前 言

科學(xué)數(shù)據(jù)是科研活動的輸入、輸出和資產(chǎn)，是科研人員對其所研究的客觀對象相關(guān)現(xiàn)象的描述.以大規(guī)模巡天望遠鏡、大型粒子加速器、高通量基因測序儀等為代表的新一代觀測與實驗裝置源源不斷產(chǎn)生巨量科學(xué)數(shù)據(jù)，將科學(xué)研究推入一個前所未有的大數(shù)據(jù)時代.這將改變?nèi)祟悗讉€世紀以來主要研究和理解相對簡單、未耦合或弱耦合系統(tǒng)這一局面，大大增強我們詳細表征和描述復(fù)雜性的能力，以及分析高度耦合復(fù)雜系統(tǒng)動態(tài)行為的能力.可見，科學(xué)大數(shù)據(jù)管理與分析的能力及水平，成為了未來在分秒必爭的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)中能否勝出的關(guān)鍵.來自于天文學(xué)、生命科學(xué)、高能物理等應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求，也正在挑戰(zhàn)著當今所有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的極限，成為當下科學(xué)界和數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域需攜手攻堅的難題.

2017年《計算機研究與發(fā)展》以科學(xué)大數(shù)據(jù)為專題，結(jié)合科學(xué)大數(shù)據(jù)的特點和典型應(yīng)用需求，重點關(guān)注科學(xué)大數(shù)據(jù)管理理論與方法、關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)，以及各應(yīng)用領(lǐng)域的最新進展等.本期專題經(jīng)過公開征稿，總計收到40篇論文投稿，最終收錄了5篇論文，內(nèi)容涉及科學(xué)大數(shù)據(jù)管理基本理論與關(guān)鍵技術(shù)，天文大數(shù)據(jù)、高能物理大數(shù)據(jù)、遙感大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域大數(shù)據(jù)管理需求與實踐，科學(xué)數(shù)據(jù)眾包服務(wù)等主題.這些文章為相關(guān)領(lǐng)域的研究者探討科學(xué)大數(shù)據(jù)理論基礎(chǔ)及應(yīng)用、討論最新的突破性進展、交流新的學(xué)術(shù)思想和新方法，以及展望未來的發(fā)展趨勢，提供了很好的交流機會.

大數(shù)據(jù)時代科學(xué)研究是一個大科學(xué)、大需求、大數(shù)據(jù)、大計算、大發(fā)現(xiàn)的過程，發(fā)展與科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程有機融合，實現(xiàn)全生命周期、全流程管理的科學(xué)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具有重要意義.“科學(xué)大數(shù)據(jù)管理：概念、技術(shù)與系統(tǒng)”(黎建輝等，中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心)闡述了科學(xué)大數(shù)據(jù)的概念和特征，剖析了科學(xué)大數(shù)據(jù)管理面臨的挑戰(zhàn)與需求，分析了科學(xué)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)當前的研究進展，提出了一種全域科學(xué)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)，并從數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)實時分析、長期存儲、云服務(wù)體系以及數(shù)據(jù)開放共享幾個方面分析了科學(xué)大數(shù)據(jù)管理中涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題.

超大型天文觀測技術(shù)的出現(xiàn)可以幫助研究人員觀測新的天文現(xiàn)象，而這項技術(shù)的成功應(yīng)用建立在海量天文數(shù)據(jù)的近乎實時產(chǎn)生、管理和分析的基礎(chǔ)上，當前的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無一能滿足這種需求.“天文大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)與實時處理技術(shù)”(楊晨、孟小峰等，中國人民大學(xué))針對地基廣角相機陣(GWAC)在數(shù)據(jù)存儲、檢索、持久化等方面遇到的挑戰(zhàn)，設(shè)計了分布式GWAC數(shù)據(jù)模擬生成器，用于模擬真實GWAC數(shù)據(jù)產(chǎn)生場景.在此基礎(chǔ)上，提出一種兩級緩存架構(gòu)，使用本地內(nèi)存解決多鏡頭并行輸出、實時瞬變源發(fā)現(xiàn)，使用分布式共享內(nèi)存實現(xiàn)秒級查詢.通過實驗驗證，能有效解決GWAC在數(shù)據(jù)實時處理和管理上的難題.

規(guī)模巨大的高能物理實驗數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸與共享、分析與處理等數(shù)據(jù)管理技術(shù)提出了挑戰(zhàn).高能物理數(shù)據(jù)管理存在數(shù)據(jù)傳輸量大、IO瓶頸以及數(shù)據(jù)處理效率低等問題.為此，“高能物理大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)與海量事例特征索引技術(shù)研究”(程耀東等，中國科學(xué)院高能物理研究所)提出了一種面向事例的高能物理數(shù)據(jù)管理方法，該方法可從以文件存儲的海量原始數(shù)據(jù)中，按需抽取物理事例特征并建立專門的索引.同時，提出和實現(xiàn)了海量事例特征高效索引技術(shù)，通過系統(tǒng)驗證和分析，驗證了基于事例特征索引進行事例篩選的可行性，可以大幅提升高能物理數(shù)據(jù)處理的效率，降低資源的消耗.

遙感數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)分布分散等問題，并且遙感應(yīng)用的復(fù)雜程度和個性化程度也不斷提高.然而，目前遙感數(shù)據(jù)管理和服務(wù)系統(tǒng)在容量、可擴展性、易用性和性能等方面都難以滿足遙感應(yīng)用的需求.針對該問題，“遙感大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施：集成、管理與按需服務(wù)”(李國慶等，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)從遙感數(shù)據(jù)的特點出發(fā)，剖析了遙感數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)當具備的分布、異構(gòu)、時空連續(xù)和按需數(shù)據(jù)處理等特性，設(shè)計了此類基礎(chǔ)設(shè)施的體系結(jié)構(gòu)，探討了實現(xiàn)的技術(shù)難點與解決思路.該項工作可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)與處理“存算一體”的目標，支持基于大數(shù)據(jù)的遙感科學(xué)合作研究與協(xié)同工作.

獲取科學(xué)數(shù)據(jù)的最終目的是根據(jù)需求從數(shù)據(jù)中提取有用的知識.由于科學(xué)數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、應(yīng)用多樣等特點，難以通過計算機實現(xiàn)全部自動化提取知識，眾包是一種可能的解決方案.“科學(xué)數(shù)據(jù)眾包處理研究”(趙江華、周園春等，中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心)針對科學(xué)大數(shù)據(jù)眾包處理的特點，圍繞人才篩選機制、任務(wù)處理模式和結(jié)果評估策略3個方面對科學(xué)數(shù)據(jù)眾包體系進行研究，并通過地理空間數(shù)據(jù)云平臺開展遙感影像信息提取的眾包實踐.實踐發(fā)現(xiàn)，科學(xué)數(shù)據(jù)不僅能夠通過眾包模式進行處理，而且通過合理的設(shè)計眾包流程能夠獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)結(jié)果.

承蒙各位作者、審稿專家和編輯部等方面的全力支持，本專題得以順利出版.由于科學(xué)大數(shù)據(jù)管理問題涉及的領(lǐng)域極其廣泛，包括了各個不同的科學(xué)研究領(lǐng)域.來稿數(shù)量大、時間緊、容量有限，所以部分優(yōu)秀稿件無法刊列，而且本專題也無法全面體現(xiàn)科學(xué)大數(shù)據(jù)方面的最新成果.在審稿過程中亦難免出現(xiàn)不盡人意之處，希望各位作者和讀者包容和諒解，希望同行不吝批評指正.

最后要特別感謝《計算機研究與發(fā)展》編委會和編輯部，從專題的立項到征稿啟示的發(fā)布，從審稿專家的邀請到評審意見的匯總，以及最后的定稿修改出版，他們都付出了辛勤的汗水.最后衷心感謝各位作者、審稿專家和編輯部的辛勤工作！

孟小峰 中國人民大學(xué)

黎建輝 中科院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心

郭毅可 英國帝國理工學(xué)院

2017年1月