王洋：讓數(shù)字地球的理想照進現(xiàn)實

什么是數(shù)字地球？通俗講就是把地球裝進計算機。但是，如何把地球這樣一個巨量、連續(xù)的物體裝進計算機，裝進去后又將發(fā)揮什么作用呢？

在蘇州空天信息研究院，我們等到了從事空天信息領(lǐng)域科研工作并榮獲國家科技進步一等獎等多項榮譽的王洋。

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文字/科普蘇州 金子 攝影/葛雷

受訪/蘇州空天信息研究院二十三室主任王洋

王洋，參與推動蘇州空天信息研究院的籌建、學(xué)科和人才隊伍建設(shè)，培養(yǎng)了多支國家科研骨干力量。先后承擔國家重大型號和重點科研等項目28項，榮獲國家科技進步一等獎等多項榮譽，為國防信息化建設(shè)和空天信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了杰出貢獻。

2006年，李開復(fù)去北京航天航空大學(xué)展示谷歌虛擬地球軟件Google Earth，這是王洋第一次接觸到數(shù)字地球的概念。后來大家都知道，這個概念在1998年由時任美國副總統(tǒng)戈爾提出，目標是要用一米分辨率的遙感影像覆蓋全球。

“當時就覺得這是國外的一個先進理念?！蓖跹鬀]有想到的是，三年后她讀碩士期間，咱們國家高分專項啟動，而她所在的課題組做的就是衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的處理、承載和應(yīng)用。及至博士階段，她又做了關(guān)于數(shù)字地球更多更深入的算法研究。

王洋笑說，“但是真正朝著落地應(yīng)用的方向做課題，算是從蘇州開始的。”

高分專項系列衛(wèi)星高分一號和七號

圖源：中國測繪學(xué)會

高分專項工程為中國國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006－2020年)16個重大科技專項之一，是一個非常龐大的遙感技術(shù)項目，被稱為中國人自己的全球觀測系統(tǒng)

從帶團隊開始磨煉的科研之路

2014年，王洋入職中國科學(xué)院電子學(xué)研究所接到的第一個任務(wù)就是參與籌建蘇州研究院。

電子所從事的是電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和高技術(shù)創(chuàng)新研究，多年來為我國衛(wèi)星通信、雷達、導(dǎo)彈制導(dǎo)、粒子加速器、可控熱核聚變裝置、微波遙感等國防、國民經(jīng)濟和科學(xué)研究領(lǐng)域制造出了多種高水平關(guān)鍵器件。

作為電子所全新的承載平臺和科研成果轉(zhuǎn)化平臺，蘇研院的定位是面向國家安全和區(qū)域發(fā)展的戰(zhàn)略需求。數(shù)字地球的落地應(yīng)用，就是其中一個迫切的需求。

在第一批實習(xí)生北京集訓(xùn)結(jié)束之前，包括王洋在內(nèi)的小10名技術(shù)骨干，已經(jīng)在科室主任的帶領(lǐng)下先行進駐蘇州。他們首先要把電子所經(jīng)年累積的科研風(fēng)氣和方式方法教給實習(xí)生，再指導(dǎo)大家結(jié)合自己的專業(yè)方向和蘇研院的學(xué)科建設(shè)開題，做畢業(yè)設(shè)計。

王洋的14個實習(xí)生專業(yè)相近，都是計算機或電子工程的本科生和碩士，但也都沒有接受過科研訓(xùn)練。這意味著帶人的成本很高。為什么要帶實習(xí)生做科研呢？互聯(lián)網(wǎng)大廠、新型科研機構(gòu)顯然都不會這么做?！斑@是一個管理模式上的探索，在這個過程中實習(xí)生可以提升科研能力、沉淀學(xué)術(shù)成果，我們也能全面了解大家的科研能力和責任心?！蓖跹笳f。

王洋對新身份適應(yīng)很快。她愿意花時間帶人，也有一定的前期經(jīng)驗。“讀碩士的時候，我就曾擔任課題組小組長。讀博期間也做過碩士生和本科生的助教，大致知道通過怎樣的輔助，把一個有一定技術(shù)基礎(chǔ)但是缺少業(yè)務(wù)知識的團隊快速帶入環(huán)境?！?/p>

王洋（中）和空天院團隊的日常交流

整整兩年，王洋大部分時間都在蘇州帶實習(xí)生，實習(xí)生畢業(yè)后留下來繼續(xù)跟她做課題。就這樣，從小規(guī)模項目做起，發(fā)展到中等項目，等到學(xué)科方向初步建成，再把電子所的重要項目部分拿到蘇研院來做。及至任務(wù)大到一定程度時，不僅需要實習(xí)生、正式職工，還需要配套團隊，甚至是長鏈條上的生態(tài)伙伴通力合作。

這樣的訓(xùn)練不僅培養(yǎng)了實習(xí)生，也錘煉了王洋。

被任務(wù)倒逼出的集體智慧

那么，數(shù)字地球到底做什么呢？

把地球環(huán)境里的各種因素、參數(shù)、狀態(tài)數(shù)值化，然后對它進行建模、存儲、表達，我們就能實現(xiàn)對地球及人類生活環(huán)境的數(shù)字化。

運用數(shù)字地球技術(shù)，可以實現(xiàn)對全球范圍的地理地質(zhì)、海洋氣象信息的宏觀觀測，也可以微觀到對城市里某個機場、工地、垃圾填埋場的持續(xù)跟蹤。它還能定位動植物和人類，用數(shù)據(jù)揭示遷徙、春運等群體性活動規(guī)律。

數(shù)字地球?qū)崟r記錄著生態(tài)變化

為生態(tài)修復(fù)提供客觀全面的觀察視角

通過衛(wèi)星遙感影像可以看到，中國最大的內(nèi)陸咸水湖青海湖實現(xiàn)了從生態(tài)退化惡化到向好的轉(zhuǎn)變，圖源央視新聞

研究數(shù)字地球，更迫切的是如何真正把它實用化、產(chǎn)品化，服務(wù)于國家各行各業(yè)。

從2014年至今，王洋從一個參與者逐步成長，驅(qū)動200人的研發(fā)團隊構(gòu)建出了自主可控環(huán)境下的基礎(chǔ)數(shù)字地球平臺和十余項共性產(chǎn)品，對外部署100余套，支撐近百家用戶和工業(yè)部門進行二次開發(fā)。其中不乏國家重大型號和重點科研項目。

因為是“國家隊”，所以更容易出成果嗎？面對我們的好奇，王洋很率直，“相比前輩科學(xué)家在無人區(qū)隱姓埋名做科研，我們現(xiàn)在的條件好多了，但是也包括且不限于長期晚上九十點下班，全國各地出差，一些同時做載荷、平臺的同事必須守在自然環(huán)境嚴酷的地區(qū)完成實驗，而女同事們也都要經(jīng)歷所有職場背奶媽媽的尷尬與辛勞?！?/p>

但以上都還不算是難題。真正的難題在于科研突破。

“比如，我們實際上做很多項目，承擔很多國家任務(wù)。傳統(tǒng)方式是每個任務(wù)成立一個課題組，每組5-10人，由課題組按照國家相關(guān)技術(shù)指標進行攻關(guān)、實現(xiàn)，按照節(jié)點交付驗收。但是這樣各課題之間成果很難復(fù)用，一些共性技術(shù)很難被積累，課題任務(wù)較多時，也會面臨人員與精力的不足！”

這就又回到了科學(xué)研究管理上的問題。

大家意識到課題之間并不是完全獨立的，如果每個課題組都需要從頭到尾承擔所有研究任務(wù)那只會導(dǎo)致浪費。可以先成立一個小的技術(shù)決策組織，由它對課題需求進行分析，識別出來哪些需求是共性的，哪些是被高度復(fù)用的，把這些部分拿出來，由專門團隊來做。沉淀下來之后，這些產(chǎn)品的質(zhì)量是高的、穩(wěn)定的，可以被高度復(fù)用并且能在自己的領(lǐng)域里不斷迭代、完善的——這個就叫做平臺層。

在平臺層之上的，是有一定領(lǐng)域性同時也有復(fù)用度和共性的部分，可能是某個領(lǐng)域里的共性技術(shù)，再把它識別出來，這就是共性產(chǎn)品。等共性產(chǎn)品出來之后，再往上去面向不同方向、不同任務(wù)的獨立需求做開發(fā)，成本就會大為降低。

“一個團隊里，有人做平臺，有人做共性產(chǎn)品，有人做上層具體應(yīng)用，每個人都能在自己的角色里發(fā)揮作用，技術(shù)也能不斷沉淀和被復(fù)用，這就是建制化科研，也是這些年來從電子所到空天院科研管理上的智慧結(jié)晶。”王洋說。

數(shù)字地球的未來 是給人類提供更多的決策支持

從2000年初的國外先進理念，到它在我國本土的落地應(yīng)用，數(shù)字地球技術(shù)日新月異。

2019年，為貫徹落實總書記“必須推動空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展”指示精神，中國科學(xué)院電子所、遙感與數(shù)字地球研究所、光電研究院整合組建成立中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院。蘇研院也更新為蘇州空天信息研究院。

王洋在蘇州空天信息研究院

作為蘇研院二十三室主任，王洋沉淀的科研方向是：時空大數(shù)據(jù)可視分析和數(shù)字孿生技術(shù)。

“上個二十年，數(shù)字地球主要是實現(xiàn)對地球的觀測，以及如何存儲、管理和應(yīng)用這些遙感產(chǎn)生的大體量數(shù)據(jù)、各類傳感器產(chǎn)生的海量的小的實時數(shù)據(jù)，以及人類產(chǎn)生的碎片化的低價值密度的數(shù)據(jù)，接下類如何將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為知識與智慧，進一步為人類生活和國民經(jīng)濟提供輔助決策支撐將是攻關(guān)的重點?！?/p>

數(shù)字地球與人類發(fā)展息息相關(guān)，如何讓數(shù)字地球發(fā)揮更大的作用，是全球科學(xué)家們苦苦追求的命題

圖源：科創(chuàng)中國

王洋用我們熟悉的導(dǎo)航舉例說，就好比用手機軟件導(dǎo)航，你不只希望知道我從家到單位有三條路可走，更關(guān)心實時路況，比如堵車了從什么地方繞過去。“需要它給人類活動提供更多的決策支持，而在不久的將來，這個決策不僅是給人服務(wù)，還要給無人駕駛服務(wù)。”

顯然，作為一個時空底座，數(shù)字地球技術(shù)仍有很多科學(xué)問題和機理亟待解決?！霸趪抑卮笕蝿?wù)、重大工程里，背后往往是一個很大的團隊甚至是一條產(chǎn)業(yè)鏈的貢獻，對產(chǎn)業(yè)鏈里每一個不同角色而言，都需要我們的奉獻精神、社會使命感和勇于擔當。”王洋說。