关于国家科学数据中心建设与发展的思考论文

关于国家科学数据中心建设与发展的思考论文

关于国家科学数据中心建设与发展的思考

高孟绪 王瑞丹 王 超 徐 波 石 蕾*

(国家科技基础条件平台中心,北京 100862)

摘 要: 科学数据中心是科学数据管理的重要载体,是科学数据汇集、管理、开放共享和长期保存的重要基础设施。一个完善的国家科学数据中心体系将成为科技创新的重要动力源泉。目前,世界主要发达国家普遍将国家科学数据中心建设作为科学数据管理的重要手段,通过成立从事科学数据管理和共享服务的专门机构,将公共财政支持产生的科学数据通过统一渠道和规则进行汇交、管理和开放共享,支持在本领域形成世界知名科学数据中心,为本国科技、经济和社会发展等带来显著效益。本文分析了国外发达国家开展科学数据中心建设的先进经验和做法,对我国科学数据中心建设的发展状况、成效以及与发达国家相比存在的问题进行了研究分析,针对我国国家科学数据中心的建设与可持续发展,提出进一步加强科学数据资源向国家科学数据中心的汇聚整合,加强国家科学数据中心的科学数据管理和分析挖掘能力建设,以及加强国家科学数据中心的管理人员和人才队伍建设。同时提出进一步完善国家科学数据中心布局,提升国家科学数据中心影响力,以及加强国家科学数据中心的国内外交流与合作。

关键词: 科学数据;国家科学数据中心;科学数据管理;可持续发展;数据资源;数据共享;开放获取;数据管理

1 引言

科学数据作为科技创新、经济发展和相关决策活动不可缺失的基础科技支撑条件,被公认为继物质和能量之后的第三类资源,是重要的国家战略资源[1-2]。在大数据时代,许多前沿科学领域研究取得的重大突破和发现正是依靠对海量科学数据的全面掌握与深入挖掘分析[3-5]。科学数据中心作为科学数据汇集、管理、开放共享和长期保存的基础设施,既是适应世界科技发展新态势的需求,又是大数据时代国家科技创新培育的重要保障。一个完善的国家科学数据中心体系将成为科技创新的重要动力源泉。国际上欧美等发达国家普遍重视科学数据管理,并将国家科学数据中心建设作为科学数据管理的重要手段[6-7]。我国近些年在促进科学数据开放共享的同时,也日益重视国家科学数据中心的建设。

2 发达国家科学数据中心建设经验

随着科学数据在重大前沿科学问题研究及战略发展方面的重要性日益突显,美国、英国等世界主要发达国家充分认识到科学数据是最重要的公共信息资源,加大了对国家科学数据中心(群)建设的投入且取得显著成效[8]。例如,美国国家海洋与大气管理局(NOAA)、英国数据保存中心(DCC)以及澳大利亚国家数据服务中心(ANDS)等,都已成立了从事科学数据管理和共享服务的专门机构,将公共财政支持产生的科学数据通过统一渠道和规则进行汇交、管理和开放共享,支持在本领域形成了世界知名科学数据中心,成为科学数据资源汇集的高地,为本国科技、经济和社会发展等多个方面带来了显著效益[9]

(1)美国

美国将数据视为强化国家竞争力的关键因素之一,将数据研究和生产提高到了国家战略层面,积极建设国家级科学数据中心,对国家科学数据中心的建设与投入一直走在全球前列。美国依托相关科研机构,并由联邦政府投资建设国家科学数据中心,进而将政府部门的观测、探测数据、经常性科研工程项目数据系统地纳入国家科学数据中心,为科研活动提供应用并向公众开放共享。美国国家级科学数据中心的概念,始于1989 年由美国航空航天局(NASA)专家组首次提出“在国家层面上构建数据共享框架和实现数据共享”计划[10]。目前,在地球科学、生物科学、大气、海洋与环境科学等领域,已建成较成熟的国家科学数据中心群,实现了公益性科学数据资源的长期积累、高效管理与广泛应用。

70年的时间,路虎为自己成就了一本充满了精彩故事、不凡车型的画册。而这本画册自此开始,又要翻开全新的一页了。

在地球科学数据方面,1990年美国航空航天局主导建立了地球科学领域系列国家级数据存档体系DAAC,这一体系由分布在美国各地的分布式活动存档中心(DAACs)构成。目前DAACs 拥有12 个分布式国家级科学数据中心以及分布在各政府部门、学术机构的多个专业数据库群,涵盖水文、大气、地壳、陆面等地球科学相关研究领域[6]。多年来DAACs 的数据面向全球开放共享,主要服务于科学研究以及应用群体,为全球大气、海洋、地表、水文、农林等领域的研究人员提供了大量科学数据,成为世界领先的科学数据中心。在生物科学数据方面,美国国立卫生研究院(NIH)所属的国立生物技术信息中心(NCBI)建立和维护了多个生物医学数据库,不仅向用户提供数据提交服务和强大的数据检索服务,还提供了多个在线分析工具,如其中的核酸序列数据库(GenBank)在全球范围内有很高影响力。在大气、海洋与环境科学数据方面,2015 年美国国家海洋与大气管理局(NOAA)将其下属的国家气象、海洋和地球物理等3 个数据中心整合成立了国家环境信息中心(NCEI),承担与气候、气象、海洋、环境等领域数据的统一存储与管理。

2004 年,科技部、财政部联合启动国家科技基础条件平台建设专项,重点推动公共财政在地球系统、人口与健康、农业、林业、气象、地震、基础科学、海洋等8 个领域支持建成了国家科技资源共享服务平台[8],基本覆盖相关领域的科技资源优势单位,初步形成了一批资源优势明显的科学数据中心,实现了众多学科领域科学数据的汇交整合与开放共享。2019 年6月,科技部、财政部在原有科学数据类国家平台基础上,进一步优化调整为“国家高能物理科学数据中心”等20 个国家科学数据中心[15]。同时,我国一直积极参与国际科学理事会(ICSU)下设世界数据系统(WDS)相关工作,自1988 年成为WDS 正式会员后,截止2019 年6月我国共有9 个数据中心为WDS 正式成员。其中天文数据中心、可再生资源与环境数据中心先后于2018 年10 月、2019 年2 月通过WDS的CoreTrustSeal 数据中心认证体系认证[16],标志着其能力得到国际组织WDS的认可。

(1)加强科学数据资源向国家科学数据中心的汇聚整合。

与发达国家相比,我国在对科学数据开展深入分析挖掘与利用方面的能力明显不足,海量科学数据的优势没有充分发挥出来。美国在科学和工程上的国际领先地位很大程度上取决于其具有成熟的数据挖掘、集成、分析和可视化工具,并通过这些工具将数据转换为信息和知识。尽管我国已经产生并积累了大量的科学数据资源,但由于数据质量不高、软件工具缺乏等原因,海量科学数据资源产生学科领域重大科学发现并不多。在科学数据分析和可视化方面,我国缺少从底层自主开发的分析挖掘软件工具,也在一定程度上导致对于科学数据的深度理解与挖掘利用能力不足。

(2)英国

杰拉德·普林斯叙事理论刍议——以《作为主题的叙事:法国小说研究》及以后作品为主 ……… 杜玉生(2.82)

欧洲国家也在多个层面推进科学数据中心的管理,以便为全社会提供开放的数据存储平台。以英国为例,在英国联合信息系统委员会资助下,英国于2004 年成立了数据保存(监护)中心(DCC),为英国高校和科研社区产生的科研数据管理提供基础设施和技能培训,为数据生产者、用户和数据中心之间知识转移与利用提供最佳实践。2007 年3 月,英国科学与创新办公室(OSI)发布《发展英国科研与创新信息化基础设施》研究报告,提出数据资源数字化长期保存与共享建设规划,重点要建立大规模的国家科学数据中心,协调现有国家、地方、科研院所和其他相关者关系,形成强大的数据服务能力[11]

目前,英国的国家科学数据中心体系主要依托英国研究理事会(RCUK)的7个理事会所属数据中心按照不同学科领域进行构建。其中自然环境研究理事会(NERC)主要资助英国环境科学领域的科学研究和人才培养,构建了包括海洋数据中心、环境数据中心等在内的英国环境领域数据中心网络[12],确保理事会项目及活动产生的科学数据被妥当管理,以便长期可用。生物技术与生物科学研究理事会(BBSRC)是英国生物技术与生物科学的战略制定者和主要研究资助者,致力于投资世界级生物科学的研究和培训[13]。BBSRC 通过联合欧洲生物信息中心(EBI)及其资助的欧洲核苷酸存档中心、果蝇基因组数据库等多个领域数据中心,建立了生物研究方面的数据库网络。

(3)澳大利亚

2008年,澳大利亚政府通过国家合作研究基础设施战略(NCRIS)提供资助,由莫纳什大学牵头,联合澳大利亚国立大学以及联邦科学与技术研究组织(CSIRO)组建了澳大利亚国家数据服务中心(ANDS),负责管理澳大利亚的科学数据,确保澳大利亚的核心数据集有序管理并可为澳大利亚及国际科研界再利用[14]。ANDS 通过建立澳大利亚科学数据发现平台Portal,提供了来自44 个机构或网站的近2 万个数据集,涵盖自然科学、社会科学、艺术和人文学科等多学科领域的数据中心,为本国家和国际科学研究活动提供科学数据的管理、存储、传播与再利用。

3 我国科学数据中心建设成效与问题

3.1 建设进展与成效

长期以来,我国在科学数据中心建设和发展方面进行了诸多探索和实践,在科学数据管理与共享方面取得了一定成效。科技部积极推动我国的科学数据管理与共享工作,自2001年底在气象科学数据领域启动科学数据共享工程第一个试点以来,相继在农业、林业、水文水资源、地震、测绘、地球系统科学等8 个领域开展试点,有利推动了我国多个领域的科学数据共享工作。中国科学院也较早开展了“科学数据库及其信息工程”,并列入院重大建设项目,同时向当时的国家计委申请国家计划,经过多年稳定发展形成了较完善的科学数据库体系,在院信息化建设专项的有力支持下发展迅速,建成了国内较大规模的综合科学数据服务系统。此外,在国土资源、测绘、交通等行业主管部门,以及部分科研机构根据部门和行业发展需要也相继建成了一批科学数据中心,支撑本部门或行业科学数据资源的集中保存、管理、研究与利用,并在一定范围内提供开放共享。

脑血管疾病与睡眠障碍之间存在密切联系,在临床观察和细胞及生化水平上都有研究证实两者的相关性。急性脑卒中发生后睡眠障碍的发生率高[18-19],其中脑血管屏障相关细胞(血管内皮细胞、炎性细胞、星形胶质细胞、血管周细胞)可能参与到睡眠障碍诱发脑血管疾病的过程[20],但具体机制仍需进一步探讨。另外,脑动脉硬化患者的睡眠质量会影响其生存质量,导致心理及生理功能受到影响[21]。而长期的睡眠障碍甚至会影响患者的治疗,从而导致脑动脉硬化的进展,成为急性脑血管疾病发生的重要危险因素[22-23]。经颅多普勒超声(TCD)检测能够早期发现颅内血流动力学的异常,对OSAHS病人的诊疗具有重要意义[24]。

3.2 发展中面临的问题

(1)利用科学数据中心开展科学数据的规范化持续积累不足。

(2)加强国家科学数据中心的科学数据管理和分析挖掘能力建设。

与发达国家相比,在国家科学数据中心进行科学数据规范化的持续积累方面,我国仍有较大差距。美国等科学数据管理起步较早且管理较为规范的国家,已经形成了较为完备的数据汇交机制、规则和渠道。我国保障科学数据持续积累的制度机制不健全、标准规范不完善、基础设施不充足等问题仍然十分明显,国家公共财政支持的大量科研项目产生的科学数据未得到完整保存和规范管理,大量科学数据散落在课题组研究人员手中,而没有很好的机制和渠道将这些科学数据集中统一保存于国家科学数据中心,这些问题在一定程度上制约了我国科学数据的规范化持续积累。

(2)对科学数据的分析挖掘与利用能力不足。

矿山电气设备使用中会受许多因素的影响,出现问题。但是应用PLC控制技术避免了这种情况。这是由于PLC控制技术在设计过程中,就充分考虑到了矿山生产中的复杂情况,从而提高了PLC控制技术对各种意外情况的抵御能力。在很多恶劣环境之下,PLC控制技术还是能够正常运行,并且有效地统计数据和分析数据,保证管理人员正常开展工作。

(3)科学数据中心的总体实力和影响力不足。

与发达国家相比,我国科学数据中心的总体实力尚显薄弱,数据资源较为分散,影响力明显不足。科学数据中心是开展科学数据管理和共享服务的重要基础设施,是实现科学数据汇集、管理、存储和共享的专业化机构。美国、英国、澳大利亚等国家都在多个领域建立了人员齐备、运行机制健全、运行服务规范的国家级科学数据中心。我国在科学数据中心建设方面尽管也取得了快速发展,但在领域布局、资源建设、技术水平、应用能力以及运行管理等方面与国际一流的、知名的科学数据中心尚有较大差距,在科学数据中心数量、领域覆盖范围、科学数据资源规模、专业人员配备等方面仍然需要加速推进。

4 推动我国国家科学数据中心可持续发展的思考

长期以来,美国通过出台国家级、部门级的科学数据政策与法律法规,结合科技布局和配套项目,将广泛的科研数据纳入数据中心进行统一归档,最终形成了以国家科学数据中心为核心,带动学科领域数据中心、科研机构及研究个体等向国家科学数据中心提供并使用数据的格局,使国家科学数据中心成为科技创新活动最有力的保障。通过对科学数据的高效使用,在美国国内产生了巨大的社会经济效益,同时确保了美国在国际重大前沿科学问题上的引领地位。

非医学生入校后因为对学校新环境适应能力和挫折承受能力较低而容易导致心理障碍,如因为父母意愿或专业调配等因素进入非医学专业,不适应大学课堂教育方式,现实情况与想象的大学生活产生碰撞,产生失落情绪等。因此做好他们的适应性教育,培养学生的心理素质,我们需要通过形式多样的群体活动,让学生表达想法,对他们加深了解,掌握思想状况,对极个别的偏执学生要加大感情投入,重点关注家庭困难的学生,要经常深入到学生生活中,到寝室和他们谈心,多关心、多指导。

在新时期实践中我们发现学生核心素养的培养和提升受到高度重视。在实践中新教学理念和方法的出现为教学的发展插上腾飞的翅膀,使得教学氛围得到极大的改善,学生在英语阅读中敢于大声的去朗读,使得自身英语学习水平在不断的提升,同时学生在日常生活中勇于使用英语去交流,在实践中学生的英语口语能力在不断的提升。此外我们发现学生的英语写作能力也得到不断的提升,总之,从整体上看学生英语核心素养得到不断的提高。

慈善义演不仅伴随着社会文化近代化进程而日益扩大,就其本身而言,也给予近代文明以反冲击,这一点在都市文化的社会阶级构成中尤为明显,尤其是慈善义演的主要发起者和参与者是伶人和商人,近代以来,他们所处的社会阶层与身份地位发生了很大改变,接下来,笔者就此加以分析和阐述。

依托国家科学数据中心进行科学数据的分级分类、加工整理和分析挖掘,对有效整合的各领域各学科的科学数据资源进行科学管理,构建符合我国发展需求的科学数据管理与应用服务体系。加强科学数据的规范管理,通过进一步制定科学数据管理的相关制度、规范、标准和质量控制体系,以科学方法进行科学数据的规范加工、整理、安全保存和使用。加强科学数据的分析挖掘与应用技术方法研究,特别是围绕国家战略和经济社会发展等重大需求,综合运用关联、聚类等分析方法,提升利用科学数据开展知识发现的能力和水平,强化利用科学数据开展增值服务的能力建设。

随着大数据时代到来,科技创新模式发生了革命性的变化,科技创新越来越依赖于大量、系统、高可信度科学数据的全面收集和准确利用,政府决策也越来越多地依靠科学数据的综合分析和利用。借鉴世界主要发达国家利用国家科学数据中心开展科学数据统一保存、管理与应用的经验作法,为满足我国科技创新和社会经济发展对科学数据资源的需求,应该加强我国的国家科学数据中心建设,不断构建我国完善的国家科学数据中心体系,以国家科学数据中心建设带动科学数据资源统一汇聚,强化国家科学数据中心对科学数据资源的汇聚整合能力,通过开展国家科技计划项目产生的科学数据向国家科学数据中心强制性汇交,不断提升国家科学数据中心的科学数据资源质量和规模,使科学数据资源发展成为助力我国科技创新的重要源泉。

(3)加强国家科学数据中心的管理人员和人才队伍建设。

加快发展壮大我国从事科学数据的共享服务人才队伍和专业分析人才队伍建设。积极促进科学数据管理与服务人才队伍的培养,国家科学数据中心的依托单位必须更加重视科学数据管理与服务人员队伍的建设,通过探索在职位设置、薪资报酬、考核评价等相关方面的特殊政策支持,切实保障从事科学数据资源管理和共享服务人员的利益,提升科学数据管理与服务人员的业务能力,不断壮大科学数据管理人员队伍,提升科学数据服务水平。同时,要加强培养或引进高水平科学数据分析挖掘人才,充分发挥利用好国家科学数据中心汇聚整合的海量科学数据资源,提升国家科学数据中心的科学数据分析挖掘与应用能力,以高水平科学数据分析挖掘人才队伍的建设带动科学数据分析挖掘能力提升,支撑好国家科学数据中心的科学数据资源管理与应用。

(4)完善国家科学数据中心布局,提升国家科学数据中心影响力。

国家科学数据中心的建设要与当前数据驱动科学研究范式相结合,紧密衔接重大科技创新活动,突出重大问题和需求导向,完善布局和顶层设计,加快优势科学数据资源集聚,对照我国目前学科领域分布情况,特别是国家科技计划(专项、基金等)布局发展以及重大科研基础设施建设运行情况,在具有领域、行业优势的权威科学数据中心基础上遴选形成一批国家科学数据中心,充分发挥国家科学数据中心在科学数据长期保存、高效利用和驱动创新研究中的引领作用。随着世界各国对于国家科学数据中心体系的重视,加快提升我国国家科学数据中心作为从事科学数据资源管理和共享服务的基础支撑与条件保障类国家科技创新基地的重要地位,推动部分已经有一定国际影响力的国家科学数据中心形成世界知名科学数据中心,进一步提升我国国家科学数据中心的国际影响力,增强整合和汇聚全球科学数据资源能力。

(5)加强国家科学数据中心的国内外交流与合作。

在我国国家科学数据中心建设与发展中,必须充分发挥专家队伍的战略咨询和引领指导作用,积极探索以科学数据中心联盟等形式创新国家科学数据中心的交流与合作方式、方法。同时,在全球普遍重视大数据发展和科学数据管理的背景下,我国国家科学数据中心的建设必须紧跟国际发展趋势,充分借鉴国外在国家科学数据中心建设与发展中的经验做法,加强与国内外相关科研机构、重大科学数据组织的交流与合作,充分运用云计算、大数据、可视化等先进技术方法,加强我国国家科学数据中心建设与发展,并积极参与全球科学竞争、交流与合作,通过全方位、多角度、多渠道的国内外交流与合作,提升我国国家科学数据中心的竞争力和影响力。

参考文献

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[16]CoreTrustSeal Certified Repositories.[2019-06-20].https://www.coretrustseal.org/why-certification/certified-repositories

Thoughts on the Construction and Development of National Scientific Data Centers in China

Gao Mengxu Wang Ruidan Wang Chao Xu Bo Shi Lei*
(National Science and Technology Infrastructure Management Center,Beijing 100862)

Abstract: A scientific data center is an important vehicle for scientific data management and an important infrastructure for scientific data collection,management,open sharing,and long-term data preservation.A well-run national scientific data center system is an important source of scientific and technological innovation.At present,the major developed countries in the world generally regard the construction of national scientific data centers as an important means of scientific data management.Through the establishment of specialized agencies engaged in scientific data management and sharing services,the scientific data generated by public financial support can be collected,managed,and shared openly through unified channels and rules to support the formation of world-renowned scientific data centers in this field.This activity has brought remarkable benefits to the development of science and technology,economy,and society.This paper analyses the advanced experiences and practices of foreign developed countries in the construction of scientific data centers.It also studies and analyses the development status,effectiveness,and problems with the construction of scientific data centers in China with respect to those in developed countries.In view of the construction and sustainable development of national scientific data centers in China,it is proposed to further strengthen scientific data resource integration in national scientific data centers;build their capacity for scientific data management,analysis,and mining;and strengthen the structure of managers and personnel in these centers.At the same time,it is proposed to further improve the layout of the national scientific data center,to enhance the influence,and to strengthen the domestic and foreign communications and cooperation with the national scientific data center.

Keywords: scientific data;national scientific data center;scientific data management;sustainable development;data resource;data sharing;open access;data management

中图分类号: G203

文献标识码: A

文章编号: 2096-6369(2019)03-0021-07

引用格式: 高孟绪,王瑞丹,王超,等.关于国家科学数据中心建设与发展的思考[J].农业大数据学报,2019,01(03):21-27.

Gao M X,Wang R D,Wang C,et al.Thoughts on the Construction and Development of National Scientific Data Centers in China[J].Journal of Agricultural Big Data,2019,01(03):21-27.

基于无人船的水文监测应用技术,主要包括无人船自主航线规划及精准控制、多传感器集成与信息融合以及远程通信与实时多模控制。笔者在无人船上搭载了水质监测终端设计,经过NB-IoT 基站、无线网络与水质监测站构建成智能化河涌水域治理系统。该系统提高数据采集精度与传播准确度,实现了水域治理智能化。本文所研究的智能化河涌水域治理系统,由智能水质数据监测终端、水质监测中心和NB-IoT 物联网通信平台组成,如图1。无人船端集成所需要采集数据类型的智能传感器。监测中心基于云计算平台的服务器,进行数据收发、数据挖掘与分析等服务。监测云计算平台,通过物联网无线路由器与网关与无人船终端进行数据收发[1]。

DOI: 10.19788/j.issn.2096-6369.190302

收稿日期: 2019-07-28

第一作者简介: 高孟绪,男,博士,副研究员,研究方向:科技资源管理与共享;E-mail:gaomx@most.cn

通讯作者: 石蕾,女,研究员,研究方向:科技资源管理;E-mail:shilei@most.cn

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