電子情報通信学会ワードテンプレート (タイトル)

DEWS2007 D2-8
地球流体データベース・解析・可視化のための新しいサーバ兼デスクト
ップツール Gfdnavi の開発
堀之内 武1
神代 剛1
西澤 誠也2
石渡 正樹5
渡辺 知恵美3
林 祥介4
森川 靖大4
塩谷 雅人1
1 京都大学生存圏研究所 〒611-0011 宇治市五ヶ庄
2 京都大学数理解析研究所 〒606-8502 京都市左京区北白川追分町
3 お茶の水女子大学理学部 〒112-8610 東京都文京区大塚 2-1-1
4 北海道大学理学院〒060-0810 札幌市北区北 10 条西 8 丁目
5 北海道大学地球環境科学院〒060-0810 札幌市北区北 10 条西 5 丁目
E-mail:
1 {horinout, koshiro, shiotani} @ rish.kyoto-u.ac.jp,
3 chiemi @ acm.org,
2 seiya @ kurims.kyoto-u.ac.jp,
4,5 {morikawa, ishiwatari, shosuke} @ gfd-dennou.org,
あらまし 近年、大気・海洋等の地球流体の科学データは種類・量とも爆発的に増大しており、ネット上のデータ
も科学者手持ちのデスクトップデータもシームレスに検索・解析・可視化するニーズが高まっている。本論文では
それをはじめて実現するための手法を提案し、その実装となる汎用ツール Gfdnavi の概要を述べる。多次元物理量
データ処理と可視化のための汎用クラスライブラリと、Web サーバを含み RDBMS を利用する Web 開発フレームワ
ークを組み合わせて用いることで、個人・グループ内での利用から Web での一般公開までをカバーし、検索ならび
に自由度の高い解析・可視化機能が実現できることを示す。
キーワード 科学 DB，データの可視化，データサービス，時空間 DB，e-Science
Development of Gfdnavi: a new desktop/server tool for geophysical fluid
database, analysis, and visualization
Takeshi HORINOUCHI1
Tsuyoshi KOSHIRO1
Seiya NISHIZAWA2
Masaki ISHIWATARI5
Chiemi WATANABE3
Yasuhiro MORIKAWA4
Yoshi-Yuki HAYASHI4 and Msasato SHIOTANI1
1 Research Institute for Sustainable Humanosphere, Kyoto University, Gokasho, Uji 611-001
2 Research Institute for Mathematical Sciences, Kyoto University, Kitashirakawa-oiwake, Sakyo, Kyoto 606-8502
3 Faculty of Science, Ochanomizu University, 2-1-1 Otuka, Bunkyo, Tokyo 112-8610
4 Graduate School of Science, Hokkaido University, N10-W8 Sapporo 060-0810
5 Graduate School of Environmental Science, Hokkaido University, N10-W5, Sapporo 060-0810
E-mail:
1 {horinout, koshiro, shiotani}@ rish.kyoto-u.ac.jp,
3 chiemi @ acm.org,
2 seiya @ kurims.kyoto-u.ac.jp,
4,5 {morikawa, ishiwatari, shosuke}@ gfd-dennou.org,
Abstract In recent years, scientific data of geophysical fluids such as the atmosphere and the ocean have been increasing
explosively both in numbers and quantity. Thus, there is a growing demand from scientists to search, analyze, and visualize
those data across internet and desktop seamlessly. This paper presents methods and a realization for the first time of such a
system: Gfdnavi. A combination of a flexible class library for multi-dimensional physical data and a web development
framework inclusive of web servers along with RDBMS support is used to create such a system to cover personal /
small-group usages to wide data distribution on the web.
Keyword Scientific DB，Data Visualization，Data Services，Spatiotemporal DB，e-Science
1. は じ め に
近年、人工衛星等による地球観測は種類、観測数、
解像度のいずれも増大しつつあり、大気や海洋などの
「地球流体」の数値データは急速に増加している。ま
た、気候や水循環などの予測や診断における、数値シ
ミュレーションの重要性も増しており、地球シミュレ
ン タ フ ェ ー ス (UI)に つ い て 述 べ る 。 7 章 で は 、 知 見 情
ーターに象徴されるように、大規模な計算により地球
報 の 取 り 扱 い 手 法 を 提 案 す る 。8 章 で ま と め を 述 べ る 。
流体に関する大量のデータが産み出されている。
な お 、 DB と 検 索 の 詳 細 は 同 時 に 投 稿 す る 論 文 [1]で 述
かつては、個々の地球流体の研究者は、比較的少数
のデータによって研究することが多かった。しかし、
現在は、多様なデータを有機的に組み合わせた総合的
な研究が必要になっている。ところが、そのための情
べ る た め 、本 論 文 で は 概 要 の み 述 べ る 。ま た 上 記 の (4)
の 解 決 に つ い て は 論 文 [2]で 述 べ る 。
Gfdnavi は http://www.gfd-dennou.org/arch/davis/gfdnavi
にて公開している。
報処理基盤の進展は遅れており、多くの研究者が「困
っている」というのが現状である。この問題は、世界
中で環境問題や防災・減災に投入される資金が十分に
活きなくなる危険性にも繋がる重大な問題である。
2. 関 連 研 究
Live Access Server (LAS) [3] は 、 現 在 最 も 使 わ れ て
いる地球流体データ提供サーバ構築ツールであり、
現在、多くの地球流体データがインターネットにお
我 々 が 目 指 す も の に 最 も 近 い 。 LASで は 、 フ ァ イ ル に
いて提供されている。しかし、現状は次のような問題
よ る 提 供 に 加 え 、可 視 化 が 行 え る 。Webベ ー ス で あ り 、
を 抱 え て い る 。(1)大 規 模 数 値 デ ー タ は 解 析・可 視 化 し
Webブ ラ ウ ザ で ア ク セ ス す る た め 、 専 用 ク ラ イ ア ン ト
て初めて意味があるが、既存のデータ提供サーバの多
は 必 要 な い 。一 方 で 、OPeNPAP/DODS [4] と い う 、遠
くはデータをファイルで提供するのが主であり、解析
隔オブジェクトとしてデータアクセスを可能にする
可 視 化 機 能 は あ っ て も 弱 い こ と が 多 い 。 し か も 、 (2)
CGIソ フ ト を 取 り 込 ん で い る た め 、 OPeNPAP/DODSク
一旦ファイルをダウンロードしたら、各自が独自に読
ライアントライブラリを組み込んだソフトウェアから
み解析する必要があるので、サーバのサービスと断絶
LAS上 の デ ー タ に ア ク セ ス す る こ と も 可 能 で あ る 。 こ
する。つまり、サーバ側で多少解析・可視化機能があ
れにより、例えば格子点データの全体または一部をク
ってもせいぜいクイックルック程度で、それ以上は結
ライアントソフトで読み出し、解析・可視化すること
局のところ「自分でしないとならない」のである。さ
が可能である。また、ネットワークに関しては、サー
ら に 、 (3)多 く の サ ー バ は 、 一 般 に デ ー タ ベ ー ス (DB)
バ側で「姉妹サーバ」を指定すれば、そのサーバのデ
と し て の 検 索 機 能 に 乏 し く 、(4)複 数 サ ー バ 間 に ま た が
ータも閲覧可能である。
る横断的なデータ利用ができないという問題がある。
第 1 章 に 挙 げ た 視 点 か ら LAS を み る と 、次 の よ う な
な お 、 web で の デ ー タ 提 供 サ ー バ 構 築 ツ ー ル も 存 在 す
問 題 点 が 挙 げ ら れ る 。LAS は 常 時 運 用 す る デ ー タ 公 開
る が 、デ ー タ 公 開 機 関 が 独 自 に 一 か ら 専 用 に web サ イ
サーバ構築を対象としており、個人が手持ちのデータ
トを設けている場合も多く、その場合、良いものを作
を 解 析 す る た め に 導 入 す る こ と は 容 易 で な い 。つ ま り 、
っても応用性、移植性に乏しい。
OPeNDAP/DODS ク ラ イ ア ン ト を 組 み 込 ん だ デ ス ク ト
以上の問題を部分的に解決するものはあるが、すべ
ッ プ ツ ー ル と し て 、LAS 自 体 を 用 い る こ と は 難 し い の
てを解決するものは世界でもまだ作られていない。
で 、LAS の Web ベ ー ス の 可 視 化 サ ー ビ ス と 、デ ス ク ト
我々は、これを全て解決すべく、手法の開発と実装を
ッ プ デ ー タ 解 析・可 視 化 ツ ー ル の 断 絶 は 残 っ て い る（ 問
進めている。本研究で提案するアプローチは、研究者
題 (2)）。ま た 、デ ー タ は 動 的 に 階 層 的 に 整 理 さ れ る が 、
個人が手持ちのデータを解析・可視化するのに適した
検 索 機 能 は あ ま り 充 実 し て い な い (問 題 (3))。 サ ー バ 管
ツ ー ル で あ り な が ら 、 web で の デ ー タ 提 供 も 行 え る も
理 者 が 姉 妹 サ ー バ に 指 定 し て い な い LAS サ ー バ は 横
のを用いるというものである。これにより、上記の
断 的 に 利 用 で き な い （ 問 題 (4)の 部 分 未 解 決 ）。
(1),(2)が 解 決 す る 。 さ ら に 対 象 デ ー タ の 特 性 を 十 分 に
LAS以 外 に は 特 筆 す べ き 汎 用 の 地 球 流 体 デ ー タ 提 供
考 慮 し た 検 索 機 能 を 実 装 す る こ と で (3) を 解 決 す る 。
サ ー バ 構 築 ツ ー ル は な い と 言 っ て よ い 。 な お 、 GRID
我 々 は 、以 上 を 基 本 的 に（ 少 な く と も 大 枠 は ）満 た す 、
を用いた大気海洋データ提供サーバ構築の試みとして、
Gfdnavi と 名 づ け た ツ ー ル を 開 発 し た 。 さ ら に 、 (4)に
NERC DataGrid [5] を 挙 げ る こ と が で き る 。
つ い て も 研 究 を 進 め て お り 、 Gfdnavi へ の 実 装 を 計 画
隣接科学分野である超高層・惑星間空間物理におい
し て い る 。ま た 、数 値 デ ー タ だ け で な く 、デ ー タ 解 析 ・
て は 、 STARS と い う 分 散 DB サ ー バ が 開 発 さ れ て い る
可視化によって得られた知見情報も有機的に統合し、
[6] 。STARSは 、ネ ッ ト ワ ー ク 分 散 し た デ ー タ に 専 用 ク
検索利用できるものを構想している。
ライアントアプリケーションでアクセスし、可視化も
以後、本論文は次のように構成する。2 章で関連研
サポートする。きめ細かなアクセス権限管理が出来る
究 を 説 明 し 、3 章 で は シ ス テ ム 構 成 概 要 を 述 べ 、4 章 で
こ と が 特 徴 で あ る 。 Version 4 ま で は 通 信 は 直 接 SQLに
実装の基盤となるライブラリについて概説する。5 章
拠ったためファイアウォールを越えにくかったが、最
で は DB 及 び ユ ー ザ 管 理 に つ い て 、 6 章 で は ユ ー ザ イ
新 の Version 5 で Web サ ー ビ ス を 用 い た 通 信 に 移 行 し
ービスと解析サービスが連携している。その意味で
STARSに 近 い が 、VOで は 国 際 バ ー チ ャ ル 天 文 台 連 合 が
結 成 さ れ DB や ワ ー ク フ ロ ー 記 述 等 に 関 す る 国 際 標 準
が策定されるなど、より大規模、組織的に展開されて
い る 。な お 、任 意 PCの デ ス ク ト ッ プ デ ー タ へ の 適 用 は
対象外のようである。
3. シ ス テ ム 概 要
提 案 シ ス テ ム は 、 Gfdnavi (Geophysical fluid data
navigator) と 名 づ け た 統 合 ツ ー ル と し て 実 装 し て い る 。
図１にそのシステム構成を示す。ディスク上の科学デ
ータからメタデータを自動抽出し、関係データベース
(RDB) と し て メ タ デ ー タ の DB を 作 成 す る 。 ユ ー ザ 管
理 用 等 、 メ タ デ ー タ 以 外 の デ ー タ も RDB に 格 納 す る 。
図 1 システム構成概要
UI は Web ベ ー ス で あ り 、 Web ブ ラ ウ ザ で 利 用 す る た
め 、専 用 ク ラ イ ア ン ト ツ ー ル は 必 要 と し な い 。こ の UI
は 、 html, Ruby, JavaScript で 実 現 さ れ る 。 シ ス テ ム は
い わ ゆ る Model-View-Controller (MVC) 構 成 で 、 そ の
中 核 は Ruby で 書 か れ て お り 、 RDB に 対 応 す る
“Model” と な る ク ラ ス 群 を 持 つ 。
Gfdnavi シ ス テ ム は 専 用 の Web サ ー バ プ ロ グ ラ ム を
持 つ た め 、図 １ の 全 体 を 利 用 者 の PC 1 台 で 運 用 す る こ
と が で き る 。 こ の 「 Web サ ー バ 同 梱 」 が 、 本 シ ス テ ム
において個人に閉じた利用をサポートする根幹であり、
LAS と 大 き く 違 う 点 で あ る 。本 シ ス テ ム の 一 部 の 機 能
（ DB の 書 き 出 し を 伴 う 機 能 の 多 く な ど ） は 、 登 録 ユ
図 2 (a) 姉 妹 サ ー バ 方 式 に よ る 複 数 サ ー バ に ま
ーザのみが利用可能であるが、自前でサーバを動かせ
た が る 利 用 。(b) (a)と 同 じ だ が 、利 用 者 が 自 前
ば 全 機 能 が 利 用 で き る 。言 い 換 え れ ば 、LAS の よ う な
で Gfdnavi サ ー バ を 立 ち 上 げ る 場 合 。任 意 の サ
一般公開専用サーバには乗せにくい、計算機資源を要
ー バ を 指 定 で き 、 Gfdnavi の 全 機 能 が 使 え る 。
求する機能も乗せられるのである。
本 シ ス テ ム は 、同 梱 Web サ ー バ プ ロ グ ラ ム だ け で な
く 、 Apache 等 の 汎 用 Web サ ー バ で も 用 い る こ と が で
きる。常時稼動する一般向けデータ公開サーバは、主
に Apache 等 で 運 用 す る こ と を 想 定 し て い る 。 な お 、
当 然 な が ら RDB と Web サ ー バ を 分 離 し た ２ 階 層 構 成
を 取 る こ と が で き 、 さ ら に 、 Web サ ー バ を 複 数 の ハ ー
ドウェアで構成することも可能である。
複数サーバにまたがる利用は、姉妹サーバ方式（図
2） 及 び ピ ア ・ ツ ー ・ ピ ア (P2P)を 用 い た オ ー バ ー レ イ
ネ ッ ト ワ ー ク 構 築 （ 図 3） の 2 通 り が 考 え ら れ る （ い
ず れ も 未 実 装 ）。姉 妹 サ ー バ を 用 い る 場 合 も 、利 用 者 自
身 が Gfdnavi サ ー バ を 立 ち 上 げ る こ と が 容 易 で あ る た
図 3 P2P に よ る Gfdnavi ネ ッ ト ワ ー ク
め 、利 用 者 が 任 意 の Gfdnaviサ ー バ を 姉 妹 指 定 で き る の
が LASに な い 利 点 で あ る （ 図 2ｂ ; LASは 図 2aの み ）。
もしも利用者が、使いたいデータを収めるサーバをす
た [7] 。 天 文 ・ 宇 宙 物 理 分 野 で は 、 Virtual Observatory
(VO) が 開 発 さ れ て い る [8] 。VOは 、世 界 の 主 な 天 文 学
研 究 機 関 の DBを 連 携 さ せ る シ ス テ ム で あ り 、デ ー タ サ
べて知っていて、それが比較的少数である場合は、姉
妹 サ ー バ 方 式 の み で 第 1 章 の (4)対 応 と し て 十 分 で あ る 。
一 方 、 P2Pは 、 未 知 の サ ー バ も 含 む 多 数 の サ ー バ か ら
所 望 の デ ー タ を 検 索 す る の に 適 す る 。 P2P に よ る
ることで、多様な数値データを統一的に扱うことがで
Gfdnavi の ネ ッ ト ワ ー ク 構 築 の 検 討 と 提 案 は 文 献 [2]
きる。
で 行 う た め 、 本 論 文 で は 割 愛 す る 。 な お 、 P2Pに お い
な お 、 第 2 章 で 述 べ た OPeNDAP/DODS と NERC
て も 、図 2bの よ う に 直 接 接 続 す る サ ー バ を 自 前 で 動 か
DataGrid で も 同 様 な デ ー タ モ デ ル を 採 用 し て い る 。 た
すことで誰でも全機能が使えるのは同様である。
だし、本ライブラリは、遅延処理を多用し、内部的な
自動分割処理をサポートするなど、大容量データへの
4. 基 盤 ラ イ ブ ラ リ
本章では、提案システムを実現する基盤となる２つ
対応を徹底した実装となっているという特徴がある。
な お 、 GPhys は 、 数 値 デ ー タ を メ モ リ 上 に 読 み 込 む 場
のライブラリ群を概説する。
合は、C のポインタをラップした多次元数値配列クラ
4.1. Ruby on Rails
スを用いる。また、データ実体がファイル上にある場
Ruby on Rails [9] は 、RDBMSを 利 用 す る Web開 発 フ
合と並んで、すべて実行時メモリ上にある場合もサポ
レ ー ム ワ ー ク で あ る 。ア プ リ ケ ー シ ョ ン は MVC構 成 で
ートしており、数学・統計処理も一貫して一つの枠内
作 成 す る よ う に で き て お り 、 Model 及 び Controller は
で行うことができる。
Rubyで 、 Viewは （ Ruby埋 め 込 み の ） htmlで 作 成 す る 。
JavaScriptと の 親 和 性 も よ い 。 Ruby on Rails が 提 供 す
5. デ ー タ ベ ー ス と ユ ー ザ 管 理
る Ruby ラ イ ブ ラ リ の 機 能 は 幅 広 く 、 Ajax
Gfdnaviで は 、扱 う 科 学 デ ー タ か ら メ タ デ ー タ を 自 動
(Asynchronous JavaScript and XML) や Web サ ー ビ ス
抽 出 す る こ と で 、科 学 者 が 容 易 に DBを 作 成 で き る よ う
を 、 Rubyか ら ご く 簡 便 に 利 用 す る こ と も で き る [10] 。
に す る 。DBの 設 計 と 検 索 イ ン タ フ ェ ー ス 、ラ ン キ ン グ
Webrickと い う Webサ ー バ プ ロ グ ラ ム を 同 梱 し て お り 、
法 は 文 献 [1] で 詳 述 す る た め 、こ こ で は シ ス テ ム の 概 要
任 意 ポ ー ト 番 号 で 専 用 Webサ ー バ が 立 ち 上 げ ら れ る ほ
を理解するのに必要な記述にとどめる。
か 、 Apacheや LiteSpeedな ど の 汎 用 Webサ ー バ で も 稼 動
Gfdnavi で は 、 扱 う デ ー タ を 格 納 す る デ ィ ス ク 上 の
す る 。 よ っ て 、 Webサ ー バ を 同 梱 す る と い う 我 々 の 選
デ ィ レ ク ト リ（ フ ォ ル ダ ）ツ リ ー を そ の ま ま 活 か す DB
択 は 、 Ruby on Railsを 使 う こ と で 容 易 に 実 現 で き る 。
化を行う。これにより、科学者が自然に行うであろう
ま た 、 Rubyの メ ソ ッ ド を Webサ ー ビ ス 化 し 、 さ ら に ク
デ ィ レ ク ト リ 構 成 に よ る 分 類 の 詳 細 化 を 、 DB に 反 映
ラ イ ア ン ト 側 で も Rubyメ ソ ッ ド を Webサ ー ビ ス の 呼 び
させられる。具体的には、サブディレクトリは上位デ
出しに変換するライブラリも備わっているため、サー
ィレクトリのメタデータを加算的に受け継いでいるも
バ 間 通 信 に は こ れ を 用 い る 。 一 方 UIに つ い て は 、 Ajax
のとして扱う。このため、例えば「衛星データ」ディ
による非同期通信を活用することで、応答性の良いも
レ ク ト リ 下 の サ ブ デ ィ レ ク ト リ に あ る デ ー タ は 、「 衛
のが実現できる。
星」というキーワードでの検索にマッチすることにな
4.2. GPhys
る。
GPhys [11] は 、地 球 流 体 の 多 次 元 数 値 デ ー タ を 扱 う
メ タ デ ー タ と し て 抽 出 す る の は 、(1)任 意 の 名 前 と 値
た め の Rubyの ク ラ ス ラ イ ブ ラ リ で あ る 。本 ラ イ ブ ラ リ
の 組 で あ る「 キ ー ワ ー ド 属 性 」と 、(2)デ ー タ が カ バ ー
で は 、数 値 デ ー タ を「 離 散 化 さ れ た 連 続 空 間 の 物 理 量 」
する時空間に関する情報の２種である。以上を、デー
として抽象化し、座標に関するメタデータと、単位、
タ ツ リ ー 上 の 各 デ ィ レ ク ト リ 並 び に 数 値 デ ー タ「 変 数 」
データ欠損、物理量の名前等に関するメタデータを持
に関し、スクリプトにより自動抽出する。ここでは、
つ。他に、任意の名前と値の組で表されるメタデータ
データを収録するファイルもディレクトリとして扱う。
を 持 て る 。 こ の GPhysの デ ー タ モ デ ル は 、 地 球 流 体 分
つまり、変数を収め得る入れ物は統一的にディレクト
野 で よ く 使 わ れ る NetCDF [12] と い う フ ァ イ ル 形 式 ／
リとするのである。
入出力ライブラリにおけるそれを抽象化したものであ
メ タ デ ー タ の 自 動 抽 出 に は 、 第 4 章 で 述 べ た GPhys
る 。NetCDFは 、メ タ デ ー タ を 内 包 す る 自 己 記 述 型 デ ー
を活用する。これにより、様々なファイル形式のデー
タ セ ッ ト で あ る 。当 該 分 野 で は 、他 に も grib [13] な ど
タを一旦統一的に抽象化した上でメタデータが抽出で
複数のファイル形式が標準的に用いられているが、い
き る 。 上 記 の 「 変 数 」 は 、 GPhysの オ ブ ジ ェ ク ト と １
ずれも何らかの形でメタデータを機械的に抽出または
対 １ に 対 応 す る 。(1)の キ ー ワ ー ド 属 性 の 名 前 は 任 意 で
（ テ ー ブ ル 参 照 に よ り ）判 別 で き 、NetCDF型 デ ー タ モ
あ る が 、 GPhysを 通 し て 幾 つ か の 標 準 的 な 名 前 が 導 入
デ ル に 還 元 可 能 で あ る 。 そ こ で GPhysで は 、 様 々 な フ
さ れ る 。 例 え ば 、 物 理 量 の 単 位 は ”units”と い う 名 前 で
ォ ー マ ッ ト を NetCDF 型 の デ ー タ モ デ ル に 当 て は め る
表 さ れ る （ 実 際 の フ ァ イ ル 形 式 に 関 わ ら ず 、 NetCDF
ことで、統一されたアプリケーションプログラムイン
に準じた名前が用いられるという統一化がなされてい
タ フ ェ ー ス を 実 現 し て い る 。 Gfdnaviは 、 GPhysを 用 い
る ）。さ ら に 、NetCDFの 標 準 的 な 規 約 で あ る “CFコ ン ベ
ン シ ョ ン ” [14] を 通 じ て 、物 理 量 の 種 類（ 気 温 や 湿 度 な
ど）を表す名前についても、ある程度の標準化が行わ
検索・選択
れている。このように、名前空間を緩やかに標準化す
ること（緩やかにしか標準化しないこと）で、自由度
を確保しつつ、多様な検索（標準キーワードによる検
索、最初に属性名を検索し絞り込んで行う検索、単純
な 全 文 検 索 な ど ）を 実 装 す る こ と で 、検 索 の 便 を 図 る 。
ただし、現時点でのユーザインタフェースには、全文
メタデータ
解析・
ユーザ・グ
詳細表示
可視化
ループ管理
検索のみが実装済みである。
ディレクトリのメタ情報としては、ディレクトリ名
図 4
UI の 構 成
そのもの（多くの場合、内容を表す簡潔な名前になっ
て い る は ず ）に 加 え て 、い わ ゆ る README的 な 簡 単 な
テキストファイルでメタ情報を補えるようにした。属
性名は任意であるが、幾つかの標準的な名前を定める
「緩やかな標準化」を行った。テキストの形式として
は YAML [15] 等 を サ ポ ー ト し （ 現 在 は 計 ２ 種 類 ）、名 前
に つ い て も Dublin Core [16] か ら 採 る の を 基 本 に し つ つ
も、簡単な同義語辞書を持つことで複数の標準に対応
できるようにした。
Gfdnaviで 扱 わ れ る 変 数 は 、 GPhysを 通 じ る こ と で 必
ず座標に関する情報が抽出できるようになっている。
変数は、
（ ゼ ロ 次 元 も 含 む ）多 次 元 の 座 標 系 に お け る 物
理量であり、多くの場合、時間軸並びに地球における
空 間 座 標 を 持 つ（ そ う で な い 場 合 も 許 容 す る ）。応 用 的
に重要な時間及び地球基準の空間に関するメタデータ
は 特 別 に 抽 出 し 、DB化 す る 。扱 う デ ー タ の 空 間 分 布 の
例としては、全球や半球等種々の領域を覆う規則的な
格子点データ、各地の観測点における地上データや気
球 観 測 デ ー タ・ブ イ デ ー タ（ 鉛 直 一 次 元 ）、低 軌 道 の 衛
図 5 デ ィ レ ク ト リ 階 層 ツ リ ー 表 示 窓（ 選 択 UI）
星軌道に沿った観測により得られる帯データなどが挙
げられる。時空間メタデータの仕様および検索インタ
フ ェ ー ス に つ い て は 、 文 献 [1] を 参 照 さ れ た い 。 な お 、
空 間 検 索 の 便 の た め 、 Google Mapイ ン タ フ ェ ー ス を 用
意している。
以上のように、メタデータはツリー状のディレクト
リ 構 造 を 保 持 し な が ら DB 化 さ れ る た め 、XML と の 親
和 性 が 高 い 。 Gfdnavi 内 で は こ れ を RDB で 扱 う が 、 将
来 的 に は 、XML と し て 取 り 出 せ る よ う に す る こ と が 考
えられる。
Gfdnavi に は 、 管 理 や ア ク セ ス 制 御 の た め 、 ユ ー ザ
及 び グ ル ー プ の 概 念 が 導 入 さ れ て い る 。ユ ー ザ は 、
（自
身の専用グループも含む）任意個のグループに所属で
き、データの可視性はグループ単位で指定する。無指
定の場合は完全公開となり、ログインしない匿名ユー
ザも利用可能となる。ユーザには管理権限を持つ者と
一 般 ユ ー ザ の 2 種 が あ る 。一 般 ユ ー ザ の 申 請 は Web ベ
ー ス で 行 え 、申 請 は email で 管 理 者 に 送 ら れ る 。一 方 、
完全公開データの提供のみを目的とするサーバ運営用
に、ログイン等のユーザ関連メニューが一切現れない
形 で の 運 用 モ ー ド も 設 け た 。ロ グ イ ン ユ ー ザ は 、解 析・
可 視 化 結 果 を DB に 登 録 で き 、 検 索 や 閲 覧 に 供 す る こ
とができる。
6. ユ ー ザ イ ン タ フ ェ ー ス
図 4 に 現 在 の Gfdnavi の Web ベ ー ス UI の 構 成 概 略
を示す。矢印はコンポーネント間の遷移・相互作用を
示 す 。例 え ば 、ロ グ イ ン（ ユ ー ザ ー・グ ル ー プ 管 理 UI
に含まれる）することにより、検索・選択においては
所属グループにアクセスが限定されたデータが利用で
き る よ う に な り 、 解 析 ・ 可 視 化 に お い て は DB へ の 書
き出しを伴う機能が利用できるようになる。
検 索 ・ 選 択 UI に は 、 デ ィ レ ク ト リ 階 層 の ツ リ ー 表
示 に よ る 選 択 UI と 、メ タ デ ー タ 検 索 UI が あ る 。Google
Map に よ る 地 図 イ ン タ フ ェ ー ス は 後 者 に 含 ま れ る 。図
5 に 、前 者 の ツ リ ー 表 示 UI の ス ク リ ー ン シ ョ ッ ト を 示
す 。同 UI は 、Microsoft Explorer 風 の 階 層 表 示 を 行 い 、
解 析・可 視 化 UI や メ タ デ ー タ 詳 細 表 示 UI と 結 び つ い
(a)
て い る 。な お 、階 層 表 示 で は 、Ajax に よ る 非 同 期 通 信
により、
「 開 く 」箇 所 の み 通 信 さ れ る の で 、ツ リ ー 全 体
が大きくても表示の速さには影響しない。なお、図に
示 さ れ た URL は http://localhost:3000/ か ら 始 ま る が 、
ブ ラ ウ ザ を 立 ち 上 げ た PC の 3000 番 ポ ー ト で Gfdnavi
の 専 用 Web サ ー バ を 利 用 し て い る た め で あ る 。
以 下 で は 解 析 可 視 化 UI に つ い て 述 べ る 。
6.1. 解 析 ・可 視 化 UI
第 1 章で述べたように、多量の数値データは解析・
可視化してはじめて人間にとって意味を持つようにな
る 。 理 想 は 、 科 学 者 が Gfdnavi の み に よ り デ ー タ 解 析
が行え、出版に相応しいクオリティの可視化まで行え
ることである。そのためには、クイックルック的な可
視化が行えるだけでは不十分であり、自在に数値処理
が 行 え 、き め 細 か に 可 視 化 が 制 御 で き な い と な ら な い 。
これまでのデータ提供サーバは、いずれもこの要請を
満たさない。我々はむしろ、科学者が手持ちのデータ
を解析する際に用いるソフトウェアに範をとる。
第 2 章 で 述 べ た GPhys ラ イ ブ ラ リ 群 は こ の 要 請 を 満
たす。実際、本論文の著者の一部を始めとする複数の
大気科学者が、ほぼこれのみを用いてデータ解析と論
文出版レベルまでの可視化を行っている。そこで、
Gfdnavi に お い て は 、 Web ベ ー ス で GPhys の 全 機 能 が
提供できれば、目標を達することができる。その手段
と し て 、 GUI に よ る 解 析 可 視 化 メ ニ ュ ー を 充 実 さ せ る
のに加え、
(b)
1. デ ー タ 処 理 用 の Ruby メ ソ ッ ド を 登 録 で き る よ う
にし、
2. 対 話 的 に 逐 次 実 行 す る Ruby の 入 力 窓 を 用 意 す る 。
現 在 、 1.の み 実 装 済 み で あ る 。 次 に 、 実 例 を 用 い て 、
実装済みの解析・可視化機能の概要を記す。
図 6a に 解 析 可 視 化 の 画 面 例 を 示 す 。前 述 の 検 索 ま た
はツリー表示から選択されたデータは、左上の解析用
デ ー タ リ ス ト 窓 (表 題 “Variables”の 枠 内 )に 表 示 さ れ る 。
図 で は T, U, V（ そ れ ぞ れ 気 象 学 の 慣 例 で 気 温 、東 西 風 、
図 6 (a) 解 析 可 視 化 画 面 の 例（ 部 分 ）。(b) (a)
南北風である。T は図 5 の右窓に示されているものと
の 変 数 リ ス ト よ り 3 番 目 の ”V”を ク リ ッ ク
同一）の 3 変数がリストに入っており、そのうち最初
して表示されるポップアップ。
の T が チ ェ ッ ク ボ ッ ク ス に よ り 選 択 さ れ て い る 。よ っ
て 、左 中 の 座 標 選 択 窓 、左 下 の 解 析 可 視 化 メ ニ ュ ー は 、
この変数の内容に応じて動的（かつ非同期）に生成さ
れている。左下の解析・可視化メニューではタブ選択
で 可 視 化 (“Draw”)が 選 ば れ 、 そ の 中 で 可 視 化 に 関 わ る
や や 一 般 的 な 設 定 (“General settings”) を 行 う タ ブ が 開
か れ て い る 。そ の 右 の ”Specific Settings”タ ブ の 内 容 は 、
“General Settings”で の 選 択 に 応 じ て 変 化 す る 。
こ の UI で は 、 様 々 な 要 素 が ポ ッ プ ア ッ プ 表 示 機 能
を 有 す る 。 例 え ば 、 図 6b は Variables リ ス ト 中 の ”V”
をクリックすることで得られるポップアップで、当該
変数に直接付与されているメタデータのうち、属性名
と属性値の組で表されるキーワード属性を表示する。
最後の行はより詳細なメタデータ表示画面に飛ぶため
のリンクである。
解 析 ・ 可 視 化 UI で は 以 上 の ほ か に 、 現 在 次 の 機 能
を実現している。
解析：
z
数学・統計計算
z
ユーザ定義関数の登録（要ログイン）
z
生 成 さ れ た デ ー タ の サ ー バ で の 保 存（ 要 ロ グ イ
0..*
知見
ン）またはダウンロード（同不要）
可視化：
z
各種可視化パラメター設定
z
PostScript 生 成
z
新規描画画像の上書きまたは追加（並べてい
1
0..1
表題
0..1
要約
0..*
本文
図
0..*
く）の切り替え
z
画像の合成
z
描画した画像のサーバでの保存（要ログイン）
またはダウンロード（同不要）
z
(参 照 )
図
画 像 を 再 現 す る ruby ス ク リ プ ト と 、描 画 に 必 要
(埋 込 )
なサブセットのみを切り出したデータの組み
合わせのダウンロード
z
画 像 を ワ ン ク リ ッ ク で gfdnavi 上 に 再 現 す る
URL の 取 得
Gfdnavi は 、 解 析 ・ 可 視 化 で 生 成 さ れ た デ ー タ や 画 像
1
1
0..1
表題
画像
ｷｬﾌﾟｼｮﾝ
1
ｽｸﾘﾌﾟﾄ
1..*
元 ﾃﾞｰﾀ
を保存する際に、作成に使ったデータへの参照を自動
図 7 知 見 デ ー タ の 構 成 案 （ UML 表 記 ）
的に記録する。これにより相互にリンクが貼られ、お
互いを辿ることができる。
7. 産 生 さ れ る 知 見 情 報 の 有 機 的 取 込 の 提 案
第 6 章 で 述 べ た よ う に 、 Gfdnavi で は 、 解 析 ・ 可 視
化 の 生 成 物 で あ る 画 像 等 に メ タ デ ー タ を つ け て DB 内
に保存することができる。これを発展させ、データか
ら得られる知見情報をアーカイブ、交換、発信するこ
とが考えられる。
図７に知見データの構成案を示す。知見データは表
題、要約、本文、図からなり、図は本文に埋め込むこ
ともできるようにする。そのため半構造テキスト形式
を 用 い る 。図 は 作 成 元 の 数 値 デ ー タ へ の リ ン ク を 持 つ 。
このため、検索はテキスト情報以外にリンク解析によ
っても行いうる。また、画像を作成したスクリプトを
持つことで再現性を確保し、他のデータにも適用でき
る よ う に す る 。こ れ に よ り 、「 検 証 可 能 な 形 で の 知 見 デ
ータの産生とアーカイブ」を可能にすることができる
の が 、 Gfdnavi に 知 見 デ ー タ の 扱 い を 組 み 込 む 大 き な
利点である。なお、図 7 に現れる以外に、作成日時や
作者等の書誌メタデータも持てるようにし、可能な限
り自動で付与するのが望ましい。
知 見 デ ー タ の 表 題 と 要 約 か ら RSS (RDF Site
Summary)を 生 成 す る こ と が 可 能 で あ る 。こ れ は 、デ ー
タ公開サイトにおける情報発信等に役立つであろう。
8. お わ り に
本論文では、デスクトップデータの解析可視化から
Web で の デ ー タ 公 開 と 解 析 可 視 化 サ ー ビ ス ま で を サ ポ
ー ト す る は じ め て の 汎 用 ツ ー ル Gfdnavi の 構 成 と 実 装
を 示 し た 。 そ の 鍵 は 、 Web サ ー バ を 同 梱 し 、「 ど こ で
も 手 軽 に 」Web サ ー バ を 立 ち 上 げ ら れ る よ う に し 、Web
ブ ラ ウ ザ を UI に す る と い う こ と で あ る 。こ れ に よ り 、
人間が把握する上で解析・可視化操作が不可欠な科学
数値データの扱いにおいて、デスクトップとサイバー
空 間 を 同 じ 土 俵 に 乗 せ る こ と が で き る 。 さ ら に 、 P2P
などによるネットワーキングにより、科学分野におけ
る「デスクトップとサイバー空間の融合」が実現でき
るであろう。今後は、ネットワーキングなど、現在は
提案段階に留まっている機能を実現し、さらに大枠は
実現済みの機能も改良・強化していくことが必要であ
る。
謝辞
本研究遂行にあたって様々な協力やコメントを頂
いた小高正嗣、芦野俊宏、城和貴、竹広真一、中島健
介、鴨浩靖、中野満寿男、佐々木洋平、久保田拓志、
柳平有美、佐藤麻美の各氏に感謝する。本研究は、文
部科学省科研費特定領域「情報爆発時代に向けた新し
い IT 基 盤 技 術 の 研 究 」 の 課 題 A01-14 （ 課 題 番 号
18049043） に よ り 行 わ れ た 。
文
献
[1] 柳 平 有 美 ， 渡 辺 知 恵 美 ， 堀 之 内 武 , “ 地 球 流 体 物
理科学者のためのデータアーカイブサーバ構築
支 援 ツ ー ル ： Gfdnavi に お け る デ ー タ ベ ー ス 設 計
と 検 索 イ ン タ フ ェ ー ス の 実 装 ” . DEWS2007,
March 2007 (投 稿 中 ).
[2] 佐 藤 麻 美 , 渡 辺 知 恵 美 , “ P2P を 利 用 し た 地 球
流 体 デ ー タ の 横 断 検 索・共 有 シ ス テ ム の 実 現 に 向
け て ” . DEWS2007, March 2007 (投 稿 中 ).
[3] Hankin, S., J. Callahan, J. Sirott, “The Live
Access Server and DODS: Web visualization
and data fusion for distributed holdings”.
http://ferret.wrc.noaa.gov/Ferret/LAS/LASoverv
iew.html, 2001.
[4] Cornillon, P., J. Gallagher, and T. Sgouros,
“OPeNDAP: Accessing data in a distributed,
heterogeneous environment”, Data Science Journal,
2, pp. 164-174, 2003.
[5] Lawrence, B., R. Cramer, M. Gutierrez, K.K. van
Dam, S. Kondapalli, S. Latham, R. Lowry, K.
O'Neill, and A. Woolf, “The NERC DataGrid
prototype”, UK e-Science All Hands Meeting, 2003,
http://www.nesc.ac.uk/events/ahm2003/AHMCD/pdf/
094.pdf, 2003.
[6] 村 田 健 史 , 岡 田 雅 樹 , 阿 部 文 雄 , 荒 木 徹 , 松 本 紘 ,
太陽地球系物理観測の分散メタデータベースの
設 計 と 評 価 」情 報 処 理 学 会 論 文 誌：デ ー タ ベ ー ス 、
Vol.43, No.(TOM16), pp. 115-130, 2002.
[7] 木 村 映 善 . 村 田 健 史 , “太 陽 地 球 系 観 測 メ タ デ ー
タ ベ ー ス の Grid Service 移 行 を 考 慮 し た Web
Service 実 装 に つ い て ”, 分 散 シ ス テ ム /イ ン タ ー ネ
ッ ト 運 用 技 術 シ ン ポ ジ ウ ム 2004、pp.99-104，2004.
[8] Quinn, P., D. Barnes, I. Csabai, C. Cui, F. Genova, B.
Hanisch, A. Kembhavi, S.C. Kim, A. Lawrence, O.
Malkov, M. Ohishi, F. Pasian, D. Schade, W. Voges,
“The International Virtual Observatory Alliance:
Recent technical developments and the road ahead”,
Proceedings of SPIE, 5493, pp 137-145, 2004.
[9] Hansson, D. H. et al., Ruby on Rails.
http://www.rubyonrails.org/.
[10] Thomas, D., and D.H. Hansson, “Agile Web
Development
with
Rails,”
The
Pragmatic
Programmers LLC, USA, 2005.
[11] Horinouchi T., R. Mizuta, S. Nishizawa, D.
Tsukahara, and S. Takehiro, “GPhys -- a
multi-purpose class to handle gridded physical
quantities”,
http://ruby.gfd-dennou.org/products/gphys/,
2003.
[12] Rew, R., and G. Davis, “NetCDF - An interface for
scientific-data access,” IEEE Computer Graphics and
Applications, 10(4), pp 76-82, 1990.
[13] World Meteorological Organization: A guide to the
code form FM 92-IX Ext. GRIB, Edition 1,
http://www.wmo.ch/web/www/WDM/Guides/Guide-b
inary-2.html.
[14] Eaton, B., J. Gregory, R. Drach, K. Taylor, and S.
Hankin: “NetCDF Climate and Forecast (CF)
Metadata
Conventions”.
http://www.cgd.ucar.edu/cms/eaton/cf-metadata/CF-1
.0.html, 2003.
[15] YAML™ homepage: http://www.yaml.org/.
[16] The Dublin Core Metadata Initiative: “Dublin Core
Metadata
Element
Set,
Version
1.1”.
http://dublincore.org/documents/dces/, 2006.