技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)的問世加速了數(shù)字地球進程，從而完成了“地球裝進計算機”向“地球大數(shù)據(jù)”的變遷，在全球氣候變化、救災減災、食品安全、新能源開發(fā)和智慧城市等方面也有了突破性進

我們正面臨全球變化的嚴重挑戰(zhàn)，解決之道就是數(shù)據(jù)。不僅僅是搜集數(shù)據(jù)，而是通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析，預測未來的模擬數(shù)據(jù)，預測未來的全球變

上個月IDC的“數(shù)字宇宙”研究報告指出，全球數(shù)據(jù)總量將以每兩年翻一番的速度持續(xù)增長。去年只有20%的數(shù)據(jù)與云相關，幾年之后將翻倍至40%，這是一個非常重要的數(shù)據(jù)。如今在全球數(shù)據(jù)的分布中，中國占了13%。6年以后，全球21%的數(shù)據(jù)將在中國，這將是占全球五分之一的數(shù)據(jù)，所以說中國所擁有的數(shù)據(jù)在國際上舉足輕重。

大數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)展

有一位尊敬的學者曾經(jīng)講到：“信息科學的發(fā)展使人們難以預料，如果你想讓哪一個人犯錯誤，那么你就讓他預測5年以后信息技術的發(fā)展?！弊鳛槲覀冊朴嬎?、大數(shù)據(jù)實際上也是同樣的原理，大數(shù)據(jù)目前在哪個位置上對我們將來的研究是至關重要的。

1997年第一篇大數(shù)據(jù)文章的起源，2004年里程碑式的發(fā)展，2006年持續(xù)發(fā)揮作用作用， 2011年，大數(shù)據(jù)獲得成功。

科學領域?qū)Υ朔浅Ｖ匾暎?年前在科技領域，大家最為尊崇的兩大期刊，一個是《自然》，一個是《科學》。《自然》對很多人來說，它做了很多有關生命起源的專題，像大爆發(fā)，像東北鳥的起源等等，但是6年前《自然》雜志也出版了大數(shù)據(jù)的?？?。2009年《第四范式》出版是一個非常重要的里程碑，后續(xù)有2010年《無處不在的數(shù)據(jù)》，3年前《科學》?？渤鰜砹??？萍冀绲闹匾?、全球的重視，引起了聯(lián)合國足夠的重視，聯(lián)合國的一個報告白皮書《大數(shù)據(jù)促發(fā)展，挑戰(zhàn)與機遇》接踵而至，緊接著兩年前高德納的4V定義，同時在我們這個領域也發(fā)表了一篇文章，提出了大數(shù)據(jù)與數(shù)字地球的關系。

然而，雖然目前在大數(shù)據(jù)方面熱度最高的國家是印度，但是我們國家有關決策部門對此重視程度也是相當高，特別是近一兩年反映在我國部署的973計劃、863計劃，也包括我國的經(jīng)信委也在部署大數(shù)據(jù)科學計劃，工業(yè)部門和一些地方也在做同樣的計劃。

同樣在國際組織上，可以看到都在不斷地推動發(fā)展和全球計劃，OECD發(fā)布了《探索數(shù)據(jù)驅(qū)動型創(chuàng)新》報告，指出利用數(shù)據(jù)來刺激提升生產(chǎn)力，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的潛能，造福人類，進一步闡述了大數(shù)據(jù)未來的潛力和作用。國際科聯(lián)在2011年之前就開始做戰(zhàn)略規(guī)劃，在2012—2017年的戰(zhàn)略規(guī)劃中特別強調(diào)了數(shù)據(jù)、信息對于科學驅(qū)動的著手，在數(shù)據(jù)中間特別強調(diào)了大數(shù)據(jù)的作用。

大數(shù)據(jù)在科研領域的發(fā)展現(xiàn)狀

作為國際科聯(lián)的一個委員會，CODATA——國際科聯(lián)科學數(shù)據(jù)委員會也專門召開了一個大數(shù)據(jù)會議，邀請了DWS等重要的數(shù)據(jù)組織，同時也邀請了國科聯(lián)的未來地球計劃，邀請了全球綜合減災計劃，以及83個國家和72個國際組織構成的一個政府間國際組織。前段時間，我在的中科院遙感數(shù)字研究所也召開了相關會議，大家討論的就是大數(shù)據(jù)到底對我們的學科發(fā)展能帶來什么，大數(shù)據(jù)為全球的科學計劃起到了什么樣的重要作用。

為了做這樣的研討，在全球范圍內(nèi)我們做了一些基礎性工作。比如以BIGDATA為關鍵詞進行檢索，出現(xiàn)相關文章一千多篇，半數(shù)都是SCI收錄的文章。從國家分布來看，如果說以40篇為一個界限，超過40篇的有七個國家，從文章發(fā)表來看，中國有181篇僅次于印度，位居全球第二從中可以看到中國對大數(shù)據(jù)的研究發(fā)展是鼓舞人心的。

關于大數(shù)據(jù)的定義，仍在不斷的探討之中，其中4V是大家感興趣的重要話題。大數(shù)據(jù)時代以及大數(shù)據(jù)計算的本質(zhì)特征在于從模型驅(qū)動到數(shù)據(jù)驅(qū)動范式的轉變以及數(shù)據(jù)密集型科學方法的確立。

如今科學范式也出現(xiàn)了轉化，幾千年前以實驗為手段描述自然，數(shù)百年前利用模型和歸納方法進行論證的分支出現(xiàn)了，過去數(shù)十年進行計算分支仿真模擬，現(xiàn)在當大數(shù)據(jù)時代到來時，將理論、實驗、計算仿真等統(tǒng)一起來形成了新的密集計算。

舉一個例子，是一個很久遠的故事，喜歡天文的先生們都知道第谷，他的助手開普勒建立了一個偉大的理論。這中間我們描述大數(shù)據(jù)與大科學是一個什么樣的關系，然后大科學中我們要有系列的知識發(fā)現(xiàn)，講方法論、講挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)我們規(guī)定為三個H。

大科學裝置要催生帶領一系列的大數(shù)據(jù)，以中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所為例，每天都在誕生大量的衛(wèi)星和航空數(shù)據(jù)，這樣的大科學投資強度大、學科交叉，產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)為大科學的誕生奠定了堅實的基礎。例如在高能物理領域，每年投入很多，重要的是產(chǎn)生了很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為科學家?guī)砹酥匾獧C遇。因為是需要通過分析和推斷“上帝粒子”是否存在，從數(shù)據(jù)和圖形的分析中來揭示這些現(xiàn)象，所以“上帝粒子”的產(chǎn)生和發(fā)展與大數(shù)據(jù)有著重要的、密切的關系。

其次，人類基因組是一個偉大的計劃，如果沒有大數(shù)據(jù)，如今人類基因組可能很難有如此豐富的成果?，F(xiàn)在有很多人在做多年來產(chǎn)生序列的數(shù)據(jù)，這需要很多的存儲、分析和計算能力去完成。我們正面臨全球變化的嚴重挑戰(zhàn)，解決之道就是數(shù)據(jù)。不僅僅是搜集數(shù)據(jù)，而是通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析，預測未來的模擬數(shù)據(jù)，預測未來的全球變化。一百年之后全球是變暖了，還是變冷了，十萬年之后，人類是否還能在地球上居住，其實都要靠數(shù)據(jù)去建立，可以說這些數(shù)據(jù)為氣候的長期變化都可以提供堅實的基礎。

再者，大數(shù)據(jù)與天文方面的例子更是不勝枚舉，我們從地面對天文的觀測也是建立在大數(shù)據(jù)的基礎之上，其重要性體現(xiàn)在有了大數(shù)據(jù)，也就相當于擁有了各種探測設備一樣。

簡而言之可以看出科學大數(shù)據(jù)一些非常重要的特征，復雜性、綜合性、全球性等多種特點融于一身。大數(shù)據(jù)特別是科學大數(shù)據(jù)也有若干外部特征，從內(nèi)容、體量、速率、手段等等來講，具備著五大特征。它的內(nèi)部特征包括超高維度、高度計算復雜性、高度的不確定性。大數(shù)據(jù)研究方法論一個是量、一個是質(zhì)、一個是用，三個方面互為因果、互相促進。

數(shù)字地球驅(qū)動的發(fā)展情況

1999年中國科學家發(fā)起召開全球國際第一次數(shù)字地球會議，從此數(shù)字地球在全球范圍內(nèi)廣泛的傳播。2006年國際數(shù)字地球?qū)W會誕生，創(chuàng)建了《國際數(shù)字地球?qū)W報》等刊物。當前發(fā)展勢頭良好，數(shù)字地球研究在全球范圍內(nèi)碩果累累，過去15年來長足的發(fā)展，提出的數(shù)字地球理念的85%已經(jīng)實現(xiàn)。。

數(shù)字地球的建立基于各方面的數(shù)據(jù)，其中觀測數(shù)據(jù)非常重要。過去半個世紀以來，國際的對地觀測衛(wèi)星的發(fā)展一浪高過一浪，從最早全球14個衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在每年都有十幾顆衛(wèi)星上天?？梢钥吹街袊磥硎陮Φ赜^測衛(wèi)星的發(fā)展，未來中國遙感衛(wèi)星的數(shù)量要居世界前列，還要發(fā)射一系列遙感衛(wèi)星和其他衛(wèi)星，不僅發(fā)射中國的衛(wèi)星，還要有強大的接收能力，所在的遙感地球所的地面接收系統(tǒng)能覆蓋全國，也能接收覆蓋亞洲將近70%的數(shù)據(jù)。最近還要在北極建站，實現(xiàn)一個理念，國家的利益延伸到哪，我們的空間信息保障能力就建立在哪。

15年前有記者問我什么是數(shù)字地球？我說我不懂，但是要讓我講給中學生聽，數(shù)字地球就是把我們的地球裝進我的計算機。15年前過去了，現(xiàn)在從科學角度來講，你問我什么是數(shù)字地球？我可以從一個角度來講，數(shù)字地球就是地球大數(shù)據(jù)。

依據(jù)這個新的觀點，數(shù)字地球一些理念出來了，并且研究探討了數(shù)字地球的一系列科學問題，包括大數(shù)據(jù)的動態(tài)匯聚，數(shù)據(jù)密集型的地球計算，要素的呈現(xiàn)理論與方法等等。我們現(xiàn)在所做的理論研究、高技術發(fā)展，特別對我們這樣一個發(fā)展中國家來說，最終還是要用在經(jīng)濟社會發(fā)展的一些領域，那么將來新一代數(shù)字地球構造起來是做什么呢？在此特別提煉五個重要的數(shù)字地球構造發(fā)展方向：一是全球變化；二是減災防災；三是新能源開發(fā)利用；四是農(nóng)業(yè)食品安全；五是數(shù)字城市和智慧城市的發(fā)展。

因此，從大數(shù)據(jù)的理念來構造新一代的數(shù)字地球，其實還是建立一個虛擬地球，虛擬地球事實上服務于未來的地球，使全球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。我們生活在這個地球上，都有責任和理念來建立未來的數(shù)字地球，讓人類的生活更加美好。

（以上內(nèi)容系根據(jù)郭華東院士在“2014第六屆中國云計算大會”上的演講整理而成）