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e-Science让科研更从容——中科院网络中心e-Science创新纪实
来源:中国科学报   发布者:张荐辕   日期:2015-03-24   今日/总浏览:4/2253


科学家在青海湖三块石岛上安装探头

3月12日,面积广袤的青海湖冰雪还未全部消融,通过青海湖e-Science项目信息化手段野外监控视频的实时传输,青海湖景区保护管理局发现斑头雁、鸬鹚、赤麻鸭等鸟儿相继回归,为青海湖带来第一缕春光。

“2005年,青海湖发生了禽流感,自此我们踏上了e-Science探索的征程。很快,e-Science工作迎来了中科院四个研究所的首次合作,现在已发展成七个研究所,涉及到好几个领域的跨界合作。”中科院计算机网络信息中心e-Science应用推进总体组负责人阎保平研究员在国内一直致力于推广e-Science理念,并投身于e-Science应用的推进实施工作。

应势而生的e-Science

e-Science 的概念2000年在英国被首次提出,是为了应对当时各学科研究领域所面临问题的空前复杂化,利用新一代网络技术和广域分布式高性能计算环境建立的一种全新科学研究模式。此后,该理念便席卷世界各科研领域。

“十五”期间,中科院组织开展了信息化战略研究,提出了打造数字科学院的信息化长远发展目标。以科研活动信息化(e-Science)和科研管理信息化(ARP)为主要内容,实施信息化建设专项。

从e-Science 作为信息化公共基础设施角度来看,它涉及到几个方面:一个高速带宽的网络,一个大规模的数据存储环境,另外还应该有一个更高性能的超级计算环境。中科院计算机网络信息中心(以下简称网络中心)是中科院信息化的核心服务支撑机构,“十五”期间其基础设施建设也在悄然为e-Science的发展蓄积力量。

中科院领导对信息化工作高度重视。2006年,时任中科院副院长、信息化工作领导小组组长江绵恒在上海第三届亚太地区城市信息化大会上就e-Science进行了论述,他指出:“e-Science的实现将为科学家们提供一个信息化的科学研究环境,改变他们从事科学研究活动的方法和手段,甚至直接影响到一些学科的发展。”

中科院进一步明确了网络中心在全院信息化支撑服务工作中的核心与带动作用。为了全面推进信息化建设,中科院信息化工作领导小组提出优化三大环境、构建五大平台、完善三大体系的发展规划,其中建设网络化科研平台e-Science是一项重要任务。

为了提升信息化资源集成,建立良好的沟通渠道,网络中心e-Science应用推进总体组应运而生,对院内各科研单位提供e-Science的信息化服务。其主要职责是建立开放式的项目管理机制和集中的信息平台,协调网络中心内部和外部的相关资源,积极探索e-Science应用的各类科研示范,推进e-Science应用项目的组织和实施,从而支撑中科院e-Science的广泛应用。

改变了科研工作方式

在网络中心与青海湖保护区管理局十年的合作中,e-Science改变了保护区的保护工作和科学家的科研工作方式。

“当年的契机引起了科学家们的首次跨界合作。来自计算机、微生物、植物、病毒、生态和水生态环境领域的专家被e-Science结成一支队伍。”阎保平说。

现在青海湖保护区已经有23个高清摄像探头,而且是基于IPv6的网络,覆盖了青海湖的五个核心区域,涉及面积350公顷。该项目在原有工作的基础上,又进一步扩展:不但增加了跨领域的研究团队,还扩展了研究领域,引入区域生态环境和遥感学科方向,重新凝练出若干重要科学问题,包括交叉学科问题,展开研究。

在整个项目的推进过程中,信息化与科研始终“结伴而行”,网络中心为青海湖国家级自然保护区和中科院项目组建设了网络视频监控系统、保护区的科研基础数据资源管理平台、候鸟迁徙路径跟踪分析预处理系统、射频识别系统、保护区的门户网站及正在建设中的青海湖野外观测科普网站等,在保护区的保护工作和中科院项目组的科研工作中发挥了重要作用。

此后,e-Science在青海湖的成功运用如同插上了翅膀,先后在三江源、内蒙古达赉湖、云南无量山、鄱阳湖、卧龙等自然保护区得到推广应用,推进了这些保护区的信息化建设。

e-Science利用先进信息技术,通过网络将科学数据的采集、传输、存储、处理等科研活动融为一体。有了这些电子资料,身在各地的研究人员就可以从中各取所需进行各自领域的研究。比如鸟类专家不用出差到现场,就可以通过摄像探头在实验室里观察远在千里之外甚至国外的鸟的生活习性;科学家们可以从网上共享的数据库里获取各种数据资料而不用到现场去拷贝数据或刻光盘;可以就自己研究领域与全球相关领域的专家进行讨论交流而不用出差开会研讨,可以利用已共享的数据存储设备、超级计算设备开展数据计算与处理而不用自己购置这些昂贵的设备。

2013年,由e-Science应用推进总体组负责的中国e-VLBI(甚长基线干涉测量技术)示范应用、上海光源生物大分子线站远程实验与数据传输示范应用、中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)示范应用、黑河流域遥感—地面观测同步试验与综合模拟示范应用、青海湖国家级自然保护区生态系统与野生动物保护的监测示范应用等“中国下一代互联网示范工程”项目中的五大应用示范工程任务按期完成。

其中,甚长基线干涉测量技术(VLBI)是空间分辨率最高的射电天文技术。借助信息化技术手段,中国VLBI网的“4站1中心”通过网络互联,组成VLBI测轨分系统,成功应用于我国首次绕月探测工程。

“采用e-VLBI技术,不仅解决了我国探月工程月球探测器的测控瓶颈,还发展了‘测距测速+测角’这一能满足我国未来深空测控需求的新型高精度测量跟踪体制;同时也极大地推动了VLBI技术在我国天文、测地领域的应用。”中国科学院上海天文台研究员郑为民说。

e-Science使得科学家们坐在自己实验室里,就可以利用全球的科研设施和信息资源,与全球研究人员一起做科研。这种开放、共享、协同的新型科研模式,将是未来的一个发展方向。

每一次协同都是新征程

2014年9月26日,网络中心科研信息化开放实验室正式挂牌成立。“科研信息化开放实验室旨在加强科研信息化的理论和技术研究,推进科研信息化应用,培养科研信息化研究与应用的高级人才,建立向院内外开放的合作研究环境。”阎保平告诉记者。

该实验室设置的学术委员会组成完全体现了e-Science的跨学科特性。除了有计算机信息领域的专家之外,还有物理学家王鼎盛、地理学家孙九林、生物学家陈润生等。信息技术与科学家相遇催生了e-Science。e-Science使得科学研究活动将具有极大的开放性和共享性,时间和空间的障碍将得到克服,资源能够得到最大限度地发挥。除此之外,在e-Science的环境中,分布在全球各地的科学家可以方便地开展协同工作,各个领域的专家共同解决一些复杂问题。同时,这些协同工作环境是相当真实的,能够满足科学家们在工作交流和沟通的需求,真正高效率地进行工作。

“我们每一次工作都是新的e-Science征程,也是对我们自己的跨越,新的融合和协同。”阎保平如是说。

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