten in der grafischen Benutzeroberfläche können ausgeblendet oder angezeigt, wie gewünscht; der Benutzer kann auf die Überschrift einer Spalte, die angezeigten Daten (in aufsteigender oder absteigender Reihenfolge) nach dieser Spalte zu sortieren klicken. Die Steuerelemente im Fenster Grundstück können verwendet werden, Spalten gegen andere zu plotten.
CSciBox kann speichern, verwenden und beliebige Anzahl und Typen von Daten anzeigen. Das KernDataset in dem Screenshot unten, enthalten zum Beispiel Alter, produziert von der KalibSoftware (“Kalib Altersgruppe”), sowie Notizen über die Art der vom Material, Herkunft und So weiter:
Beachten Sie, dass CSciBoxs (“Werksseitige Kalibrierung 14 C Zeitalter”) Lineup schön mit Kalib Ergebnisse auf diesem Kern Ergebnisse.
Möchten Sie sehen, welche Schritte in einem “BerechnungPlan”planen ein wissenschaftlicher Workflow, dass wirkt auf die Daten und erzeugt Ergebnisse wie kalibrierte 14C AlterSie die Berechnung verwenden Browser, welche Sie durch Klicken auf “Extras” an der Spitze des Bildschirms, verließ dann mithilfe der Dropdownliste wählen “Berechnung Plan Browser.” Sie erhalten einen Bildschirm wie folgt:
Sie können klicken Sie auf den Plan im linken Feld des Browserfensters Berechnung Plan, welche Schritte zu sehen, es enthält. Im Bild oben habe ich (wie Sie sagen, weil es grau markiert ist) auf “Marine KALIB + IntCal 2013″ geklickt. Dieser Plan besteht aus zwei Schritten, zeigt schematisch in der unteren Hälfte des Fensters: eine StauseeAlterKorrektur und eine KALIB-StilKalibrierung mit Hilfe der IntCal Marine 13Eichkurve.
Sie können auch eine neue BerechnungPlan mit diesem Browser vornehmen. Klicken Sie auf “Create New Plan” im BrowserFenster und geben Sie einen Namen in das Feld ein:
Hier habe ich genannt, den neuen Plan “Pian”, dann auf “Erstellen neue Methode…” im Fenster “BerechnungPlan erstellen” geklickt haben und mit dem Namen der neuen Methode “NewMethod” durch Eingabe im Feld “Methodenname” im Fenster “Neue Methode erstellen”. (Wenn Sie nur eine kleine Änderung auf einen bestehenden Workflowalso mit einer unterschiedlichen Kalibrierkurve im KALIB Schritt des Plans im obigen Beispielmachen wollte Sie müssten eine neue Methode erstellen. Sie tun nur, dass möchten Sie verschiedene in einer anderen Reihenfolge als die bestehenden Pläne Berechnung Schritte.)
Im Fenster “Neue Methode erstellen” gibt es eine Startbox und ein Dropdown, die Sie aus den Reihen CSciBoxs integrierten Tools auswählen kann (und eine Option, die das Ende des Plans bezeichnet). Sie können diese Werkzeuge in einer linearen Reihenfolge zusammen gewünschte; Wir werden Schleife Ausstattung in einer späteren Version hinzufügen.
Hier sieht der Bildschirm, wenn ich ein paar Schritte auf den Plan hinzufügen:
Klicken Sie nun auf “speichern.” Wenn Ihr neue Plan eine Wahl bezüglich einer Kalibrierung oder anderen HintergrundDatensatz benötigt, fragt Sie CSciBox über die Wahl:
CSciBox verfügt über eine Reihe von HintergrundDatensätzen; Sie können eine neue mit der Option “Unterstützung von Datensätzen unter der Tools-Dropdown-Liste importieren. Es gibt ein videoTutorial dazu auf die unten aufgeführten Tutorial.
Nach einem Klick auf ‘fertig stellen’ und ‘weiter’, erscheint dieser neue Plan der wichtigsten Berechnung-PlanBrowserFenster (oben links, unten):
Es wird auch als eine der Auswahlmöglichkeiten angezeigt, wenn Sie die Schaltfläche “Berechnung ausführen” klicken. Es gibt ein videoTutorial über das Erstellen von neuen Computatation Pläne auf der unten aufgeführten Tutorial.
Die Software (~ 15.000 Zeilen PythonCode) ist öffentlich verfügbar auf Githum. Sie können den Quellcode, sowie Installationsprogramme für Mac (Dmg) und Windows (Exe) herunterladen. Finden Sie videoDemonstrationen von CSciBox in Aktion, indem Sie hier klicken. Wir haben ein umfassendes Benutzerhandbuch noch keine, aber diese Videos sind eine gute Einführung.
Eine vorläufige Version des AI Motors ist auch vollständig und in das System integriert, aber wir haben erst begonnen, Auffüllen der Rulebase mit Fachwissen. Die oben beschriebenen Cyberinfrastructure soll mehrere Typen von Kernen zu behandeln; Wir sind dabei, testen die Flexibilität, dass Design durch Hochladen und Verarbeitung Eiskern Daten, die mehrere Größenordnungen größer als Meeres-Sedimenten Kerndaten. Wir erwarten, dass diese Tests auf Vollständigkeit bis Ende Sommer 2014, an welcher Stelle wir eine Alpha-TestVersion des CSciBox für die Verwendung durch Eiskern Modellierer veröffentlichen werden.
CSciBox hilft nicht nur einzelne Geowissenschaftler Einzeladern zu analysieren; Es hat das Potenzial, Bereich der Paläoklimatologie zu verwandeln, indem Sie schnelle und reproduzierbare Analyse und Synthese Informationen in die vielfältigen Sammlungen des rawDaten in DatenArchiven erleichtert. Cross-korrelieren diese Rohdaten erfordert, dass die Neufassung der zugehörigen Chronologien über einen gemeinsamen und konsequent Zeitskala gebaut. Das Volumen und die Heterogenität der Datasets, gekoppelt mit der Komplexität der damit verbundenen Analyse macht, die alles andere als unmöglich. Indem derartige Analysen ermöglicht wird, konnte CScibox nicht nur unser Verständnis der vergangenen Klimaänderungen verbessern, sondern auch Wissenschaftler bei der Bereitstellung von Klimainformationen, die Entscheidungsträger dringend Hilfe.
Personen:
  • Dr. Laura Rassbach, der Autor des ACEs Argumentation Motor, ist dieses Wissen anwenden, auf CSciboxs Herausforderungen.
  • Studenten David Johnson, Jada Ballentine und Paul Givens trugen zur CSciBoxs Code, wie Doktoranden John Klingner und Fernando Nobre haben.
  • Prof. Jim White ist der Eiskern Kopf des Projektes CScience. Ph.d. Student Tyler Jones Lindsay arbeitete eng mit der Informatik-Seite des Teams, hilft ihnen die Eiskern Wissenschaft richtig zu machen.
  • Prof. Tom Marchitto ist der Ozean-Sediment-CoreKopf des Projektes CScience. Doktorand Colin Lindsay arbeitete eng mit der Informatik-Seite des Teams, hilft ihnen die Kunst & Wissenschaft des Arbeitens mit Ozean Sediment Cores und RadiocarbonKalibrierung zu verstehen.
  • Prof. Ken Anderson ist der Software-EngineeringKopf des Projektes CScience.
  • Prof. Liz Bradley ist der Koordinator des Projekts und AI führen.
Papiere:
  • L. Rassbach de Vesine, K. Anderson, M. Zreda, C. Zweck und E. Bradley, “Forensische Argumentation über Palaeo-und” ( “Forensic Reasoning about Paleoclimatology,”) dem AAAIHerbstSymposium on Discovery Informatik, Arlington, VA, November 2013.
Links:
Unterstützung:
  • Dieses Material basiert auf der Arbeit, unterstützt von der National Science Foundation unter Grant Anzahl 1245947, mit dem Titel “INSPIRE/CREATIV: automatisiert Argumentation in DolmetschenKlimaAufzeichnungen der Vergangenheit.” Stellungnahmen, Feststellungen und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen, die in diesem Material ausgedrückt sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation.

Comments are closed.