中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所所長郭華東：科學(xué)大數(shù)據(jù)驅(qū)動學(xué)科發(fā)展

【CSDN現(xiàn)場報道】第六屆中國云計(jì)算大會于2014年5月20-23日在北京國家會議中心拉開帷幕。本次大會立足實(shí)踐，以國際化的視野，幫助與會者了解全球云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展趨勢；從應(yīng)用出發(fā)，探討交通、醫(yī)療、教育、金融、制造、數(shù)字娛樂等行業(yè)領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；并通過技術(shù)專場、產(chǎn)品發(fā)布和培訓(xùn)課程等方式，深度剖析云計(jì)算大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)。

中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所所長， 中國大數(shù)據(jù)專家委員會副主任委員 郭華東

在第六屆中國云計(jì)算大會全體會議上，中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所所長， 中國大數(shù)據(jù)專家委員會副主任委員郭華東的演講主題是“科學(xué)大數(shù)據(jù)驅(qū)動學(xué)科發(fā)展”，他表示，IDC的“數(shù)字宇宙”研究報告指出，全球數(shù)據(jù)總量將以每兩年翻一番的速度持續(xù)增長，中國所擁有的數(shù)據(jù)在國際上舉足輕重。以數(shù)字地球?yàn)槔ヂ?lián)網(wǎng)和3D技術(shù)的深度普及，遙感、地理信息技術(shù)和對地觀測技術(shù)的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)密集型科學(xué)的問世加速了數(shù)字地球進(jìn)程，從而完成了“地球裝進(jìn)計(jì)算機(jī)”向“地球大數(shù)據(jù)”的變遷，在全球氣候變化、救災(zāi)減災(zāi)、食品安全、新能源開發(fā)和解決城市發(fā)展等方面有了突破性進(jìn)展。

以下為現(xiàn)場實(shí)錄：

主席、各位嘉賓、各位代表，在過去的一天多時間以來，我們很多的專家就云計(jì)算大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)問題、方法論在經(jīng)濟(jì)社會有關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，及我們這個領(lǐng)域的發(fā)展與前瞻作了系統(tǒng)的介紹。我的介紹就是講一講大數(shù)據(jù)和學(xué)科的發(fā)展，主要是講講科學(xué)大數(shù)據(jù)對于學(xué)科的驅(qū)動，特別要講一下對于我們數(shù)字地球驅(qū)動的發(fā)展情況。從三個方面來敘述一下，第一個就講大家非常重視的大數(shù)據(jù)本身，然后講講科學(xué)范式，最后講講學(xué)科的發(fā)展。

這張表我想很多專家都非常熟悉，主要講發(fā)展的歷程，紅色的字大家都反復(fù)的在這兒進(jìn)行研討，從紅字的表征上來看，數(shù)據(jù)變得多么重要，發(fā)展越來越對學(xué)科的驅(qū)動起著不可代替的作用。

這張片子介紹了發(fā)展到今天，我們在科學(xué)研究的各個領(lǐng)域正在對數(shù)據(jù)的發(fā)展有著什么樣的需求，數(shù)據(jù)在科技領(lǐng)域是一個什么關(guān)系，這個關(guān)系實(shí)際上講數(shù)據(jù)就是科技領(lǐng)域飛速發(fā)展的產(chǎn)物，無論是我們做大科技技術(shù)，還是全球正在關(guān)注的對人類的發(fā)展帶來重大挑戰(zhàn)的等等數(shù)據(jù)撲面而來。

上個月IDC發(fā)布第七份數(shù)字宇宙的研究報告4.4ZB增加到44ZB。去年只有20%的數(shù)據(jù)與我們今天討論的云相關(guān)，幾年之后將翻倍至40%，這是一個非常重要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)如此重要，當(dāng)然對中國，這張片子可以說更加重要，為什么呢？因?yàn)槿驍?shù)據(jù)的分布，中國占了13%，這是現(xiàn)狀。6年以后，全球21%的數(shù)據(jù)將在中國，五分之一的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)太重要了，我們說中國擁有的數(shù)據(jù)在國際上舉足輕重。

討論大數(shù)據(jù)，我想在座的都非常熟悉，我只是從我個人的角度，從我們領(lǐng)域發(fā)展的角度講一講大數(shù)據(jù)的發(fā)展演化，甚至是未來，回顧到上世紀(jì)末期，1997年第一篇大數(shù)據(jù)文章的起源，然后04年里程碑式的發(fā)展，06年它起到的作用，到了2011年，大數(shù)據(jù)的成功。

科學(xué)領(lǐng)域其實(shí)對這個事情非常的重視，早在6年之前在我們科技領(lǐng)域，大家最為尊崇的兩大期刊，一個是《自然》，一個是《科學(xué)》，《自然》對我們中國人來講，很多人都知道做了生命起源，做了一個動物的故事等等，這樣的文章很多，像大爆發(fā)，像東北鳥的起源等等，大家不要忘了6年前《自然》雜志出版了大數(shù)據(jù)的專刊。09年，《第四范式》出版，是一個非常重要的里程碑，2010年《無處不在的數(shù)據(jù)》，到了3年前《科學(xué)》專刊也出來了。以后科技界的重視、全球的重視，引起了聯(lián)合國足夠的重視，聯(lián)合國的一個報告白皮書《大數(shù)據(jù)促發(fā)展，挑戰(zhàn)與機(jī)遇》，緊接著兩年前高德納的4V定義，同時在我們這么一個領(lǐng)域，我們也發(fā)表了一篇文章，提出了大數(shù)據(jù)與數(shù)字地球的關(guān)系。

我們這些年來歷經(jīng)的事情太多，我記得有一位尊敬的學(xué)者曾經(jīng)講信息科學(xué)的發(fā)展使人們難以預(yù)料，如果你想讓哪一個人犯錯誤，那么你就讓他預(yù)測5年以后信息技術(shù)的發(fā)展，作為我們云計(jì)算、作為大數(shù)據(jù)實(shí)際上也是同樣的原理，看我們的大數(shù)據(jù)目前在哪個位置上，對我們將來對它的研究是非常重要的。可以看到，將來這個趨勢應(yīng)該是一個可期的好的狀況。

發(fā)展得很堅(jiān)實(shí)、發(fā)展得很快，于是政府層面高度重視這一點(diǎn)，這里面舉了幾個國家和國際組織。坦率的說，我們國家盡管在有些報告上目前做大數(shù)據(jù)熱度最高的國家是印度，但是我們國家我認(rèn)為有關(guān)決策部門對這件事的重視程度相當(dāng)高，特別是近一兩年反映在我國部署的973計(jì)劃、863計(jì)劃，也包括我國的經(jīng)信委也在部署大數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)劃，也包括我們的一些領(lǐng)域，工業(yè)部門和一些地方也在做同樣的計(jì)劃。

同樣在國際組織上，我們可以看到也在不斷的推動發(fā)展和全球計(jì)劃，OECD發(fā)布的《探索數(shù)據(jù)驅(qū)動型創(chuàng)新》報告，指出利用數(shù)據(jù)來刺激提升生產(chǎn)力，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的潛能，造福人類，進(jìn)一步闡述了大數(shù)據(jù)未來的潛力和作用。

國際科聯(lián)其實(shí)在2011年之前就開始做戰(zhàn)略規(guī)劃，在2012―2017年的戰(zhàn)略規(guī)劃中特別強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)、信息對于科學(xué)驅(qū)動的著手，數(shù)據(jù)中間特別強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)的作用。

作為國際科聯(lián)的一個委員會，CODATA其實(shí)就是國際科聯(lián)科學(xué)數(shù)據(jù)委員會，也專門召開了一個大數(shù)據(jù)會議，CODATA、DWS等三個最重要的數(shù)據(jù)組織，同時邀請了國科聯(lián)的未來地球計(jì)劃，邀請了我們?yōu)槠谑甑娜蚓C合減災(zāi)計(jì)劃，也邀請了83個國家和72個國際組織構(gòu)成的一個政府間國際組織，以及我在的中科院遙感數(shù)字研究所一起來召開這么一個會議，就是說大數(shù)據(jù)到底對我們的學(xué)科發(fā)展能帶來什么，大數(shù)據(jù)如何為全球的科學(xué)計(jì)劃起什么樣的重要作用，對這些方面進(jìn)行了研討。

為了做這樣的研討，在全球范圍內(nèi)我們做了一些基礎(chǔ)性的工作，比如說以BIGDATA為關(guān)鍵詞，現(xiàn)在檢索的相關(guān)文章一千多篇，半數(shù)都是SCI收錄的文章。從國家分布來看，如果說以40篇為一個界限，超過40篇的大家看到有這么七個國家，中國其實(shí)有181篇，所以我們在研討的時候，講到印度熱度很快，從文章發(fā)表來看，中國居全球第二，應(yīng)該說中國對大數(shù)據(jù)的研究發(fā)展還是鼓舞人心的，但是我們還要進(jìn)一步的做。

去年7月，習(xí)近平總書記視察中國科學(xué)院講了一句話，也令我們深受鼓舞，講到大數(shù)據(jù)是工業(yè)社會的“自由”資源，誰掌握了數(shù)據(jù)，誰就掌握了主動權(quán)，一個最高領(lǐng)導(dǎo)講這樣的話，其實(shí)看出來他對大數(shù)據(jù)的高度重視。

下面就講大數(shù)據(jù)科學(xué)范式的轉(zhuǎn)化，關(guān)于大數(shù)據(jù)的定義，大家有了很多定義，當(dāng)然還在不斷的探討之中，其中4V是大家感興趣的重要話題。大家我們想說大數(shù)據(jù)時代以及大數(shù)據(jù)計(jì)算的本質(zhì)特征在于從模型驅(qū)動到數(shù)據(jù)驅(qū)動范式的轉(zhuǎn)變以及數(shù)據(jù)密集型科學(xué)方法的確立。

你可以看到咱們科學(xué)范式的轉(zhuǎn)化，幾千年前以實(shí)驗(yàn)為手段描述自然，數(shù)百年前利用模型和歸納方法進(jìn)行論證的分支出現(xiàn)了。過去數(shù)十年進(jìn)行計(jì)算分支仿真模擬。現(xiàn)在當(dāng)大數(shù)據(jù)時代到來的時候，將理論、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算仿真等統(tǒng)一起來形成了新的密集計(jì)算。

舉一個例子，是一個很久遠(yuǎn)的故事，喜歡天文的先生們都知道第谷，他的助手開普勒建立了一個偉大的理論。這中間我們描述大數(shù)據(jù)與大科學(xué)是一個什么樣的關(guān)系，然后大科學(xué)中我們要有系列的知識發(fā)現(xiàn)，講方法論、講挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)我們規(guī)定為三個H。

大科學(xué)裝置要催生帶領(lǐng)一系列的大數(shù)據(jù)，以我所在的單位為例，每天在誕生大量的衛(wèi)星和航空數(shù)據(jù)，但這樣的大科學(xué)投資強(qiáng)度大、學(xué)科交叉，產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)其實(shí)為大科學(xué)的誕生奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。比如說在咱們高能物理領(lǐng)域，每年投入這么多，每年重要的是產(chǎn)生這么多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為科學(xué)家?guī)砹酥匾臋C(jī)遇，所以“上帝粒子”的產(chǎn)生和發(fā)展與大數(shù)據(jù)有著重要密切的關(guān)系，因?yàn)槭切枰ㄟ^分析和推斷“上帝粒子”是否存在，從數(shù)據(jù)和圖形的分析中來揭示這些現(xiàn)象。

人類基因組是一個偉大的計(jì)劃，如果沒有大數(shù)據(jù)現(xiàn)在回過頭來看，很難說人類基因組會有豐富的成果。大家可以看到我們有這么多人在做這么多產(chǎn)生序列的數(shù)據(jù)，需要很多的存儲、分析和計(jì)算能力去完成。人們說我們正在面臨著全球變化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，不僅是全人類、全球，我們中國也面臨全球變化的挑戰(zhàn)，將來解決全球變化的一些重要問題是什么？核心的關(guān)鍵是什么？其實(shí)還是要依靠我們的數(shù)據(jù)，而且是與地球變化相關(guān)的一些綜合性的數(shù)據(jù)，不管搜集這些數(shù)據(jù)，還要預(yù)測未來的一些模擬數(shù)據(jù)，一起建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上預(yù)測未來的數(shù)據(jù)變化，一百年之后全球是變暖了，還是變冷了，十萬年之后，人類是否還能在地球上居住，其實(shí)都要靠這些去建立，應(yīng)該說這些數(shù)據(jù)為氣候的長期變化都可以提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)與天文，這方面的例子不勝枚舉，我們從地面對天文的觀測，建立在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。有了大數(shù)據(jù)，也就相當(dāng)于擁有了各種探測設(shè)備一樣，這么一個重要性。

簡而言之可以看看科學(xué)大數(shù)據(jù)一些非常重要的特征，復(fù)雜性、綜合性、全球性等多種特點(diǎn)融于一身。大數(shù)據(jù)特別是科學(xué)大數(shù)據(jù)也有若干外部特征，從內(nèi)容、體量、速率、手段等等來講，具備著五大特征。它的內(nèi)部特征剛才講了，超高維度、高度計(jì)算復(fù)雜性、高度的不確定性。大數(shù)據(jù)研究方法論一個是量、一個是質(zhì)、一個是用，三個方面互為因果、互相促進(jìn)。

第三部分，以數(shù)字地球?yàn)槔v講大數(shù)據(jù)如何促進(jìn)我們地球的發(fā)展。中國科學(xué)家發(fā)起召開了國際第一次數(shù)字地球會議，可以看到數(shù)字地球傳播的基礎(chǔ)，因?yàn)樗袌?jiān)實(shí)的科學(xué)內(nèi)涵。回顧到15年之前，走向數(shù)字地球會議召開，當(dāng)時一個重要的產(chǎn)出是數(shù)字地球北京宣言，而且形成了數(shù)字地球的系列會議。自那以后，我們已經(jīng)在全球舉辦了十幾次數(shù)字地球國際會議和數(shù)字地球高峰會議，它的足跡遍布幾大洲。一個新的方向，一個領(lǐng)域，它有一個國際組織，在06年，國際數(shù)字地球?qū)W會也誕生了。一個學(xué)會應(yīng)該有自己的刊物，我們也創(chuàng)建了《國際數(shù)字地球?qū)W報》的刊物，現(xiàn)在發(fā)展勢頭良好。數(shù)字地球在全球范圍內(nèi)的科學(xué)研究成果也可以說是碩果累累，包括我們中國做的數(shù)字地球研究系統(tǒng)也發(fā)揮了一系列的作用。

綜上所述，可以看到數(shù)字地球發(fā)展的里程碑，過去15年來長足的發(fā)展，應(yīng)該說當(dāng)年提出的數(shù)字地球的理念85%已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，未來數(shù)字地球走向何方？這是我們面臨的一個問題。

數(shù)字地球要建立，我們基于什么？基于多方面的數(shù)據(jù)，其中對地觀測數(shù)據(jù)非常重要，當(dāng)我們在這里開會的時候，我們頭頂上若干衛(wèi)星在搜集著全國、全球的數(shù)據(jù)。過去半個世紀(jì)以來，國際的對地觀測衛(wèi)星的發(fā)展一浪高過一浪，從最早全球14個衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在每年都有十幾顆衛(wèi)星上天。可以看到中國未來十年對地觀測衛(wèi)星的發(fā)展，我們響亮的提出，中國遙感衛(wèi)星的數(shù)量未來要居世界前列，我們要發(fā)射一系列遙感衛(wèi)星和其他衛(wèi)星。不僅發(fā)射我們中國的衛(wèi)星，我們有強(qiáng)大的接收能力，我所在的遙感地球所的地面接收系統(tǒng)，覆蓋全國，也能夠接收覆蓋亞洲將近70%的數(shù)據(jù)，最近還要在北極建站，實(shí)現(xiàn)一個理念，國家的利益延伸到哪，我們的空間信息保障能力就建立在哪。

可以看出來，數(shù)字地球的數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括了空間數(shù)據(jù)，包括了數(shù)據(jù)平臺這么幾個部分，然后他有不同的特征，這些特征從體量上EB級，從類型上看多種多樣，實(shí)施性強(qiáng)、更新快，數(shù)據(jù)價值密度較低。所以，15年前第一次大會我當(dāng)秘書長，《計(jì)算機(jī)報》的記者問我什么是數(shù)字地球？我說我真不懂，但是要讓我講給中學(xué)生聽，數(shù)字地球就是把我們的地球裝進(jìn)我的計(jì)算機(jī)。15年前過去了，現(xiàn)在從科學(xué)角度來講，你問我什么是數(shù)字地球？我可以從一個角度來講，數(shù)字地球就是地球大數(shù)據(jù)。所以，《國際數(shù)字地球?qū)W報》請我寫一個編者按，這個編者按就是數(shù)字地球，地球大數(shù)據(jù)，這就是一個觀點(diǎn)。

依據(jù)這個新的觀點(diǎn)，數(shù)字地球一些理念出來了，關(guān)于新一代數(shù)字地球就是這么一個理念。研究探討數(shù)字地球的一系列科學(xué)問題，包括大數(shù)據(jù)的動態(tài)匯聚，包括數(shù)據(jù)密集型的地球計(jì)算，包括要素的呈現(xiàn)理論與方法等等。做所有的理論研究、做所有的高技術(shù)發(fā)展，特別對我們這樣一個發(fā)展中國家最終還是要用在我們經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的一些領(lǐng)域，將來新一代數(shù)字地球構(gòu)造起來做什么呢？我們在這兒特別提煉五個重要方向，一個就是與全人類密切相關(guān)的全球變化問題，第二個是人人都關(guān)心的減災(zāi)防災(zāi)問題，第三個是新能源的開發(fā)利用，第四個是人人都關(guān)注的農(nóng)業(yè)食品安全，再一個就是我們都關(guān)注的這些數(shù)字城市和智慧城市的發(fā)展。這將是新一代數(shù)字地球應(yīng)用的五個重要方向。

所以，從大數(shù)據(jù)的理念來構(gòu)造新一代的數(shù)字地球，其實(shí)還是建立一個虛擬地球，虛擬地球事實(shí)上服務(wù)于未來的地球，當(dāng)然這個未來的地球可以說我們從現(xiàn)在作為原點(diǎn)，未來十年、百年、千年的地球。再一個，國科聯(lián)提出一個新的十年的未來地球計(jì)劃，就是做全球環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃，我們生活在這個地球上，都有責(zé)任和理念來建立我們未來的數(shù)字地球，讓我們?nèi)祟惖纳罡用篮谩Ｖx謝各位！

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