王 月，閻 慧，梁家林，龍 杰

（1. 航天工程大學(xué) 航天信息學(xué)院，北京 101416；2. 航天工程大學(xué) 研究生院，北京 101416）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨，數(shù)字資源基礎(chǔ)平臺的建設(shè)成為相關(guān)領(lǐng)域的重要課題之一，關(guān)于數(shù)字資源，是指經(jīng)過一定程度加工整序過的、不同類型不同學(xué)科且相對獨立的數(shù)字資源系統(tǒng)，不包括網(wǎng)上無序的以及自身沒有控制的數(shù)字信息資源。數(shù)字資源是在信息技術(shù)發(fā)展下促成的文獻信息的新型表現(xiàn)形式，是將計算機技術(shù)、通信技術(shù)及多媒體技術(shù)以數(shù)字形式發(fā)布、存取、利用的信息資源的總和[1]。

而科研數(shù)字資源泛指科研活動中產(chǎn)生的各類文本、圖像、音視頻、模型和實驗數(shù)據(jù)等，既包括各類電子儀表、傳感器、數(shù)據(jù)采集器等產(chǎn)生的直接數(shù)據(jù)，也包括經(jīng)過學(xué)者處理或分析后的各種可靠的研究成果。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）監(jiān)測，全球產(chǎn)生的各類數(shù)字資源量大約每兩年翻一番[2]。通過有效的采集、整理、分析和挖掘，可以從這些數(shù)字資源中挖掘重要的知識和規(guī)律。中央深改組2018年1月 23日審議通過《科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》，積極推進科學(xué)數(shù)據(jù)資源開發(fā)利用和開放共享。建立開放、共享、高效的智慧數(shù)據(jù)平臺成為國內(nèi)外加強數(shù)字資源應(yīng)用效率和提高科研能力的重要課題之一。

1 科研數(shù)字資源平臺建設(shè)的現(xiàn)狀

目前科研數(shù)字資源平臺的建設(shè)主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

首先是數(shù)字圖書館，新時期數(shù)字圖書館的建設(shè)多是以知識管理為核心的智慧圖書館。在這一方面國內(nèi)外高校圖書館和期刊數(shù)據(jù)庫最具代表性，數(shù)字圖書館中所涉及的科研數(shù)字資源以學(xué)術(shù)論文為主，包括碩博士論文及期刊文獻等。

另外則是科技信息服務(wù)平臺，此類平臺涉及的科研數(shù)字資源以科技項目、單位、專家等資料為主，也包括各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)數(shù)據(jù)庫等，世界各國均有不同領(lǐng)域的科技信息服務(wù)平臺。如由美國國家虛擬天文臺、歐洲天體物理虛擬天文臺、英國虛擬天文臺 AstroGrid計劃共同發(fā)起成立了國際虛擬天文臺聯(lián)盟（Iternational Virtual Observatory Alliance，IVOA），將積累的全球基于地面和空間望遠鏡的天文數(shù)據(jù)建成數(shù)據(jù)集合，使天文學(xué)研究者能夠發(fā)現(xiàn)和分析這些數(shù)據(jù)[3]。美國國家地理數(shù)據(jù)中心與研究人員緊密合作，建立文件和可靠數(shù)據(jù)集，并與政府機構(gòu)、非贏利機構(gòu)、高校積極開展合作項目，鼓勵數(shù)據(jù)交換。日本社會科學(xué)數(shù)據(jù)存檔中心（SSJDA）從無法自己單獨分發(fā)數(shù)據(jù)但又愿將數(shù)據(jù)存放在SSJDA的組織和研究人員那里收集數(shù)據(jù)，同時鼓勵有能力分發(fā)數(shù)據(jù)的組織和研究人員將數(shù)據(jù)進行共享[4]。我國科學(xué)技術(shù)信息研究所也正在建設(shè)國家科技管理信息系統(tǒng)公共服務(wù)平臺[5]。這些科技信息服務(wù)平臺大多由國家政府牽引，科研機構(gòu)參與建設(shè)。

推動科研數(shù)字資源平臺建設(shè)的動力來自于各個方面，各類文獻主要從推動科學(xué)研究的發(fā)展、避免重復(fù)浪費、促進科學(xué)研究合作等方面進行探討。

（1）支持科學(xué)質(zhì)詢,方便證實科研成果的正確性和有效性。相關(guān)學(xué)者科研通過對他人科研成果相關(guān)的支撐數(shù)據(jù)或研究結(jié)果數(shù)據(jù)等進行驗證, 從而為證實科學(xué)研究是否存在錯誤和偏差提供驗證途徑，減少科研錯誤的出現(xiàn)；

（2）為后續(xù)研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。目前絕大多數(shù)學(xué)者都是在前人的研究基礎(chǔ)上進行深入探索，人類基因項目（Human Genome Project）的科學(xué)數(shù)據(jù)共享實踐已經(jīng)證明, 快速的數(shù)據(jù)共享為后續(xù)研究提供了便利；

（3）建立開放共享的科研數(shù)字資源平臺可以有效打破科研壁壘，對研究機構(gòu)而言可有效利用有限的資金, 避免重復(fù)研究帶來的資源浪費[6]；

（4）有利于宏觀調(diào)控，從國家決策者和領(lǐng)域?qū)＜业慕嵌?，通過科研數(shù)字資源平臺對已有資源進行分析挖掘，便于了解當(dāng)前的領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，有利于科學(xué)有效的把握科研方向；

（5）促進稀有數(shù)據(jù)的長期有效保存，為孤立數(shù)據(jù)（orphan data）提供存儲空間；

（6）提高與其他科學(xué)研究者和研究機構(gòu)的合作機率。

2 目前科研數(shù)字資源平臺建設(shè)面臨的問題

隨著國內(nèi)外多種數(shù)字資源平臺的建設(shè)，國內(nèi)諸多學(xué)者都做了相關(guān)的調(diào)研工作，結(jié)合其結(jié)論，提出幾點目前科研數(shù)字資源平臺建設(shè)需要解決的問題。

2.1 管理系統(tǒng)陳舊，浪費資源潛力

目前科研數(shù)字資源管理并未順應(yīng)時代的發(fā)展，在知識應(yīng)用和智慧應(yīng)用方面尚未加以研究，依然停留在老舊的一般數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)中，雖然這些技術(shù)較為成熟，但難以滿足當(dāng)前科學(xué)研究中對于知識、創(chuàng)新性等需求。其次在數(shù)字資源管理方面，科研活動中所產(chǎn)生的絕大部分科研數(shù)據(jù)并未真正錄入到科研數(shù)字資源管理中，尤其是在小范圍科研活動中依然采用人工管理的方式，其所具有的挖掘潛力被浪費，給科研數(shù)字資源的利用造成了極大的不便。

2.2 數(shù)字資源單薄，技術(shù)應(yīng)用不足

另一方面在面對越來越多的非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化等異構(gòu)數(shù)據(jù)，這些傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)往往束手無策。目前針對數(shù)字資源管理的相關(guān)技術(shù)數(shù)量多、應(yīng)用廣，不同技術(shù)之間相互聯(lián)系、互相摻雜，在相關(guān)信息系統(tǒng)開發(fā)過程中需要數(shù)據(jù)專家針對具體環(huán)境給出具體解決方案，耗費資源巨大。而無論應(yīng)用何種技術(shù)進行數(shù)字資源管理都離不開數(shù)據(jù)的建 模過程，但數(shù)字資源的建模方法尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，沒有規(guī)范的、完整的解決途徑，從理論到方法依然不完善。

2.3 服務(wù)功能單一，拓展能力較弱

服務(wù)功能需要增強，目前在應(yīng)用階段，大多停留于資源檢索，對于科研數(shù)字資源的智慧應(yīng)用可以說是處于空白階段，與此相似的智慧城市、智慧校園數(shù)字資源智慧服務(wù)功能的相關(guān)研究已有受到大家認可的研究成果，因此應(yīng)當(dāng)充分考慮科研數(shù)字資源平臺的需求，借鑒智慧應(yīng)用的研究，構(gòu)建面向科研數(shù)字資源平臺的知識應(yīng)用架構(gòu)，為之后建立智能應(yīng)用建立結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

3 科研數(shù)字資源平臺基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

（1）打破資源壁壘。面向智慧應(yīng)用的科研數(shù)字資源平臺應(yīng)匯集相關(guān)各類數(shù)據(jù)，既包括紙質(zhì)、光盤等傳統(tǒng)媒介，也包括已有科研管理系統(tǒng)中的數(shù)字資源，從結(jié)構(gòu)化的文本、數(shù)據(jù)庫資源到非結(jié)構(gòu)化的音視頻、仿真模型、實驗數(shù)據(jù)、科研成果等，都通過相應(yīng)技術(shù)手段，匯入科研數(shù)字資源平臺中。

（2）以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)建模為核心。為提高平臺的擴展性，應(yīng)以最根本的數(shù)據(jù)管理為支撐，通過標(biāo)準(zhǔn)化的建模手段建立具有一致性的集中式或分布式數(shù)據(jù)管理平臺，為后續(xù)擴展性功能研發(fā)提供基礎(chǔ)保障。

（3）個性化服務(wù)滿足用戶需求。針對不同用戶群體提供分級服務(wù)，同時通過不同功能模塊提供個性化服務(wù)，在線分析、個性化知識管理、個性化推送等，有效滿足不同用戶的不用使用需求[7]。

3.2 總體架構(gòu)

我國的科研數(shù)字資源平臺實踐尚處于建設(shè)的初步階段，尚未形成一定的規(guī)模，結(jié)合近幾年的大數(shù)據(jù)與云計算相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，筆者就科研數(shù)字資源平臺的構(gòu)建提供思路如圖1所示。

圖1 科研數(shù)字資源平臺整體架構(gòu)Fig.1 Scientific research digital resource platform

從宏觀來看，科研數(shù)字資源平臺的總體架構(gòu)可分四層：源數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)管理層、系統(tǒng)支撐層和應(yīng)用窗口層。

（1）源數(shù)據(jù)層：通過自動或手動的方式，將歷史資源、自動識別、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等方面的科研數(shù)字資源進行采集，提供給數(shù)據(jù)管理層。

（2）數(shù)據(jù)管理層：是整個科研數(shù)字資源平臺的核心與難點，以大數(shù)據(jù)與云計算基礎(chǔ)平臺為紐帶，綜合各種數(shù)據(jù)處理手段，系統(tǒng)支撐層提供數(shù)據(jù)支撐，通過將來自源數(shù)據(jù)層的初始數(shù)據(jù)進行過濾、整合、存儲，這一層是整個平臺的基礎(chǔ)。

（3）系統(tǒng)支撐層：根據(jù)提出的功能需求，分別開發(fā)相應(yīng)的采集系統(tǒng)、檢索系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、挖掘系統(tǒng)和用戶管理系統(tǒng)，通過接口與應(yīng)用窗口相連，以實現(xiàn)相關(guān)功能。

（4）應(yīng)用窗口層：首先從需求角度出發(fā)，面對可能使用該平臺的科技人員、領(lǐng)域?qū)＜摇⒐芾砣藛T等分別提供公眾訪問平臺和綜合管理平臺兩個應(yīng)用窗口，前臺應(yīng)用實現(xiàn)科研數(shù)字資源的檢索、瀏覽、分析與挖掘、下載和上傳等操作，后臺應(yīng)用實現(xiàn)科研數(shù)字資源的審核、數(shù)據(jù)管理、用戶管理等工作。為適應(yīng)時代發(fā)展，其應(yīng)適用于多種不同的設(shè)備端，故應(yīng)支持異構(gòu)與分布的運行環(huán)境。

針對目前已有或在建的數(shù)字資源平臺，提出以數(shù)據(jù)管理層為系統(tǒng)的核心，避免以往僅從用戶角度出發(fā)產(chǎn)生的功能不足的缺陷，通過建立完善的基于大數(shù)據(jù)與云計算的數(shù)據(jù)管理分析基礎(chǔ)平臺綜合管理各種數(shù)據(jù)源為系統(tǒng)提供全面的數(shù)據(jù)支撐，再通過應(yīng)用與功能層的建設(shè)滿足不同用戶的不同需求。

4 基本實現(xiàn)技術(shù)路線

科研數(shù)字資源平臺構(gòu)建是一個大型的系統(tǒng)工程，其中涉及的相關(guān)領(lǐng)域和學(xué)科眾多，筆者認為應(yīng)當(dāng)進行自主開發(fā)，采用 java、php等開發(fā)語言，結(jié)合MySQL、Oracle等專業(yè)數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，此方式具有較強的自主性和可適性，為避免從前期調(diào)研、開發(fā)到后期實施、應(yīng)用周期過長，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)墓こ涕_發(fā)方式。筆者根據(jù)提出的科研數(shù)字資源平臺基礎(chǔ)架構(gòu)，提出幾點技術(shù)問題的建議。

4.1 源數(shù)據(jù)層開發(fā)

由于目前已有的傳統(tǒng)數(shù)字資源管理、存儲系統(tǒng)數(shù)量眾多應(yīng)用較深，盡管這些項目管理信息系統(tǒng)對應(yīng)傳統(tǒng)的項目管理特點與模式上都比較成熟，但由于智慧應(yīng)用的發(fā)展，這些傳統(tǒng)的科研管理信息系統(tǒng)并不能直接用于智慧應(yīng)用，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)框架上都存在諸多不足，并不能直接加以利用。傳統(tǒng)科研管理系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)資源因其大多為數(shù)據(jù)庫資源或文本資源，也包括少量非結(jié)構(gòu)化的圖片、數(shù)據(jù)表等，筆者提出應(yīng)當(dāng)基于此類系統(tǒng)進行二次開發(fā)，從已有數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫展開工作，結(jié)合新興的自動識別[8]、物聯(lián)網(wǎng)[9]、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。嘗試將兩者結(jié)合，應(yīng)用到科研數(shù)字資源平臺的源數(shù)據(jù)層中，以滿足智慧應(yīng)用的要求，順應(yīng)數(shù)據(jù)時代的發(fā)展。

4.2 數(shù)據(jù)管理層開發(fā)

從現(xiàn)有的研究成果來看，數(shù)字資源的過濾、整合、存儲都需要進行數(shù)據(jù)建模，離不開元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)被稱為“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，是對數(shù)字資源的規(guī)范化描述，不僅能起到描述數(shù)據(jù)的作用，而且起到管理數(shù)據(jù)的作用。建立科學(xué)完整的元數(shù)據(jù)也是數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的重要內(nèi)容。我國在元數(shù)據(jù)研究中已經(jīng)取得一定的進展與成果，隨著科技部 2002年正式啟動的國家科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程的推進，國內(nèi)各行業(yè)都制定了相應(yīng)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)據(jù)管理提供了巨大便利[10]。黃文碧[11]在詳細闡述利用元數(shù)據(jù)實現(xiàn)館藏資源聚合的可行性的基礎(chǔ)上,提出經(jīng)過元數(shù)據(jù)倉庫構(gòu)建、元數(shù)據(jù)映射和元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等過程實現(xiàn)館藏資源對象的分面語義關(guān)聯(lián)。本體作為”共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”[12]。能夠捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，提供對該領(lǐng)域知識的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯術(shù)語和詞匯間相互關(guān)系的明確定義。本體的這一作用可以實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成[13-15]以及知識建模[16-17]和語義建模[18-20]，為系統(tǒng)支撐層中的知識挖掘提供便利。

4.3 系統(tǒng)支撐層和應(yīng)用窗口層開發(fā)

既要充分考慮一個實用的數(shù)字資源平臺所必需的上傳、下載、索引、瀏覽、數(shù)據(jù)管理和用戶管理的基本功能外，應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合用戶需求，引入大數(shù)據(jù)與云計算的相關(guān)技術(shù)，提供個性化服務(wù)、分級服務(wù)，對某些不能開放、共享的資源實現(xiàn)分級對待。同時提高對用戶的使用權(quán)限管理，從而提高數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)可靠性。此外也應(yīng)考慮平臺今后的交互性和可擴展性等功能。

5 結(jié)語

大數(shù)據(jù)時代，構(gòu)建科研數(shù)字資源平臺，推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，是一項重要的歷史使命。本文分析了構(gòu)建科研數(shù)字資源平臺的重要意義，說明現(xiàn)有數(shù)據(jù)平臺存在的問題，在此基礎(chǔ)上提出了面向智慧應(yīng)用的數(shù)字資源平臺基礎(chǔ)架構(gòu)，詳細說明了其相關(guān)技術(shù)路線。

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