陳寶權：創新大數據理論和方法 提升城市智能化水平

在當前以大數據為特征的信息社會時代，如何提高機器、系統的智能水平，實現人類智能和機器智能的有機無縫融合？如何將海量的數據進行可視化呈現和表達，實現復雜事件的臨場分析、決策？在大數據時代，如何提升我國城市信息化和智能化水平？日前，“城市大數據的計算理論和方法”項目獲2015年度國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)批準立項。本刊就相關問題采訪了該項目首席科學家、山東大學軟件學院、計算科學與技術學院院長陳寶權教授。

中國建設信息：首先祝賀“城市大數據的計算理論和方法”項目獲973計劃批準立項，請介紹下該項目的立項背景及基本情況。

陳寶權：隨著信息技術的飛速發展，人類社會逐漸進入了以數字化、網絡化和智能化為特征的信息化時代，信息的爆炸式增長進一步導致了大數據時代的來臨。搜索引擎、社交網絡、電子政務、電子金融、電子商務、智能交通、智能工廠等各種信息系統如雨后春筍般涌現出來，悄然地通過獲取海量數據來感知、管理和調控現實物理環境和社會生活的方方面面，為組織機構和個人家庭提供了各種便捷的服務，極大地改變了人類社會的生活、生產和管理方式。這些數據、信息和系統從多個維度描述了物理世界和人類社會的虛擬鏡像，構成了一個與之對應的信息空間。尤其是，移動互聯網和物聯網技術的發展使得任何人、事、物可以隨時隨地、主動被動地產生或獲取信息，廣泛地共享信息并相互關聯和相互影響。這種多樣化、群體化的信息感知模式使得信息空間與物理世界和人類社會逐步融合、深度關聯與互動，形成了一個具有閉環反饋回路的有機整體——“信息-物理-社會”三元空間。“信息-物理-社會”三元空間。三元空間融合系統是一個極其復雜、高度動態的系統，既涉及到信息的獲取、處理、傳輸、分析、理解、反饋等環節，又涉及到人在回路的分析推理和決策控制。因此，需要提高機器的智能水平，同時解決人類智能和機器智能的有機融合問題，才能實現無縫融合的目標。這是極具挑戰性的重大科學和技術問題，是當前信息技術的國際研究前沿，在城市管理、智能生產、公共安全和服務等領域有著廣闊的應用前景。

“城市大數據的計算理論和方法”項目依托山東大學、北京大學、浙江大學和中科院深圳先進技術研究院，整合了國內從事圖形圖像處理、計算機視覺、數據挖掘、人工智能、工業控制、模擬仿真、可視化等領域的優勢團隊。研究平臺包括兩個國家重點實驗室、兩個省部級重點實驗室，以及一個國家支撐軟件工程技術研究中心。項目起止日期為2015年1月1日至2019年12月31日。

中國建設信息：項目圍繞哪些關鍵問題展開？

陳寶權：項目圍繞“城市場景的全息表達與復雜事件的臨場分析理解”這一關鍵科學問題展開研究，基于人機智能的有機結合、數據和知識的聯合驅動以及多模態數據的關聯增強等學術思想，以城市場景的三維時空模型為載體，研究城市的全息表達理論方法，探索多源感知信息的多層次關聯、語義提取與融合分析的機制和方法，研究多源信息的視覺轉換機制和自適應交互可視化方法，探尋信息按需提取或采集的臨場分析機制，推進人機智能的深度耦合，提高對復雜事件分析和推理的能力。

中國建設信息：預期將取得哪些成果？

陳寶權：本項目將圍繞“城市場景的全息表達與復雜事件的臨場分析理解”這一關鍵科學問題展開研究，在城市場景的全息表達和漸進式三維重建、跨時空城市感知數據的關聯學習和聚合分析理論方法、城市事件的臨場式分析和決策等理論和技術方面取得突破，在頂級國際學術會議或國際學術刊物上發表一批高水平學術論文，申報一批國際國內發明專利，在國際上產生較大的影響；培養優秀人才，建設一支國際一流的學術研究隊伍，積極開展國際合作研究，組織舉辦高水平國際學術會議，擴大我國在相關領域的學術影響；研制面向城市管理、公共安全與社會服務的臨場式交互可視分析平臺，實現應用驗證，使我國在城市信息化和智能化方面的研究達到國際先進水平。

本項目將在城市對象和場景的表達、城市場景的語義關聯與融合、城市復雜事件的臨場分析等方面取得重要進展和突破，研發城市場景的臨場式交互可視分析平臺，開展典型應用驗證，力爭取得具有國際影響的創新研究成果。具體預期研究目標如下：

◆ 服務國家需求。本項目的實施將為我國智能城市建設提供堅實的理論基礎與技術儲備，有效提高城市場景感知、復雜事件分析與決策的精準性和效率。通過集成這些創新研究成果，將研發城市場景的臨場感知與分析平臺，在城市公共安全、管理和服務等方面開展典型應用驗證，以滿足城市智能化應用的迫切需求。

◆ 發展創新理論。本項目預期在城市場景的全息表達與復雜事件的臨場分析理解這一關鍵科學問題上取得重要創新研究成果。預期在城市對象和場景的全息表達與準全息計算模型、影像數據的高階壓縮感知理論、城市對象多模態數據的視覺感知認知機制與計算模型、跨時空城市場景的語義關聯學習與感知聚合、復雜事件的臨場可視分析等理論和方法方面取得重要突破。

◆ 突破關鍵技術。基于上述理論成果，本項目將深入開展城市對象和場景的準全息建模、城市多模態數據的關聯和智能分析、大規模數據的交互可視化和臨場分析等關鍵技術的研究，取得重要技術創新。預期在城市感興趣區域的模型完整性評估和臨場式構建機制，漸進式城市三維模型構建，城市三維場景的自適應動態更新，城市對象多模態數據的高精度、高效時空配準和信息關聯建模，多模態數據的信息完善與增強，多模態數據的自動語義提取和標注，城市場景多模態數據的語義關聯網絡構建，城市場景大數據的沉浸式呈現和交互可視分析等關鍵技術取得突破。

◆ 培養優秀人才。在參加項目研究的青年學術骨干中，培養一批優秀的學術帶頭人，新增教育部長江學者特聘教授、國家杰出青年科學基金和國家自然科學基金優秀青年基金獲得者等2人以上。培養一批優秀的博士生，獲得國際學術會議優秀論文獎3次以上。

◆ 擴大學術影響。預期在ACM SIGGRAPH（Asia）、ACM SIGMOD、ACM SIGCHI、ACM MM、IEEE VIS、ICCV、CVPR、NIPS、ICML、ACM SIGKDD、VLDB、ACM Mobicom等頂級國際學術會議和ACM TOG、IJCV、IEEE TVCG、IEEE TPAMI、IEEE TIP、IEEE TAC等頂級國際學術刊物上發表論文60篇以上，申請或授權發明專利50項以上，包括10項以上國際發明專利。舉辦國際與國內高水平學術會議，擴大我國在相關領域的影響力。

激光掃描車

中國建設信息：項目的研究對我國當前正在開展的智慧城市建設有哪些積極的影響？

陳寶權：本項目面向智能城市的重大戰略需求，系統研究城市對象和復雜事件的表達和分析的理論、方法、關鍵技術和驗證平臺。一方面，項目研究將有力推動機器學習和智能信息處理、計算機視覺和模式識別、虛擬現實和可視分析等學科方向的發展，創新城市大數據智能計算的理論和技術，為智能城市建設奠定基礎，具有重大的科學意義；另一方面項目的理論和技術創新可以滿足城市現代化管理、公共安全和智能服務對城市大數據計算分析的重大需求，為城市復雜事件的臨場感知、理解、響應、決策和服務提供技術支撐，具有重要的社會意義。

掃描數據

中國建設信息：除此之外，項目還有哪些更為廣泛的社會意義？

陳寶權：國家“十二五”規劃指出，發展新一代信息技術、現代服務業、智能城市，促進城市和城鎮化可持續發展，是中國當前城市化發展規劃中的重中之重。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》將智能城市建設中的城市基礎數據獲取與更新技術、城市多元數據整合與挖掘技術、城市多維建模與模擬技術、城市動態監測與應用關鍵技術、城市應急和聯動服務關鍵技術列為信息技術領域的重點發展方向。科技部、工業和信息化部、住房城市建設部、國家發展與改革委等多部委紛紛制定相關政策和試點方案，大力發展智能城市建設。自“十一五”以來，國家自然科學基金委資助了高分辨率探測成像、大規模傳感器網絡、空間信息網絡、視聽覺信息的認知計算、非常規突發事件應急管理等重大基礎理論與關鍵技術研究。國家973計劃資助了面向復雜應用環境的數據存儲系統、網絡大數據計算、可視媒體智能處理、高分辨率遙感數據精處理和空間信息的智能轉化、虛擬現實與混合現實等基礎性研究。上述研究從信息的獲取、傳輸、存儲、呈現與處理等方面為我國城市信息化建設奠定了堅實的理論和技術基礎。國家863計劃在虛擬現實方面，資助了虛擬環境和對象的幾何表示和高效構建、虛擬環境視覺信息的逼真實時合成以及視覺計算等重大課題研究；在數字城市建設方面，資助了網格地理信息系統、數字城市空間信息管理與服務系統等重大課題研究；為進一步推進智能城市的建設，連續支持了包括智慧城市一期（智慧城市技術架構與總體方案研究、數據獲取與動態感知技術研究）與智慧城市二期（城市多源密集型動態運行數據呈現技術與服務系統）等多個重大、重點項目。

我國在城市信息化建設方面已取得了明顯的成績，建立了新一代信息基礎設施。城市信息化的快速推進帶來了城市數據的爆炸式增長，形成了豐富的城市大數據資源。但當前信息處理的碎片化、單一化、局部化仍很嚴重，城市智能化發展瓶頸已經凸顯，應用需求與智能化水平之間的矛盾日益尖銳。針對城市大數據構建新的計算理論與方法，進而提升城市智能化水平已經迫在眉睫。本項目的研究面向國家重大需求，符合我國對智能城市建設的總體布局，將推動信息化建設達到世界一流水平。

【關于973計劃】

1997年6月4日，原國家科技領導小組第三次會議決定要制定和實施《國家重點基礎研究發展規劃》，隨后由科技部組織實施了國家重點基礎研究發展計劃（亦稱973計劃）。

973計劃項目是對國家的發展和科學技術的進步具有全局性和帶動性、需要國家大力組織和實施的重大基礎性研究項目，是黨中央、國務院為實施“科教興國”和“可持續發展戰略”，加強基礎研究和科技工作作出的重要決策；是實現2010年以至21世紀中葉我國經濟、科技和社會發展的宏偉目標，提高科技持續創新能力，迎接新世紀挑戰的重要舉措。