深耕時空大數(shù)據(jù)計(jì)算引領(lǐng)技術(shù)全鏈條創(chuàng)新
——記南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院特聘研究員周琛

張 聞 謝更好

周琛

地理信息是國家和國防建設(shè)的支撐性成果，具有定位準(zhǔn)、精度高、涉密廣等安全特點(diǎn)。在世界主要國家的政府治理體系中，圍繞自然資源領(lǐng)域的時空信息獲取已經(jīng)成為非常重要的科研組成部分，特別是在疫情管控、空間治理和應(yīng)對氣候變化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。以時空信息技術(shù)支撐數(shù)字化發(fā)展已成為時代的潮流。

在南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院特聘研究員周琛看來，大數(shù)據(jù)不斷充斥著我們的生活，但相較于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域發(fā)源的大數(shù)據(jù)，復(fù)雜時空場景的大數(shù)據(jù)分析呈現(xiàn)出高精度、多尺度、廣區(qū)域的發(fā)展態(tài)勢，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，必須通過全新的技術(shù)方式，來打破復(fù)雜時空場景下，時空大數(shù)據(jù)的實(shí)時計(jì)算響應(yīng)效能不足的難題。

在地理信息安全保護(hù)需求驅(qū)動下，在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)驅(qū)動下，周琛順應(yīng)需求迎難而上，在地理信息技術(shù)領(lǐng)域展開了十多年的艱苦探索，引領(lǐng)科學(xué)技術(shù)全鏈條創(chuàng)新，推動中國的地理信息技術(shù)的建設(shè)與落地。道阻且長，行則將至。對于周琛來說，這是責(zé)任與挑戰(zhàn)并存的道路。

命運(yùn)使然，結(jié)緣地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代開始發(fā)展起來的一門技術(shù)學(xué)科，在20世紀(jì)80年代得到了迅速發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，地理信息系統(tǒng)已深入各行各業(yè)乃至千家萬戶，成為人們生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)和工作中不可或缺的工具和助手。

2008年，周琛考入南京大學(xué)時，對這一專業(yè)領(lǐng)域并不熟悉。彼時，我國在地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的研究仍舊處于起步階段。“當(dāng)時看到這一專業(yè)名稱，感覺更偏向于技術(shù)研究，雖然十分懵懂，但還是毅然決然選擇了這一方向?！敝荑≌f。

如今回想起最初的專業(yè)選擇，周琛直言這是不幸中的萬幸，正是在這樣的機(jī)緣下，他走入南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，開始了自己在地理信息系統(tǒng)專業(yè)的科研啟蒙之路。

在國內(nèi)的高等院校中，南京大學(xué)在地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)與遙感方面均起步較早。1957年，我國著名地圖學(xué)家李海晨先生親自創(chuàng)辦了南京大學(xué)地圖學(xué)專業(yè)。多年來，南京大學(xué)地圖學(xué)專業(yè)沿著李海晨先生開創(chuàng)的事業(yè)，走過了一條專題地圖編制與地圖集設(shè)計(jì)—計(jì)算機(jī)地圖制圖—地理信息系統(tǒng)與遙感—地理信息科學(xué)的道路。在南京大學(xué)讀書期間，學(xué)校十分注重培養(yǎng)學(xué)生在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的主觀能動性，并為學(xué)生提供了廣闊的科研平臺。在這里，周琛踏上了自己在地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的啟蒙之路，對這一領(lǐng)域的熱愛也愈加深沉。

為了進(jìn)一步夯實(shí)自己的專業(yè)基礎(chǔ)，本科畢業(yè)后，周琛選擇繼續(xù)扎根在南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院進(jìn)行碩博階段的深造。這一時期，他還曾前往美國俄亥俄州立大學(xué)地理系進(jìn)行博士研究生聯(lián)合培養(yǎng)。在美國一年的所見所聞，讓周琛開闊了自己的科研視野，同時也更加了解到各國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中存在的差距。本著一名科研工作者的社會責(zé)任感，周琛在學(xué)成之后毅然決然回到了祖國，立志扎根自己所在的科研領(lǐng)域，為中國的建設(shè)和發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

科研開拓，深入挖掘時空大數(shù)據(jù)

21世紀(jì)以來，隨著智能終端的發(fā)展，人們的每一個行為都可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并且被記錄下來。周琛所在的江蘇省南京市，擁有900多萬的常住人口，每天大約產(chǎn)生記錄數(shù)據(jù)為10億～20億條，數(shù)據(jù)量約為150～200G B。為了切實(shí)轉(zhuǎn)變基礎(chǔ)地理信息服務(wù)方式，推動地理信息共建共享，更好地統(tǒng)籌地理信息資源的利用，多年來，江蘇省一直著重于地理信息云服務(wù)平臺的打造。

在這一背景下，周琛所在的南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與江蘇省基礎(chǔ)地理信息研究中心在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、公共服務(wù)平臺等方面的成果積淀和應(yīng)用服務(wù)工作基礎(chǔ)上，聯(lián)合攻關(guān)十余年，成功構(gòu)建了全域全要素高精度動態(tài)地理空間數(shù)據(jù)體系，研發(fā)了具有復(fù)雜地理計(jì)算能力的地理信息云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)，形成了按需推送和應(yīng)急響應(yīng)兼?zhèn)涞臎Q策支持服務(wù)模式，持續(xù)應(yīng)用于江蘇省委、省政府綜合決策、區(qū)域空間治理、地理信息企業(yè)發(fā)展和公眾服務(wù)。

在堅(jiān)實(shí)的科研成果支撐下，團(tuán)隊(duì)的研究項(xiàng)目“地理信息云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)與決策支持”成功獲得2020年度江蘇省科學(xué)技術(shù)獎一等獎。作為研究團(tuán)隊(duì)的一員，周琛在這一項(xiàng)目中得到了極大的鍛煉，在這一成果的基礎(chǔ)上，他決心深入城市空間數(shù)據(jù)中，展開更加深入的科研探索。

在周琛看來，時空大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著無盡的社會價值。而如何在海量的數(shù)據(jù)中，挖掘出人的行為活動，再通過人的行為活動與土地之間的交互關(guān)系，來尋找產(chǎn)生活動變化的規(guī)律，進(jìn)而反映城市要素的相關(guān)特征，便是他長期以來堅(jiān)守的研究方向?！拔覀儼颜麄€城市的信息歸納為‘行’和‘流’，‘行’可以理解為靜態(tài)的信息，比如整個城市的用地布局及土地承載著怎樣的功能，類似于城市功能區(qū)的概念?！鳌瘎t指的不同城市功能區(qū)之間的交互響應(yīng)是怎樣的，在各類事件發(fā)生時（例如：疫情、旅行等）人群的行為模式有沒有發(fā)生什么變化。而城市空間里‘行’和‘流’的信息，均可以通過時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行反映。”周琛說。

面向新時代國土空間規(guī)劃對多尺度城鎮(zhèn)國土空間科學(xué)數(shù)據(jù)綜合采集和精準(zhǔn)智能處理的迫切需求，2022年，周琛開始負(fù)責(zé)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“國土空間優(yōu)化與系統(tǒng)調(diào)控理論與方法”項(xiàng)目子課題“城鎮(zhèn)空間形流要素綜合觀測與智能感知技術(shù)”。

在這一課題中，周琛團(tuán)隊(duì)圍繞城鎮(zhèn)國土空間形流要素綜合觀測與智能感知難題，研發(fā)城鎮(zhèn)國土空間形要素綜合觀測方法與流信息智能感知模型，構(gòu)建城區(qū)-城郊-郊區(qū)多尺度城鎮(zhèn)國土空間形流要素關(guān)聯(lián)耦合與動態(tài)挖掘技術(shù)體系，有效實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)國土空間形流規(guī)律認(rèn)知和形流關(guān)系優(yōu)化，從而優(yōu)化國土空間格局、推進(jìn)國土空間規(guī)劃、提升空間治理能力。

城市是由多種復(fù)雜系統(tǒng)所構(gòu)成的有機(jī)體，城市功能是城市存在的本質(zhì)特征，是城市系統(tǒng)對外部環(huán)境的作用和秩序，它是主導(dǎo)城市發(fā)展的動力因素。精準(zhǔn)識別并動態(tài)掌握城市功能結(jié)構(gòu)，包含復(fù)雜豐富的地理要素與動態(tài)密集的計(jì)算需求，亟須云邊協(xié)同計(jì)算技術(shù)的有力支撐。

為了能在這一領(lǐng)域研究中貢獻(xiàn)自己的科研力量。2022年周琛成功申請了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“地理大數(shù)據(jù)云邊協(xié)同計(jì)算方法研究——以城市功能區(qū)熱度動態(tài)分析為例”。在這一項(xiàng)目中，他和團(tuán)隊(duì)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)可直接為以城市功能區(qū)熱度動態(tài)分析為代表的復(fù)雜時空場景處理提供支撐，廣泛應(yīng)用于國土空間規(guī)劃編制、城市精準(zhǔn)治理、智慧城市建設(shè)等地理學(xué)工程實(shí)踐中，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

科研落地，構(gòu)建全鏈條創(chuàng)新體系

科學(xué)研究的落腳點(diǎn)應(yīng)該面向國家和社會所需。對于地理信息系統(tǒng)這樣偏工科的領(lǐng)域，周琛認(rèn)為研究人員不能僅僅將技術(shù)停留在論文上，而是要將自己的研究使命放在技術(shù)落地，推動整個社會的發(fā)展上。而地理信息技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)踐性，也讓他和團(tuán)隊(duì)更好地找到了將理論研究轉(zhuǎn)化為技術(shù)服務(wù)的契合點(diǎn)，并在推動相關(guān)技術(shù)的“全鏈條”創(chuàng)新中作出了一系列成績。

從2020年開始，周琛所在的科研團(tuán)隊(duì)就與江蘇省基礎(chǔ)地理信息研究中心依托于共同建設(shè)的地理信息云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)，輔助相關(guān)部門進(jìn)行新冠疫情防控期間人群行為軌跡的判讀。如今，面向市場與社會的需求，他們?nèi)栽诜e極聯(lián)合江蘇省的相關(guān)事業(yè)單位進(jìn)行全鏈條創(chuàng)新體系的構(gòu)建，立志將科研成果“落地生根”。在多年的研究經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)下，他也希望能夠?qū)⒆约旱目蒲许?xiàng)目經(jīng)驗(yàn)內(nèi)化為教學(xué)案例，達(dá)到“寓教于研”的目的，讓學(xué)生在接觸到先進(jìn)科研成果的同時，更能了解到行業(yè)的前沿趨勢、更明晰自己今后的發(fā)展方向。

路漫漫，不忘身肩之使命。未來，在時空大數(shù)據(jù)跟城市空間信息挖掘提取相關(guān)方向，周琛還將繼續(xù)通過“產(chǎn)學(xué)研”的結(jié)合，推動相關(guān)技術(shù)的落地轉(zhuǎn)化。“地理信息關(guān)乎國家的安全，我覺得我們從事地理信息技術(shù)領(lǐng)域研究工作的人，有責(zé)任和義務(wù)推動整個國家的地理信息技術(shù)發(fā)展，守護(hù)國家的安全?！彼麍?jiān)定地說。