這是一個跨越地理時空的時代。
身處北京,可身臨其境般掌握萬裡之外海峽、航道的狀況,可實時掌控千裡之外地理區域的水體、土壤、氣象、植被等地理要素信息,可遠程操控城市地下水管、水錶、電錶等設施與設備,真正實現地理環境無人化監管和遠程實時控制。
物理世界與信息世界實時聯動,彼此界限日漸模糊。用資源與環境信息系統國家重點實驗室主任蘇奮振的話說,這是「智能地理」時代帶來的全新圖景,而他們正站在「智能地理」研究團體的「C位」,並在國際上佔據著不可或缺的重要地位。
地理智能、全息地圖、空間異質性統計學、地理學第三定律……走過35個春秋的國家重點實驗室,有著從「0」到「1」的深厚積累。當下,他們滿懷雄心壯志,再次出發,著力重建全球新的地理學「坐標原點」。
而這一切,始終離不開一個「智」字。
智謀路:超前布局,站在時代浪潮之巔
「GIS是什麼?」「GIS有什麼用?」
上世紀80年代,當提出要建立中國的「GIS」(地理信息系統)時,地理學家、中國科學院院士陳述彭遭到了質疑。
原因很簡單——那時我國計算機水平並不高,沒有數據積累,地理學一直沿用傳統的觀測模擬研究手段,很少有人了解GIS是什麼。始終關注國際前沿技術發展的陳述彭看到,GIS作為一種新工具在國際上已發展了近20年,在海洋、國土、氣象應用中顯現出強大的生命力。
事實上,新中國成立以來,我國各部門、各行業在資源與環境領域開展了大量調查研究,比如人口普查、土壤普查、森林資源調查等,但各部門的數據圖件參差不齊,科學分類與統計缺乏嚴格的界定和標準,造成了國家人力、物力等的浪費。
「教訓發人深省,必須統一規劃、制定規範和標準。」在一場座談會上,陳述彭等專家直言現實問題。
他們堅定地認為,信息社會一定會到來,信息系統發展勢不可擋;信息系統的建設需要科學技術的支撐;信息系統需要共享和立法。他們提出,資源與環境信息系統從整體上看是一種多層次、分布式的空間信息系統。應儘快建立資源與環境信息系統國家重點實驗室,集聚力量,為解決系統建立、維持和應用過程中的各項重大科學技術問題服務。
1985年,在陳述彭的推動下,資源與環境信息系統國家重點實驗室依託中科院地理與資源環境研究所開始籌建,1987年通過驗收,從此開啟了中國GIS研究的航程。陳述彭擔任首任國家重點實驗室主任。
統一地理信息的表達分類與規範標準、創立地理信息方法論、建設資料庫並規範管理數據、開發示範性地理信息應用系統……資源與環境信息系統國家重點實驗室奠定了我國GIS研究與應用的基礎。
「可以說,很多行業都經歷過從對GIS『一無所知』到知道從哪裡入手、怎樣用的過程。」回憶過去,第五屆實驗室主任劉高煥研究員不禁感慨,「當時,整個社會對信息系統和數據的概念都很模糊,老先生們便提出要建立資料庫,進行數據共享和立法等,這就是大科學家的遠見卓識和超前性。」
國家重點實驗室成立後究竟要研究什麼?陳述彭曾作出如此「規定」:「我們現在選方向、做研究,必須盯住國家未來5到10年之後要用的東西,5年之內用的交給別人研究。我們盯著的就是國家未來的發展。」
超前布局,早已深入實驗室每一位研究人員的骨髓。
新世紀之初,伴隨移動互聯、大數據和雲計算等新一代智能科技發展潮流,GIS的發展面臨新的戰略機遇和挑戰。中國科學院院士、時任實驗室主任周成虎敏銳地捕捉到「全息地圖時代」必將到來。他表示,未來,全息地圖以位置為基礎,將全方位打破時間和空間的局限,人們可享受隨時隨地、按需供給的泛在智能信息服務。
全息地圖理論技術體系在今天已成為我國導航定位「羲和計劃」的三大理論基礎之一,為位置服務業發展奠定了科技基礎,其描述的場景也是「司空見慣」。
「但20年前,當概念剛提出時並不被看好。不過,現在幾乎沒有人認為它不重要了。」周成虎自信地說,實驗室的研究方向具有非常強的超前性,這也是我們長期站在國內乃至世界最前沿的原因。
智勝策:立足需求,急國家之所急
作為我國地理信息系統事業的開拓者、倡導者和實踐者,資源與環境信息系統國家重點實驗室始終立足國家重大戰略需求。這一目標從未改變。
上世紀80年代末,我國面臨著黃河下遊洪澇災害多發、生態環境和自然資源科學管理治理等緊迫性問題,實驗室迅速開展了水災險情與警報信息系統、全國重點區域生態環境信息系統研究等攻關,繪製地圖、建資料庫、發展軟體系統、研發分析模型……支撐國家防汛防災、生態保護。
新世紀之初,實驗室接到了來自海洋行業的「告急通知」。
「我國是第一漁業大國,但我們對海洋環境、魚群分布狀況並不清楚,漁船時常要跟在其他國家或地區的漁船後面捕魚,因為它們有漁場預報,而我們沒有。」海岸帶海洋信息系統研究室主任楊曉梅告訴《中國科學報》。
「必須儘快建立屬於自己的漁場預報、魚情信息系統。」這成為海洋行業共同的呼喚。
基於這一需求,國家重點實驗室原創性地建立了以時空過程為核心的海洋空間信息處理理論方法體系,構建了海洋漁業地理信息重大應用平臺供行業使用。
從此,中國結束了跟隨別人捕魚的歷史。
此後,實驗室持續圍繞我國海洋海岸帶發展,突破了一系列關鍵技術,系統提出了海洋地理信息模型等海洋空間信息系統技術體系;研發全球海洋空間信息系統,在北極、東海、南海取得重大應用……實驗室在海洋領域共獲得了3項國家科技進步獎。
伴隨著大數據時代的到來,地理智能新時代已勢不可擋。快速、準確、細緻地獲取地球空間動態信息,實現高效、精準、實時管理的需求變得迫切。
實驗室很早便布局專項研究,南海島礁智能建設便是研究成果得以成功應用的案例之一。
前不久,國際地理聯合會啟動了《地理學發展百年書》和主題為「地理智能」的專著編著工作,蘇奮振受邀作為專家組成員之一。「這在過去是少有的,充分說明了國際同行對我國地理信息科學所做的貢獻的認可。」蘇奮振說。
35年來,實驗室始終面向國家重大應用需求,構建形成了以國產第一品牌地理信息基礎軟體平臺SuperMap和高等級安全空間資料庫BeyonDB為全套的GIS軟體解決方案,實現了從空間資料庫到平臺軟體的完全自主可控,搶佔了國內乃至國際地理信息技術制高點;打造遙感「數據航母」——無人機試驗場,可即時起降無人機開展高精迅捷外業服務;此外,還建立國家級地球系統科學數據共享標準體系和平臺,推動地理信息共建共享。
蘇奮振表示,當時陳述彭先生把實驗室定位於「資源與環境」,就已明確實驗室的研究必須是以解決國家面臨的自然資源、生態環境問題為己任,「過去的30多年如此,未來這一目標只會加強,不會減弱」。
智取道:團隊作戰,集中力量辦大事
當問起資源與環境信息系統國家重點實驗室最大特色時,科研人員的答案竟出奇的一致——團隊作戰。
「集中力量辦大事,這是實驗室一直不變的傳統。」周成虎說。
這一優勢讓實驗室在抗擊新冠疫情行動中迸發出更大的力量。實驗室副主任裴韜清晰地記得,1月22日,實驗室部署專項,並在周成虎的帶領下組建了應急小組,成員約100人。
令裴韜感觸最深的是,這次行動凝聚了整個實驗室的力量,每個團隊通力合作,工作有條不紊——兩個月裡,他們構建了每日圖說疫情信息平臺、全國疫情圖說APP、戰「疫」分析系統,向國家和中科院提交了35份諮詢報告,對疫情發展進行了準確預估,劃定了風險級別,識別了醫療壓力區域,為國家全面抗擊疫情的決策與部署提供了重要科技支撐。
國際地理聯合會主席Yukio Himiyama教授高度稱讚了實驗室的抗疫工作,並以國際地理聯合會名義,將實驗室的抗疫技術報告向全世界的地理學會推廣,認為「這是一個及時、開眼界的貢獻,不僅對於中國,更是對整個世界,堅信應被廣泛周知。」
「地理學全新學科融合的大科學時代逐步到來,一個人、一個小團隊對所有學科都了解是不可能的,解決大問題,應該採取『大兵團制』,而這正是中科院的傳統和優勢。」周成虎表示,實驗室崇尚個人能力發揮的同時,更強調團隊意識,在實戰中培養將軍。
為更好地凝聚資源和力量,實驗室下設地理信息科學研究室、地圖學研究室、生態環境信息學研究室、海岸帶海洋信息系統研究室、地球數據科學與共享研究室、資源環境數據與分析研究室6個研究室,每個研究室都是一個大兵團。
「而且,實驗室已是『四代同堂』的『大兵團』了,我們還將延續這一傳統。」周成虎說。
智才略:穩定支持,「冷板凳」上出成果
近兩年,研究員王勁峰有種「不一樣」的喜悅感——越來越多的政府部門、企業、醫院等找到他,希望合作。
過去30年,王勁峰一直從事基礎理論研究,他創立了地理空間分異統計理論與方法體系,已被26個國家和地區52個學科的學者使用,發表了上千篇學術論文,其中半數為SCI/SSCI論文、多篇見諸國際學術頂刊,成為國內外廣泛使用的地學分析工具。
基於這一方法,王勁峰主持制定了《空間抽樣與統計推斷》國家標準;與醫院合作編著了《中國癌症地圖集》;此外,這一理論方法還支撐了5G基站的空間布設。
「這原本是純基礎研究,屬於對自然規律的探索認知,與應用離得比較遠。」王勁峰說。他與團隊成員研究了20多年後,才發表了有關這一研究成果的第一篇有影響力的論文。
一直以來,王勁峰痴迷於基礎理論探索,對空間分異性統計問題興趣甚濃,只是,當年這一方向相對冷門,看不到應用前景,因此各方的支持力度並不大。但實驗室相信科學家,始終支持王勁峰自由探索。「成果的取得離不開實驗室多年的穩定支持。」王勁峰感慨道。
研究員李召良與王勁峰有著相同的感受,他帶領團隊圍繞「機理分析—方法創建—真實性檢驗」的研究主線,創立和形成了一套地表關鍵特徵參數定量遙感反演建模與驗證的理論與方法體系,解決了定量遙感領域數十年來難以解決的問題。
「實驗室給了科研人員很大的自由度和充分的支持,大家願意坐冷板凳,能夠安心做科研。」李召良說。
科學的突破,大多離不開科學家的敢想敢幹,而自由的環境和長期穩定的支持則是他們能一直想、一直幹的堅實「後盾」。
近年來,實驗室部署了自主創新項目,一方面是為了開拓新方向,更重要的是幫助在某段時間內因各種原因沒有申請到課題的年輕人,「扶持」他們渡過難關,繼續堅持原有方向,不為了「生存」而改變研究路線。
蘇奮振說:「實驗室大多數人的研究方向都有持續性,且越做越強大。」
迄今,實驗室不斷解決地理信息科學的核心問題、研發了一批核心技術成果,並支撐和促進國產GIS軟體與產業發展,建立了「數據—模型—軟體—系統」一體化的地理信息科學研究體系,每一模塊都凝聚著數代人的堅持與努力。
過去35年,實驗室從「0」到「1」開疆拓土,通過引進消化吸收再創新逐步走到國際舞臺中央。如今,他們雄心勃勃,想要從「1」到「0」。
「0 是新的世界坐標原點,今後,我們不再跟跑,而是引領世界新一代地理信息系統的技術與理論,我們有這樣的底氣和基礎。」面對未來,周成虎充滿自信。
來的人才不願意再離開了
在當今人才流動頻繁的大環境下,資源與環境信息系統國家重點實驗室顯得有些「另類」。
「我們實驗室的人才隊伍比較穩定,流失的人才比較少。」實驗室副主任裴韜告訴《中國科學報》。
實驗室究竟對人才有著怎樣的吸引力?
在科研人員看來,他們的堅守,源於這裡是地理人心嚮往之的地方,有著良好的學術傳統、地理信息系統領域最好的平臺、創新開放的交流環境和自由包容的科研氛圍。在這裡,他們與最優秀的人才一起共事,能夠獲得更多更優秀的學術資源,個人能力也能得以充分發揮。
王勁峰曾是實驗室的博士生,後來在奧地利維也納經濟大學、英國謝菲爾德大學、澳大利亞國家流行病研究中心、英國劍橋大學等多個高校和研究機構訪問交流。在王勁峰心中,「我始終是實驗室的一員」。
記者與科研人員交流後發現,實驗室人才培養與引進並舉,但更重要的是自我培養。從實驗室科研人員的教育經歷中不難看出,他們大部分或是地理所的碩士、博士研究生,或是在這裡有過學習經歷。
「本土培養的人才佔全部人才的一半以上。」裴韜表示,「他們長期在這裡學習,對實驗室的文化和環境會產生認同感,離開的可能性相對小。」實驗室6位傑出青年基金獲得者均為實驗室培養的人才。
實驗室主任蘇奮振介紹,實驗室的人才按年齡段、採取全程跟蹤的方式進行培養,在項目爭取、經費支持、平臺環境等方面給予幫助,助推他們儘快做出優秀成果。
近年來,實驗室尤其重視青年人才的成長,在自然基金、國家重大研發計劃項目等的申報中,有意識、有計劃推動年輕人參與申報,並組織專門培訓,由資深研究員作指導,培養青年人才的科研能力、科研思想,引導他們學會提出並解決重要的科學問題。
「到我們重點實驗室的青年傑出人才,來了基本沒有走的。」蘇奮振自豪地說。
一流的地理信息科學研究基地,一定要有一流的人才。這是全體實驗室人員的共識。儘管現在會受到各方挑戰,但實驗室正努力為人才營造穩定良好的政策氛圍,給人才以歸屬感和榮譽感。
「我們提供好的環境,讓人才都喜歡來,無論是訪問交流,還是在這裡工作,都行。」蘇奮振說。(韓揚眉)
資源與環境信息系統國家重點實驗室簡介
資源與環境信息系統國家重點實驗室1985年開始籌建,1987年通過國家驗收,成為我國首批建成的國家重點實驗室。經過35年的發展,實驗室引領我國地理信息科學學科實現了從「0」到「1」的原始創新,在基礎理論、方法和技術研究方面都取得了一大批國家級重大科研成果,代表了我國地理科學發展的方向與水平。經過五代人的銳意進取、不斷創新,實驗室已發展成為我國地理信息科學理論方法研究的國際中心、戰略性與前沿性地理信息高技術發展的國家陣地、地球系統科學數據共享的國家平臺、高端科研和複合型人才的培養基地。
作為我國地學領域的第一個國家重點實驗室,實驗室成功通過了6次國家評估,1991年獲得國家重點實驗室建設金牛獎,在最近連續兩次國家評估(2010年和2015年)中,都被評為優秀國家重點實驗室。
(原載於《中國科學報》 2020-07-30 第4版 聚焦)