作者:韩扬眉 来源: 中国科学报 发布时间:2020/7/30 8:48:11
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超前引领 “智”图未来
——走进资源与环境信息系统国家重点实验室

实验室创建者陈述彭先生(中)及其团队在编制《中国卫星影像图》(1975)。

2017年,周成虎院士(二排右3)在荷兰阿姆斯特丹参加IGU执行委员会工作会议。

苏奋振(右4)、刘高焕(左4)率实验室北极圈考察队到达斯瓦尔巴群岛。

2019年,李召良研究员(右2)团队获国家自然科学奖二等奖。

2019年,孙九林院士(右5)团队赴俄罗斯远东符拉迪沃斯托克参加国际会议。

2009年,超图软件创业板上市敲钟仪式(左1为董事长钟耳顺)

无人航空器遥感观测网络体系架构

 

■本报见习记者 韩扬眉

这是一个跨越地理时空的时代。

身处北京,可身临其境般掌握万里之外海峡、航道的状况,可实时掌控千里之外地理区域的水体、土壤、气象、植被等地理要素信息,可远程操控城市地下水管、水表、电表等设施与设备,真正实现地理环境无人化监管和远程实时控制。

物理世界与信息世界实时联动,彼此界限日渐模糊。用资源与环境信息系统国家重点实验室主任苏奋振的话说,这是“智能地理”时代带来的全新图景,而他们正站在“智能地理”研究团体的“C位”,并在国际上占据着不可或缺的重要地位。

地理智能、全息地图、空间异质性统计学、地理学第三定律……走过35个春秋的国家重点实验室,有着从“0”到“1”的深厚积累。当下,他们满怀雄心壮志,再次出发,着力重建全球新的地理学“坐标原点”。

而这一切,始终离不开一个“智”字。

智谋路:超前布局,站在时代浪潮之巅

“GIS是什么?”“GIS有什么用?”

上世纪80年代,当提出要建立中国的“GIS”(地理信息系统)时,地理学家、中国科学院院士陈述彭遭到了质疑。

原因很简单——那时我国计算机水平并不高,没有数据积累,地理学一直沿用传统的观测模拟研究手段,很少有人了解GIS是什么。始终关注国际前沿技术发展的陈述彭看到,GIS作为一种新工具在国际上已发展了近20年,在海洋、国土、气象应用中显现出强大的生命力。

事实上,新中国成立以来,我国各部门、各行业在资源与环境领域开展了大量调查研究,比如人口普查、土壤普查、森林资源调查等,但各部门的数据图件参差不齐,科学分类与统计缺乏严格的界定和标准,造成了国家人力、物力等的浪费。

“教训发人深省,必须统一规划、制定规范和标准。”在一场座谈会上,陈述彭等专家直言现实问题。

他们坚定地认为,信息社会一定会到来,信息系统发展势不可挡;信息系统的建设需要科学技术的支撑;信息系统需要共享和立法。他们提出,资源与环境信息系统从整体上看是一种多层次、分布式的空间信息系统。应尽快建立资源与环境信息系统国家重点实验室,集聚力量,为解决系统建立、维持和应用过程中的各项重大科学技术问题服务。

1985年,在陈述彭的推动下,资源与环境信息系统国家重点实验室依托中科院地理与资源环境研究所开始筹建,1987年通过验收,从此开启了中国GIS研究的航程。陈述彭担任首任国家重点实验室主任。

统一地理信息的表达分类与规范标准、创立地理信息方法论、建设数据库并规范管理数据、开发示范性地理信息应用系统……资源与环境信息系统国家重点实验室奠定了我国GIS研究与应用的基础。

“可以说,很多行业都经历过从对GIS‘一无所知’到知道从哪里入手、怎样用的过程。”回忆过去,第五届实验室主任刘高焕研究员不禁感慨,“当时,整个社会对信息系统和数据的概念都很模糊,老先生们便提出要建立数据库,进行数据共享和立法等,这就是大科学家的远见卓识和超前性。”

国家重点实验室成立后究竟要研究什么?陈述彭曾作出如此“规定”:“我们现在选方向、做研究,必须盯住国家未来5到10年之后要用的东西,5年之内用的交给别人研究。我们盯着的就是国家未来的发展。”

超前布局,早已深入实验室每一位研究人员的骨髓。

新世纪之初,伴随移动互联、大数据和云计算等新一代智能科技发展潮流,GIS的发展面临新的战略机遇和挑战。中国科学院院士、时任实验室主任周成虎敏锐地捕捉到“全息地图时代”必将到来。他表示,未来,全息地图以位置为基础,将全方位打破时间和空间的局限,人们可享受随时随地、按需供给的泛在智能信息服务。

全息地图理论技术体系在今天已成为我国导航定位“羲和计划”的三大理论基础之一,为位置服务业发展奠定了科技基础,其描述的场景也是“司空见惯”。

“但20年前,当概念刚提出时并不被看好。不过,现在几乎没有人认为它不重要了。”周成虎自信地说,实验室的研究方向具有非常强的超前性,这也是我们长期站在国内乃至世界最前沿的原因。

智胜策:立足需求,急国家之所急

作为我国地理信息系统事业的开拓者、倡导者和实践者,资源与环境信息系统国家重点实验室始终立足国家重大战略需求。这一目标从未改变。

上世纪80年代末,我国面临着黄河下游洪涝灾害多发、生态环境和自然资源科学管理治理等紧迫性问题,实验室迅速开展了水灾险情与警报信息系统、全国重点区域生态环境信息系统研究等攻关,绘制地图、建数据库、发展软件系统、研发分析模型……支撑国家防汛防灾、生态保护。

新世纪之初,实验室接到了来自海洋行业的“告急通知”。

“我国是第一渔业大国,但我们对海洋环境、鱼群分布状况并不清楚,渔船时常要跟在其他国家或地区的渔船后面捕鱼,因为它们有渔场预报,而我们没有。”海岸带海洋信息系统研究室主任杨晓梅告诉《中国科学报》。

“必须尽快建立属于自己的渔场预报、鱼情信息系统。”这成为海洋行业共同的呼唤。

基于这一需求,国家重点实验室原创性地建立了以时空过程为核心的海洋空间信息处理理论方法体系,构建了海洋渔业地理信息重大应用平台供行业使用。

从此,中国结束了跟随别人捕鱼的历史。

此后,实验室持续围绕我国海洋海岸带发展,突破了一系列关键技术,系统提出了海洋地理信息模型等海洋空间信息系统技术体系;研发全球海洋空间信息系统,在北极、东海、南海取得重大应用……实验室在海洋领域共获得了3项国家科技进步奖。

伴随着大数据时代的到来,地理智能新时代已势不可挡。快速、准确、细致地获取地球空间动态信息,实现高效、精准、实时管理的需求变得迫切。

实验室很早便布局专项研究,南海岛礁智能建设便是研究成果得以成功应用的案例之一。

前不久,国际地理联合会启动了《地理学发展百年书》和主题为“地理智能”的专著编著工作,苏奋振受邀作为专家组成员之一。“这在过去是少有的,充分说明了国际同行对我国地理信息科学所做的贡献的认可。”苏奋振说。

35年来,实验室始终面向国家重大应用需求,构建形成了以国产第一品牌地理信息基础软件平台SuperMap和高等级安全空间数据库BeyonDB为全套的GIS软件解决方案,实现了从空间数据库到平台软件的完全自主可控,抢占了国内乃至国际地理信息技术制高点;打造遥感“数据航母”——无人机试验场,可即时起降无人机开展高精迅捷外业服务;此外,还建立国家级地球系统科学数据共享标准体系和平台,推动地理信息共建共享。

苏奋振表示,当时陈述彭先生把实验室定位于“资源与环境”,就已明确实验室的研究必须是以解决国家面临的自然资源、生态环境问题为己任,“过去的30多年如此,未来这一目标只会加强,不会减弱”。

智取道:团队作战,集中力量办大事

当问起资源与环境信息系统国家重点实验室最大特色时,科研人员的答案竟出奇的一致——团队作战。

“集中力量办大事,这是实验室一直不变的传统。”周成虎说。

这一优势让实验室在抗击新冠疫情行动中迸发出更大的力量。实验室副主任裴韬清晰地记得,1月22日,实验室部署专项,并在周成虎的带领下组建了应急小组,成员约100人。

令裴韬感触最深的是,这次行动凝聚了整个实验室的力量,每个团队通力合作,工作有条不紊——两个月里,他们构建了每日图说疫情信息平台、全国疫情图说APP、战“疫”分析系统,向国家和中科院提交了35份咨询报告,对疫情发展进行了准确预估,划定了风险级别,识别了医疗压力区域,为国家全面抗击疫情的决策与部署提供了重要科技支撑。

国际地理联合会主席Yukio Himiyama教授高度称赞了实验室的抗疫工作,并以国际地理联合会名义,将实验室的抗疫技术报告向全世界的地理学会推广,认为“这是一个及时、开眼界的贡献,不仅对于中国,更是对整个世界,坚信应被广泛周知。”

“地理学全新学科融合的大科学时代逐步到来,一个人、一个小团队对所有学科都了解是不可能的,解决大问题,应该采取‘大兵团制’,而这正是中科院的传统和优势。”周成虎表示,实验室崇尚个人能力发挥的同时,更强调团队意识,在实战中培养将军。

为更好地凝聚资源和力量,实验室下设地理信息科学研究室、地图学研究室、生态环境信息学研究室、海岸带海洋信息系统研究室、地球数据科学与共享研究室、资源环境数据与分析研究室6个研究室,每个研究室都是一个大兵团。

“而且,实验室已是‘四代同堂’的‘大兵团’了,我们还将延续这一传统。”周成虎说。

智才略:稳定支持,“冷板凳”上出成果

近两年,研究员王劲峰有种“不一样”的喜悦感——越来越多的政府部门、企业、医院等找到他,希望合作。

过去30年,王劲峰一直从事基础理论研究,他创立了地理空间分异统计理论与方法体系,已被26个国家和地区52个学科的学者使用,发表了上千篇学术论文,其中半数为SCI/SSCI论文、多篇见诸国际学术顶刊,成为国内外广泛使用的地学分析工具。

基于这一方法,王劲峰主持制定了《空间抽样与统计推断》国家标准;与医院合作编著了《中国癌症地图集》;此外,这一理论方法还支撑了5G基站的空间布设。

“这原本是纯基础研究,属于对自然规律的探索认知,与应用离得比较远。”王劲峰说。他与团队成员研究了20多年后,才发表了有关这一研究成果的第一篇有影响力的论文。

一直以来,王劲峰痴迷于基础理论探索,对空间分异性统计问题兴趣甚浓,只是,当年这一方向相对冷门,看不到应用前景,因此各方的支持力度并不大。但实验室相信科学家,始终支持王劲峰自由探索。“成果的取得离不开实验室多年的稳定支持。”王劲峰感慨道。

研究员李召良与王劲峰有着相同的感受,他带领团队围绕“机理分析—方法创建—真实性检验”的研究主线,创立和形成了一套地表关键特征参数定量遥感反演建模与验证的理论与方法体系,解决了定量遥感领域数十年来难以解决的问题。

“实验室给了科研人员很大的自由度和充分的支持,大家愿意坐冷板凳,能够安心做科研。”李召良说。

科学的突破,大多离不开科学家的敢想敢干,而自由的环境和长期稳定的支持则是他们能一直想、一直干的坚实“后盾”。

近年来,实验室部署了自主创新项目,一方面是为了开拓新方向,更重要的是帮助在某段时间内因各种原因没有申请到课题的年轻人,“扶持”他们渡过难关,继续坚持原有方向,不为了“生存”而改变研究路线。

苏奋振说:“实验室大多数人的研究方向都有持续性,且越做越强大。”

迄今,实验室不断解决地理信息科学的核心问题、研发了一批核心技术成果,并支撑和促进国产GIS软件与产业发展,建立了“数据—模型—软件—系统”一体化的地理信息科学研究体系,每一模块都凝聚着数代人的坚持与努力。

过去35年,实验室从“0”到“1”开疆拓土,通过引进消化吸收再创新逐步走到国际舞台中央。如今,他们雄心勃勃,想要从“1”到“0”。

“0 是新的世界坐标原点,今后,我们不再跟跑,而是引领世界新一代地理信息系统的技术与理论,我们有这样的底气和基础。”面对未来,周成虎充满自信。

来的人才不愿意再离开了

在当今人才流动频繁的大环境下,资源与环境信息系统国家重点实验室显得有些“另类”。

“我们实验室的人才队伍比较稳定,流失的人才比较少。”实验室副主任裴韬告诉《中国科学报》。

实验室究竟对人才有着怎样的吸引力?

在科研人员看来,他们的坚守,源于这里是地理人心向往之的地方,有着良好的学术传统、地理信息系统领域最好的平台、创新开放的交流环境和自由包容的科研氛围。在这里,他们与最优秀的人才一起共事,能够获得更多更优秀的学术资源,个人能力也能得以充分发挥。

王劲峰曾是实验室的博士生,后来在奥地利维也纳经济大学、英国谢菲尔德大学、澳大利亚国家流行病研究中心、英国剑桥大学等多个高校和研究机构访问交流。在王劲峰心中,“我始终是实验室的一员”。

记者与科研人员交流后发现,实验室人才培养与引进并举,但更重要的是自我培养。从实验室科研人员的教育经历中不难看出,他们大部分或是地理所的硕士、博士研究生,或是在这里有过学习经历。

“本土培养的人才占全部人才的一半以上。”裴韬表示,“他们长期在这里学习,对实验室的文化和环境会产生认同感,离开的可能性相对小。”实验室6位杰出青年基金获得者均为实验室培养的人才。

实验室主任苏奋振介绍,实验室的人才按年龄段、采取全程跟踪的方式进行培养,在项目争取、经费支持、平台环境等方面给予帮助,助推他们尽快做出优秀成果。

近年来,实验室尤其重视青年人才的成长,在自然基金、国家重大研发计划项目等的申报中,有意识、有计划推动年轻人参与申报,并组织专门培训,由资深研究员作指导,培养青年人才的科研能力、科研思想,引导他们学会提出并解决重要的科学问题。

“到我们重点实验室的青年杰出人才,来了基本没有走的。”苏奋振自豪地说。

一流的地理信息科学研究基地,一定要有一流的人才。这是全体实验室人员的共识。尽管现在会受到各方挑战,但实验室正努力为人才营造稳定良好的政策氛围,给人才以归属感和荣誉感。

“我们提供好的环境,让人才都喜欢来,无论是访问交流,还是在这里工作,都行。”苏奋振说。(韩扬眉

资源与环境信息系统国家重点实验室简介

资源与环境信息系统国家重点实验室1985年开始筹建,1987年通过国家验收,成为我国首批建成的国家重点实验室。经过35年的发展,实验室引领我国地理信息科学学科实现了从“0”到“1”的原始创新,在基础理论、方法和技术研究方面都取得了一大批国家级重大科研成果,代表了我国地理科学发展的方向与水平。经过五代人的锐意进取、不断创新,实验室已发展成为我国地理信息科学理论方法研究的国际中心、战略性与前沿性地理信息高技术发展的国家阵地、地球系统科学数据共享的国家平台、高端科研和复合型人才的培养基地。

作为我国地学领域的第一个国家重点实验室,实验室成功通过了6次国家评估,1991年获得国家重点实验室建设金牛奖,在最近连续两次国家评估(2010年和2015年)中,都被评为优秀国家重点实验室。

《中国科学报》 (2020-07-30 第4版 聚焦)
 
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