中科院启动A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”

2018-04-02 14:37 经济日报

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当前,大数据已成为知识经济时代的战略高地,是国家和全球的新型战略资源。作为大数据的重要组成部分,地球大数据正催生人类用全新的思维方式去了解地球,推动地球科学向更深层次发展,让人类更加读懂我们生活的地球

日前,中国科学院启动了A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程( CASEarth)”。这一工程以建成具有全球影响力、国际化、开放式的国际地球大数据科学中心为目标,致力于推动并实现地球大数据技术创新、重大科学发现和一站式全方位宏观决策支持。对此,经济日报记者深入采访了有关专家。

地球大数据包罗万象

地球大数据是针对地球科学的数据密集型研究方法,它可以模拟出虚拟地球,将有利于解决一些重大的世界性问题

如何让黄河三角洲40年间的变化如同过电影般地展现在人们眼前?

“在以前,用传统的科学考察方法肯定是做不到的,但是通过卫星遥感大数据,这项工作就变得简单了许多。”在中国科学院院士、“地球大数据科学工程”先导专项负责人郭华东的电脑里,有一份40页的PPT,里面记录了从1976年到2015年间黄河三角洲地区的遥感图,如果按年份连续播放,就可以清晰地看出该地区40年里的变化轨迹。

这就是遥感大数据的魅力所在。在科学技术不断发展的今天,人们通过对地观测、地表传感器网络、遥感技术等手段,获取了海量的地球科学数据,这些数据统称为地球大数据。

“地球大数据具有规模大、来源广、多样化、多时相、多尺度、高维度、高复杂性和非结构化等特点,它是针对地球科学的数据密集型研究方法。发展地球大数据将有利于解决一些重大的世界性问题。”中国科学院院长白春礼表示。

“作为一种交叉研究方法,地球大数据可以模拟出虚拟地球。这个虚拟地球既可以用于地球科学研究,也可与信息科学、空间科学、人类学及社会学产生紧密联系。”

郭华东说,2015年,联合国发布了可持续发展目标议程,以期面向2030年解决贫困、不平等和全球变化等问题带来的挑战。在这一议程的17个目标中,地球大数据至少可以为实现其中8个目标提供不同形式的支持,特别是纯净的水源、低廉的能源、可持续发展的城市、全球变化、水下生命、陆上生命、健康和平等发展目标。

记者了解到,此次的“地球大数据科学工程”先导专项为期5年,设置了CASEarth科学工程总体、CASEarth小卫星、大数据云服务平台、数字一带一路、全景美丽中国、生物多样性与生态安全、三维信息海洋、时空三极环境、数字地球科学平台共9个项目。

郭华东介绍,地球大数据科学工程总体、CASEarth小卫星和地球大数据云服务平台这3个项目属于综合型基础设施项目。其中,地球大数据云平台就是把资源、环境、生物、生态等领域的数据汇聚起来,让大家有一个共享的数据中心,然后在这个基础上,建设一个数字地球科学平台。此外,为了满足数据更新需求,还将发射CASEarth小卫星进行实时监测,它不仅可以白天成像,也可以夜间成像。

数据开放共享是关键

海量数据的低效应用成为当前我国乃至整个地球科学界面临的严峻问题和技术瓶颈,这既包括技术问题,也包括人员和管理问题,有待深入解决

在数据经济时代,大数据起着不可替代的作用,它是一个国家发达程度的表现。越来越多的国家认识到,大数据蕴藏巨大价值和潜力。2013年,美国大数据约占全球数据总量的31%,欧盟占19%,中国占13%。经过4年多的发展,我国的大数据总量占比提高至16%;预计到2020年,我国这一占比将提高到21%。

“大数据已成为与自然资源、人力资源一样重要的战略资源。”白春礼说。

“然而相比商业领域,大数据在地球科学中运用得还比较少,这主要是因为数据获取难度比较大。大数据要取代传统科学装置、实验模型、论证方法,还有很长的路要走。”郭华东表示。

在这个过程中,推动科学数据开放和共享是核心问题。当前,我国乃至全球还普遍存在着数据共享政策不完善以及资源分散、重复布局、成果显示度不够等情况,海量数据的低效应用成为我国乃至整个地球科学界面临的严峻问题和技术瓶颈。

“在资源、环境、生物、生态等多学科、跨领域交叉场景下,孤立使用单一特定领域的已有挖掘分析理论和方法,已经难以有效推动科学发现,需要综合应用这些方法,系统性、整体性去解决某些重大科学问题。”白春礼说。

对此,郭华东表示,“地球大数据科学工程”先导专项将突破数据开放共享的瓶颈问题,实现资源、环境、生物、生态等领域分散的数据、模型与服务的全面集成,形成多学科融合、全球领先的地球大数据与云服务平台,并构建大数据驱动的、具有全球影响力的数字地球科学平台。

郭华东坦言,数据共享我国一直在推动,但是进展比较缓慢,这其中有技术问题也有管理和人员问题。“其中,人员和管理问题更为复杂也更为关键。比如,中科院各研究所之间有时数据都不共享。因此,要通过科学的行政手段打通数据之间的共享障碍,让各种科学数据能够互联互通,从而促进科学研究更加深入。”郭华东说。

“今后,这一先导专项一定要在数据共享的机制体制上下功夫,研究提出科学、合理、可行的数据共享制度与政策,充分考虑数据提供者的利益,调动大家共享数据的主动性和积极性,从而保障该科学工程的活力与生命力。”白春礼说。

推动地球科学发展

地球大数据有可能给地球科学研究带来重大变革,为此,我国将借助先导专项全面提升该领域在国家技术创新、科学发现等方面的重大成果产出

“地球大数据为地球科学研究提供了全新的方法论,并正在成为认识地球的新钥匙以及地球科学研究的新引擎,有可能给地球科学研究带来重大变革。”郭华东表示。

他认为,全球变化带来的资源、环境问题,本质上是不同地球圈层互相作用的结果。这需要从地球系统的不同要素,如大气圈、水圈、生物圈、冰冻圈和岩石圈,采集和整合数据,以便长期获取持续、准确的全球数据。观测这些圈层有助于揭示地球表面进程的隐性时空结构及其相关规律。它也有助于探究和了解在人类活动影响下改变地球系统的机理,为生态环境保护和可持续发展提供科学依据,研究应对全球变化的综合策略,减少全球变化的影响。

据悉,“地球大数据科学工程”先导专项将用5年时间在北京怀柔科学城建成国际地球大数据科学中心。这一中心由数字地球科学展示中心、地球大数据决策支持中心、地球大数据学科交叉平台以及地球大数据共享中心4部分组成,将与国际、国内重要的地球大数据组织机构互联互通、数据共享,成为国际地球大数据研究的引领者。中心建成后,卫星数据接收处理、影像更新用时小于2小时;热点区域应急信息服务用时小于1小时;应急监测精准信息产品生产用时小于10小时。

未来,“地球大数据工程”先导专项将突破一系列技术瓶颈问题,形成资源、环境、生物、生态等领域多学科融合、独具特色的地球大数据云服务平台,成为支撑国家宏观决策与重大科学发现的大数据重大科技基础设施;同时,将构建大数据驱动、具有高度影响力的数字地球科学平台,全景展示和动态推演“一带一路”可持续发展过程与态势,实现对全景美丽中国可持续发展的精准评价与决策支持。

此外,这一先导专项将探索形成大数据驱动、多学科融合、全球协作的科学发现新范式,示范带动地球系统科学、生命科学及相关学科的重大突破,成为国际化、开放式的大数据科学中心,全面提升该领域在国家技术创新、科学发现、宏观决策和社会公众知识传播服务等方面的重大成果产出。

责任编辑:陈群(QT0001)

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