McIDAS

McIDAS , el "Sistema de acceso interactivo a datos entre el hombre y la computadora", es una herramienta de pronóstico del tiempo desarrollada en la Universidad de Wisconsin-Madison en la década de 1970 y que se sigue utilizando hasta el día de hoy. En sus primeras versiones, se utilizó ampliamente para generar gráficos para estaciones de televisión, pero hoy en día lo utilizan principalmente la NOAA y agencias relacionadas. Los usuarios del sistema McIDAS desarrollaron una versión similar para microcomputadoras y la vendió ColorGraphics Weather Systems , que generó gran parte de las imágenes meteorológicas computarizadas que se vieron en la televisión en los EE. UU. en la década de 1980.

En 1953, Verner Suomi midió el balance térmico de un campo de maíz para su tesis doctoral en la Universidad de Chicago . ^[1] Durante el resto de su carrera profesional trabajó en el campo de la medición remota utilizando radiómetros , a menudo trabajando con Robert Parent. Desarrollaron un radiómetro de detección remota con la intención de volarlo al espacio y medir el balance térmico de la Tierra. Su primer intento fue instalado en el Vanguard TV3 , pero este explotó en el lanzamiento. Un experimento similar voló en el Explorer 7 en 1959. Este experimento demostró el impacto de la cobertura de nubes en el balance térmico de la Tierra. ^[1]

Para seguir desarrollando el campo de la meteorología basada en satélites, las subvenciones de la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) llevaron a la creación del Centro de Ingeniería y Ciencia Espacial (SSEC) en la Universidad de Wisconsin-Madison . En el SSEC, Suomi y Parent desarrollaron la cámara Spin Scan Cloudcover Camera (SSCC) para medir y mapear con precisión la cobertura de nubes. La SSCC fotografiaba una sola franja de la Tierra a la vez, enviando su información directamente a una radio para su transmisión a la Tierra. Fijada al cuerpo de un satélite giratorio, la SSCC construiría una imagen 2D a medida que el satélite girara y rotara en su órbita.

El 6 de diciembre de 1966 se lanzó el SSCC en el ATS-1. El 5 de noviembre de 1967, el ATS-3 lanzó la cámara de cobertura de nubes Multicolor Spin Scan, que proporcionó la primera imagen meteorológica en color. ^[1] Los datos de estos instrumentos se capturaron en impresiones en tiempo real y requirieron trabajo manual para cortar y pegar las tiras sucesivas en una sola imagen y luego en múltiples imágenes con lapso de tiempo. Aunque se lograron varios avances al examinar estos datos, el trabajo fue tedioso y consumió mucho tiempo.

Para acelerar el proceso de análisis de los datos, Suomi inició un concurso interno para desarrollar una solución automatizada. Se formaron dos equipos, uno que desarrollaba una solución analógica y otro que utilizaba software. La solución de software, de Smith y Phillips, fue capaz de demostrar la capacidad de calcular la velocidad y la dirección del viento basándose únicamente en las imágenes de las nubes. Basándose en este éxito, Suomi pudo obtener financiación adicional de la NASA y la NSF para desarrollar un prototipo de sistema de procesamiento de imágenes totalmente computarizado. ^[2]

El sistema, conocido como WINDCO, consistía en un disco de vídeo para almacenar imágenes y un miniordenador Raytheon 440 que lo controlaba. El ordenador se utilizaba para grabar las imágenes de los satélites, almacenando en búfer un único fotograma de las tiras y almacenándolo junto con la información de tiempo. El usuario interactuaba con el vídeo resultante para seleccionar puntos en los fotogramas que representaban el mismo punto a medida que se movía en el tiempo, y el resultado de sus selecciones se perforaba en una cinta de papel . A continuación, el 440 leía la cinta de papel y la copiaba en tarjetas perforadas que contenían instrucciones para el ordenador central UNIVAC 1108 , que las convertía en un mapa vectorial superpuesto sobre un mapa de la Tierra. ^[2]

En una demostración ante la NOAA, la NASA y la NSF el 12 de abril de 1972, el sistema demostró la capacidad de generar 1000 vectores de viento por hora. Los asistentes quedaron impresionados, pero notaron que el sistema no podía correlacionar los datos de los satélites, que se originaban en un formato muy específico, con los datos recopilados por otros sensores, como estaciones meteorológicas automatizadas. Alentaron al equipo del SSEC a continuar con el desarrollo, hacer que el sistema fuera aún más automatizado e incluir la capacidad de combinar datos de cualquier fuente. ^[2]

El mayor problema a la hora de desarrollar una solución totalmente automatizada fue encontrar una máquina que se ajustara a su presupuesto y que tuviera la velocidad y las capacidades de almacenamiento necesarias. El equipo acabó optando por un ordenador Datacraft/5 equipado con 96 kB de memoria central y dos discos duros de 5 MB , uno fijo y otro extraíble. El nuevo software, McIDAS, estaba mucho más automatizado y el papel principal del usuario en la fase de adquisición de datos se reducía a comprobar la calidad de los vectores generados automáticamente por el software. Se añadió un sistema de mejora de imágenes para ayudar a ver las nubes en zonas con poca luz. ^[3]

McIDAS aceptaba datos de varias fuentes. Las imágenes de nubes se almacenaban en cinta y luego se introducían según fuera necesario; los datos del Satélite Meteorológico Sincrónico podían introducirse directamente desde una fuente de satélite a 1,7 MB por segundo, los datos de la FAA a 75 bit/s o el radar del Servicio Meteorológico Nacional a 1200 bit/s. Todos estos datos podían superponerse a mapas vectoriales dibujados a mano. El sistema se amplió posteriormente para admitir datos del Satélite de Tecnología de Recursos Terrestres y las sondas planetarias Mariner. ^[4] Un intérprete de línea de comandos permitía al usuario recuperar los datos con comandos cortos y YK T 500 1200 USAgeneraba una pantalla de los datos de temperatura de 500 mb de las mediciones de las 1200 UTC sobre los EE. UU.

El primer sistema McIDAS se completó en junio de 1972, pero la puesta a punto continuó durante varios meses. En octubre de 1973 se instaló una señal en tiempo real de McIDAS al servicio de televisión pública estatal local WHA-TV. Se siguieron añadiendo actualizaciones y nuevas señales de datos; en 1976 se añadieron mapas de radar meteorológico local, señales para los satélites GOES de nueva generación y otros. La demanda del sistema era tan alta que hubo que actualizarlo varias veces para obtener más rendimiento y capacidad de almacenamiento, con programación de 24 horas para las estaciones de trabajo. Más tarde se instaló un sistema en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. en Cambridge . ^[4]

La demanda continua dio como resultado la creación de una versión de segunda generación de McIDAS basada en seis computadoras Harris/6 conectadas entre sí mediante un sistema de red personalizado que llamaron "líneas de quemado". Dos de las máquinas actuaron como servidores de bases de datos con unidades de disco de 300 MB, mientras que las otras cuatro admitieron hasta 18 estaciones de trabajo, cada una con unidades de 80 MB. Se instalaron terminales remotas dentro de la Universidad sobre líneas de 9600 bit/s, y más tarde se instaló otra en el centro del Servicio Nacional de Satélites Ambientales en Kansas City , donde se procesaron los datos de la serie Landsat . Después de que un tornado en Wichita Falls, Texas, matara a varias personas en 1979, el Congreso ordenó que se instalara un nuevo McIDAS en el Centro Nacional de Pronóstico de Tormentas Severas (ahora conocido como Centro de Predicción de Tormentas ), que se completó en enero de 1981. ^[5]

La Agencia Espacial de Alemania Occidental comenzó la tarea de convertir McIDAS en un mainframe Amdahl en 1976, y un sistema similar fue instalado posteriormente en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA . Se escribieron versiones más nuevas para IBM System/370 e IBM 4331. Con el rendimiento mejorado que ofrecían estas máquinas, la arquitectura distribuida del McIDAS de segunda generación ya no era necesaria y los sistemas volvieron a una instalación de servidor único. En 1984 se inició el desarrollo de una versión independiente para IBM PC utilizando gráficos EGA o VGA, primero en DOS y más tarde en OS/2 . Estas versiones difundieron McIDAS más allá de la universidad y el laboratorio, y pronto se encontraron usuarios en estaciones de televisión y agencias de predicción meteorológica de todo el mundo. ^[6]

Un sistema de cuarta generación, la versión actual, fue construido sobre Unix . Esto comenzó en 1989 como un entorno McIDAS para Vis5D . ^{[7] [8]} En 1993, McIDAS fue la base para el desarrollo de una versión compatible con X , que se lanzó en 1996 como McIDAS-X. Con redes estandarizadas, la versión Unix permitió que se conectaran terminales de bajo costo a las estaciones de trabajo Unix, y se desarrollaron versiones cliente para OS/2 y Windows NT . ^[9] A diciembre de 2009, McIDAS-X está probado y es compatible con SSEC en estaciones de trabajo AIX, Enterprise Linux, HP-UX, IRIX, Mac OS X, Solaris y Windows XP. ^[10]

La quinta generación de McIDAS se encuentra en pleno desarrollo. Este nuevo paquete, denominado McIDAS-V, es una herramienta de visualización y análisis de datos de código abierto y gratuita que muestra datos satelitales meteorológicos (incluidos los hiperespectrales ) y otros datos geofísicos en dos y tres dimensiones. McIDAS-V también puede analizar y manipular los datos con sus potentes funciones matemáticas. McIDAS-V se basa en las bibliotecas VisAD de SSEC y Integrated Data Viewer de Unidata , y contiene el software "Bridge" que permite a los usuarios de McIDAS-X ejecutar sus comandos y tareas en el entorno de McIDAS-V. La funcionalidad del paquete de software HYDRA de SSEC también se está integrando en McIDAS-V para visualizar y analizar datos satelitales hiperespectrales. ^[11]

• W. Hibbard, D. Santek, MF. Voidrot-Martinez, D. Kamins y J. Vroom, UNIX y X Windows: la elección correcta para sistemas interactivos. Preprints, Conf. Sistemas interactivos de información y procesamiento para meteorología, oceanografía e hidrología. Anaheim, Amer. Meteor. Soc., 1990, págs. 162-163.
• D. Santek, W. Hibbard, MF. Voidrot-Martinez, D. Kamins y J. Vroom, Una implementación de McIDAS en UNIX y X Windows. Preprints, Conf. Sistemas interactivos de procesamiento e información para meteorología, oceanografía e hidrología. Anaheim, Amer. Meteor. Soc., 1990, págs. 164-166.
• Matthew Lazzara, et al., "El sistema de acceso interactivo a datos entre el hombre y la computadora: 25 años de procesamiento interactivo", Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense , volumen 80, número 2, febrero de 1999, págs. 271-284
• Webmaster del SSEC, "40 años de investigación y observaciones de satélites geoestacionarios en el Centro de Ciencias e Ingeniería Espaciales", 13 de noviembre de 2006
• Thomas Achtor, et al., "McIDAS-V: una potente herramienta de análisis y visualización de datos para datos satelitales ambientales multiespectrales e hiperespectrales", Proc. SPIE 7085, 708509 (2008), doi :10.1117/12.795223