信息化的发展对科研活动产生深刻影响,极大地增强了人们的科研能力和协同合作能力,创造了新的科研工作模式,拓展了科研思路、开辟了新兴领域、推动了科学发展。这一切都是在强大的技术支撑下实现的。随着现代科研问题越来越复杂、科研工作越来越精细、工程规模越来越庞大、科研数据越来越海量,对科研方法和科研手段不断提出新挑战,更加需要现代化的技术条件、网络化的基础实施、信息化的科研环境提供强力支撑。
下面基于科研信息化的基本含义,以科研数据为基线,结合科研工作涉及的主要活动,从数据采集、数据存储、数据传输、数据计算、科研管理等方面出发,阐述科研信息化关键支撑技术的发展状况。
1、关键支撑技术:数据采集
科学数据已成为信息时代的一种战略性资源,呈现海量化、多样化、复杂化、精细化等发展特点。随着科研信息化的推进,数据密集型、驱动型的科研活动和方式不断涌现。做好数据采集是开展科研工作的第一步,在先进技术支撑下,数据采集正由传统的人工观测、记录方式转为基于网络的、计算机、传感器与PDA 等设备支撑下的自动采集、记录方式,并迅速向卫星遥感、遥测获取数据的方向发展。
就我国而言,近年来,我国自主研制的对地观测遥感卫星得到巨大发展,已形成气象、海洋、资源三大卫星系列,并正着手建设环境与灾害卫星星座。新型科研仪器和设备,如巡天望远镜、宇宙观测设施、“子午工程”空间系统等,均可直接产生海量的数字数据。在野外观测和科考活动中,基于e-Science 概念的数字传感器和传感器网络、移动数字终端等新的数据采集手段正越来越多地得到应用。
在先进数据采集技术与设备的支撑下,数据采集的实时性、自动化、网络化程度越来越高,数据采集的效率、准确性越来越高,为愈加深入的科研实践提供了数据基础和支撑。
2、关键支撑技术:数据存储
科研数据只有借助一定的存储技术、设备和手段保存起来,才能实现后续的共享、传输和交流等,才能保证科研工作的协同合作、持续有效进行。在科研信息化中,数据存储方面的技术支撑主要涉及科研数据库、数据中心、数字图书馆等的建设与维护,它们正从支撑科研活动的基础资源演变为支撑国家科技创新发展的重要资产和战略资源。
科研信息化的蓬勃发展对数据存储容量、存取速度以及安全性等提出了更高要求,存储技术已从传统的本地存储发展为网络存储,相继提出了直接附加存储(DAS)、网络附加存储(NAS)、存储区域网络(SAN)、虚拟存储(SV)等网络存储架构,实现了网络技术与存储技术的有机结合,实现了数据存储大容量、快传输、高可用、低成本等目标,并正向更新的云存储方向发展。
云存储是近年来兴起的一种新的数据存储与数据服务模式,云存储平台架构可分为四个层次:将多存储设备互连起来的数据存储层、为多服务提供公共支撑技术的数据管理层、支持多存储应用的数据服务层、面向多用户的访问层。其中,最底层的数据存储层主要基于NAS、SAN 等技术,以构建数据的网络存储基础平台;上面三层主要提供对底层存储数据的管理、调度、多用户访问等功能,以实现云存储的“按需使用”功能。
国外状况
近年来,国际上启动了一大批有代表性的数据中心建设计划。例如,美国NSF 于2007 年9 月开始实施的科学数据可持续保存与共享网络伙伴计划(DateNet),旨在创建面向科研信息化的科学数据保存与共享模式;英国多家科研机构联合开展的DISC-UK 数据共享项目,目标是在一个复杂和动态的信息环境中形成新的科学数据共享模式,利用各方专业知识,推进数据存储服务,积极探索有助于科研人员在互联网上分享科学数据的新途径;英国的数字典藏中心DCC 计划、英国的合格晶体结构数据中心建设项目(CCDC);澳大利亚政府于2008 年开始实施的国家科学数据服务网络计划(ARDC),以期全面整合澳全国的科学数据资源,实现科学数据的长期保存和共享利用;等等。
国内状况
进入新世纪,我国着力加强科学数据库建设。例如,2002 年,科技部启动了“科学数据共享工程”,先后有24 个部门参加了共享平台建设工作;自“十五”起,中科院着手建设科学数据库,有60 多个研究所参加了科学数据共享服务平台的建设,现已建成含500 多个专业数据库、容量超6PB 的数据资源中心,全面提供数据存储、备份与长期保存服务;此外,结合国家重大课题和计划,我国还构建了“中国自然资源数据库”、“大气科学与环境数据库”、“空间环境数据库”、“遥感卫星图像检索数据库”等,在科学研究、经济建设、社会宏观决策、西部大开发、防灾抗灾、国土勘探与资源调查、空间探索与载人航天工程等方面发挥了积极作用。各部门也根据自身专业特点,逐步建立了自己的信息中心,提供专业数据服务,如农业部信息中心、海洋信息中心、国家地理信息系统等。
随着信息化进程的推进,近年来我国数字图书馆的建设发展快速,先后实施了国家数字图书馆工程(NDL)、全国文化信息资源共享工程、中国高等教育数字图书馆(CADLIS)、国家科学数字图书馆(CSDL)、国家科技图书文献中心(NSTL)等工程;其中的CSDL 计划,旨在构建为科学研究和国家创新体系服务的科技文献信息支撑系统,可提供网上联合编目、跨库检索与浏览、馆际互借与共享、学科信息门户与咨询等服务。
科学数据库、数据中心、数字图书馆等对科研工作的基本服务方式和支撑方式主要包括数据检索、数据目录、数据下载、软件下载等,还可包括一些个性化的服务。随着数据服务工具和手段变得越来越先进,数据中心、数字图书馆的功能将越来越强大。
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