中國科學院遙感與數字地球研究所所長郭華東：科學大數據驅動學科發展

【CSDN現場報道】第六屆中國云計算大會于2014年5月20-23日在北京國家會議中心拉開帷幕。本次大會立足實踐，以國際化的視野，幫助與會者了解全球云計算技術的發展趨勢；從應用出發，探討交通、醫療、教育、金融、制造、數字娛樂等行業領域的實踐經驗；并通過技術專場、產品發布和培訓課程等方式，深度剖析云計算大數據的核心技術。

中國科學院院士，中國科學院遙感與數字地球研究所所長， 中國大數據專家委員會副主任委員 郭華東

在第六屆中國云計算大會全體會議上，中國科學院院士，中國科學院遙感與數字地球研究所所長， 中國大數據專家委員會副主任委員郭華東的演講主題是“科學大數據驅動學科發展”，他表示，IDC的“數字宇宙”研究報告指出，全球數據總量將以每兩年翻一番的速度持續增長，中國所擁有的數據在國際上舉足輕重。以數字地球為例，互聯網和3D技術的深度普及，遙感、地理信息技術和對地觀測技術的高速發展，大數據和數據密集型科學的問世加速了數字地球進程，從而完成了“地球裝進計算機”向“地球大數據”的變遷，在全球氣候變化、救災減災、食品安全、新能源開發和解決城市發展等方面有了突破性進展。

以下為現場實錄：

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算大數據的核心技術問題、方法論在經濟社會有關領域的應用，及我們這個領域的發展與前瞻作了系統的介紹。我的介紹就是講一講大數據和學科的發展，主要是講講科學大數據對于學科的驅動，特別要講一下對于我們數字地球驅動的發展情況。從三個方面來敘述一下，第一個就講大家非常重視的大數據本身，然后講講科學范式，最后講講學科的發展。

這張表我想很多專家都非常熟悉，主要講發展的歷程，紅色的字大家都反復的在這兒進行研討，從紅字的表征上來看，數據變得多么重要，發展越來越對學科的驅動起著不可代替的作用。

這張片子介紹了發展到今天，我們在科學研究的各個領域正在對數據的發展有著什么樣的需求，數據在科技領域是一個什么關系，這個關系實際上講數據就是科技領域飛速發展的產物，無論是我們做大科技技術，還是全球正在關注的對人類的發展帶來重大挑戰的等等數據撲面而來。

上個月IDC發布第七份數字宇宙的研究報告4.4ZB增加到44ZB。去年只有20%的數據與我們今天討論的云相關，幾年之后將翻倍至40%，這是一個非常重要的數據。數據如此重要，當然對中國，這張片子可以說更加重要，為什么呢？因為全球數據的分布，中國占了13%，這是現狀。6年以后，全球21%的數據將在中國，五分之一的數據，這一點太重要了，我們說中國擁有的數據在國際上舉足輕重。

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

科學領域其實對這個事情非常的重視，早在6年之前在我們科技領域，大家最為尊崇的兩大期刊，一個是《自然》，一個是《科學》，《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，像東北鳥的起源等等，大家不要忘了6年前《自然》雜志出版了大數據的專刊。09年，《第四范式》出版，是一個非常重要的里程碑，2010年《無處不在的數據》，到了3年前《科學》專刊也出來了。以后科技界的重視、全球的重視，引起了聯合國足夠的重視，聯合國的一個報告白皮書《大數據促發展，挑戰與機遇》，緊接著兩年前高德納的4V定義，同時在我們這么一個領域，我們也發表了一篇文章，提出了大數據與數字地球的關系。

我們這些年來歷經的事情太多，我記得有一位尊敬的學者曾經講信息科學的發展使人們難以預料，如果你想讓哪一個人犯錯誤，那么你就讓他預測5年以后信息技術的發展，作為我們云計算、作為大數據實際上也是同樣的原理，看我們的大數據目前在哪個位置上，對我們將來對它的研究是非常重要的。可以看到，將來這個趨勢應該是一個可期的好的狀況。

發展得很堅實、發展得很快，于是政府層面高度重視這一點，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據熱度最高的國家是印度，但是我們國家我認為有關決策部門對這件事的重視程度相當高，特別是近一兩年反映在我國部署的973計劃、863計劃，也包括我國的經信委也在部署大數據科學計劃，也包括我們的一些領域，工業部門和一些地方也在做同樣的計劃。

同樣在國際組織上，我們可以看到也在不斷的推動發展和全球計劃，OECD發布的《探索數據驅動型創新》報告，指出利用數據來刺激提升生產力，充分發揮大數據的潛能，造福人類，進一步闡述了大數據未來的潛力和作用。

國際科聯其實在2011年之前就開始做戰略規劃，在2012―2017年的戰略規劃中特別強調了數據、信息對于科學驅動的著手，數據中間特別強調了大數據的作用。

作為國際科聯的一個委員會，CODATA其實就是國際科聯科學數據委員會，也專門召開了一個大數據會議，CODATA、DWS等三個最重要的數據組織，同時邀請了國科聯的未來地球計劃，邀請了我們為期十年的全球綜合減災計劃，也邀請了83個國家和72個國際組織構成的一個政府間國際組織，以及我在的中科院遙感數字研究所一起來召開這么一個會議，就是說大數據到底對我們的學科發展能帶來什么，大數據如何為全球的科學計劃起什么樣的重要作用，對這些方面進行了研討。

為了做這樣的研討，在全球范圍內我們做了一些基礎性的工作，比如說以BIGDATA為關鍵詞，現在檢索的相關文章一千多篇，半數都是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，從文章發表來看，中國居全球第二，應該說中國對大數據的研究發展還是鼓舞人心的，但是我們還要進一步的做。

去年7月，習近平總書記視察中國科學院講了一句話，也令我們深受鼓舞，講到大數據是工業社會的“自由”資源，誰掌握了數據，誰就掌握了主動權，一個最高領導講這樣的話，其實看出來他對大數據的高度重視。

下面就講大數據科學范式的轉化，關于大數據的定義，大家有了很多定義，當然還在不斷的探討之中，其中4V是大家感興趣的重要話題。大家我們想說大數據時代以及大數據計算的本質特征在于從模型驅動到數據驅動范式的轉變以及數據密集型科學方法的確立。

你可以看到咱們科學范式的轉化，幾千年前以實驗為手段描述自然，數百年前利用模型和歸納方法進行論證的分支出現了。過去數十年進行計算分支仿真模擬。現在當大數據時代到來的時候，將理論、實驗、計算仿真等統一起來形成了新的密集計算。

舉一個例子，是一個很久遠的故事，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據與大科學是一個什么樣的關系，然后大科學中我們要有系列的知識發現，講方法論、講挑戰，這種挑戰我們規定為三個H。

大科學裝置要催生帶領一系列的大數據，以我所在的單位為例，每天在誕生大量的衛星和航空數據，但這樣的大科學投資強度大、學科交叉，產生的大數據其實為大科學的誕生奠定了堅實的基礎。比如說在咱們高能物理領域，每年投入這么多，每年重要的是產生這么多數據，這些數據為科學家帶來了重要的機遇，所以“上帝粒子”的產生和發展與大數據有著重要密切的關系，因為是需要通過分析和推斷“上帝粒子”是否存在，從數據和圖形的分析中來揭示這些現象。

人類基因組是一個偉大的計劃，如果沒有大數據現在回過頭來看，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生序列的數據，需要很多的存儲、分析和計算能力去完成。人們說我們正在面臨著全球變化的嚴峻挑戰，不僅是全人類、全球，我們中國也面臨全球變化的挑戰，將來解決全球變化的一些重要問題是什么？核心的關鍵是什么？其實還是要依靠我們的數據，而且是與地球變化相關的一些綜合性的數據，不管搜集這些數據，還要預測未來的一些模擬數據，一起建立在大數據基礎之上預測未來的數據變化，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，其實都要靠這些去建立，應該說這些數據為氣候的長期變化都可以提供堅實的基礎。

大數據與天文，這方面的例子不勝枚舉，我們從地面對天文的觀測，建立在大數據的基礎之上。有了大數據，也就相當于擁有了各種探測設備一樣，這么一個重要性。

簡而言之可以看看科學大數據一些非常重要的特征，復雜性、綜合性、全球性等多種特點融于一身。大數據特別是科學大數據也有若干外部特征，從內容、體量、速率、手段等等來講，具備著五大特征。它的內部特征剛才講了，超高維度、高度計算復雜性、高度的不確定性。大數據研究方法論一個是量、一個是質、一個是用，三個方面互為因果、互相促進。

第三部分，以數字地球為例，講講大數據如何促進我們地球的發展。中國科學家發起召開了國際第一次數字地球會議，可以看到數字地球傳播的基礎，因為它有堅實的科學內涵。回顧到15年之前，走向數字地球會議召開，當時一個重要的產出是數字地球北京宣言，而且形成了數字地球的系列會議。自那以后，我們已經在全球舉辦了十幾次數字地球國際會議和數字地球高峰會議，它的足跡遍布幾大洲。一個新的方向，一個領域，它有一個國際組織，在06年，國際數字地球學會也誕生了。一個學會應該有自己的刊物，我們也創建了《國際數字地球學報》的刊物，現在發展勢頭良好。數字地球在全球范圍內的科學研究成果也可以說是碩果累累，包括我們中國做的數字地球研究系統也發揮了一系列的作用。

綜上所述，可以看到數字地球發展的里程碑，過去15年來長足的發展，應該說當年提出的數字地球的理念85%已經實現了，未來數字地球走向何方？這是我們面臨的一個問題。

數字地球要建立，我們基于什么？基于多方面的數據，其中對地觀測數據非常重要，當我們在這里開會的時候，我們頭頂上若干衛星在搜集著全國、全球的數據。過去半個世紀以來，國際的對地觀測衛星的發展一浪高過一浪，從最早全球14個衛星發展到現在每年都有十幾顆衛星上天。可以看到中國未來十年對地觀測衛星的發展，我們響亮的提出，中國遙感衛星的數量未來要居世界前列，我們要發射一系列遙感衛星和其他衛星。不僅發射我們中國的衛星，我們有強大的接收能力，我所在的遙感地球所的地面接收系統，覆蓋全國，也能夠接收覆蓋亞洲將近70%的數據，最近還要在北極建站，實現一個理念，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，數字地球的數據系統包括了空間數據，包括了數據平臺這么幾個部分，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，實施性強、更新快，數據價值密度較低。所以，15年前第一次大會我當秘書長，《計算機報》的記者問我什么是數字地球？我說我真不懂，但是要讓我講給中學生聽，數字地球就是把我們的地球裝進我的計算機。15年前過去了，現在從科學角度來講，你問我什么是數字地球？我可以從一個角度來講，數字地球就是地球大數據。所以，《國際數字地球學報》請我寫一個編者按，這個編者按就是數字地球，地球大數據，這就是一個觀點。

依據這個新的觀點，數字地球一些理念出來了，關于新一代數字地球就是這么一個理念。研究探討數字地球的一系列科學問題，包括大數據的動態匯聚，包括數據密集型的地球計算，包括要素的呈現理論與方法等等。做所有的理論研究、做所有的高技術發展，特別對我們這樣一個發展中國家最終還是要用在我們經濟社會發展的一些領域，將來新一代數字地球構造起來做什么呢？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的全球變化問題，第二個是人人都關心的減災防災問題，第三個是新能源的開發利用，第四個是人人都關注的農業食品安全，再一個就是我們都關注的這些數字城市和智慧城市的發展。這將是新一代數字地球應用的五個重要方向。

所以，從大數據的理念來構造新一代的數字地球，其實還是建立一個虛擬地球，虛擬地球事實上服務于未來的地球，當然這個未來的地球可以說我們從現在作為原點，未來十年、百年、千年的地球。再一個，國科聯提出一個新的十年的未來地球計劃，就是做全球環境的可持續發展計劃，我們生活在這個地球上，都有責任和理念來建立我們未來的數字地球，讓我們人類的生活更加美好。謝謝各位！

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