2021-00-01地理分析模型网络共享和模拟关键技术与应用.pdf

地理分析模型网络共享和模拟关键技术与应用 一、项目背景与总体目标 当前，面向地球系统科学、未来地球、可持续发展等重大需求， 测绘地理信息系统正向着网络化、智能化、服务化的方向发展，为了 全面支撑传统测绘向数字测绘再向智能测绘的转变，从基础地理信息 采集到面向数字地球的空间框架构建，再到面向智慧地球的时空大数 据分析的演进发展，GIS 正经历着由“好看”向“好用、管用、实用” 的历史性转变。 测绘地理信息系统在数据资源的获取、处理和时空可视化等方面， 已经取得了较为丰富的成果；尤其是在数据资源的共享方面，成功构 建了各类数据共享平台和共享中心。但地理分析、模型分析与辅助决 策分析在地理信息系统中尚显得“力有未逮”，亟需在数据共享的基础 上，进一步拓展高效、智能的地理分析能力。实现分析功能及方法模 型的快速接入与高效共享，将是发展地理信息系统、提升地理信息服 务效能的关键和核心命题。 地理分析模型作为重要的人类智力资源，是对地表格局、演化以 及作用进行复原、表达和预测的重要手段，是探索时空过程、人地关 系的重要研究方法，在区域发展重大决策、全球环境变化分析、地缘 政治与经济活动中都起到至关重要的作用。然而，方法模型本身的专 业性和封闭性，给模型资源的有效供给和利用带来了挑战，大量地理 问题的分析与求解得不到模型资源的有效支撑。本项目致力于模型资 1 源的共享与复用，力图形成共享群治的地理分析模型智库；聚焦于地 理分析模拟与地理信息系统的协同演进，打造分布式地理分析模拟的 中国品牌。 二、项目主要研究内容 本研究面向地理分析 GIS 发展的迫切需求，按照“形式化表达-服 务化共享-集成式模拟”的基本研究思路，从地理分析模拟资源的统一 描述与表达入手，研究基于分布式架构的地理分析模拟资源服务化共 享方法及运行支撑策略，设计网络环境下面向多用户协作的异构地理 分析模拟资源集成方法，构建新一代网络空间地理分析模拟平台，发 展地理分析 GIS 系统，支撑地球系统科学、未来地球、可持续发展等 重大前沿科学问题的解决；形成地理模拟及研究的开放社区，打造开 放共享、相互服务、携手共赢的新型研究格局。 （1）创建了地理分析模型的统一描述方法，为多源异构地理分析 模型的知识表达、功能交互和数据交换提供稳定可复用的描述体系。 （2）构建了分布式网络环境中地理分析模型服务化共享架构，为 分布广泛的研究者提供了模型、数据和计算资源的开放式共享与复用 环境。 （3）发展了多模拟资源的网络化集成方法、基于服务总线的模型 集成运行策略，以参与式的模拟手段，推动形成分布式地理模型共享 和集成应用社区。 2 三、项目成果与应用推广 项目获授权发明专利 18 件（含国际专利 1 件）和软件著作权 50 项，发表论文 149 篇，出版专著 4 部；系统性搜集了各领域地理模型 资源 4000 余组，研发了具有自主知识产权的、国际领先的分布式地理 分析模型共享与模拟平台。提出了兼容并包、中国原创的分布式地理 模拟思路，得到了国际科学界的广泛认可，形成了中国研究团队的话 语权，服务于网络空间多学科、多用户协作的复杂地理问题分析与综 合模拟，以生态社区方式推动地理分析与模拟研究朝着服务社会的基 础设施方向迈进；在全球变化、城市管理、公共安全、水利水务、气 象监测、遗产保护等领域得到了全面应用，在推动地理信息系统再认 知与改造、地理环境监测与模拟、智慧城市建设等方面发挥了良好作 用。在中国气象局公共气象服务中心、国家基础地理信息中心、苏州 城方信息技术有限公司等 200 多家单位和职能部门得到实践应用。即 将在 2021 年 8 月召开的国产地理分析模型培训班，将基于本平台模型 服务进行在线培训；截止到 7 月 9 日，共有 822 人报名，包含国内外 280 所高校、研究所、企业等，同时也吸引了美国宾夕法尼亚州立大学、 德国柏林洪堡大学、瑞典德隆大学、日本山梨大学等诸多外国高校学 者。 四、项目成果的相关认可 作为中国地理建模与模拟团队的代表，项目团队一直致力于与国 3 际相关工作的协作和衔接，项目团队与国际知名团队开展了协作研究， 得到了国际科学界的认可。例如： （1）贡献者来自牛津大学、麻省理工学院、澳洲国立大学、中科 院地理所、清华大学、武汉大学等国内外诸多著名研究机构，包括美 国科学院院士、英国社会科学院院士、国际学会主席等诸多地理建模 领域权威学者； （2）OpenGMS 平台被国际著名社会与生态科学建模网络 CoMSES Net 列入十大可信任资源库之一(OpenGMS 为中国唯一入选；该系列资 源库被 Science 期刊论文所推荐)； （3）成为国际开放式建模联盟(OMF)创始合作伙伴，正主导地理 模型国际标准制定； （4）得到国际地表动态建模系统联盟(CSDMS)、开放式建模接口 协会(OpenMI)主页推荐，设计了三大模型组织间的模型互通标准协议， 服务于国际模型生态社区建设； （5）团队成员受邀担任国际环境建模与软件协会(iEMSs)副主席、 国际地理联合会(IGU)地理信息建模委员会主席、地表动态建模系统联 盟(CSDMS)模型互操作委员会主席等国际协会重要职位； （6）与国际同行一起发表多篇重量级文章，例如领衔 CSDMS、 OpenMI、OMF、ESMF、HydroShare 等十多个国际著名建模组织与机构主 要负责人在地球科学领域排名前三的期刊 Earth Science Reviews 上 发表开放式建模的旗舰文章，作为唯一中国研究机构受邀与国际二十 多个建模组织及健康研究机构负责人共同在 Science 上合作发表公开 4 信，用以阐述疫情期间共享分析模型的积极意义。 2021 年 3 月 27 日，中国地理信息产业协会组织专家对项目进行评 价，认为“该成果创新性与实用性非常强，具有很好的推广应用价值， 整体达到国际先进水平,在地理模型结构化描述、地理模型服务化共享 与分布式集成模拟等方面处于国际领先水平。” 5