中科院“地球大数据科学工程”专项择优支持指

中科院“地球大数据科学工程”专项择优支持指南

中科院地球大数据A类先导专项重点方向任务招标

中国科学院“地球大数据科学工程”A类战略性先导科技专项2019-2022年度重点研究方向任务择优支持指南

中国科学院“地球大数据科学工程”A类战略性先导科技专项(以下简称“地球大数据专项”)已按照立项程序经过严格论证和审议于近日正式启动。 地球大数据专项将突破一系列技术瓶颈,形成资源、环境、生物、生态等领域多学科融合、独具特色的地球大数据云服务平台,成为支撑国家宏观决策与重大科学发现的大数据重大科技基础设施;构建大数据驱动的、具有高度影响力的数字地球科学平台,全景展示和动态推演“一带一路”可持续发展过程与态势,实现对全景美丽中国可持续发展的精准评价与决策支持;探索形成大数据驱动、多学科融合的科学发现新范式,提升中国科学院乃至国家层面地球科学领域数据资源的集成共享与挖掘分析能力,在资源环境、海洋、三极、生物多样性及生态安全领域取得重大突破,推动地球大数据技术创新、重大科学发现和一站式全方位宏观决策支持,全面提升该领域在国家技术创新、科学发现、宏观决策和社会公众知识传播服务等方面的重大成果产出。

中国科学院“地球大数据科学工程”A类战略性先导科技专项(以下简称“地球大数据专项”)已按照立项程序经过严格论证和审议于近日正式启动。地球大数据专项将突破一系列技术瓶颈,形成资源、环境、生物、生态等领域多学科融合、独具特色的地球大数据云服务平台,成为支撑国家宏观决策与重大科学发现的大数据重大科技基础设施;构建大数据驱动的、具有高度影响力的数字地球科学平台,全景展示和动态推演“一带一路”可持续发展过程与态势,实现对全景美丽中国可持续发展的精准评价与决策支持;探索形成大数据驱动、多学科融合的科学发现新范式,提升中国科学院乃至国家层面地球科学领域数据资源的集成共享与挖掘分析能力,在资源环境、海洋、三极、生物多样性及生态安全领域取得重大突破,推动地球大数据技术创新、重大科学发现和一站式全方位宏观决策支持,全面提升该领域在国家技术创新、科学发现、宏观决策和社会公众知识传播服务等方面的重大成果产出。

专项将以目标导向进行任务分解和项目设置。围绕专项目标,结合顶层设计,按照专项论证确定的总体实施方案框架,专项共设置九个项目,包括:CASEarth小卫星,大数据云服务平台,数字一带一路,全景美丽中国,生物多样性与生态安全,三维信息海洋,时空三极环境,数字地球科学平台,CASEarth科学工程总体。每个项目下设若干重点研究方向,重点研究方向分为定向委托和自由申请两类。定向委托重点研究方向是针对已有较好基础的研究方向,委托相关课题组开展深入、系统的创新性研究;自由申请重点研究方向是支持研究人员在专项资助方向内围绕目标自主确定技术路线,开展创新性研究。两类任务均由专项总体组根据任务性质,结合评议专家意见最终确定,并报请院主管业务局批准后启动实施。

专项将以目标导向进行任务分解和项目设置。围绕专项目标,结合顶层设计,按照专项论证确定的总体实施方案框架,专项共设置九个项目,包括:CASEarth小卫星,大数据云服务平台,数字一带一路,全景美丽中国,生物多样性与生态安全,三维信息海洋,时空三极环境,数字地球科学平台,CASEarth科学工程总体。每个项目下设若干重点研究方向,重点研究方向分为定向委托和自由申请两类。定向委托重点研究方向是针对已有较好基础的研究方向,委托相关课题组开展深入、系统的创新性研究;自由申请重点研究方向是支持研究人员在专项资助方向内围绕目标自主确定技术路线,开展创新性研究。两类任务均由专项总体组根据任务性质,结合评议专家意见最终确定,并报请院主管业务局批准后启动实施。

此次拟对“数字一带一路”、“全景美丽中国”、“数字地球科学平台”3个项目的部分重点研究方向进行公开招标。

此次拟对“大数据云服务平台”、“全景美丽中国”、“三维信息海洋”、“时空三极环境”4个项目的部分重点研究方向进行指南发布。

一、申报范围及研究内容

一、申报范围及研究内容

项目聚焦联合国2030年可持续发展目标与我国一带一路建设决策需求,以地球大数据信息挖掘为主线,建立一带一路区域多要素、多时空、多维度综合地球大数据库;建成一带一路地球大数据国际卓越研究中心网络,协同揭示区域地球系统整体动态规律,认知一带一路资源环境格局与发展潜力;建立面向2030可持续发展目标的区域空间评估指标体系,实现一带一路可持续发展目标,实现进程综合科学监测;建立一带一路地球大数据分析与决策支持系统,提供四大专题方向的决策支持信息,实现常态和应急模式的宏观决策支持服务。

根据中国科学院A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”项目二“大数据云服务平台”的建设需求,依托项目新建的专用计算和存储系统,从云服务基础平台运行与服务的实际需求,研究大规模计算和大数据处理软件部署优化技术与方法、平台运行安全保障与异常监控的技术与策略,确保平台为用户提供高性能、高可用、安全可靠的服务。

招标重点研究方向:一带一路可持续发展指标选择与示范

择优支持重点研究方向:云服务基础平台运行与安全

开展一带一路可持续发展指标选择及决策支持模型构建的全过程研究,实现一带一路可持续发展目标执行情况的度量和监测示范。

研究内容:根据云服务基础平台的特点,研究软件优化技术,重点是大规模计算和大数据处理软件部署优化技术与方法;研究平台运行安全保障技术、异常监控技术与策略等。

研究内容:根据一带一路地球大数据的特点,研究可持续发展目标重点指标的选择方案,构建简洁有效的一带一路可持续发展目标空间评估指标体系,开展地球大数据为基础的一带一路可持续发展目标执行情况的度量和监测示范,实现一带一路科学数据向可持续发展目标相关信息转化,通过构建适用于固定周期和应急状态双模式下的决策支持模型库,为一带一路地球大数据分析与决策支持系统建设提供模型支持。

研究目标:为地球大数据应用部署提供优化方案与优化指导,充分发挥平台价值;为云服务基础平台提供高可用、安全的技术方案。确保整套系统高效运行、为用户提供高性能、高可用、安全可靠的服务。

研究目标:建立一带一路可持续发展目标的空间评估指标体系,研发以地球大数据为基础的一带一路可持续发展决策支持模型。

考核指标:发表文章3篇;申请专利、软件著作权共3项;为3个以上超算和大数据处理重点应用提供优化部署方案。

考核指标:结合专项已有一带一路地球大数据资源,针对不少于8个相关可持续发展目标和33个指标,制定重点指标选择方案,建立1套一带一路可持续发展目标空间评估指标体系;在不少于8个地区,实现一带一路科学数据向可持续发展目标相关信息转化的典型示范;建立可交叉集成自然资源、生态环境、气候与灾害、人类活动与社会经济4大领域信息的一带一路可持续发展目标执行情况度量监测的决策支持模型库;提供固定周期和应急状态2类模式的一带一路地球大数据分析与决策支持系统的集成模块。

本项目以人地关系理论为基础,以构建“和谐空间”为目标,引领数据平台建设和科学研究活动,形成具有中国特色的“和谐空间”评价技术与模拟演示系统,通过加强空天地一体化观测技术体系研发,加快数据平台构建和数据共享,加快数据挖掘技术研发,科学诊断雄安新区发展、城市和区域可持续发展现状及存在的主要问题;加快数据挖掘技术研发,应用多种技术、多学科交叉与融合研究雄安新区、城镇化与智慧城市、区域可持续的综合过程,将我国城乡与区域发展科学认知提高到新高度;建立政策仿真模拟和智能化的决策辅助支持系统,对不同发展情景进行模拟预测,提出相关政策建议,为建设“美丽中国”提供强大的数据和科学决策支撑。

项目面向我国社会经济可持续发展的重大需求,围绕资源环境本底分布与格局、清洁空气与环境健康、生态文明建设、区域发展与智慧城市建设、大数据驱动的美丽中国全景评价与决策支持研究前沿,着力破解国家和区域可持续发展面临的气候变化、环境污染、生态退化、资源紧缺、自然灾害频发等关系全局和制约长远发展的重大公益性问题。在多角度、多维度、多环节、多因素、多层次的视角下,以地球系统科学和人-地关系理论为指导,开展基于大数据的资源环境本底分布与格局演变、清洁空气与环境健康、生态文明建设、区域发展与智慧城市以及“全景美丽中国”评价与决策支持系统的研究和开发,能够全面展示“美丽中国”的本底特征、生态文明建设和城市发展等专题情景,对全国及典型区“美丽中国”建设现状及未来情景进行评价与预测,为美丽中国建设与联合国2030可持续发展目标实现提供政策建议。

择优支持重点研究方向:区域发展模拟与决策支持系统

招标重点研究方向一:清洁空气驱动机制及其时空变化

以数据挖掘、模拟与可视化为手段,以资源环境与社会经济协调评价为主线,通过数据库建设,要素与区域综合评价,模拟决策平台建设,推动我国区域可持续科学发展和科学决策智能化。

研究内容:根据东亚地区的地形和天气气候特点,对WRF模式进行本地化的调优;并通过增量同化中国区域加密观测资料,建立适用于中国的高分辨率环境气象预报系统并提供环境气象要素的7天预报场。基于WRF气象预报模式和NAQPMS空气质量模式,根据典型气象场和排放源,构建高分辨率的过去20年大气环境关键组分模拟格点数据集,并评估近20年气象要素、排放变化对我国大气环境历史变化的影响,阐明我国省市间污染物跨界输送影响。

研究内容:以区域可持续发展影响要素的数据体系和数据标准研究为基础,集成遥感、地面观测、数据调查、数据统计、模型模拟等各类数据,构建区域可持续发展自然—人文多尺度综合数据库和数据平台。研发中国区域可持续发展关键要素与综合评价技术,聚焦工业化、城市化、交通基础设施改善和开发区建设等关键要素,对不同尺度、不同区域的可持续发展进行科学评价。以资源环境与社会经济协调为主线,以地域功能和空间结构的演变为重点,遴选具有代表性的城市群区域,综合评价和模拟区域可持续发展态势,提出调控路径和对策。面向我国区域科学可持续发展战略需求,以通用模型、关键要素及其影响参数模型为内核,建立区域可持续发展模拟与人机互动决策支撑系统,用于政策评估、规划效果模拟。

研究目标:通过开展长时间序列的大气环境关键要素的数值模拟实验,揭示我国大气环境历史变化趋势,阐明我国省市间跨界输送影响,量化大气污染传输贡献量,并在此基础上进一步提高空气质量模式的模拟预报效果。基于区域尺度气象模式WRF和嵌套网格空气质量模式NAQPMS,构建时间尺度2000年~2020年、空间分辨率不低于10公里的历史时期高时空分辨率网格化气象、污染三维空间模式数据集,并为ChemDAS同化系统开展污染再分析数据集的构建提供高分辨率的格点化数值模拟结果;基于WRF的快速循环同化预报系统,构建环境气象要素高时空分辨率7天预报场。

研究目标:建立具有中国特色的区域可持续发展评价方法体系,研发以地球大数据为基础的区域可持续发展可视化和决策支持平台。

考核指标:建立适用于中国的高分辨率环境气象要素实时预报系统(为空气质量模式实时提供中国区域未来7天环境气象要素预报场)。形成近20年中国区域大气环境关键组分模拟格点数据集、中国大气污染物省市间相互传输贡献量格点数据集以及中国区域环境气象要素客观分析数据集。

考核指标:借鉴联合国可持续发展目标和联合国开发计划署人文发展指数,根据我国国情,结合区域可持续发展模拟和决策需求与特点,构建1个区域可持续发展社会经济基础数据库;建立多尺度的具有中国特色的区域可持续发展评价方法体系1套,并从关键要素和关键区域两个角度科学评价我国区域发展可持续状态与发展态势;研发支持人机互动的辅助决策模型,建立用于政策评估、规划效果模拟的中国区域可持续发展模拟与决策平台1套。

招标重点研究方向二:农业产需结构优化及农产品质量安全评估

项目面向“建设海洋强国”战略发展需求,以大数据综合挖掘分析主线,建设“两点一面”的海洋信息资源池。“一面”是指全球尺度基础数据产品及可视化系统研发。“两点”是指在“中国近海”和“两洋一海”两个战略要点开展信息集成和科学研究,包括在近海与海岸带区域开展生物生态系统研究。在“两洋一海”关键区域,将研究南海岛礁及西太平洋深海和印度洋信息服务与决策支撑平台。通过本项目的实施形成全球海洋环境基础数据库与过程交互系统;近海与海岸带信息集成与决策支持系统;南海岛礁与周边资源环境信息系统;深海特殊生态系统信息集成服务与展示;印度洋及其重点港口区海洋灾害信息系统。服务于海洋科技创新发展,提升国民海洋意识和地球系统认知;为国家海洋权益维护、综合管理、资源开发、防灾减灾提供智能决策平台。

研究内容:面向农业产需结构调整和粮食质量安全的国家战略,以农业可持续发展为目标,构建农业生产结构时空数据库、大宗农产品消费结构时空数据库、大宗农产品典型重金属含量及其人群暴露风险时空数据库,分析我国大宗农产品质量安全、消费结构以及农业生产结构的时空格局及其演变规律,提出生产需求协调、质量安全的农业可持续发展优化路径,为“三生”空间优化决策及全景美丽中国建设提供农业生产消费领域的关键数据支撑。

择优支持重点研究方向:深渊系统多源数据集成与多维动态演示

研究目标:面向我国农业供给侧改革的迫切需求,解决“三生”空间统筹优化过程中大宗农产品质量安全、大宗农产品供需、农业生产结构布局等问题,建立我国大宗农产品中典型重金属含量、流通消费数据库,构建我国主要农业生产结构以及种植业内部结构数据库,对大宗农产品质量安全进行风险等级评估,提出适应消费端的大宗农产品国内及国际供需均衡路径优化方案及不同尺度的农业生产结构优化方案,建立结构合理、高效安全的农业生产示范模式,为推动我国农业可持续发展、乡村振兴战略和美丽中国建设提供科技支撑。

开展深渊数据资源收集整编和数据库建设,构建多学科深渊科学数据库;研制深渊多学科信息系统,实现深渊多学科数据的综合分析及虚拟可视化展示。

考核指标:形成大宗农产品典型重金属含量数据库1套,大宗农产品供应流通消费数据库1套,农业生产结构数据库1套;同时提供全国代表区域示范应用案例不低于2个。

研究内容:在统一的地理信息系统框架下,以全球6000米以下深度的海斗深渊为重点,构建包括:物理海洋、海洋化学、海洋生物、海洋地质/地球物理、海底基础地理等方面数据库,并在马里亚纳海沟的部分海域,以实测数据为基础,构建深海多学科海洋环境的三维动态演示系统。

项目面向国家宏观决策、交叉科学研究和社会公众服务的需求,构建国际领先的数字地球科学平台,实现对地球大数据的综合高效集成管理与信息服务,研发跨平台、跨设备多种模式的地球资源环境与生物生态主题网络化展示与综合分析系统,具备强大震撼力展示,以及沉浸式、交互式科学分析和决策支持能力。

研究目标:整合国内外深渊科学数据资源,构建综合集成、实时更新、开放共享的深渊科学数据库;研制和建设深渊多学科信息系统,实现深渊多学科信息的虚拟可视化展示系统,为我国深渊科学研究提供模拟预测与展示平台,服务海洋科研和科普教育。

招标重点研究方向:地球大数据专题应用模型插件化集成与服务

考核指标:制定深渊数据库建设规范,完成深渊多学科数据库建设,数据量不少于2TB,包含物理海洋、海洋化学、海洋生物、地质/地球物理等方面数据。物理海洋数据包含温度、盐度、深度,海流;海洋化学数据包含溶解氧、采集到的化学元素及离子含量等;海洋生物数据包含高清、标清视频照片数据、生物样品等;地质/地球物理数据包含主动源、被动源OBS数据、多波束数据等。在地理信息系统框架下,建立数据交换体系,提供基于时空信息的数据查询下载门户,实现数据共享。建成一套深渊虚拟可视化软硬件信息系统。该深渊虚拟演示示范区范围为:东经140.6°~142.6°,北纬9.7°~12.2°,面积为60473km2。虚拟可视化平台展示时的指标为:VR系统头戴式显示器分辨率不低于1080P;不少于5人同时交互,延迟时间小于25ms;画面刷新频率不低于75Hz。展示信息包括生物样品信息、水体信息、沉积物信息、海底环境等不同类型数据融合一起的虚拟可视化系统。发表本学科TOP25%论文2篇,其他论文4篇,支持省市的决策2次。数据共享指标:在子课题执行过程中共享数据不低于2TB和包含地质、物理海洋、化学和生物的多学科综合数据库1个。

实现支持专项综合展示与决策分析的各类专题应用模型与系统快速部署、管理及服务等底层支撑。

项目聚焦于全球气候持续变暖背景下,三极地理环境的变化及冰冻圈变化的影响。以三极地区的自然与社会环境交叉研究为纲领,建立北极资源环境与地理综合数据库,进而分析其对能矿资源可达性的影响; 基于SSPs数据结构和基于未来供需平衡情景,建立冰冻圈(包括水资源、农业生产、生态维持及典型灾害在内的)脆弱性评估系统,探寻适于研究区冰冻圈变化的适应与对策。

研究内容:根据项目需求,针对各类专题应用模型,研究专题应用模型集成规范和机制,研究开放平台架构体系,研究各类应用模型的持续快速集成方法;研究各类专题模型触发式启动、自动化运维、关系发现和故障自动恢复等技术和方法;研究插件化应用模型集成管理和同一数字地球环境下多类型专题模型的叠加技术。

择优支持重点研究方向:三极地理环境演化与冰冻圈脆弱性评估

研究目标:以支撑数字地球平台决策支持、综合展示、网络服务及科学发现为目标,围绕平台对模型及其支撑数据、关联关系等资源统一集成与服务需求,研究弹性可扩展数字地球信息集成与服务体系架构及相关资源高效组织与服务方法,研究跨领域、异架构、多版本多类应用模型与系统的集成部署与应用技术,提供多级应用系统的即时部署与调用,支持地球大数据在科学发现中的应用。

在已构建北极地理环境数据库的基础上,开展北极地区地理环境格局演变情景下关键港口对能矿资源的可达性空间格局变化分析研究;构建冰冻圈变化脆弱性指标体系,开展以青藏高原为主,对比泛北极典型流域冰冻圈变化脆弱性评估方法研究。

考核指标:应用模型服务调用延迟小于1秒;基于指标监控的应用模型资源自动弹性伸缩时间小于1分钟;支持应用模型服务管理规模达万级;服务资源目录检索响应时间为秒级;应用模型升级、回滚时间为秒级。

研究内容:基于已有的地理环境综合数据库,采用多种方法,开展北极地区气候、生态环境、社会经济等状况的格局分析,评估北极地区地理环境格局演变背景下关键港口对能矿资源的可达性空间格局变化;基于SSPs情景,开展三极典型区灾害风险识别与指标体系遴选,评估青藏高原及泛北极典型区域社会经济系统对冰冻圈变化的脆弱性,提出针对性的综合管理措施。

1.专项招标按照重点研究方向形式申报,每个重点研究方向原则上只支持1项,设1名负责人。

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