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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: haroldo@lac.inpe.br

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!