Uma Proposta de Trabalho - inpe.br · INPE Uma Proposta de Trabalho Apresentação Pública de...
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INPEINPEUmaUma PropostaProposta de de TrabalhoTrabalhoUmaUma PropostaProposta de de TrabalhoTrabalho
Apresentação Pública de propostas para o cargo de Diretor do INPE, 2011
Haroldo Fraga de Campos VelhoE-mail: [email protected]
Web-page: www.lac.inpe.br/~haroldo
Estrutura da apresentação
� A apresentação estará dividida em 3 partes
� Um relato pessoal
� O INPE
� Ações para o INPE
PARTE 1: Relato Pessoal
Carreira no INPE
� Pesquisador titular do LAC (Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada)
� Coordenador da CAP (Curso de Pós-graduação em Computação Aplicada)
� Chefe do LAC e Chefe substituto do CTE (Centro que congrega � Chefe do LAC e Chefe substituto do CTE (Centro que congrega 4 Laboratórios Associados: LAC, LAP, LAS, LCP)
� Membro do CTC (Conselho Técnico Científico)
� Diretor Associado de Espaço e Ambiente
� Presidente da Comissão do novo supercomputador
� Negociação de cooperação com o IKI (Instituto de Pesquisas Espaciais, Rússia) para a missão ASTER.
Produção intelectual
� Artigos científicos (revistas): 98
� Artigos em Congressos: 110 (até 2009)
� Livros técnicos: 2
� Capítulos de livros: 23� Capítulos de livros: 23
� Bolsa de pesquisa do CNPq (nível 1) até 2007
� Bolsa de pesquisa do CNPq (nível 2) em 2009
� Aprovado em 2 Comitês (acredito ser um caso único):
� Ciência da Computação e Engenharia Espacial (2009)
Almeida et al. (2006): Atm. Res.
Degrazia et al. (2002a): BLM
Degrazia et al. (2002b): N. Cimento
Atuação e pesquisa: Turbulência Atmosférica
Degrazia, Campos Velho, Carvalho (1997), BzPA
Degrazia-Moraes (1992), BLM
????BLM 2010
Almeida et al. (2006): Atm. Res. Degrazia et al. (2002a): BLM
Degrazia et al. (2002b): N. Cimento
Degrazia, Campos Velho, Carvalho (1997), BzPA
Degrazia-Moraes (1992), BLM
????
BLM 2010
Atuação e pesquisa: Assimilação de Dados
Advanced parameterization for the water cycle has been considered in the modern models. Better
numerical weather predictions numerical weather predictions have been obtained using efficient data assimilation, employing all
information available (observational data from satellites, radars, GPS, etc). This promotes a feedback
mechanism, enhancing our understanding on the atmospheric water cycle itself.
Atuação e pesquisa: Assimilação de Dados
Hybrid Methods in Engineering: (2000) 2(3): 291-310
Atuação e pesquisa: Assimilação de Dados
Atuação e pesquisa: Assimilação de Dados
Aplicação: clima espacial
Interação Sol-Terra:
Atividade Propagação Impacto sobre
Solar magnetosfera ionosfera
Atuação e pesquisa: Assimilação de Dados
Solar magnetosfera ionosfera
Temperatura: um mês de assimilação
LETKF Redes neurais
Verdade
Resultados da tese de Rosangela Cintra (2011)
Experimento teste: LETKF e Redes neurais
Método LETKF Método RN
04:20:39 00:02:53
Tempo Execução
horas : minutos : segundos
Modelo Atmosférico de circulação geral 3D (modelo espectral): SPEEDY (Simplified Parameterizations primitivE Equation DYnamics)
Grade gaussiana: 96 x 48 (horizontal) x 7 níveis (vertical) = T30L7Total de pointos de grade: 32.256 Total de variáveis: 133.632
Observações: (00, 06, 12, 18 UTC) – radiosonders “OMM stations”
Observações: 12035 (00 e 12 UTC) = 415 x 4 x 7 + 415Observações: 2075 (00 e 12 UTC) = 415 x 5 (somente surpefíscie)
Resultados da tese de Rosangela Cintra (2011)
Atuação e pesquisa: Problemas Inversos
Atuação e pesquisa: Problemas Inversos
A.P. Calderon - Seminar on Inverse Problems and Applications – LNCC,
Rio de Janeiro (RJ), March-2006
101
102
103
180 200 220 240 260 280 300 320
Radiossonde
Neural Network
Tikhonov-1
MaxEnt-2
E2PROMFPGA
ZISC78_1
Neurocomputers: implemented by FPGA
FPGA programming: VHDL
VHDL: VHSIC Hardware Description Language
VHSIC: Very High Speed Integrated Circuits
101
102
103
180 200 220 240 260 280 300 320
Radiossonde
Neural Network
Tikhonov-1
MaxEnt-2
Memory
RAM
ZISC78_1
ZISC78_2
CLP
S_I/
O
Novos sensores: radiômetros “inteligentes”
101
102
103
180 200 220 240 260 280 300 320
Radiossonde
Neural Network
Tikhonov-1
MaxEnt-2
FPGA
Estruturas grandes: International Space Station
Nova metodologia: Método híbrido: variacional + algoritmo genético epidêmico
Detecção de danos em estruturas
Tomografia 3D de clorofila oceânica via Tomografia 3D de clorofila oceânica via computação em gradecomputação em grade
Atuação e pesquisa: Problemas Inversos
ÓticaÓtica hidrológicahidrológica
ProcessoProcesso de de transferênciatransferência radiativaradiativa
ProblemaProblema inversoinverso
OtimizaçãoOtimização porpor colôniacolôniade de formigasformigas
Uso de modelso bio-ótipcos relacionando propriedadeótica: a(z)a(z) e b(z)b(z) com concentração de clorofila CC(z)(z) .
Radiâncias experimentais de sensores remotos.
Atuação e pesquisa: Problemas Inversos
0
Absolute Value Difference [mg/m3]
-4.4444
-8.8889
-13.3333
-17.7778
z (m)
3
3.5
4
4.5
5
Tomografia 3DTomografia 3D
1. 1. ConcentrationConcentration clorofilaclorofila(água tipo(água tipo--1)1)
2. Diferença absoluta: 2. Diferença absoluta: z
(m)
-22.2222
-26.6667
-31.1111
-35.5556
0 10 20 30 40 50 60 0 1020 -40.0000
x (km)y (km)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3. 3. absabs{verdade {verdade –– estimado}estimado}
PARTE 2: O INPE
Os 4 pilares da área espacial
� Ciência espacial
Os 4 pilares da área espacial
� Engenharia espacial
Os 4 pilares da área espacial
� Aplicações espaciais
Os 4 pilares da área espacial
� Medicina espacial
Como a área/pesquisa espacial é organizada no INPE?
� INPE é focado em 3 dos 4 grandes pilares:
� Ciência espacial
� Engenharial (tecnologia) espacial
� Aplicações espaciais
� (Há um grupos no Brasil dedicados a área de medicina espacial, por exemplo na PUCRS, Porto Alegre)
Como a área/pesquisa espacial é organizada no INPE?
� Estrutura administrativa
� CEA: Coordenação de Ciências Espaciais e Atmosféricas
� ETE: Coordenação de Engenharia e Tecnologia Espacial
� LIT: Laboratório de Integração e Testes
� OBT: Coordenação de Observação da Terra� OBT: Coordenação de Observação da Terra
� CPTEC: Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos
� CST: Centro de Ciências do Sistema Terrestre
� CTE: Centro de Tecnologias Especiais
� Programa de Clima Espacial
� Centros Regionais do INPE
� Cursos de pós-graduação
Como a área/pesquisa espacial é organizada no INPE?
� O INPE é o maior instituto do MCTI.
� Em outros países, as atividades da área espacial é estruturada sob distintas instituições.
� Exemplo:Exemplo:
� NASA (National Aeronautics and Space Administration): engenharia e ciência espacial (ETE + LIT + CTE + CEA)
� NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration): aplicações espaciais (OBT + CPTEC + CTE + Programa de Clima Espacial)
PARTE 3: Ações para o INPE
FILOSOFIA DA APRESENTAÇÃO
� Temos ciência que o INPE é uma instituição complexa e tem seus desafios próprios de organização e gestão.
� Ações do INPE em desenvolver pacotes tecnológicos, com alto valor científico agregado:com alto valor científico agregado:
� MECB (Missão Espacial Completa Brasileira)
� CPTEC (Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos)
� Vou apresentar um sumário/lista de ações.
� É mais fácil de se visualizar o que se quer fazer.
� É mais de se de cobrar pelos resultados.
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
� É preciso finalizar a MECB.
� A MECB era um programa para dotar o Brasil de um verdadeiro Programa Espacial.
� Tarefas do INPE no desenvolvimento de satélites:
Estruturar grupos de desenvolvimento tecnológico� Estruturar grupos de desenvolvimento tecnológico
� Facilidades para testes e integração de satélites
� Segmento de solo (recepção, rastreio e controle)
� Dois tipos de satélites:� Satélites de coleta de dados (2 foram lançados e em operação)
� Satélites de sensoriamento remoto (SSR)
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
� É preciso finalizar a MECB.
� Não lançamos o satélite de sensoriamento remoto.
� Ações previstas para o satélite Amazônia-1 (SSR da época da MECB): em 2011, definição do lançador
� A PMM (Plataforma Multi-Missão) será utilizada na missão.
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
� É preciso cumprir o cronograma do satélite CBERS (China-Brazil Earth Resource Satellite)
� Numa apresentação AEB-INPE (18/Ago/2010): previsão para o lançamento do CBERS-3, setembro-2011!
� Lançamento do CBERS-3: 2012 (madatório!).� Lançamento do CBERS-3: 2012 (madatório!).
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
� Satélites científicos: mandatório em qualquer Programa espacial (Os programas devem ter o compromisso em
usar a tecnologia espacial para ampliar o conhecimento humano).
� As missões EquARS (Equatorial Atmosphere Research Satellite) e MIRAX (Monitor e Imageador de RAios-X) foram agrupados na missão Lattes-1. missão Lattes-1.
� A PMM (Plataforma Multi-Missão) será utilizada na missão.
UMA QUESTÃO CRÍTICA: TECNOLOGIA ESPACIAL
� Listas dos satélites em “espera”:
� GPM-BR (Global Precipitation Mission)
� SABIA-MAR (ocean colour)
� LANDSAR (satélite SAR Brasileiro)
� Satélites geoestacionários (Comunicações e meteorológico)
CBERS como satélite global
Chetumal
MaspalomasAswan
UrumchiMiyun
Ghuangzhou
Bangcoc
CBERS ground stations will cover most of the Earth’s land mass between 300N and 300S
Cuiabá
Boa Vista
Jo´burg
Gabon
Darwin(?)
Alice Springs (?)
Expansão do segmento de solo
Chetumal
MaspalomasAswan
UrumchiMiyun
Ghuangzhou
Bangcoc
CBERS ground stations will cover most of the Earth’s land mass between 300N and 300S
Cuiabá
Boa Vista
Jo´burg
Gabon
Darwin(?)
Alice Springs (?)
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
� Uso da tecnologia espacial como um meio para ampliar o conhecimento.
� Lançamento da missão Lattes-1.
� Atende área de geofísica espacial (estudos da alta atmosfera e ionosfera)atmosfera e ionosfera)
� Astrofísica: imageamento do centro da galáxia por Raios-X
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
� A Direção do INPE deve ajudar a entrar em operação o BDA (Brazilian Decimetric Array), um dos mais importantes projetos da astronomia do Brasil
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
� Missão ASTER: primeira missão brasileira em espaço profundo.
� Exploração do asteróide triplo (2001 SN263)
� Cooperação Brasil-Rússia.
� Plataforma Pilgrim� Plataforma Pilgrim
____ Earth
____Mars
____ 2001 SN263
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
� Finalizar a estruturação do Programa de Clima Espacial (CEA + LAC + CRS).
Mapa de cintilação ionosférica
AÇÕES EM CIÊNCIA ESPACIAL
� Finalizar a estruturação do Programa de Clima Espacial (CEA + LAC + CRS).
Previsão 24 h:
Modelo SUPIM
TEC: Total Electronic Content
AÇÕES EM OBSERVAÇÃO DA TERRA
AÇÕES EM OBSERVAÇÃO DA TERRA
� Manter a atividade de pesquisa (quadro funcional).
� Finalizar os projetos de satélites pela parte “NASA” do INPE, para que a parte “NOAA” faça extração da informação e torne disponível para a sociedade.
� SABIA-MAR� SABIA-MAR
� LANDSAR
� Explorar outras oportunidades.
AÇÕES EM OBSERVAÇÃO DA TERRA
� Manter as atividades operacionais.
� PRODES (PROjeto de Estimativa
de DESmatamento Bruto da
Amazônia)
� DETER (DEtecção do
desmatamento em TEmpo
Real)
AÇÕES EM METEOROLOGIA
AÇÕES EM METEOROLOGIA
� O CPTEC realiza atividade fundamental para o Brasil.
� Porém, é preciso colocar a meteorologia do Brasil integralmente no século XX.
� É preciso um programa (não é missão) de satélites meteorológicos (explorar possíveis parcerias):meteorológicos (explorar possíveis parcerias):
� Geo-estacionário
� Órbita polar
� O CCST terá uma nova missão: estudo da atividade de longo prazo do mar sobre a costa.
AÇÕES EM METEOROLOGIA
� Há um problema sério e grave do pessoal de suporte em computação paralela no CPTEC:
� Garantir escalonamento e eficiência em ambientes massivamente paralelos
� Capacitação em novos métodos numéricos
� Migração de códigos para novas arquiteturas
GPU: Graphical Processing Unit
Informação
AÇÕES EM METEOROLOGIA
PCD
Supercomputador
Observação
Saídas numéricas Previsão
Estado de Santa Catarina – Novembro 2008
135 mortes, 78.000 desabrigados
Previsão de precipitação modelo regional ETA 20 Km (máximo ode 150 mm para 3 dias)
Previsão de precipitação modelo regional ETA 5 Km (máximo ode 400 mm para 3 dias)
CENTROS REGIONAIS
CENTROS REGIONAIS
� Principal objetivo: que os Centros Regionais sejam unidades gestoras.
� Os Centros Regionais deverão realizar atividades singulares.singulares.
CENTROS REGIONAIS
� CRA (Centro Regional da Amazônia) deverá se tornar um centro operacional para monitoramento do desmatamento.
� CRS (Centro Regional Sul de Pesquisas Espaciais) deverá operar intrumentos para clima espacial, bem deverá operar intrumentos para clima espacial, bem como ser a sede do sistema operacional de previsão de TEC.
� CRN (Centro Regional do Nordeste) opera o SiNDA (Sistema Nacional de Dados Ambientais). Avaliar a solução para o Satélite de Coleta de Dados (SCD), com prazos para os testes.
Muito Obrigado!Muito Obrigado!