Молекулярная спектроскопия Молекулярная спектроскопия
Guest | Паспорт
 Rus | Eng   
Словарь  |  Помощь
Отчет 2004


.1.  Номер проекта:
02-07-90139
3.2. Название проекта:
SPECTRA - Информационно-вычислительная система по молекулярной спектроскопии
3.3. Коды классификатора, соответствующие содержанию фактически проделанной работы:
02-340 Спектроскопия
07-150 Электронные библиотеки и коллекции
3.4. Объявленные ранее цели проекта:
Целью проекта является развитие доступной по сети Интернет информационно-вычислительной системы по молекулярной спектроскопии, предоставляющей информацию из спектроскопических банков данных и возможность решения задач молекулярной спектроскопии с использованием апробированных моделей и вычислительных алгоритмов, а также построение онтологической системы, ориентированной на молекулярную спектроскопию.
К ожидаемым результатам относятся:
1. Организация доступа по сети Интернет к спектроскопическим данным по молекулам воды (Партридж-Швенке и оригинальные результаты авторов), сероводорода, двуокиси серы, углекислого газа и закиси азота.
2. Введение в научный оборот вычислительных моделей для решения прямой спектроскопической задачи и первичной идентификации экспериментальных спектров.
3. Построение онтологической системы по молекулярной спектроскопии.
4. Создание ИВС, предназначенной для размещения на серверах ведущих групп спектроскопистов в России.
3.5. Степень выполнения поставленных в проекте задач:
Основные цели проекта выполнены.
Создана информационно-вычислительная система с доступом по сети Интернет (http://saga.atmos.iao.ru). Основу системы состовляют базы данных, содержащие параметры спектральных линий (HITRAN, GEISA и оригинальные данные участников проекта) и данные о коэффициенте поглощения в области крыльев спектральных линий. Вычислительная компонента системы включает в себя расчеты коэффициента поглощения для разных термодинамических условий, как для однородных по составу молякулярных смесей, так и бинарных смесей. Решение прямой спектроскопической задачи выполнено в первый год выполнения проекта. В 2004 году завершена работа по предоставлению доступа к первичной обработке экспериментальных спектров.
Построена версия онтологии по молекулярной спектроскопии, требующая дальнейшего развития.
Открыто зеркало сайта в С.-Петербургском университете (http://saga.molsp.phys.spbu.ru/)
3.6. Полученные за отчетный период важнейшие результаты:
Данные.
На основе экспертизы и критической переработки всей доступной в литературе информации, а также с привлечением оригинальных результатов участников проекта и использованием современных высокоточных расчетов составлена подробная база данных по поглощению сероводорода в области 2100- 16000 см-1 и водяного пара в области 0 – 25000 см-1.

H2S:
Осуществлена полная идентификация и моделирование спектров поглощения молекулы H2S в диапазоне 4200-11300 см-1. Полученные из подгонки вращательные, резонансные константы, параметры дипольного момента позволяют описать исходную информацию с точностью, близкой к экспериментальной. Синтезирован подробный высокоточный спектр поглощения H2S в диапазоне 4200 - 11300 см-1, содержащий свыше 20000 линий [1-3]. В базу включались все линии поглощения с расчетной интенсивностью большей или равной 1.0Е-07 см-2/атм за исключением диапазонов 9540 - 10000 и 10780-11330 см-1, исследованных с помощью высокочувствительного внутрирезонаторного метода,- в этом случае в базу данных занесены линии поглощения с интенсивностями, большими или равными 2.0Е-09 см-2/атм. В базу также занесены отдельные имеющиеся в литературе участки спектра поглощения сероводорода в области выше 11300 см-1 (около 600 линий поглощения). В области 2100- 4200 см-1 в базу перенесена информация, содержащаяся в банке данных HiTran 2004 (более 16000 линий), записанная в новом формате.

H2O:
На основе высокоточных ab initio [4-5] и вариационных [6] расчетов осуществлена интерпретация спектра поглощения водяного пара в области 8000-25000 см-1, зарегистрированного в работах [7-10]. Полученные в результате массивы содержат более 30000 линий поглощения (включая дублетные и триплетные отнесения). Стоит отметить, что в базе данных HiTran-2000 в указанном диапазоне содержалось только около 14000 линий (новая версия HiTran-2004 содержит в этом диапазоне 20200 линий), часть которых была неидентифицирована, а часть имела неправильное отнесение. Таким образом, проведенный анализ позволил интерпретировать дополнительно к известным в литературе более 4000 слабых линий поглощения, соответствующих переходам на высоковозбужденные колебательно-вращательные состояния. В области 0 – 8000 см-1 в базу данных включена критически переработанная и записанная в новом формате информация из БД HiTran -2004 (43000 линий), дополненная, где это было возможно, вновь опубликованными результатами. В частности, на Рис. 1 показан участок спектра в области 6130 – 6748 см-1, где применение высокочувствительного CRDS метода [11] позволило зарегистрировать более 4000 линий по сравнению с 926 линиями (30% этих линий были признаны неправильными), представленными в БД HiTran -2000.

Вся экспериментальная информация представлена в новом формате: на каждую экспериментальную линию поглощения приводится при необходимости до трех идентификаций, что крайне важно для трансформации экспериментального спектра на другие давления и температуры. Наличие высокоточных расчетных интенсивностей позволило также включить в базу данных значительное число слабых линий, отсутствующих по разным причинам (недостаточная чувствительность спектрометра, перекрывание с более сильными линиями) в экспериментальных спектрах. Центры этих линий были с высокой точностью определены из известных экспериментальных «верхних» уровней энергии.

Впервые в созданных базах данных представлены массовые расчеты уширения линий водяного пара и сероводорода давлением азота и кислорода в диапазоне 8000-24000 см-1.
Занесены данные об экспериментальных измерениях коэффициента поглощения в крыльях спектральных линий (около 10 работ).

Рис.1.Сравнение БД HITRAN 2004 и экспериментального спектра [11].

Модели.
В систему интегрировано приложение для обработки экспериментальных спектров однородных по составу молекулярных газов, измеренных при температурах до 1000К. Приложение позволяет формировать списки линий спектров высокого разрешения, содержащих десятки тысяч линий, практически без участия человека. Оно создано на основе результатов диссертационной работы Пшеничникова А.М.[12].
Созданы приложения, ориентированные на вычисление коэффициента поглощения, как в чистом газе, так и бинарных смесях. Расчеты коэффициента поглощения в ИВС можно проводить на основе всех доступных пользователю источников данных о параметрах спектральных линий, разных типов контуров и термодинамических условиях.

Технологии.
Развитие технологии построения ИВС протекало в два этапа. На первом из них была поставлена задача модификации построенной ранее ИВС (http://spectra.iao.ru), в целом эта задача была выполнена в первый год. В связи с выходом из состава участников разработчика программного обеспечения созданной ранее ИВС развитие технологии построения, как информационного ресурса, так и программного обеспечения пошло иным путем.

Для построения информационной системы было использовано промежуточное программное обеспечение, созданное для формирования портала по атмосферным наукам (http://atmos.iao.ru) [13]. Основные усилия в развитии технологических средств были сконцентрированы на создании системы ввода данных, как для параметров спектральных линий, так и коэффициентов поглощения, а также развития графики высокого уровня для отображения, как результатов расчетов, так и статических данных из БД.

При организации ввода данных использована xml-схема, позволяющая пользователю формировать входные плоские массивы произвольного вида в рамках структур, определенных xml-схемой.

Создано два аплета для типового отображения данных в виде диаграмм (интенсивность, волновое число) и двумерных графиков, а также специализированный аплет для работы с экспериментальными спектрами.

Создано программное обеспечение для обмена метаданными в распределенной системе. В его состав входят средства создания, ведения и модернизации реестра метаданных, средства подготовки метаданных и средства обмена реестров метаданных в распределенной ИС [14].

Метаданные.
Источники данных о коэффициенте поглощения обеспечены метаданными в предложенном нами формате. Метаданные концентрируются в реестре. Они тесным образом связаны с графическим представлением данных при проведении сравнений с расчетными данными.

Построены XML и RDF-схемы для данных характерных для молекулярной спектроскопии (см. рис.3) [15]. Создана первая версия онтологии по молекулярной спектроскопии.

Рис.2. RDF-граф, описывающий связи между классами ”Спектр” (3),
“Спектральные функции” (2) и “Вещество” (1) для атмосферной молекулярной спектроскопии и ориентированный на описание данных из БД Hitran.
Объекты помеченные овалами представляют ресурсы, прямоугольниками – литералы и дуги соответствуют свойствам ресурсов

1. Науменко О.В., Половцева Е.Р. База данных по поглощению сероводорода в области 4400-11400 см-1 / / Опт. Атмосферы и Океана, том 16, № 11, 985-991 (2003)
2. Науменко О.В., Половцева Е.Р. Колебательный спектр молекулы сероводорода / / Опт. Атмосферы и Океана, том 17, № 11, 895-898 (2004)
3. Brown L.R., Naumenko O.V., Polovtseva E.R., Sinitsa L.N. Hydrogen sulphide absorption spectrum in the 8400- 8900 cm-1 spectral region / / SPIE. Proc. 24-28 June, 2004, Tomsk, V. 5743. P. 1-7
4. Partridge H,. Schwenke D.W. J.Chem. Phys., v.106, pp.4618-4639 (1997)
5. Schwenke D. W., Partridge H. J. Chem. Phys., v.113, pp.6592-6597 (2000)
6. Shirin S.V., Polyansky O.L., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J. J. Chem. Phys. 118 (2003) 2124-2129, Barber R.J., Tennyson J. to be published
7. Coheur P.-F., Fally S., Carleer M., Clerbaux C., Colin R., Jenouvrier A., Mérienne M.-F., Hermans C. and Vandaele A.C. New water vapor line parameters in the 26000-13000 cm-1 region / / J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 2002, V.74. P. 493-510.
8. Mérienne M.-F., Jenouvrier A., Hermans C., Vandaele A. C., Carleer M. Clerbaux C., Coheur P.-F., Colin R., Fally S., and Bach M. Water vapor line parameters in the 13000-9250 cm-1 region / / J.Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 2003. V. 82. P. 99-117
9. Tolchenov R.N., Tennyson J., Shirin S. V., Zobov N. F., Polyansky O. L., and Maurellis A. Water line parameters for weak lines in the range 9000-12700 cm-1 / / J. Molec. Spectrosc. 2003. V. 221. P. 99-105
10. Naumenko O. and Campargue A. Rovibrational analysis of the absorption spectrum of H2O around 1.02 μm by ICLAS-VECSEL / / J. Mol. Spectrosc. 2003. V. 221. P. 221-226
11. Macko P., Romanini D., Mikhailenko S.N., Naumenko O., Kass S., Jenouvrier A.,Tyuterev Vl. G., and Campargue A. High sensitivity CW-cavity ring down spectroscopy of water in the region of the 1.5 μm atmospheric window / / J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 227. P. 90-108
12. Ахлёстин А.Ю., Гордов Е.П., ДеРуддер А., Крутиков В.А., Лыкосов В.Н., Михалев А.В., Фазлиев А.З., Федра К. Интернет портал о свойствах атмосферы. Структура и технологии. // Труды Всероссийской конференции “Математические и информационные технологии в энергетике, экономике и экологии”. Иркутск. 2003. Т.2. С. 247-254.
13. Быков А.Д., Воронин Б.А., Козодоев А.В., Лаврентьев Н.А., Родимова О.Б., Фазлиев А.З. Информационная система для решения задач молекулярной спектроскопии. 1. Структура информационных ресурсов, Оптика атм. и океана, т. 17, 2004г., № 11, стр.921-926
14. Азизов Р.К., Привезенцев А.И., Фазлиев А.З. Организация обмена RDF-документами в распределенной информационной системе, Труды Международной конференции по вычислительной математике МКВМ-2004, Рабочие совещания /Под. Ред. Ю.И.Шокина и др., Новосибирск, Изд. ИВМиМГ, 2004, с.34-37.
15. Родимова О.Б., Творогов С.Д., Фазлиев А.З., Онтология по молекулярной спектроскопии атмосферных газов, Труды 5 Всероссийской конференции “Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, электронные коллекции”, С-Пб., 29-31 октября 2003, с. 211-215.

3.7. Степень новизны полученных результатов:
Данные.
Спектр высокого разрешения H2S в диапазоне 4000-6000, 6500-9500 см-1 исследован впервые , информация о линиях поглощения H2S в диапазоне 6000- 6500 и 9500 - 10000 см-1 значительно расширена [1-3] по сравнению с предыдущими (1987, 1994) исследованиями. Впервые осуществлено моделирование с высокой точностью центров и интенсивностей линий поглощения H2S в диапазоне 4000-9500 см-1.

Спектры поглощения изотопозамещенных модификаций Н2О17, Н2О18, в области 8500 -9500 см-1 исследованы впервые, равно как и спектр поглощения Н217О в области 13000 -14500 см-1. Впервые осуществлена интерпретация значительного числа слабых, ранее не отнесенных линий водяного пара и его изотопомеров во всем исследованном диапазоне от 8000 до 25000 см-1.

Данные по уширению водяного пара в диапазоне 0-25000 см-1 рассчитаны участниками проекта.

Новизна полученных результатов определяется также оперативным включением в массивы данных новой экспериментальной информации, опубликованной в научной литературе за последние три года или посланной в печать в 2004 году. Новым также является формат массивов данных, в котором учтен тот важный факт, что экспериментальная линия поглощения, зачастую, формируется несколькими колебательно-вращательными переходами.

В настоящее время представленный синтетический спектр, созданный на основе потенциальной функции и функции дипольного момента [4-5] является наиболее полным вычисленным спектром молекулы воды. Как показано в многочисленных работах по спектроскопии водяного пара [6-8], данный спектр может быть с успехом применен в различных спектральных диапазонах и для различных изотопомеров для нужд идентификации, как спектров поглощения, так и эмиссионных спектров воды. Представленный спектр HD18O и HD17O является на сегодняшний день первым расчетным спектром этих изотопомеров в таком широком спектральном диапазоне.

Модели.
Нам неизвестны доступные в Интернете сайты предоставляющие пользователям возможность решения прямой спектроскопической задачи на стороне сервера и с веб-интерфейсом.

Создана система первичной обработки экспериментальных спектров, использующая теорию распознавания образов, что позволяет уверенно идентифицировать слабые линии, «плечи» и группы линий в колебательно-вращательных спектрах поглощения. Сравнение списков линий, подготовленных системой, со списками, полученными с помощью стандартной Брукеровской программы, поставляемой вместе со спектрометром, показало, что наша система генерирует более полные и точные списки, содержащие значительно меньшее количество «шума». Важным условием является также то, что, в отличие от существующих программ, система способна составлять подробный список линий и осуществлять восстановление параметров спектральных линий (положение, интенсивность, полуширина) в автоматическом режиме.

Технологии.
Созданный аплет для графического представления данных на клиентском месте ориентирован на представление диаграмм интенсивностей молекул и их попарного сравнения. Аналог нам неизвестен.

Онтологии.
Построенная онтология не имеет аналогов. В известной нам системе http://spectra.iao.ru описание метаданных отсутствует, и работы по переводу сайта в веб-сервис не ведутся.


1. Brown L.R., Naumenko O.V., Polovtseva E.R., Sinitsa L.N. Hydrogen sulphide absorption spectrum in the 8400- 8900 cm-1 spectral region / / SPIE. Proc. 24-28 June, 2004, Tomsk, V. 5743. P. 1-7
2. Brown L.R., Naumenko O.V., Polovtseva E.R., Sinitsa L.N. Absorption spectrum of H2S between 7200 and 7890 cm-1 / / SPIE. Proc. 24-28 June, 2003, Tomsk, V. 5396. P. 42-48
3. Brown L.R., Naumenko O.V., Polovtseva E.R., Sinitsa L.N. Hydrogen sulphide absorption spectrum in the 5700-6600 cm-1 spectral region / / SPIE. Proc. 6-11 July, 2003. Krasnojarsk, Russia, V. 5311. P. 59-67
4. H. Partridge, D.W. Schwenke, J. Chem. Phys., v.106, pp.4618-4639 (1997)
5. D.W. Schwenke, H. Partridge, J. Chem. Phys., v.113, pp.6592-6597 (2000)
6. O. Naumenko et al., J. Mol. Spectrosc., v.201, pp.297-309 (2000)
7. S.N. Mikhailenko et al., J. Mol. Spectrosc., v.213, pp.91-121 (2002)
8. M. Tanaka et al., J. Mol. Spectrosc., v.216, pp.77-80 (2002)
3.8. Сопоставление полученных результатов с мировым уровнем:
Данные.
Наиболее распространенными банками спектроскопической информации являются базы данных HiTran и GEISA. При сравнении полученных результатов с содержанием БД HiTran и GEISA мы будем ссылаться как на старую (2000 год), так и на новую (2004 год), только что появившуюся, версии HiTran.
Созданная нами база данных по спектрам Н2О включает в себя основные наборы данных, используемые в мире, и в ряде диапазонов превосходит мировой уровень по точности и полноте представленной информации. В частности, в БД HiTran и GEISA наряду с экспериментальной информацией имеются синтетические данные, погрешность которых в отдельных случаях составляет несколько см-1 для центров и порядки величины для интенсивностей. Так, в области 5750 – 8000 см-1 в базе данных HiTran – 2000 параллельно с оригинальными данными Тоса содержались сотни грубых расчетных и даже ошибочных данных (они были исключены только в последней версии БД) [1].
Несмотря на то, что последняя версии HiTran -2004 значительно улучшена (включены новые экспериментальные и исключены устаревшие расчетные данные), она в отдельных диапазонах повторяет ошибки старой версии 2000-го года. Так, в диапазоне 8000 - 9500 см-1 линии поглощения полос (031)-(000), (012)-(000), (111)-(000) Н218О из HiTran -2004 отличаются от экспериментальных данных, представленных в нашей базе, на величину, в среднем, -3.7, -2.9, и 0.3 см-1, соответственно, а для полосы (210)-(000) данные отсутствуют вовсе. Значительные (до 0.6 см-1) отклонения центров линий от экспериментальных данных, равно как и полное отсутствие информации отмечено также для полос поглощения Н217О в том же диапазоне 8000 – 9500 см-1.
В отдельных диапазонах, например, в области 6200 -6500 см-1 данные HITRAN - 2004 для водяного пара были значительно расширены за счет привлечения новой экспериментальной информации [2]. Следует отметить также большое количество вновь идентифицированных слабых линий поглощения водяного пара в области 9000 – 25000 см-1,– это около 4000 линий по сравнению с БД HiTran – 2004 [3]. Тот факт, что в последней версии БД HiTran -2004 в области 9000 – 16000 см-1 использован массив данных по поглощению водяного пара, полученный с участием исполнителей проекта, также свидетельствует о высоком качестве создаваемых в рамках проекта наборов данных.

Данные по спектрам поглощения H2S в области выше 4000 см-1 отсутствуют в общеизвестных базах данных HITRAN и GEISA. Нет сведений или они не полны о спектрах сероводорода в области 4000-9500 см-1 и в научной литературе. Например, спектр поглощения H2S в диапазоне 7200 - 8900 см-1 был исследован в работах [4-5], опубликованных в 2004 году. В то же самое время независимый анализ спектра сероводорода в указанном диапазоне, выполненный нами [6], позволил удвоить число идентифицированных линий поглощения. Достигнутая нами точность моделирования центров (0.001 -0.006 см-1) и интенсивностей (3-5%) спектральных линий H2S соответствует мировому уровню подобных расчетов. Это позволило синтезировать подробный и точный список линий поглощения H2S в исследуемом диапазоне.

При составлении массивов данных использовалась как критически переработанная доступная в литературе информация, так и оригинальные результаты исполнителей проекта. Применение новейших высокоточных ab initio [7-8] и вариационных [9] расчетов и Экспертной системы [10] для автоматической идентификации колебательно - вращательных спектров позволили обеспечить высокую надежность и полноту квантовой идентификации линий поглощения. Все массивы данных записаны в новом формате, предусматривающем до трех идентификаций на одну экспериментальную линию поглощения. При этом наличие колонок с расчетными интенсивностями и частотами позволяет проследить структуру неразрешенных в эксперименте мультиплетов. О целесообразности использования именно такого формата данных уже давно идет дискуссия в научной литературе. Так, в последней версии HITRAN-2004 массивы по поглощению водяного пара в области 9000-16000 см-1 записаны в подобном формате.

Модели.
Для обработки спектров на клиентском месте применяются универсальные пакеты программ, такие как ORIGIN (с программой PeakFit), OPUS/LT (фирмы Bruker), GRAMS/32 (фирмы Galactic), PEAKSOLVE, FOCUS, OMNIC (фирмы NICOLET), IPLAB (фирмы Scanalytic), SCARP (фирмы PERKIN ELMER), WINFIRST (фирмы MATTSONIR). Существуют также специализированные пакеты программ для полу¬чения спектроскопической информации, например, INTBAT, OPTIMIZE, DECOMP, FITMAS, RELIP. Однако универсальные пакеты не учитыва¬ют особенностей методов измерений, а специализирован¬ные созданы для решения конкретных задач. Все они в определенной степени способны решать некорректные задачи и не лишены недостатков. Например, некоторые привязаны только к определенной аппаратуре; другие используют для подгонки параметров какой-либо один контур, например, Гаусса, либо только узкий круг распределений, предназначенных для конкретной задачи и не подходящий в общем случае; следующие требуют непосредственного участия оператора при своей работе – для разметки спектра, определения числа линий в группе; некоторые из этих программных средств для начала своей работы (до поиска спектральных линий) требуют проведения большого объема предварительных расчетов – дифференцирования, интегрирования, сглаживания, и т.д. Ни одно из перечисленных приложений не является Интернет приложением и не позволяет проводить полный цикл работ в автоматическом режиме.

Технология.
Технология, использованная при построении сайта системы, соответствует современному мировому уровню развития технологии построения динамических сайтов.
Для создания информационной системы использовалось промежуточное программное обеспечение (ППО), созданное в ИОА СО РАН. Отличительной особенностью ППО является система управления данными пользователя и меню, ориентированная на использование в информационно-вычислительных системах. Нам неизвестны подобного рода системы управления данными. Оригинальный аплет для отображения спектроскопических данных был создан за счет средств проекта и не имеет аналогов среди программ для графического представления спектральных данных.

Онтологии.
Описание информационных ресурсов в Интернете средствами, развиваемыми в рамках семантического веба (Semantic Web), находится в начальной стадии. Основная причина такого состояния связана с тем, что рекомендации W3C появились в 2004 году. Проведенное нами описание информационных ресурсов основано на этих рекомендациях.

Работы по формированию онтологий в научной сфере немногочисленны, а в области спектроскопии – отсутствуют.

1. Быков А.Д., Науменко О.В., Щербаков А. П., Синица Л. Н., Воронин Б. А. Идентификация и моделирование спектра поглощения молекулы Н216О в диапазоне 5750 – 7965 см-1 / / Опт. Атмосферы и Океана, том 17, № 12 (2004)
2. Macko P., Romanini D., Mikhailenko S.N., Naumenko O., Kass S., Jenouvrier A.,Tyuterev Vl. G., and Campargue A. High sensitivity CW-cavity ring down spectroscopy of water in the region of the 1.5 μm atmospheric window / / J. Mol. Spectrosc. 2004. V. 227. P. 90-108
3. Л.П. Воробьева, Б.А. Воронин, О. В. Науменко Интерпретация спектра поглощения водяного пара в области 9250-13000 см-1 / / Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. С. 1053-1059
4. Ulenikov O.N., Liu A.-W., Bekhtereva E.S., Gromova O.V., Hao L.-Y., and Hu S.-M / / J. Mol. Spectrosc., 226 (1), 2004, 57-70.
5. Ulenikov O.N., Liu A.-W., Bekhtereva E.S., Grebneva S. V., Deng W.-P., Gromova O.V., Hu S.-M. / / J. Mol. Spectrosc., 228 (1), 2004, 110-119.
6. Brown L.R., Naumenko O.V., Polovtseva E.R., Sinitsa L.N. Hydrogen sulphide absorption spectrum in the 8400- 8900 cm-1 spectral region / / SPIE. Proc. 24-28 June, 2004, Tomsk, V. 5743. P. 1-7
7. Partridge H,. Schwenke D.W. J.Chem. Phys., v.106, pp.4618-4639 (1997)
8. Schwenke D. W., Partridge H. J. Chem. Phys., v.113, pp.6592-6597 (2000)
9. Shirin S.V., Polyansky O.L., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J. J. Chem. Phys. 118 (2003) 2124-2129, Barber R.J., Tennyson J. to be published
10. Быков А.Д., Науменко О.В., Пшеничников А.М., Синица Л. Н., Щербаков А.П. Экспертная система для идентификации линий в колебательно-вращательных спектрах / / Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 94. С. 528-537

3.9. Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проекта:
Данные.
Интерпретация и моделирование спектров поглощения водяного пара и сероводорода осуществлены на уровне, соответствующем современному развитию теории колебательно-вращательных спектров. Для расчетов спектров водяного пара в рамках метода эффективного гамильтониана (ЭГ) использовались вращательные операторы, полученные с применением методов суммирования расходящихся рядов, в частности, гамильтониан в форме аппроксимант Паде-Бореля. Это позволило значительно улучшить качество подгонки и предсказания экспериментальных уровней энергии высоковозбужденных колебательных состояний по сравнению с традиционными методами.

Параллельно с расчетами по методу ЭГ для интерпретации спектров водяного пара использовались высокоточные ab initio расчеты центров и интенсивностей линий [1-2], а также новейшие вариационные расчеты [3], доступ к которым исполнители проекта получили в рамках международной научной кооперации.

Для отнесения спектров поглощения интенсивно использовалась созданная в ИОА «Экспертная система для идентификации молекулярных колебательно-вращательных спектров», основанная на комбинационном принципе Ридберга–Ритца [4]. Система использует теорию распознавания образов для выбора истинной комбинационной разности в спектре. Система записывает предложенные ею и подтвержденные исследователем отнесения линий в базу данных для спектра, а соответствующий «верхний» экспериментальный уровень, определенный как среднее по набору, включенному в комбинационную разность, записывается в базу данных для уровней. Аналогов подобной системе нет.

Для вычисления коэффициентов уширения и сдвига колебательно – вращательных линий, уширенных различными буферными газами, разработана полуэмпирическая методика, включающая различные поправки, связанные с отклонением от приближения Андерсона [5,6]. Параметры модели определяются из подгонки коэффициентов уширения к экспериментальным данным, что позволяет достаточно точно предсказать параметры контура линии, измерения которых не проводились. Методика успешно апробирована на расчетах коэффициентов уширения и сдвига линий водяного пара давлением азота, кислорода, углекислого газа и окиси азота (для двух последних рассматривалось только уширение).

Модели.
В приложении по первичной обработке экспериментальных спектров для поиска спектральных линий использовался метод из теории распознавания образов – метод потенциальных функций (МПФ). Детальное сравнение методов анализа спектров дано в работе [7].

Технологии.
Разработка программных продуктов осуществляется с использованием только свободно распространяемого программного обеспечения. В качестве базовой СУБД используется MySQL, в качестве веб-сервера – Apache, в качестве языка для написания серверных скриптов – PHP. Разработки велись на платформе ОС Linux.

Создание апплета проведено средствами JAVA. Промежуточное программное обеспечение написано на PHP. При программной реализации приложений использовался язык С.

Онтологии.
Для описания онтологий выбран язык OWL [8]. Конструкции языка OWL используют RDF/XML-схемы и применяются для описания метаданных. Описание ресурсов информационной системы проведено в рамках рекомендаций, принятых консорциумом W3C [9, 10].

1. Partridge H,. Schwenke D.W. J.Chem. Phys., v.106, pp.4618-4639 (1997)
2. Schwenke D. W., Partridge H. J. Chem. Phys., v.113, pp.6592-6597 (2000)
3. Shirin S.V., Polyansky O.L., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J. J. Chem. Phys. 118 (2003) 2124-2129, Barber R.J., Tennyson J. to be published
4. Быков А.Д., Науменко О.В., Пшеничников А.М., Синица Л. Н., Щербаков А.П. Экспертная система для идентификации линий в колебательно-вращательных спектрах / / Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 94. С. 528-537
5. Lavrentieva N.N. Semiempiric approach for the line broadening and shifting calculation // Proceedings of SPIE. 2003. V. 5311. P. 206-216.
6. Lavrentieva N.N., Bykov A.D., Sinitsa L.N. Semi-empirical approach for calculation of H2O and CO2 line broadening and shifting // Abstracts of 18 Colloquium on high resolution molecular spectroscopy. Dijon. 2003. P. 412.
7. Пшеничников А.М., Щербаков А.П. Автоматизированная система поиска и определения параметров линий в колебательно – вращательных спектрах молекул. //
8. OWL Web Ontology Language Semantics and Abstract Syntax - Proposed Recommendation, http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-semantics-20040210/
9. Resource Description Framework (RDF): Concepts and Abstract Syntax (http://www.w3.org/TR/rdf-concepts/)
10. RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema (http://www.w3.org/TR/rdf-schema/)


Грант INTAS 00-189