[论文解读] General-Purpose Software for Managing Astronomical Observing Programs in the LSST Era

R. A. Street, Mic Bowman+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2018

Astronomy and Astrophysical Research被引用 3

一句话总结

本文介绍了TOM工具包（TOM Toolkit），这是一个通用的软件框架，旨在帮助天文学家构建可定制、可扩展的目标与观测管理（TOM）系统，用于对时域天文警报进行后续观测。该工具包专为处理LSST等巡天项目产生的高吞吐量数据流而设计——每晚可达1000万条警报——提供了模块化、可重用的组件，用于目标选择、观测调度、数据管理，以及与天文台和分析工具的集成，从而在无需深入软件工程专业知识的情况下，实现高效、自动化的后续观测。

ABSTRACT

Modern astronomical surveys such as the Large Synoptic Sky Survey (LSST) promise an unprecedented wealth of discoveries, delivered in the form of ~10 million alerts of time-variable events per night. Astronomers are faced with the daunting challenge of identifying the most scientifically important events from this flood of data in order to conduct effective and timely follow-up observations. Several ongoing observing programs have proven databases to be extremely valuable in conducting efficient follow-up, particularly when combined with tools to select targets, submit observation requests directly to ground- and space-based facilities (manual, remotely-operated and robotic), handle the resulting data, interface with analysis software and share information with collaborators. We draw on experience from a number of follow-up programs running at LCOGT, all of which have independently developed systems to provide these capabilities, including the Microlensing Key Project (RoboNet, PI: Tsapras, Co-I: Street), the Global Supernovae Project (SNEx, PI: Howell), and the Near-Earth Object Project (NEOExchange, PI: Lister). We refer to these systems in general as Target and Observation Managers, or TOMs. Future projects, facing a much greater and rapidly-growing list of potential targets, will find such tools to be indispensable, but the systems developed to date are highly specialized to the projects they serve and are not designed to scale to the LSST alert rate. We present a project to develop a general-purpose software toolkit that will enable astronomers to easily build TOM systems that they can customize to suit their needs, while a professionally-developed codebase will ensure that the systems are capable of scaling to future programs.

研究动机与目标

• 应对来自LSST和ZTF等巡天项目每晚数百万条天文警报的管理挑战。
• 克服现有高度专业化的TOM系统在可扩展性方面的局限，以及对高级软件开发专业知识的依赖。
• 使天文学家能够在无需深入软件工程培训的情况下，构建定制化、可投入生产的TOM系统。
• 提供一个通用、可扩展的工具包，可与现有天文台网络、警报分发中心和分析工具集成。
• 支持高效、自动化的后续观测程序的开发，这对于表征暂现和变星天体现象至关重要。

提出的方法

• 设计一个包含10个核心库的模块化软件工具包，用于处理TOM系统的关键功能。
• 实现一个集中式数据库（TOM-DB），用于存储核心和科学特定的目标数据、观测请求及分析结果。
• 开发配置视图库（CVL），用于构建标准化、交互式的基于Web的用户界面。
• 创建目标选择接口（TSI）和观测策略接口（OSI），支持通过程序化方式查询和提交观测请求。
• 通过数据交换库和数据分析接口（DAI）与外部工具集成，实现数据共享和分析工作流自动化。
• 通过项目视图接口（PVI）支持可扩展性，使用户能够根据特定科学需求构建自定义界面。

实验结果

研究问题

• RQ1 天文学家如何高效管理并扩展对LSST和ZTF预期警报率（每晚数百万条）的后续观测程序？
• RQ2 构建一个通用、可扩展且可投入生产的TOM系统，其必要的架构组件是什么？该系统应面向非专业开发者，易于使用。
• RQ3 软件工具包如何降低天文学家开发和部署自身TOM系统的门槛，而无需掌握数据库管理或全栈软件工程的深入知识？
• RQ4 需要哪些集成模式，才能实现在TOM系统、天文台网络、警报分发中心和数据分析流水线之间的无缝交互？
• RQ5 如何通过社区驱动的开发和开放标准，确保不同天文项目之间TOM系统的长期可持续性和互操作性？

主要发现

• TOM工具包旨在支持后续观测项目的全生命周期，从目标选择到数据分析，其组件具备模块化和可重用性。
• 该工具包的架构使天文学家能够根据自身的科学目标，构建定制化的TOM系统，同时确保可扩展性，能够处理每晚高达1000万条警报。
• 核心组件如TOM-DB、TSI、OSI和DAI设计为可与现有工具（如ANTARES警报分发中心）以及天文台网络（包括LCO、SOAR和Gemini）互操作。
• 项目计划通过研讨会、教程和API开发等方式推动社区参与，以促进跨天文台的采用和互操作性。
• 该工具包预计将分两个阶段发布：2019年年中发布最小可行产品，2020年年中发布完整系统，同时提供完整的文档和示例实现。
• 该项目已获得资金支持并经过专家评审，验证了其科学和技术可行性，为时间域天文学社区更广泛采用奠定了基础。