38.1萬次
截至2021年11月7日，OpenGMS模型條目總數達4709條，其中國內模型達2810條，涵蓋大氣、交通、水文、林業等多個學科、行業及社會部門。近一年的模型訪問量達38.1萬次。
本報記者 張 曄 實習生 郜影卓
你知道未來一周的天氣是如何預測的嗎？全球流域流量該如何預報？不同地區的碳循環效果又是什么樣……大數據預測模擬背后，都有一個強大的工具——地理信息分析模型。
在地質、大氣、生態、水文、交通等領域的科學研究和應用開發，都離不開地理信息分析模型。過去，來自不同科研單位開發的成百上千種模型，資源非常分散，接口互不開放，數據存在壁壘，橫向缺乏比較，使得科研應用的效率大打折扣。國內科研團隊不得不借助歐美的地理分析模型共享平臺。
研究者期待能有一個中國人自己的共享平臺，讓模型開發者和科研應用者接入“一張網”，形成開放、合作、共贏的地理模擬資源整合與復用社區。
近日，南京師范大學陳旻教授及其團隊搭建的地理建模與模擬開放平臺(OpenGMS)獲得中國地理信息產業協會地理信息科技進步獎特等獎，該平臺極大地推動了地理信息科學模式創新，并成為全球三大地理信息模型平臺之一。
地理信息科研亟待打破模型“圍墻”
一直以來，在科研領域，數學模型都是進行預測分析的有效工具，地理分析模型就是地理現象、地理過程和地理規律的主要表達形式，同時，地理模擬也是新時代地理學研究的重要手段。
通過模型進行模擬分析，科學家可以在地質地理、大氣環流、水文水利、森林草地等方面的研究中反演過去、預測未來、模擬過程、揭示規律。
隨著越來越多的地理信息研究趨向綜合化，需要結合水、土、空氣、生物等多個方面數據，高效利用分析模型資源就顯得愈加重要。
但現實情況是，目前已有的數據資源共享尚不成熟，更不要說分析方法的共享了。
隨著地理學科的計量發展形成趨勢，相關領域的開發團隊構建了大量的地理分析模型。但因地理系統資源分散、專業性強、異構特征顯著等特點，現有的地理信息分析對模擬系統構建提出了嚴峻的挑戰。
“比如，不同模型之間的數據資源、計算方式標準不一，涉及區域、領域、尺度各不相同，它們的編程語言、運行環境、執行方式也存在巨大差異。”陳旻告訴記者。
而在科研應用中，又是一把鑰匙開一把鎖。不同團隊、不同項目所用模型各不相同，從整理數據到構建模型，再到預測模擬，往往需要耗費巨大的人力物力以及時間成本，一個人從頭開始接觸一個全新的模型，需要三個月甚至更長時間。
打破模型孤島必須要有一個成熟高效的分析方法共享平臺。從2008年開始，陳旻在導師閭國年教授的指導下，基于南京師范大學地理信息學科優勢，著手于面向地理問題求解的分布式地理建模環境研究。2017年，OpenGMS終于誕生，首次在國際會議上亮相就驚艷了眾人。
OpenGMS將散落的資源整合起來，為廣大科研人員提供了一個開放式服務型生態社區。截至2021年11月7日，OpenGMS模型條目總數達4709條，其中國內模型達2810條，涵蓋大氣、交通、水文、林業等多個學科、行業及社會部門。近一年的模型訪問量達38.1萬次。
從資源、模型到運算工具一站解決
目前，世界上有三大模型組織，分別是國際地表動態建模系統聯盟(CSDMS)、開放式建模接口協會(OpenMI)以及我國的OpenGMS，前兩者分別為用戶提供模型源代碼和模型接口，也會定期開展培訓課程。
但對于許多國內科研人員來說，前兩個平臺對使用者的專業性要求較高，且千里迢迢前往歐美參與培訓難以實現，所以OpenGMS的出現為國內科研人員提供了一條便捷高效的途徑。
模擬復現工具、模擬比較工具……OpenGMS擁有軟件及工具16項。“我們平臺不僅擁有資源豐富、分類明確的地理分析模型庫和運算工具，還提供多種運行程序方式，用戶可以下載模型使用或在線上直接運行，也可以利用我們平臺的終端，將數據調到我們這里進行運算。”陳旻介紹。
編程語言不同、程序運行方式不同，都會使模型之間的互通難上加難。該如何打破傳統地理分析模型之間存在的堅硬“圍墻”呢？面對難題，陳旻團隊提出了有針對性的理論創新，并在此基礎上進一步實施高效的技術創新。
譬如各個國家擁有著不同的語言，同一組數據，在不同的模型中使用的表達方式不同，要想實現模型的高效復用，資源的共享是關鍵之一。
首先設立統一的表達方式。陳旻團隊構建了地理分析模型數據的統一表達與交換方法，為多個來源的不同的模型數據提供了統一的表達載體，并使同一個地理分析模型在多描述標準下可以使用。
有了統一的“語言”，也就成功為模型資源之間的“交流”鋪好了路。然而一個個難題接踵而至：用戶如何快速拿到模型，又如何快速“上手”呢？為此，團隊構建了地理分析模型數據的服務化共享與應用方法，利用網絡云服務，解決了地理分析在網絡環境中的執行與運算。有效避免了傳統方法中“數據孤島”“模型孤島”的情況，有效降低了用戶的數據準備時間，執行和運算速度大大提升。
后發優勢明顯并獲國際認可
在OpenGMS平臺首頁顯著位置有一個排行榜。“我們構建了模型反饋機制，使模型提供者和使用者之間互相影響，用戶使用模型后可做出評價。另外每3個月，平臺會匯總每個模型的訪問次數、客戶意見，后續反饋給模型的提供者。” 陳旻介紹說，模型提供者在分享自己資源的同時，也可以收獲用戶的認可和反饋。
OpenGMS還有效保護模型開發者的知識產權，訪問者只可以調用模型的服務，需要在得到開發者授權的情況下才能得到開發者的源代碼。
2021年7月，OpenGMS團隊聯合國內中國地理學會、中國自然資源學會、中國地理信息產業協會、國際數字地球學會中國國家委員會籌備線上國產模型培訓班，推廣國產化體系分析模型，邀請國內專家教授為科研工作者提供教學服務，第一屆培訓班就有來自美、英等多個國家1400多人報名，獲得多國學者的認可。2020年，OpenGMS被國際著名社會與生態科學建模網絡CoMSES Net列入十大可信任資源庫之一，且為中國唯一入選。
2020年新冠肺炎疫情期間，陳旻團隊作為國際范圍內30多個團隊里唯一受邀的中國團隊，參與疫情擴散模擬，并號召大家在疫情期間攜手實現知識共享，并聯合在《科學》上發表論文。
目前，OpenGMS已與多所國內外知名高校開展合作，將共享服務架構應用到專業領域中。例如，與美國楊百翰大學合作，基于OpenGMS框架，實現了基于Docker的模型服務與支持，為水文流域模擬系統提供服務基礎；與河海大學合作，基于OpenGMS模型，實現全球范圍內的流域模擬，預報流域流量及其他指標。
另外，平臺還與中山大學、河南大學、南京信息工程大學等國內外院校合作，開發地理模擬比較平臺，比較不同生態碳循環的模擬效應。此外，OpenGMS平臺正在設計國際三大模型組織之間的模型互通標準協議，將更好地服務于國際模型生態社區建設。
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