坐在北京的辦公室里，遠(yuǎn)在千里之外的西藏當(dāng)雄生態(tài)試驗站的工作情況便可盡收眼底;揮動一下鼠標(biāo)，野外臺站監(jiān)測的數(shù)據(jù)就能立馬顯現(xiàn)出來……這在幾年前是無法想象的。
“過去從野外數(shù)據(jù)的收集處理到傳回北京中心大約需要1年的周期，花費(fèi)大量的人力、財力不說，數(shù)據(jù)經(jīng)常丟失是讓人最頭疼的事。”中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所拉薩生態(tài)試驗站站長何永濤由衷感慨。
這種現(xiàn)象的改變得益于中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支集成研究的e-Science(科研信息化)環(huán)境建設(shè)的推進(jìn)。
不僅僅是野外考察，“十一五”期間，中科院以應(yīng)用需求為出發(fā)點，在天文e-VLBI觀測、宇宙起源、氣候模擬等多方面開展了一系列的e-Science應(yīng)用探索，并集中在基礎(chǔ)、資環(huán)、生物、高技術(shù)四大領(lǐng)域部署實施了14個e-Science示范應(yīng)用項目。
“利用遙感數(shù)據(jù)采集、高速網(wǎng)絡(luò)傳輸、超級計算環(huán)境、協(xié)同工作平臺等信息化手段，使一些以前無法開展的工作成為可能，提高了科學(xué)研究的效率和水平，促進(jìn)了科技創(chuàng)新能力的提升。” 中國科學(xué)院副秘書長譚鐵牛在談到科研信息化時如是說。
譚鐵牛認(rèn)為，信息化對傳統(tǒng)科研行為方式的變革和對科技創(chuàng)新跨越式發(fā)展的助推作用已開始顯現(xiàn)。
讓科研變得更便捷高效
西藏生態(tài)試驗站位于西藏當(dāng)雄地區(qū)，距離拉薩市區(qū)將近200公里，以前，科研人員每隔20天才能驅(qū)車前往觀測站，取回野外觀測數(shù)據(jù)。
“遇上風(fēng)雪天，20天也不能去一次，之前的數(shù)據(jù)就會丟失。” 何永濤說。
中科院地理所副研究員、中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)綜合研究中心副主任何洪林告訴記者，由于當(dāng)時觀測設(shè)備的存儲容量只有20天，超過20天，儀器就會自動刷新。
近年來，中科院地理所與中科院網(wǎng)絡(luò)中心合作積極推動服務(wù)于生態(tài)系統(tǒng)碳收支集成研究的e-Science環(huán)境建設(shè)。在中國陸地生態(tài)系統(tǒng)通量觀測研究網(wǎng)絡(luò)(ChinaFLUX)基本上完成了從元數(shù)據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)資源體系和數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)三部分內(nèi)容的建設(shè)，形成了具有自己特色的數(shù)據(jù)管理體系;同時也建立了通量數(shù)據(jù)庫和基于MATLAB平臺的通量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng);并且在部分臺站開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用試點研究。
截至目前，廣東鼎湖山、西藏當(dāng)雄等7個ChinaFLUX臺站，都實現(xiàn)了從通量塔到臺站的有線或者無線的傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為通量、視頻、圖片等數(shù)據(jù)的有效傳輸提供支持。
“科研人員的野外工作強(qiáng)度大大降低，獲取非生長季期間通量觀測數(shù)據(jù)的難題也得到了解決。” 中科院地理所研究員、國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)綜合研究中心主任、中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)綜合研究中心主任于貴瑞表示。
e-VLBI是e-Science的另一個示范應(yīng)用項目。2004年起，經(jīng)過三年時間，中科院VLBI測軌分系統(tǒng)全面完成了對原VLBI天文測量系統(tǒng)的信息化改造。
上海天文臺VLBI研究室副主任鄭為民介紹，e-VLBI通過高速互聯(lián)網(wǎng)，將分布于北京、上海、昆明和烏魯木齊的四座觀測站以及上海天文臺的數(shù)據(jù)處理中心，連結(jié)成分辨率相當(dāng)于口徑為3000多公里的巨大綜合射電望遠(yuǎn)鏡，測角精度可以達(dá)到百分之幾角秒。
在嫦娥一號工程關(guān)鍵任務(wù)段，e-VLBI得以準(zhǔn)實時的處理方式快速提供測量數(shù)據(jù)，滯后時間多數(shù)小于5分鐘，這一結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原計劃中10分鐘的滯后上限。
而在嫦娥二號發(fā)射期間，經(jīng)過升級后的e-VLBI 網(wǎng)再次以準(zhǔn)實時方式對衛(wèi)星進(jìn)行精密測量，大部分?jǐn)?shù)據(jù)滯后時間縮短至3分鐘。
造就全新的科研模式
虛擬天文臺可以說是最早開展e-Science探索的項目。早在2002年，依托中科院大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜天文望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)大科學(xué)工程，以國家天文臺為主的國內(nèi)天文學(xué)家提出了中國虛擬天文臺(China-VO)研究開發(fā)計劃。2002年，China-VO加入國際虛擬天文臺聯(lián)盟。
今年10月，LAMOST開始進(jìn)行巡天觀測，每晚約能拍到上萬的天體光譜。
LAMOST觀測運(yùn)行部施建榮告訴記者，他們就是利用虛擬天文臺對LAMOST的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行批量發(fā)布。
“全球的天文信息都可以通過虛擬天文臺這個平臺進(jìn)行共享。”中科院國家天文臺信息與計算中心主任崔辰州說。
所謂虛擬天文臺就是通過先進(jìn)的信息技術(shù)將全球范圍內(nèi)的天文研究資源無縫透明地連結(jié)在一起形成的數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)絡(luò)化天文研究和科普教育環(huán)境。
“傳統(tǒng)的科研模式被打破。”崔辰州認(rèn)為。
“如同一棵大樹，樹根就是各種數(shù)據(jù)獲取點，各種數(shù)據(jù)會聚到樹干，各個課題組如同樹枝一樣充分利用這些數(shù)據(jù)，通過討論研究，最后開花結(jié)果。” 前LAMOST項目總經(jīng)理趙永恒比喻說。
沒有國界的科技合作
2010年3月，歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC開始運(yùn)行，全世界有6000多名科學(xué)家參加了LHC實驗，中國多個研究機(jī)構(gòu)與大學(xué)參加了LHC上的ATLAS和CMS兩個大型實驗。
LHC每年能產(chǎn)生超過15PB的數(shù)據(jù)。“這是目前世界上最大最前沿的高能物理實驗，也是一個全新的高能物理領(lǐng)域的國際合作。”中科院高能物理研究所計算中心主任陳剛介紹。
數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺是中科院在基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域的e-Science的重要示范應(yīng)用項目。在2006年，數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺開始加入全球高能物理網(wǎng)格平臺，截至2010年底，該網(wǎng)格平臺具有1600個CPU核的計算能力，640TB的磁盤存儲能力。
陳剛介紹，數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺是以高能物理研究所為中心站點，多個合作單位為衛(wèi)星站點的聯(lián)盟。作為中心站點，高能物理研究所提供計算、存儲、安全等全面的網(wǎng)格服務(wù)，衛(wèi)星站點則致力于具體科學(xué)應(yīng)用的支持。例如，山東大學(xué)、南京大學(xué)及中國科技大學(xué)站點支持ATLAS等科研項目;北京大學(xué)站點支持CMS等科研項目。
同時，在中國科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)中心的幫助下，他們對國際網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了調(diào)試優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)鏈路的延時由350毫秒下降到180毫秒左右，整個國際鏈路的吞吐率得到了很大的改善，峰值達(dá)到1Gbps以上。
為了滿足數(shù)據(jù)傳輸和作業(yè)調(diào)度的需求，還建立了到歐美的高速網(wǎng)絡(luò)鏈接，包括中歐之間的1Gbps的鏈路以及中美之間的622Mbps的鏈路。
“我們能與全球高能物理網(wǎng)格平臺很好地聯(lián)合在一起，能參與到整個數(shù)據(jù)分析和物理計算中去。”陳剛介紹。
目前每年為ATLAS和CMS實驗提供約1100萬CPU小時的機(jī)時，完成400余萬個計算作業(yè)，與歐美之間的數(shù)據(jù)交換每年達(dá)到600TB，為新粒子尋找及新物理研究等工作起到重要的支撐作用。
“利用數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺，ATLAS和CMS實驗都作出了非常突出的成績。”陳剛說，中國數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺已成為國際高能物理網(wǎng)格系統(tǒng)的一個重要站點。
不僅如此，利用數(shù)據(jù)密集型網(wǎng)格平臺開展國際合作正進(jìn)一步拓展。應(yīng)用也從高能物理領(lǐng)域，擴(kuò)展到生物信息領(lǐng)域。
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