應(yīng)從戰(zhàn)略上重視大數(shù)據(jù)的開發(fā)利用，形成頂層設(shè)計(jì)，整合國家資源

信息化作為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力，其效力與政府、科技界、企業(yè)界、社會(huì)以及大眾生活都息息相關(guān)。政府作為信息資源的主要占有者和使用者，在使用數(shù)據(jù)發(fā)展科技和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)等方面起著至關(guān)重要的作用。大數(shù)據(jù)是與自然資源、人力資源一樣重要的戰(zhàn)略資源，是一個(gè)國家數(shù)字主權(quán)的體現(xiàn)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，國家層面的競(jìng)爭(zhēng)力將部分體現(xiàn)為一國擁有大數(shù)據(jù)的規(guī)模、活性以及對(duì)數(shù)據(jù)的解釋、運(yùn)用的能力。一個(gè)國家在網(wǎng)絡(luò)空間的數(shù)據(jù)主權(quán)將是繼海、陸、空、天之后另一個(gè)博弈的空間。

郭華東中國科學(xué)院院士，發(fā)展中國家科學(xué)院院士，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所所長(zhǎng)、研究員、博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任國際科技數(shù)據(jù)委員會(huì)（CODATA）主席，國際數(shù)字地球?qū)W會(huì)（ISDE）秘書長(zhǎng)和ISDE中國國家委員會(huì)主席，國際科聯(lián)(ICSU)災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)綜合研究計(jì)劃（IRDR）科學(xué)委員會(huì)委員及IRDR-China專家委員會(huì)主任。從事遙感科學(xué)研究及應(yīng)用30余年，在雷達(dá)遙感機(jī)理、數(shù)字地球科學(xué)、空間信息前沿技術(shù)研究方面取得系統(tǒng)性的成就。

數(shù)字地球即地球大數(shù)據(jù)

有數(shù)據(jù)表明，截止到2012年全球數(shù)據(jù)的分布中，中國占13%。預(yù)計(jì)6年后中國的數(shù)據(jù)量將占全球近五分之一。那么，隨著科技的發(fā)展，未來數(shù)字地球如何發(fā)展？未來15年數(shù)字地球應(yīng)該怎么構(gòu)架？

圍繞著我們居住的地球，每天有眾多衛(wèi)星在沿著不同的軌道對(duì)地球成像，普通民眾關(guān)注的海量數(shù)據(jù)不斷涌來?；仡欉^去50年的發(fā)展歷史，可以看到，1980年前的18年，全球一共僅有14顆對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星；1981年到1990年間，發(fā)展到43顆；2000年為85顆；2012年為174顆。發(fā)展到今天，未來七年中國衛(wèi)星將發(fā)展到近100顆。這意味著未來中國衛(wèi)星數(shù)量將居世界第一。

數(shù)據(jù)是構(gòu)成數(shù)字地球的核心，包括不同的地理數(shù)據(jù)，需要改良的數(shù)據(jù)以及地理數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)平臺(tái)依托國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，目前已經(jīng)形成比較大的規(guī)模，加上數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)，形成了一個(gè)完整的空間數(shù)據(jù)的獲取、傳輸、分析等全流程的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

新一代數(shù)字地球涵蓋大數(shù)據(jù)的4V特征。在數(shù)據(jù)上，新一代數(shù)字地球不僅關(guān)注地球現(xiàn)狀，還包括對(duì)地球演變歷史的展現(xiàn)和未來發(fā)展的預(yù)測(cè)，所研究的數(shù)據(jù)十分巨大，涉及的數(shù)據(jù)規(guī)模已達(dá)到EB級(jí)。在數(shù)據(jù)類型上，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)包括文檔、視頻、圖片、地理位置信息等，并涉及對(duì)地觀測(cè)、科學(xué)模型、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等多類數(shù)據(jù)，類型繁多。新一代數(shù)字地球的數(shù)據(jù)來源多樣，既包括分布全球的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收的大量空間數(shù)據(jù)，還包括民眾用戶通過互聯(lián)網(wǎng)和帶有地理信息的手持終端設(shè)備提供的個(gè)性化信息，所獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、更新快，但是隨著來自互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)比重迅速增大，也降低了數(shù)據(jù)的價(jià)值密度。此外，新一代數(shù)字地球平臺(tái)具有對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到信息化快速轉(zhuǎn)化的能力，能夠?yàn)槿祟惪沙掷m(xù)發(fā)展面臨的環(huán)境、災(zāi)害和生態(tài)等問題提供第一時(shí)間的信息服務(wù)支持。

科學(xué)大數(shù)據(jù)計(jì)算問題不僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)處理與分析的問題，還是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)與數(shù)據(jù)共同建模和計(jì)算的問題。這個(gè)問題需要復(fù)雜系統(tǒng)理論、估計(jì)理論與本領(lǐng)域的機(jī)理模型相結(jié)合來探索解決方法。從方法論上看，地理數(shù)據(jù)需要模擬、高性能大規(guī)模并行空間存儲(chǔ)，基于解析和非解析質(zhì)點(diǎn)的析出，特征與模型，信息理論，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)提供的過程、仿真、建模等等這一系列的方法。基于此，中科院主持召開第一屆國際數(shù)字地球大會(huì)時(shí)，有記者采訪問到“什么是數(shù)字地球？”這個(gè)問題，我的回答是：“數(shù)字地球就是把我們的地球裝入計(jì)算機(jī)”。這是我12年前的一個(gè)認(rèn)識(shí)，而現(xiàn)在從科普的角度來看，仍然可以這么說。當(dāng)然，今天我們?cè)谘杏懯裁词菙?shù)字地球的時(shí)候，你如果問我什么是數(shù)字地球？我說數(shù)字地球就是地球大數(shù)據(jù)。

從數(shù)字地球本身的研究上，要考慮它的實(shí)用性。比如1935年我國地理學(xué)家胡煥庸提出“璦琿—騰沖一線”，劃分我國人口密度的對(duì)比線，以此線為界，約有94%的人口居住在約占全國土地面積42.9%的東南部地區(qū)，約6%的人口居住在約占全國土地面積57.1%的西北部地區(qū)。那么這條線可不可以擴(kuò)？如何擴(kuò)？是否能用到大數(shù)據(jù)的理論，空間系統(tǒng)的方法，我們正在組織團(tuán)隊(duì)進(jìn)行相應(yīng)的研究。如果能夠找到破解的方法，中國的格局和一些新思路將可能會(huì)有一些新的轉(zhuǎn)變，我們期待這一天的到來。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)，能夠?yàn)槲覀兊难芯繖C(jī)理做出貢獻(xiàn)。在科研發(fā)現(xiàn)過程中，我們還需要面向國際科技前沿，面向國家重大需求。

我們的分析，未來的數(shù)字地球應(yīng)該為全球變化、對(duì)減災(zāi)防災(zāi)、對(duì)新能源的開發(fā)、對(duì)農(nóng)業(yè)食品安全、對(duì)數(shù)字政治的發(fā)展等五個(gè)領(lǐng)域做出重要的貢獻(xiàn)。

圖1 大數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展科學(xué)大數(shù)據(jù)的四個(gè)建議

可以看到，當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的發(fā)展任重道遠(yuǎn)，雖然存在諸多問題，但大數(shù)據(jù)對(duì)科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的推動(dòng)有著光明的前景。我國應(yīng)加速發(fā)展大數(shù)據(jù)科學(xué)，有序推動(dòng)大數(shù)據(jù)研究。建議如下：

第一，頂層設(shè)計(jì)制定國家層面大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略。當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)格局尚未形成，這是我國實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的寶貴機(jī)會(huì)，應(yīng)從戰(zhàn)略上重視大數(shù)據(jù)的開發(fā)利用，形成頂層設(shè)計(jì)，整合國家資源，制定產(chǎn)業(yè)政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈，使我國大數(shù)據(jù)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)形成良性、有序、快速的發(fā)展；

第二，配置大數(shù)據(jù)研究資源。構(gòu)建大數(shù)據(jù)的良性生態(tài)環(huán)境，從政策制定、資源投入、人才培養(yǎng)等方面給予大數(shù)據(jù)研究強(qiáng)有力的支持；利用政策引導(dǎo)消除部門壁壘，建立和諧的大數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)；構(gòu)建有技術(shù)自主權(quán)的大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈，有針對(duì)性地資助有關(guān)大數(shù)據(jù)的重大科研活動(dòng)；國家在大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建、典型行業(yè)的應(yīng)用和研發(fā)人才的培養(yǎng)等方面應(yīng)提供相應(yīng)的支持；

第三，開展大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)理論研究，建立理論、方法體系。大數(shù)據(jù)科學(xué)作為一個(gè)新興的交叉學(xué)科方向，其共性理論基礎(chǔ)將來自多個(gè)不同的學(xué)科領(lǐng)域。研究大數(shù)據(jù)的內(nèi)在機(jī)理，包括大數(shù)據(jù)的生命周期、演化與傳播規(guī)律，數(shù)據(jù)科學(xué)與社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等之間的互動(dòng)機(jī)制，以及大數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)與效能的規(guī)律性（如社會(huì)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等）。研究大數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)復(fù)雜性和大數(shù)據(jù)計(jì)算模型。研究大數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、大數(shù)據(jù)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證方法、大數(shù)據(jù)的安全與隱私等；

第四，推動(dòng)大數(shù)據(jù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其是具有明顯大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的典型科學(xué)和工程領(lǐng)域，以全球變化、高能物理、生物信息等學(xué)科為例，注重具有引領(lǐng)示范作用的學(xué)科、理論、方法及應(yīng)用，避免大數(shù)據(jù)成為一種炒作。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域甚廣，應(yīng)涉及國計(jì)民生密切相關(guān)的領(lǐng)域，如科學(xué)決策、環(huán)境與資源管理、金融工程、應(yīng)急管理（如疾病防治、災(zāi)害預(yù)測(cè)與控制、食品安全與群體群體事件）以及知識(shí)經(jīng)濟(jì)等。