深耕時空大數據計算引領技術全鏈條創新
——記南京大學地理與海洋科學學院特聘研究員周琛

張 聞 謝更好

周琛

地理信息是國家和國防建設的支撐性成果，具有定位準、精度高、涉密廣等安全特點。在世界主要國家的政府治理體系中，圍繞自然資源領域的時空信息獲取已經成為非常重要的科研組成部分，特別是在疫情管控、空間治理和應對氣候變化方面發揮了關鍵作用。以時空信息技術支撐數字化發展已成為時代的潮流。

在南京大學地理與海洋科學學院特聘研究員周琛看來，大數據不斷充斥著我們的生活，但相較于計算機領域發源的大數據，復雜時空場景的大數據分析呈現出高精度、多尺度、廣區域的發展態勢，對其進行數據處理，必須通過全新的技術方式，來打破復雜時空場景下，時空大數據的實時計算響應效能不足的難題。

在地理信息安全保護需求驅動下，在技術產業化目標驅動下，周琛順應需求迎難而上，在地理信息技術領域展開了十多年的艱苦探索，引領科學技術全鏈條創新，推動中國的地理信息技術的建設與落地。道阻且長，行則將至。對于周琛來說，這是責任與挑戰并存的道路。

命運使然，結緣地理信息系統

地理信息系統是20世紀60年代開始發展起來的一門技術學科，在20世紀80年代得到了迅速發展。進入21世紀，地理信息系統已深入各行各業乃至千家萬戶，成為人們生產、生活、學習和工作中不可或缺的工具和助手。

2008年，周琛考入南京大學時，對這一專業領域并不熟悉。彼時，我國在地理信息系統領域的研究仍舊處于起步階段。“當時看到這一專業名稱，感覺更偏向于技術研究，雖然十分懵懂，但還是毅然決然選擇了這一方向。”周琛說。

如今回想起最初的專業選擇，周琛直言這是不幸中的萬幸，正是在這樣的機緣下，他走入南京大學地理與海洋科學學院，開始了自己在地理信息系統專業的科研啟蒙之路。

在國內的高等院校中，南京大學在地圖學、地理信息系統與遙感方面均起步較早。1957年，我國著名地圖學家李海晨先生親自創辦了南京大學地圖學專業。多年來，南京大學地圖學專業沿著李海晨先生開創的事業，走過了一條專題地圖編制與地圖集設計—計算機地圖制圖—地理信息系統與遙感—地理信息科學的道路。在南京大學讀書期間，學校十分注重培養學生在相關專業領域的主觀能動性，并為學生提供了廣闊的科研平臺。在這里，周琛踏上了自己在地理信息系統領域的啟蒙之路，對這一領域的熱愛也愈加深沉。

為了進一步夯實自己的專業基礎，本科畢業后，周琛選擇繼續扎根在南京大學地理與海洋科學學院進行碩博階段的深造。這一時期，他還曾前往美國俄亥俄州立大學地理系進行博士研究生聯合培養。在美國一年的所見所聞，讓周琛開闊了自己的科研視野，同時也更加了解到各國在經濟發展與基礎設施建設中存在的差距。本著一名科研工作者的社會責任感，周琛在學成之后毅然決然回到了祖國，立志扎根自己所在的科研領域，為中國的建設和發展貢獻力量。

科研開拓，深入挖掘時空大數據

21世紀以來，隨著智能終端的發展，人們的每一個行為都可能產生數據，并且被記錄下來。周琛所在的江蘇省南京市，擁有900多萬的常住人口，每天大約產生記錄數據為10億～20億條，數據量約為150～200G B。為了切實轉變基礎地理信息服務方式，推動地理信息共建共享，更好地統籌地理信息資源的利用，多年來，江蘇省一直著重于地理信息云服務平臺的打造。

在這一背景下，周琛所在的南京大學研究團隊與江蘇省基礎地理信息研究中心在基礎地理數據庫、公共服務平臺等方面的成果積淀和應用服務工作基礎上，聯合攻關十余年，成功構建了全域全要素高精度動態地理空間數據體系，研發了具有復雜地理計算能力的地理信息云服務平臺關鍵技術，形成了按需推送和應急響應兼備的決策支持服務模式，持續應用于江蘇省委、省政府綜合決策、區域空間治理、地理信息企業發展和公眾服務。

在堅實的科研成果支撐下，團隊的研究項目“地理信息云服務平臺關鍵技術與決策支持”成功獲得2020年度江蘇省科學技術獎一等獎。作為研究團隊的一員，周琛在這一項目中得到了極大的鍛煉，在這一成果的基礎上，他決心深入城市空間數據中，展開更加深入的科研探索。

在周琛看來，時空大數據蘊含著無盡的社會價值。而如何在海量的數據中，挖掘出人的行為活動，再通過人的行為活動與土地之間的交互關系，來尋找產生活動變化的規律，進而反映城市要素的相關特征，便是他長期以來堅守的研究方向。“我們把整個城市的信息歸納為‘行’和‘流’，‘行’可以理解為靜態的信息，比如整個城市的用地布局及土地承載著怎樣的功能，類似于城市功能區的概念。‘流’則指的不同城市功能區之間的交互響應是怎樣的，在各類事件發生時（例如：疫情、旅行等）人群的行為模式有沒有發生什么變化。而城市空間里‘行’和‘流’的信息，均可以通過時空大數據進行反映。”周琛說。

面向新時代國土空間規劃對多尺度城鎮國土空間科學數據綜合采集和精準智能處理的迫切需求，2022年，周琛開始負責國家重點研發計劃“國土空間優化與系統調控理論與方法”項目子課題“城鎮空間形流要素綜合觀測與智能感知技術”。

在這一課題中，周琛團隊圍繞城鎮國土空間形流要素綜合觀測與智能感知難題，研發城鎮國土空間形要素綜合觀測方法與流信息智能感知模型，構建城區-城郊-郊區多尺度城鎮國土空間形流要素關聯耦合與動態挖掘技術體系，有效實現城鎮國土空間形流規律認知和形流關系優化，從而優化國土空間格局、推進國土空間規劃、提升空間治理能力。

城市是由多種復雜系統所構成的有機體，城市功能是城市存在的本質特征，是城市系統對外部環境的作用和秩序，它是主導城市發展的動力因素。精準識別并動態掌握城市功能結構，包含復雜豐富的地理要素與動態密集的計算需求，亟須云邊協同計算技術的有力支撐。

為了能在這一領域研究中貢獻自己的科研力量。2022年周琛成功申請了國家自然科學基金面上項目“地理大數據云邊協同計算方法研究——以城市功能區熱度動態分析為例”。在這一項目中，他和團隊研發的關鍵技術可直接為以城市功能區熱度動態分析為代表的復雜時空場景處理提供支撐，廣泛應用于國土空間規劃編制、城市精準治理、智慧城市建設等地理學工程實踐中，創造更高的經濟和社會效益。

科研落地，構建全鏈條創新體系

科學研究的落腳點應該面向國家和社會所需。對于地理信息系統這樣偏工科的領域，周琛認為研究人員不能僅僅將技術停留在論文上，而是要將自己的研究使命放在技術落地，推動整個社會的發展上。而地理信息技術領域的實踐性，也讓他和團隊更好地找到了將理論研究轉化為技術服務的契合點，并在推動相關技術的“全鏈條”創新中作出了一系列成績。

從2020年開始，周琛所在的科研團隊就與江蘇省基礎地理信息研究中心依托于共同建設的地理信息云服務平臺關鍵技術，輔助相關部門進行新冠疫情防控期間人群行為軌跡的判讀。如今，面向市場與社會的需求，他們仍在積極聯合江蘇省的相關事業單位進行全鏈條創新體系的構建，立志將科研成果“落地生根”。在多年的研究經驗指導下，他也希望能夠將自己的科研項目經驗內化為教學案例，達到“寓教于研”的目的，讓學生在接觸到先進科研成果的同時，更能了解到行業的前沿趨勢、更明晰自己今后的發展方向。

路漫漫，不忘身肩之使命。未來，在時空大數據跟城市空間信息挖掘提取相關方向，周琛還將繼續通過“產學研”的結合，推動相關技術的落地轉化。“地理信息關乎國家的安全，我覺得我們從事地理信息技術領域研究工作的人，有責任和義務推動整個國家的地理信息技術發展，守護國家的安全。”他堅定地說。