路来君:黑土地上的云端
发表时间 2019-01-10 10:44 来源 本站原创

  ——记吉林大学和东网研究院首席科学家路来君教授

  高远的科技站位,高昂的创新精神。路来君,1956年底出生于吉林长春。原长春地质学院数学地质学硕士、博士,东北大学勘探矿业石油博士后工作站数学地质与GIS软件博士后。他现是吉林大学地球科学学院数字地学研究中心教授、首席科学家,东网研究院首席科学家,国际数学地球科学会员,国际数学地球科学中国委员会理事,江西省放射性地学大数据技术工程实验室、核地学数据科学与系统工程中心首席专家,中国医科大学环境与健康研究所兼职教授,“科学中国人”2012年度人物获奖者。他的研究横跨多个领域,在数学地球科学理论、空间与地理信息系统开发技术、地学大数据、云计算及自然过程模拟仿真研究、精准医学大数据挖掘技术研究等领域均有原创性成果。

  教授走出象牙塔东网托起中国梦

  2018年,国务院出于国家未来战略思考,提出加大对高校科技成果转化激励新政策,更大地激发创新活力,提升经济竞争力,促进民生改善,使创新成果更好地服务国家发展大局。在国务院和教育部相配套新政策的引领下,一大批默默奉献的教授迈出了象牙塔,肩负起民族复兴的大任,踏上了新的历史征程。路来君教授在基础科研转化与技术创新相结合的大潮中确立了新方向,与东网科技结成战略同盟和工作伙伴关系。

  东网科技,亦称东北区城超算中心,是东北地区最大的数据基础设施与增值服务商,以给政、企客户提供理想的一站式云服务及大数据运营服务为目标,由沈阳市政府、东北大学及战略投资者强势合资、组团经营的高新创意和数字产品科技公司,创始于2013年。为政府、组织、企业及现代城市激发生产力,创造时代价值,实现大数据时代的智慧生活。

  具有国际知名度的数字地学学者路来君教授和他的团队加盟,将极大强化东网科技的战略定力,拉动东网科技跨越式发展,提升科技含量。路来君教授负责东网研究院工作,职责涉及行业前沿技术研究、先进技术转移、科研项目申报执行及产业化、创新实验班研究生培养等。

  路来君教授用鲜明的科学性、时代性、实践性,为东网科技标注前进方向,下达任务书,绘制路线图。将东网科技愿景目标锁定在国内一流、追赶国际高端的大格局上,做解码“中国方案”的最佳平台。在业务战略规划、产品规划、大数据和人工智能领域的技术设计与管理能力上,为东网科技“数据与基础设施与增值服务商”战略落地提供有力、可靠的创新保障和技术支撑。

  路来君教授联手东网科技,专注于提供安全、稳定、可控的云服务,覆盖超级计算、云计算、空间信息(卫星遥感数据应用)、移动互联网、IT基础设施服务、高品质专有云、政企私有云、企业级大数据、企业级超融合产品。依托东北大学,整合高校资源,具备强大的产、学、研基础,与国内外知名厂商及行业伙伴构建合作共赢、互利互惠的关系,共同打造东网云生态圈,聚集海量云应用,推动中国政、企用户全面上云,在通信、金融、医疗、教育、环保、工业、政企多个行业皆有订单式设计和成熟案例,是云计算与大数据时代下智慧生活的积极倡导者和成功实践者。

  路来君教授推动东网科技在云计算底层技术、空间与地理信息技术以及数据应用、大数据技术及场景应用等科研领域高效、持续投入,致力于利用大数据、云计算、人工智能技术解决行业痛点,帮助四面八方的用户开发和建设新能力。

  路来君教授与东网科技合力,直接面对商业应用和商业计算领域,确保满足东北地区经济社会发展、科技创新所衍生的计算需求,立足辽宁,为辽宁未来云计算产业提供基础计算和存储环境。在可期的将来,将对辽宁省云计算、卫星应用、健康产业及移动互联网等相关产业发展以及沈阳智慧城市建设提供重要的基础性计算平台。

  地学科喜迎五十华诞 路教授首创数字地学

  用数字科技资源破解现代难题。路来君教授凭借他的科技智慧,潜心学问,投身科研。他突破校园封闭的格局,优选项目,用数字化改造科研项目。从起跑线领跑,捷报频传,屡创佳绩,集聚实力优势,抬升科技价位。时代眷顾坚定者、奋进者和搏击者,历史肯定了他的创新活力,记录了他现今的成就。

  路来君教授虚心向中国数学地质学、数字地质科学乃至数学地球科学泰山北斗级大师、中国科学院院士赵鹏大教授请教,获得赵院士的大力支持,赵院士非常赞许路来君教授开创国内数字地学专业先河。路来君教授如是说“赵老师如同我的导师一样,不仅支持我开展数字化地学研究,而且在理论上给予重要启发,‘地球系统运行遵循三种机制,包括物理学机制、化学机制和生物学机制’,这个教诲对我日后建立空间三相理论概念起了决定性作用”。

  路来君教授感慨地说:“中国数学地质学在国内自上世纪80年代以来凝聚了一大批有志的莘莘学子。这个学科在国外有相当强的影响力,与国际相比,中国数学地球科学力量是最强的,人数是最多的,水平不相上下,甚至中国略强一些。与时俱进,保持这个学科可持续发展,对于国家科学技术发展也将填补某些空白,也便于跟踪国际地球系统科学、地球信息科学的发展。我国经济的快速发展导致矿产资源的刚性需求、地质灾害频繁发生以及生态环境破坏,国家需求催生高新技术,传统地球科学不仅需要发展,而且需要与高新技术、现代信息技术相结合。”

  路来君教授与他的同事共创数字地学专业和研究中心的同时,申请成功数字地学硕士点和博士点。此后经年,陆续招生,培养硕士生150多名、博士生60多名。

  研究中心承担国家部委科研项目多项,发表有影响的专著10部、科技论文(SCI、EI)近百篇。

  展新视野、作出新概括、实现新突破。高新方向的数字地学,是在数字地球科学研究的宏伟巅峰上,将地球信息科学(GIS、GPS、RS)融为一体而形成的一门新兴的二级学科。它的诞生,是地学、数学、数字地球科学、地球信息科学、计算机技术等多学科发展交叉融合的大势所趋,也是自然科学与技术发展的必然结果。它归属于地球系统科学的范畴。数字地学是传统地学发展到信息网络和大数据时代的历史见证,与传统学科存在相互依赖、相互促进、相互引领的关系,用数字化手段、数学模型研究地学,无疑为地学发展增加了瑰丽的亮度和蓬勃的活力,将引导和推动地学沿着信息化、智能化与可视化方向迅猛发展。

  基础研究显实力 科技原创放异彩

  在历史起点上续写新的神话。国际学术机构顺应科技进步,将数学地质学更名为数学地球科学,成立了专门的数学地球科学协会(IAMG)。路来君教授是协会会员,是数学地球科学中国委员会(IAMG-CN)理事。

  路来君和数学地球科学的渊源还得从1977年恢复高考说起。那一年他考取地球化学专业。由于他偏爱数学和物理学,本科期间他完成了大学数学课程。后续的硕士、博士阶段,他致力的专业都是数学地质学。

  学术界对地质空间范畴内的地理信息系统(GIS)技术研究尚处于千折百回的探索阶段。路来君教授开拓数字地学、智慧国土前沿理论。在数字地学领域开展地学空间变异性理论、方法和技术研究上,路来君教授有独到的学术见解和明智的选择,特别在高性能计算、云计算环境下,寻求地学空间分析中的理论突破与技术创新。在数学地质方法、地理信息系统开发应用、矿产资源预测、多元地学信息系统、非线性复杂系统(自组织超临界态/随机组合异常态/混沌极端态)大数据数字谱分析理论、时间/空间大数据多维色码理论及技术、四网协同(物联网、互联网、移动通信网、北斗导航网)民生工程技术设计、基于多组学大数据的恶性肿瘤非线性复杂系统分析及云平台、地学系统等开发研究工作中均取得了重要的突破。路来君教授开发的创新成果地学G4I系统,以地理学、地质学、地球化学、地球物理学(4G)等地学空间数据集成为基础,以地学空间信息先进理论为内核,曾被吉林省科技厅主持的专家评审会评定为国际先进水平成果。

  路来君教授凭借对“四深”(深空、深海、深地、深时)概念的理解,提出了空间大据混沌谱分析理论并导入云计算技术。主要内容包括:地学空间界定、地学空间三相变异理论、地学空间混沌谱理论、地学空间大数据频谱分析理论及云计算技术等。他认为:物质空间结构最多分为三相,即平稳相、突变相、交互相,通过具体实例论证了三相结构特征及辨识方法。他认为,地球系统圈层结构是以界面耦合为基础的物质、能量平衡体系,每个界面都包括若干子系统,而每个子系统又都具有控制运行的组成要素,这些要素无不带有地球周期性演化特征,因而具有“振荡”属性,“振荡是宇宙原码”,关联性或相关性是宇宙普适性法则。然而空间要素振荡频率多数情形下不可测量,为此,他借鉴能量谱密度原理推导了空间谱密度模型,在傅利叶变换、拉普拉斯变换及希尔伯特变换下通过空间谱密度的时空转换,给出了空间分布与变异性度量函数,从而导出了时域函数与空域函数之间的变换关系,支撑这种空间变异函数的主体恰是空间大数据。于是,对每一子系统均可依大数据建立一定分辨率下的变异函数及其微分方程;他运用复杂定理证明了上述空间变异函数的收敛性;他同时运用物体表面张力原理和斯托克斯公式给出了太阳、月球呈现圆球体构形、地球呈现椭球体构形的证明。他称上述为地学空间地质体数字特征频谱模型;依据频谱理论,路来君教授将地学空间大数据高维性、高度复杂性及高不确定性概括为混沌子系统,因此又称上述为混沌谱模型理论,地质异常实际上属于混沌极端态效应。他在地学大数据处理分析中,为解决地学噪声问题提出了空间降维降噪模型,其核心思想是依关联性原理,将万有引力、库伦力、磁力定律公式泛化,提出“自然要素间关联强度与全部要素内积之和成正比、与要素间mahalanobis(马氏)距离平方成反比”的新观点与新公式,推出非线性降维降噪微分方程,且同时给出希尔伯特空间下要素因子构形,又在计算机上定义每一要素频谱的“颜色代码”,利用非线性光谱合成原理进行色码计算,即所谓色码技术。他将上述新理论结合进在鄂尔多斯盆地开展的国家“973”计划课题中,重点运用了混沌谱分析理论和自主原创的大数据标准色码技术,依地球化学土壤测量及测井数据进行频谱计算,并给出2+1数图像。在云计算过程中,终端用户数据和计算需求具有复杂多样的特点。路来君教授研发的系统可以按照负载均衡调度策略,并根据用户需求和云系统当前状态灵活地调度和分配资源,同时满足大量用户的需求,以并行方式地为多用户提供高效服务。

  在地质空间分布与变异性研究中提出的上述“地质空间三重划分模型理论”“地学频谱分析理论”以及“三维地学空间色码理论与技术"等更是受到业界高度评价。

  理论与方法的创新,为GIS空间分析提供了一种数学解析方法,也为模块的研制提供了一种新的思路。路来君教授的理论体系和数学模型,已经被国际科技界、学术界广泛认可。多次应邀到高等学府进行学术交流与科研合作。

  值得一提的是,路来君教授将他的混沌谱分析理论及色码技术应用于精准医学大数据挖掘研究,即恶性肿瘤演化过程临界识别非线性模型分析,将基因组等多组学数据与影像组学数据解析相关联,借助临床诊疗,进行癌症早期预警.

  路来君教授曾主持和参加多个国家级重大项目,包括国家973、863支撑计划,国家自然科学基金,省部委级科研项目,计三十余项,发布SCI、EI论文六十余篇、专著6部、发明专利4项(尚待申报发明专利十余项),指导博士生31名,硕士生41名。

  创新科技引潮流 先进技术建市场

  矿产资源是现代工业、现代文明的物质基础,是经济发展的基石。它形成于漫长的地质历史过程中,是化石类生产原料。化石类资源具有唯一性和不可再生性,地壳上的矿产资源随着扩展性开采,存量急剧下降,矿产资源的供需口的压力日益恶化,形势日趋紧张。矿产资源勘查与预测越来越向地下深部发展,向深度要储量、要产量。煤炭、石油、天然气等能源矿产,金银铜铁锡等金属矿产,及地热资源,全部深埋在与世隔绝的地层之下。如何准确预测资源量和定位,是全世界科技工作者都在图解的地学难题。

  火山爆发、地震、海啸、森林火灾、山体滑坡、泥石流、塌方、洪涝等频繁发生的地质类自然灾害,让世界不得安宁。如何进行早期预警,更是对全世界地球科学工作者的巨大考验和检验。

  当今流行的地球科学空间信息技术中,投放市场的实用性地学软件工具以二维、三维制图功能者居多,而以地下矿产资源评价和地表地质灾害早期预警为工作目标的地球科学软件工具少而又少,难得一见。应用跨学科空间数据库集成为基础的空间分析软件是国际上的热门科技,全世界科技工作者争相研发,一直是科研热点。

  路来君教授进行数字地学理论的创新,为国计民生提供新理论、新方法和新技术。他的主要研究目标有两项:智能化与可视化预测和地质灾害早期预警等应用型实践;面向矿产资源精细化预测目标而开发的多元地学信息系统。路来君教授根据他所提出的空间分析理论与技术集成,融合人工解释与机器学习互为一体的操作模式,通过云计算解决矿产资源预测与地质灾害预警难题。目前,他还在结合云计算、大数据时代的信息产业发展规律,从事新一代地理信息系统开发研究,研制开发云计算环境下的人机交互式地学G4I系统。这些选题与矿产资源勘探与认知、地质灾害预警、关联紧密。路来君教授将所学的深厚理论与丰富的实践相结合,对地学空间分布与变异性形成新的认识。构建出系列数学模型和理论框架体系。地质空间分布具有复杂性、异构性、周期性及广延性,在同一空间范围内,地质形成年代可能相差甚远。他认为,地理信息系统中的地理空间,应包括狭义地理空间与地质空间两个层次,因而所用模型及条件不同.

  路来君教授从深厚的数学功底及数学地质学专业知识背景出发,在国家“七五”计划到“十五”计划的20年里,与河北省地勘局合作,开展河北省各种比例尺的多金属矿产资源预测研究,并先后开发完成“河北省金矿资源总量预测项目”“河北省二轮区划铜铅锌金银多金属矿产资源评价项目”“河北省多元信息系统研制项目”“河北省矿产资源信息系统”等任务。项目报审阶段,中科院赵鹏大院士在评审语高度评价,“达到国际先进水平,部分方法研究达到国际领先水平”。除此以外,路来君教授还陆续完成了“科技部多元信息系统研制项目”“辽宁省矿产资源信息系统MRIS研制项目”“吉林大学地学G4I系统研制项目”“基于地学化学数据处理图像分析技术”等课题任务。另外他还先后完成山西及吉林白山等省、市、区域矿产资源预测项目。

  20年前在交通视频监控和LED照明工程领域大显身手。路来君科技创新的起步阶段,辽宁省人事厅慕名而来,诚聘他担任博士后联合会会长。联合会的主要工作目标是组织并带领一批学有所成的博士,实施科研和教研成果的市场转化与应用开发。摆在他们面前的任务之一是大功率超高亮度的LED亮化照明工程。路来君不怕硬任务和重担子,他在这项工程中,通过科教创新,研发了超高亮度、可发出256种颜色的LED柔变组合灯。在一块集成电路板上嵌入54颗LED芯片,通过红绿蓝3基色频谱合成,产生出256种颜色光,可以渐变或者突变,理论上可以产生无限种颜色。

  受LED灯频谱合成技术研发的启发,数年后,回到吉林大学从事数字地学专业的时候,他联想到了地质空间中的地质实体大数据表达的频谱特性,应该充分反映地质体的数字特征。路来君教授提出了频谱分析模型的项目设计:这正是根据地学频谱分析模型构建三维空间色理论及其实现技术的由来。

  一系列的理论与技术构成其学术创新光彩夺目的亮点,铺满了他前进的道路。

  云计算与数字地学续写辉煌。目前,路教授正在根据他所提出的地学空间三相空间理论、地学频谱分析理论与色码技术,构建海量地学数据解析方法并编制计算机程序,就云计算的接口服务等难题进行联合攻关。

  路教授及其团队正在攻关在研国家973课题“大数据U资源预测”及“精准医学大数据有效挖掘及关键信息技术”等项目技术,对大数据领域理论知识、技术路线及发展趋势继续深入研究。

  路来君教授还忙于实施地学G4I系统的云计算、大数据升级版研究开发,同时开展基于分布式传感器网络数据链的四网协同森林火险早期预警关键技术研究,多/高光谱空间遥感地球化学图像反演技术研究,基于精准医学大数据非线性谱分析研究。项目期望借助智慧城市规划建设、战略性新兴产业大发展的政策背景和有力条件,在科技(信息)惠民、智慧国土、智能安防、精准医学产业等领域有所作为。

  地学人心在昆仑北海,,情系万里云天。21世纪数学地球科学及地学信息技术焕发更加强大的生命力。风帆正满,巨轮启航。路来君教授走出高校科技小格局,为区域经济谋发展,为中华崛起尽力。路来君教授进入数学地球科学领域以来,更新学术观念,展现卓越能力。科技创新屡见亮点,或强势追赶、或高调融入国际水平,自信面向未来,在空间信息产业化的大潮中戒骄戒躁,永不止步。

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