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大數據開啟海洋智聯網時代 為海洋強國助力

2019-05-29 09:15:27 來源: 中國教育報 作者: 馮文波
摘要:近年來,伴隨著數據科學的迅猛發展,“大數據”似乎一夜之間融入到各行各業,并滲透進人們的生活,對于一向吸引著人類探索和求知目光的海洋來說,亦不例外。

  原標題:大數據開啟海洋智聯網時代

魏志強教授(右一)在指導學生。中國海洋大學供圖

  近年來,伴隨著數據科學的迅猛發展,“大數據”似乎一夜之間融入到各行各業,并滲透進人們的生活,對于一向吸引著人類探索和求知目光的海洋來說,亦不例外。大數據甚至與人工智能、超算一起被譽為帶動海洋科學發展的“新三駕馬車”。

  在新的時代背景下,如何獲取、管理和用好海洋大數據,發揮其在智慧海洋建設中的靈魂作用,如何實現海洋大數據科學與人工智能的交叉融合,讓人類的智慧之光持續閃耀在深海大洋,已成為當今海洋學界繞不開的重要話題。

  大數據智慧海洋建設

  “國家海洋利益拓展到哪里,‘透明海洋’工程就建設到哪里。”

  國家發展和改革委員會完成了2018年度國家地方聯合工程研究中心擬確定名單中,由中國海洋大學信息科學與工程學院院長、青島海洋科學與技術試點國家實驗室(以下簡稱“海洋試點國家實驗室”)高性能科學計算與系統仿真平臺主任魏志強教授領銜申報的“海洋大數據國家地方聯合工程研究中心”在列。作為中國海洋大學首個國家地方聯合工程研究中心,此中心的設立對于推動青島海洋科技創新能力建設,特別是以海洋大數據為核心的智慧海洋建設無疑是重大利好消息。

  何為智慧海洋?在魏志強看來,就是把新一代信息技術融合到海洋領域。大數據、超算和人工智能作為新一代信息技術的典型代表,自然而然成為了智慧海洋建設的核心支撐。聚焦海洋領域的數據科學與大數據技術,他簡潔地歸納為三大板塊:“大數據怎么來”“大數據怎么放”“大數據怎么用”,即海洋大數據的獲取、存儲和應用。

  早在2014年,中國科學院院士、中國海洋大學副校長、海洋試點國家實驗室主任吳立新便提出了“透明海洋”大科學計劃:即圍繞我國海洋環境綜合感知與認知、資源開發與權益維護等國家重大需求,以“海洋物聯網”技術為核心,面向全球海洋及重點海區的海洋環境與目標信息感知,實施“海洋星簇”“海氣界面”“深海星空”“海底透視”和“深藍大腦”五大計劃,提升我國在海洋環境觀測預測、海洋權益維護等方面的科研能力和水平,支撐海洋強國建設。“國家海洋利益拓展到哪里,‘透明海洋’工程就建設到哪里。”吳立新如此描繪“透明海洋”大科學計劃的美好藍圖。

  四年多來,在這一“上天下海駐底”的五大計劃驅動之下,“透明海洋”在海洋觀測領域,尤其是海洋大數據獲取方面頗有建樹,并逐漸朝著“看得清、查得明、報得準”的目標邁進。初步構建了世界上最大規模的區域海洋潛標觀測網——“兩洋一海”潛標觀測網,突破了潛標實時傳輸這一全球性難題,首次實現深海數據長周期穩定實時傳輸并共享應用;“白龍”浮標成功布放印度洋,數據上傳GTS實現全球實時共享;國內最大規模海洋智能裝備立體組網觀測在南海成功進行;高分辨率“兩洋一海”海洋—大氣耦合預報系統研制成功,并進入常態化預報。

  打造經略海洋新高地

  擁有海洋大數據可以更好地認識海洋,掌控大數據才能更好地經略海洋。

  “通過海洋觀測和探測獲得的大數據,好比是產品加工的原材料,我們不僅要有存儲原材料的倉庫,還要有科學合理的制度體系把原材料管理好,做到安全、可控、高效;緊隨其后的是原材料的加工環節,加工首先要有設備,其次要有工藝。”魏志強用如此生動的比喻來描述海洋大數據的存儲、管理、分析和加工。

  在魏志強看來,海洋大數據的加工處理主要取決于“軟”“硬”兩個方面,“軟”是指“算法”即數據科學與大數據技術;“硬”是指裝備,即超級計算機,兩者之和便是大家耳熟能詳的“超算”。

  2018年10月18日—20日,由中國計算機學會主辦,中國計算機學會高性能計算專業委員會、海洋試點國家實驗室、中國海洋大學和國家超級計算濟南中心共同承辦的第十四屆全國高性能計算學術年會在青島舉行。來自海洋和信息技術領域的多位專家學者,圍繞超算與智慧未來、透明海洋、深藍大腦、國產E級、海洋量子等7個板塊進行了深入探討,為“超算”與海洋科研深度融合把脈開方。

  擁有海洋大數據可以更好地認識海洋,掌控大數據才能更好地經略海洋,超算便是掌控海洋大數據的關鍵。在世界范圍內,可以說海洋科研與超算相伴而生,且有歷代超算皆率先應用于以海洋為核心的地球科學的先例。為了實現海洋大數據處理更快、更準、更精的目標,魏志強和他的團隊一直在努力。

  海洋試點國家實驗室擁有目前全球海洋科研領域運算速度最快的P級超級計算機,每秒運算速度最快可達2.6千萬億次,并構建了目前全球速度最快的百G超寬網絡、百公里毫秒級超低延時超算互聯網。魏志強結合中國海洋大學與海洋試點國家實驗室“你中有我、我中有你”耦合發展的特點,把中國海洋大學優秀的信息化人才隊伍與海洋試點國家實驗室的高起點平臺有機融合,聚焦海洋大數據分析處理,持續進行協同創新。

  “我們把海洋試點國家實驗室超算中心、國家超算濟南中心、國家超算無錫中心三個中心的超算大科學人工智能和大數據公共支撐平臺裝置統一互聯起來,構建形成了一套超算大科學裝置群。”魏志強說。在這一超算互聯網體系中,神威E級原型機、神威太湖之光、神威藍光、浪潮千萬億次超級計算機共同服務于海量、多源、異構的海洋大數據分析處理,助力海洋強國建設。

  篤定強國的藍色信念

  “得知超級計算機解決了海洋數據‘碎片化’問題,大大提高了海洋觀測和預測能力,總書記十分高興。”

  2018年6月12日,對于中國海洋學界來說是值得銘記的一天,也是令廣大海洋人激動的一天。這一天,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平來到了海洋試點國家實驗室,在這里他重申了建設海洋強國的信念。

  “在超算仿真大廳,習近平認真察看高性能科學計算和系統仿真平臺運行情況,并向科研人員詳細詢問構建超級計算機互聯網、研發人工智能和大數據系統‘深藍大腦’、打造國家一流海洋系統模擬器的最新進展。得知超級計算機解決了海洋數據‘碎片化’問題,大大提高了海洋觀測和預測能力,總書記十分高興。”每當看見或聽見新聞中提及這段話,魏志強總是心潮澎湃。

  “深藍大腦”便是海洋試點國家實驗室高性能科學計算與系統仿真平臺重點打造的“全球海洋人工智能與大數據系統”。該系統涵蓋全球與區域海洋和氣候預測、海洋藥物智能篩選、海底戰略性能源智能勘探、海洋生態系統演變預測、海洋大數據智能分析等眾多領域,致力于更準確、更精細、更高效地為海洋科技創新服務。

  2018年7月3日,在青島舉行的“2018年全球海洋院所領導人會議”上傳來令世界海洋藥物學界振奮的消息。中國工程院院士、青島海洋生物醫藥研究院院長、海洋試點國家實驗室學術委員會主任管華詩發布了全球首個海洋天然產物三維結構數據庫。

  海洋天然產物三維結構數據庫由海洋試點國家實驗室、青島海洋生物醫藥研究院和中國海洋大學醫藥學院等多家單位聯合開發完成,該數據庫容納了30117個海洋天然產物的準確三維結構,可直接用于虛擬篩選與智能藥物設計,大大提升了海洋藥物的研發效率。

  目前,借助該數據庫,管華詩團隊已經完成170余個美國FDA批準的腫瘤藥物靶點對海洋化合物數據庫的精確篩選,發現1000余個具有開發前景的抗腫瘤藥物苗頭分子,經過有機合成、生物實測、藥理藥效分析和臨床前試驗,發現了諸多可開發為海洋藥物的先導化合物。

  當下,魏志強正帶領他的團隊與中國海洋大學醫藥學院的楊金波教授團隊等攜手推進“智能超算藥物組學”計劃,矢志深藍,探尋資源,為海洋強國助力添彩,為人類發展造福。


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