路來(lái)君教授，1957年出生，吉林省德惠縣人，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院數(shù)字地學(xué)研究中心首席科學(xué)家；“科學(xué)中國(guó)人”2012年度人物。數(shù)學(xué)地質(zhì)專業(yè)博士，數(shù)學(xué)地質(zhì)與GIS軟件博士后，主要從事數(shù)學(xué)地質(zhì)方法、地理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用、礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)、多元地學(xué)信息系統(tǒng)、地學(xué)G4I系統(tǒng)軟件等開發(fā)研究工作，其中的地學(xué)G4I系統(tǒng)被吉林省科技廳主持的專家評(píng)審會(huì)評(píng)定為國(guó)際先進(jìn)水平成果。先后研制成功3種地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件，在地質(zhì)空間分布與變異性研究中提出了“地質(zhì)空間三重劃分模型理論”、“地學(xué)頻譜分析理論”以及“三維地學(xué)空間色碼理論與技術(shù)”。 2003年建議并在吉林大學(xué)首先創(chuàng)立了數(shù)字地學(xué)研究中心，申請(qǐng)成功數(shù)字地學(xué)碩士點(diǎn)與博士點(diǎn)，先后招收博士生30余名、碩士生50余名，先后完成遼寧、河北、山西及吉林白山等省市區(qū)域礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)項(xiàng)目。

針對(duì)數(shù)字地學(xué)、智慧國(guó)土的前沿理論探討，結(jié)合礦產(chǎn)資源精細(xì)化、智能化與可視化預(yù)測(cè)和地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警預(yù)告等應(yīng)用實(shí)踐，本刊記者專訪了路來(lái)君教授。

2002年底倡議吉林大學(xué)設(shè)立數(shù)字地學(xué)專業(yè)

2002年底，在吉林大學(xué)慶祝地學(xué)專業(yè)設(shè)立五十周年活動(dòng)期間，路教授就向時(shí)任吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院金巍院長(zhǎng)提出倡議，設(shè)立數(shù)字地學(xué)專業(yè)；并接受院長(zhǎng)的委托，起草提出數(shù)字地學(xué)專業(yè)可行性報(bào)告。2003年3月，在路教授的倡議和推進(jìn)下，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院在國(guó)內(nèi)率先設(shè)立數(shù)字地學(xué)專業(yè)。

通俗地說(shuō)，數(shù)字地學(xué)就是在數(shù)字地球科學(xué)研究背景下，將地球信息科學(xué)融為一體而形成的一門新興的二級(jí)學(xué)科。其誕生是地學(xué)、數(shù)字地球科學(xué)、地球信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科發(fā)展交叉融合的大勢(shì)所趨，也是自然科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。屬于地球系統(tǒng)科學(xué)的范疇。數(shù)字地學(xué)是傳統(tǒng)地學(xué)發(fā)展到信息網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)時(shí)代的歷史見(jiàn)證，與傳統(tǒng)地學(xué)存在相互依賴、相互促進(jìn)、相互引領(lǐng)的關(guān)系，用數(shù)字化手段、數(shù)學(xué)模型研究地學(xué)，無(wú)疑為地學(xué)發(fā)展增加了亮點(diǎn)和活力，將引導(dǎo)和推動(dòng)地學(xué)沿著信息化、智能化與可視化方向發(fā)展。

在數(shù)字地學(xué)領(lǐng)域，路教授有獨(dú)到的學(xué)術(shù)見(jiàn)解和明智的選擇。近些年主要從事數(shù)字地學(xué)理論與核心技術(shù)研究，主要研究目標(biāo)有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是礦產(chǎn)資源精細(xì)化、智能化與可視化預(yù)測(cè)；另一項(xiàng)是地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警預(yù)告。目前，還在結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)時(shí)代的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，從事新一代地理信息系統(tǒng)開發(fā)研究，研制開發(fā)云計(jì)算環(huán)境下的人機(jī)交互式地學(xué)G4I系統(tǒng)。這些選題與礦產(chǎn)資源智能勘探與認(rèn)知、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)告關(guān)聯(lián)緊密。

礦產(chǎn)資源是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期由地質(zhì)作用形成于地殼中的有用元素物質(zhì)堆積，是人類賴以生存發(fā)展的天然資源，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于資源的不可再生性，地殼上的礦產(chǎn)資源隨著開采量的不斷提高而不斷減少，礦產(chǎn)資源的供需形勢(shì)日趨緊張。礦產(chǎn)資源勘察與預(yù)測(cè)越來(lái)越向地下深部發(fā)展。無(wú)論是煤、石油、天然氣等能源礦產(chǎn)，還是金銀銅鐵錫等金屬礦產(chǎn)，一般都深埋在地下。如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)？構(gòu)成世界性的地學(xué)難題。

頻繁發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，諸如地震、海嘯、森林火災(zāi)、山體滑坡、泥石流、塌方、洪澇等自然災(zāi)害，如何進(jìn)行早期預(yù)警？更是世界性難題。

路教授目前開展的科研項(xiàng)目，主要是在上述兩個(gè)領(lǐng)域開展地學(xué)空間變異性理論、方法與技術(shù)研究，特別是在高性能計(jì)算、云計(jì)算環(huán)境下，尋求地學(xué)空間分析中的理論突破與技術(shù)創(chuàng)新，為礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)和地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警研究提供新理論、新方法與新技術(shù)。

據(jù)介紹，現(xiàn)行地學(xué)空間信息技術(shù)中，實(shí)用性的地學(xué)軟件工具多以二維、三維制圖功能者居多，而以地下礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)和地表地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警為目標(biāo)的地學(xué)軟件工具并不多見(jiàn)，應(yīng)用跨學(xué)科空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成為基礎(chǔ)的空間分析軟件是國(guó)際上普遍爭(zhēng)相研發(fā)的熱點(diǎn)。路教授根據(jù)他所提出的空間分析理論與技術(shù)集成，融合人工解釋與機(jī)器學(xué)習(xí)互為一體的操作模式，通過(guò)云計(jì)算解決礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警難題。

數(shù)字地學(xué)理論的創(chuàng)新

2011年11月25日—27日，全國(guó)數(shù)學(xué)地質(zhì)與地學(xué)信息學(xué)術(shù)會(huì)議在武漢中國(guó)地質(zhì)大學(xué)召開。中國(guó)數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)界泰斗級(jí)人物、中國(guó)科學(xué)院院士趙鵬大教授與會(huì)做了題為 “數(shù)字地質(zhì)新概念”學(xué)術(shù)報(bào)告。趙鵬大院士提及“剛才與路來(lái)君教授交流得知，數(shù)學(xué)地質(zhì)專業(yè)已經(jīng)開始招博士生了。”也就是說(shuō)，數(shù)字地質(zhì)科學(xué)這個(gè)新領(lǐng)域?qū)⒂袑拸V的前途與發(fā)展。

路教授在數(shù)字地學(xué)的教學(xué)科研領(lǐng)域已辛勤耕耘近30個(gè)春秋。1977年全國(guó)恢復(fù)高考，他考取大學(xué)后沒(méi)打算攻讀地質(zhì)專業(yè)，卻陰差陽(yáng)錯(cuò)地進(jìn)了地球化學(xué)專業(yè)。但他偏愛(ài)數(shù)學(xué)與物理學(xué)，在大學(xué)本科期間學(xué)完了大學(xué)數(shù)學(xué)課程，以至后來(lái)攻讀碩士、博士，所選專業(yè)均為數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)。

憑借扎實(shí)深厚的數(shù)學(xué)功底及數(shù)學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)知識(shí)背景，路教授從“七五”到“十五”前后20年，與河北省地勘局合作，開展河北省各種比例尺的多金屬礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)研究，并先后開發(fā)完成“河北省金礦資源總量預(yù)測(cè)項(xiàng)目”；“河北省二輪區(qū)劃銅鉛鋅金銀多金屬礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)項(xiàng)目”；“河北省多元信息系統(tǒng)研制項(xiàng)目”等任務(wù)?！昂颖笔〉V產(chǎn)資源信息系統(tǒng)”、“河北省多元信息系統(tǒng)研制”等項(xiàng)目，通過(guò)中科院院士趙鵬大主持的評(píng)審，被評(píng)價(jià)為“達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分方法研究達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。還陸續(xù)完成了“科技部多元信息系統(tǒng)研制項(xiàng)目”；遼寧省礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)MRIS研制項(xiàng)目；吉林大學(xué)地學(xué)G4I系統(tǒng)研制項(xiàng)目；基于地學(xué)化學(xué)數(shù)據(jù)處理圖像分析技術(shù)等課題任務(wù)。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來(lái)。正是4長(zhǎng)達(dá)20年的合作項(xiàng)目與潛心研究，路教授將其所學(xué)的深厚理論與豐富的實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)地學(xué)空間分布與變異性形成新的認(rèn)識(shí)，構(gòu)建出系列數(shù)學(xué)模型和理論框架體系。地質(zhì)空間分布具有復(fù)雜性、異構(gòu)性、周期性及廣延性，在同一空間范圍內(nèi)，地質(zhì)的形成年代可能相差甚遠(yuǎn)。他認(rèn)為，地理信息系統(tǒng)中的地理空間，應(yīng)包括狹義地理空間與地質(zhì)空間兩個(gè)層次。學(xué)界對(duì)地質(zhì)空間范疇內(nèi)的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)研究，尚處在探索階段。路來(lái)君教授開發(fā)的地學(xué)G4I系統(tǒng)，是以地理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)（4G）等地學(xué)空間數(shù)據(jù)集成為基礎(chǔ)，以地學(xué)空間信息先進(jìn)理論為內(nèi)核，面向礦產(chǎn)資源精細(xì)化預(yù)測(cè)目標(biāo)而開發(fā)的地理信息系統(tǒng)（GIS）。為解決精細(xì)化預(yù)測(cè)問(wèn)題，他在理論上創(chuàng)新性提出，將復(fù)雜地質(zhì)空間劃分為“同化空間、異化空間、雜化空間”三種類型，并形成“三化模型理論”。在此基礎(chǔ)上，按地質(zhì)空間類型，建立同化函數(shù)、異化函數(shù)、雜化函數(shù)三種變異函數(shù)，在函數(shù)具體形式研究中，建立了地學(xué)頻譜分析理論。

理論與方法的創(chuàng)新，終于另辟蹊徑為GIS的空間分析提供了一種數(shù)學(xué)解析方法，也為模塊的研制提供了一種新的思路。路教授的理論體系和數(shù)學(xué)模型，已經(jīng)被國(guó)際科技界、學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可。他也因此多次應(yīng)邀到美國(guó)紐約州立大學(xué)、阿拉斯加州立大學(xué)等高等學(xué)府進(jìn)行學(xué)術(shù)交流與科研合作。

科技創(chuàng)新觸類旁通

路教授興趣廣泛，觸類旁通。作為數(shù)學(xué)地質(zhì)專業(yè)博士，在交通視頻監(jiān)控與LED照明工程領(lǐng)域也居然也干出了大名堂。

1992年，路教授在沈陽(yáng)東北大學(xué)做博士后，繼而留校任教。遼寧省人事廳請(qǐng)他做博士后聯(lián)合會(huì)會(huì)長(zhǎng)，主要工作目標(biāo)是帶領(lǐng)一批博士，實(shí)施科技成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用開發(fā)，其中之一是大功率超高亮度LED亮化照明工程。在這項(xiàng)工程中，通過(guò)科技創(chuàng)新，研發(fā)出了超高亮度、可發(fā)出256種顏色的LED柔變組合燈。在一塊集成電路板上嵌入56顆LED芯片，通過(guò)紅綠藍(lán)三基色頻譜合成，產(chǎn)生出256種顏色，可以漸變或者突變，理論上可以產(chǎn)生無(wú)限種顏色。

科技創(chuàng)新，往往產(chǎn)生于奇思妙想。正是這種LED燈頻譜合成技術(shù)，啟發(fā)路教授產(chǎn)生出“思想火花”。路教授作為引進(jìn)人才回到吉林大學(xué)，受LED柔變燈頻譜合成的啟發(fā)，他想到了地質(zhì)空間中的地質(zhì)實(shí)體各具有頻譜特性，這些頻譜特性應(yīng)該充分反映地質(zhì)體的數(shù)字特征，于是提出了地學(xué)頻譜分析理論模型；同時(shí)由于地質(zhì)體的三維屬性，應(yīng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)可視化，于是路教授根據(jù)地學(xué)頻譜分析模型進(jìn)而構(gòu)建了三維空間色碼理論及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。上述三個(gè)理論與技術(shù)構(gòu)成其學(xué)術(shù)創(chuàng)新的三個(gè)亮點(diǎn)。

云計(jì)算助力數(shù)字地學(xué)科研與應(yīng)用

礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警涉及到海量的地學(xué)空間數(shù)據(jù)處理，跨學(xué)科數(shù)據(jù)融合和多元成礦模式識(shí)別，處理分析過(guò)程十分浩繁，用人工計(jì)算不大可能實(shí)現(xiàn)。路教授說(shuō)：“以前缺少高性能計(jì)算機(jī)，地學(xué)計(jì)算往往精度低，有些過(guò)程無(wú)法實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在有了高性能計(jì)算和云計(jì)算，做起項(xiàng)目來(lái)事半功倍，得心應(yīng)手?！?/p>

以森林火災(zāi)早期預(yù)警為例。森林起火的原因是多方面的。但專業(yè)森林防火護(hù)林員都知道，森林火災(zāi)起因于地被可燃物及枯枝落葉形成的厚厚的腐植層，老百姓稱之為“草炭”，正是這種“草炭”干燥和溫度達(dá)到燃燒臨界點(diǎn)后，稍有林火行為即可引發(fā)森林火災(zāi)。

傳統(tǒng)的森林防火措施是依靠護(hù)林員登塔瞭望報(bào)警，這種做法一直沿襲至今，古老而簡(jiǎn)單，難以做到科學(xué)早期預(yù)警，貽誤救火時(shí)間。與信息時(shí)代發(fā)展脈搏極不協(xié)調(diào)。路教授1999年即提出，按森林的林形林相帶分布點(diǎn)埋設(shè)自電傳感器芯片，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)，再用擴(kuò)頻微波和有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)采集的溫度、濕度、風(fēng)向三度數(shù)據(jù)信息傳至指揮中心，模擬仿真林火行為，從而實(shí)現(xiàn)森林火災(zāi)早期預(yù)警。由于對(duì)地遙感觀測(cè)、高性能計(jì)算與云計(jì)算技術(shù)的重大突破，上述林火行為仿真過(guò)程已成為可能。這不再是紙上談兵，而是路教授已經(jīng)完成了前期的研發(fā)工作并在局部地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。路教授認(rèn)為：“如果沒(méi)有高性能計(jì)算機(jī)和云計(jì)算，靠人工處理數(shù)據(jù)是做不成的?！边@項(xiàng)科技成果已經(jīng)進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。在東北、西北、華南、西南等人煙罕至的林區(qū)有重要的使用價(jià)值。

目前，路教授正在根據(jù)他所提出的地學(xué)空間三化模型理論、地學(xué)頻譜分析理論與色碼技術(shù)，構(gòu)建海量地學(xué)數(shù)據(jù)解析方法并編制計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，就云計(jì)算的接口服務(wù)等難題進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。同時(shí)，將地質(zhì)找礦專家的知識(shí)作為系統(tǒng)的有機(jī)部分，因?yàn)椋瑱C(jī)器代替不了地學(xué)專家的智慧，所以采用人機(jī)交互式實(shí)施系統(tǒng)的執(zhí)行過(guò)程，即在功能模塊設(shè)計(jì)中，將機(jī)器學(xué)習(xí)理論及知識(shí)處理作為系統(tǒng)的智能模塊，與地質(zhì)專家的人工操作形成一體式的操作模式，優(yōu)化地質(zhì)成礦模型與地質(zhì)找礦模型的分析過(guò)程。同時(shí)將云計(jì)算技術(shù)與地理信息系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)地學(xué)數(shù)據(jù)資源共享和快速運(yùn)算。

路教授說(shuō)：“地理信息系統(tǒng)下的全球動(dòng)態(tài)異構(gòu)空間信息協(xié)同標(biāo)繪與空間知識(shí)服務(wù)項(xiàng)目研究中，地質(zhì)空間下的礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)理論模型、空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成、機(jī)器學(xué)習(xí)及云計(jì)算技術(shù)等方面，有一道道難題，有待我們?nèi)スリP(guān)，去突破！”

數(shù)字地學(xué)產(chǎn)業(yè)正在形成 智慧國(guó)土與智能產(chǎn)業(yè)值得期待

結(jié)合智慧城市、智能產(chǎn)業(yè)的健康與可持續(xù)發(fā)展，路教授也有許多選題準(zhǔn)備。在理論創(chuàng)新研究的同時(shí)，路教授率領(lǐng)課題組已先后研制成功了3種地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件，并研發(fā)成功基于4G地學(xué)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的地學(xué)G4I系統(tǒng)軟件多用戶版，并獲得同行評(píng)審專家認(rèn)可，被吉林省科技廳評(píng)定為國(guó)際先進(jìn)水平科技成果。

關(guān)于“基于云計(jì)算技術(shù)與色碼技術(shù)的地學(xué)G4I系統(tǒng)內(nèi)核研究”項(xiàng)目，路教授做了概要的介紹。地學(xué)G4I系統(tǒng)是以4G（地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)）空間數(shù)據(jù)庫(kù)集成為基礎(chǔ)，以礦產(chǎn)資源精細(xì)化預(yù)測(cè)為目標(biāo)的地學(xué)信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)開發(fā)出多用戶版。

4G地學(xué)技術(shù)是目前地學(xué)信息化的前沿技術(shù)。目前系統(tǒng)開發(fā)的難點(diǎn)在于其內(nèi)核技術(shù)的突破，即地學(xué)空間分布與變異性問(wèn)題，內(nèi)容包括地學(xué)信息噪聲濾波、弱信號(hào)異常放大、空間組合求異、空間圖形圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與互操作、地學(xué)過(guò)程仿真等一系列關(guān)鍵技術(shù)。

系統(tǒng)的內(nèi)核研究主要包括：1.嵌入式地學(xué)G4I系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)；2.系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)突破，包括基于色碼技術(shù)的理論計(jì)算，解決地質(zhì)體的數(shù)字特征表達(dá)問(wèn)題；基于小波技術(shù)的地學(xué)信息噪聲濾波問(wèn)題；非線性函數(shù)的空間定量組合求異計(jì)算與三維表達(dá)技術(shù)；空間變異性的組合異常信號(hào)放大技術(shù)；地球化學(xué)組合異常溯源技術(shù)；地質(zhì)過(guò)程虛擬仿真技術(shù)；全部運(yùn)行過(guò)程的云計(jì)算技術(shù)與接口。這些問(wèn)題的解決將使地學(xué)G4I系統(tǒng)極大提高運(yùn)行質(zhì)量與效率。最終解決多尺度、多學(xué)科礦產(chǎn)資源精細(xì)化評(píng)價(jià)中的各種技術(shù)瓶頸問(wèn)題，提高資源靶區(qū)預(yù)測(cè)命中率。

地學(xué)G4I系統(tǒng)并非簡(jiǎn)單GIS二次開發(fā)，而是將目前國(guó)際國(guó)內(nèi)商業(yè)化成熟的、功能強(qiáng)大的GIS工具進(jìn)行消化吸收，將其主要的空間圖形圖像分析功能模塊重新改造與集成設(shè)計(jì)，使之成為G4I系統(tǒng)的支撐模塊，具有開放性的、嵌入式的設(shè)計(jì)模式，然后將礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)軟件包與之接口，最后實(shí)施系統(tǒng)集成。系統(tǒng)的開發(fā)模式包括微機(jī)版、工作站版、多用戶版、基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)版等，目前多用戶版已經(jīng)開發(fā)完成。

目前，路教授正忙于進(jìn)行地學(xué)G4I系統(tǒng)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)升級(jí)版研究開發(fā)，同時(shí)開展基于分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈的地質(zhì)災(zāi)害早期預(yù)警預(yù)告關(guān)鍵技術(shù)研究。期待著借助智慧城市規(guī)劃建設(shè)、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的政策背景和有力條件，在科技（信息）惠民、智慧國(guó)土、智能安防產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域有所作為。