創(chuàng)新驅(qū)動的生動樣本——貴州省信息與計算科學重點實驗室科研成果轉(zhuǎn)化紀實

文丨本刊記者 奚曉陽 李 坤

（責任編輯/晏 青）

“中國下一代互聯(lián)網(wǎng)Web服務(wù)器”、“貴州省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費費額計算高性能計算平臺”、“面向西部基礎(chǔ)教育資源云存儲與工程云計算平臺”……在貴州師范大學田家炳大樓實驗室，一組組整齊排列的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器指示燈閃爍不停，標牌格外醒目。這是貴州省信息與計算科學重點實驗室的“中樞神經(jīng)”。

這個位于師大老校區(qū)的重點實驗室，包括了喀斯特地區(qū)關(guān)鍵信息技術(shù)應(yīng)用國家地方聯(lián)合工程實驗室、貴州省數(shù)字文物遺產(chǎn)保護與研究中心、貴州省智能計算與控制技術(shù)工程實驗室等國家級和省級七個方向的研究團隊，承接了許多省和國家的重大項目，包括貴州省唯一的CNGI下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程。創(chuàng)新性、實用性、地域性、開放性、前瞻性等特征，蘊含著良好的發(fā)展態(tài)勢，領(lǐng)軍人正是2012年度貴州省最高科學技術(shù)獎獲得者、貴州省政協(xié)副主席、貴州師范大學副校長、省信息與計算科學重點實驗室主任謝曉堯。

記者在實驗室看到，科研人員有的在儀器前嫻熟操作，有的在小會議室熱烈討論，有的在后臺專注提供技術(shù)服務(wù)支撐……這支勇于擔當?shù)目蒲袌F隊，顯然是大數(shù)據(jù)時代貴州創(chuàng)新驅(qū)動的排頭兵。

貴州省政協(xié)副主席、貴州師范大學副校長、省信息與計算科學重點實驗室主任謝曉堯教授（左）和研究人員探討生物信息大數(shù)據(jù)的研究與應(yīng)用。（本刊記者 文 媛/攝）

構(gòu)筑信息技術(shù)科研高地

作為一家省級重點實驗室，通過運用計算機科學、數(shù)學、網(wǎng)絡(luò)與通信、統(tǒng)計學、考古學和生物學等諸多學科的理論和研究方法，主要從事計算理論、工程計算與應(yīng)用、文物大數(shù)據(jù)、生物大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的研究與應(yīng)用。

實驗室起步早，得益于謝曉堯教授對互聯(lián)網(wǎng)的高度敏感和研究運用。早在1995年，剛從美國學習結(jié)束回國的謝曉堯教授率先把貴州工業(yè)大學校園網(wǎng)與中國教育科研網(wǎng)和國際互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)通了，開貴州互聯(lián)網(wǎng)運用之先河。

“實驗室的理論及應(yīng)用為貴州信息產(chǎn)業(yè)化建設(shè)提供服務(wù)，是貴州發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)應(yīng)用及創(chuàng)新人才的基地?！敝x曉堯教授告訴記者。

一篇題為《CeCaFDB：一個為碳中心代謝流量組學數(shù)據(jù)提供儲存、可視化與比對分析的大數(shù)據(jù)平臺》的文章，去年底在生物信息學領(lǐng)域世界頂尖雜志《核酸研究》上發(fā)表，文章共同的第一作者，正是實驗室研究組謝曉堯教授的在讀博士生張正東和申鐵副教授。

這篇文章在貴州省在生物信息、生物制造領(lǐng)域影響廣泛。審稿專家認為，文章使研究人員可以有效地查詢和比較代謝流量分布，具有被研究人員高度利用的潛力，表明貴州在相關(guān)領(lǐng)域的研究處于國際前沿。

自2007年成立以來，實驗室在交通信息化、信息化基礎(chǔ)教育、基礎(chǔ)理論、信息安全、生物信息、大數(shù)據(jù)等方面開展了深入研究。在眾多研究項目中，由實驗室自主研發(fā)完成的全省高速公路特大橋梁健康監(jiān)測與評估預(yù)警系統(tǒng)是其中的一大亮點。

有著“橋梁博物館”之稱的貴州，目前高速公路通車里程超過4000公里，橋梁眾多，高墩（塔）大跨徑橋梁工程規(guī)模大、結(jié)構(gòu)受力復雜，因而養(yǎng)護工作量與成本越來越大，橋梁一旦垮塌，將會對人民生命財產(chǎn)帶來不可估量的損失。

為確保橋梁安全運營，實驗室主持的“基于異種傳感信息融合技術(shù)的清黃高速公路紅楓湖大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用示范”研究，于2006年在紅楓湖特大橋安裝了監(jiān)測傳感器并投入使用，這個系統(tǒng)是使用無線傳感、光柵傳感、常規(guī)傳感信息融合技術(shù)實施橋梁健康監(jiān)測評估的系統(tǒng)，也是貴州首個實時橋梁健康監(jiān)測評估示范系統(tǒng)。這一項目2009年獲貴州省科技進步一等獎。目前，該項目的多項技術(shù)已應(yīng)用到多個大數(shù)據(jù)項目中。

數(shù)據(jù)顯示，實驗室共承擔科研項目46項，總經(jīng)費1462萬元，其中國家級7項，經(jīng)費724.36萬元。發(fā)表研究性論文被SCI（美國科學引文索引）收錄20篇，EI（工程索引）收錄37篇。其中近十項先后獲貴州省科技進步一、二、三等獎。

搭建信息計算創(chuàng)新平臺

在貴州省高速公路駕車的汽車司機都會有這樣的體驗：只要在入口收費站領(lǐng)上一張IC卡，在出口收費站輕輕一刷，便完成交費。一卡在手，實現(xiàn)了全省通行。

這個看似極為簡單的高速公路繳費，其背后依托的卻是一個強大的信息計算系統(tǒng)，而這，凝結(jié)了實驗室多年來的艱辛付出。

2009年底，隨著貴陽環(huán)線建成通車，全省高速公路主線全部實現(xiàn)連通。由實驗室自主研發(fā)的“高速公路聯(lián)網(wǎng)收費費額計算系統(tǒng)”正式投入運行，這是貴州省第一個高速公路聯(lián)網(wǎng)收費科學服務(wù)系統(tǒng)。

“隨著貴州高速公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)邁向網(wǎng)格化，龐大的費額僅靠人工計算無法完成，必須借助計算機技術(shù)，選擇合適的全路徑搜索算法和最短路徑驗證算法，計算出最短路徑和最小費額路徑，實現(xiàn)最小費額路徑的費額向最短路徑上拆分?！备咝阅苡嬎闫脚_游善平博士告訴記者，依托這套系統(tǒng)，現(xiàn)全省超過4000公里的高速公路，每增加和變動一次，費額就要重新計算一遍，每次只需2個小時就可以計算完畢，大大縮短了計算時間。

聯(lián)網(wǎng)收費最大限度地減少各路段高速公路上主線收費站的設(shè)置，不僅節(jié)省建站成本和運營管理成本，同時還減少通行車輛停車交費的次數(shù)，有效提高了車輛的通行能力和高速公路使用率。

高速公路費額計算僅僅是實驗室開展信息計算的項目之一。依托云計算平臺，實驗室還開展了3D虛擬現(xiàn)實項目渲染、考試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、計算數(shù)學、計算物理等項目。

實驗室在三維虛擬現(xiàn)實及仿真方向逐漸形成了自己的特色和優(yōu)勢。如依托三維激光掃描儀及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)備和軟件，通過對甲秀樓進行全方位激光掃描，獲取甲秀樓全方位點云數(shù)據(jù)，利用逆向建模的手段，對甲秀樓整體建模并實時渲染，達到對甲秀樓數(shù)字化保護和展示的目的。

中考與高考，關(guān)乎千家萬戶利益，是社會關(guān)注度極高的民生大事。為使判卷公平公正，榮獲1993年省科技進步三等獎的“貴州省招生辦高考招生自動化系統(tǒng)”發(fā)揮了極為關(guān)鍵作用。利用無紙化閱卷平臺，實驗室從2008年開始承擔了貴陽市中考及高考模擬考試共計700余萬份試卷的網(wǎng)上閱卷任務(wù)。更為重要的是，閱卷平臺將試卷后期的大數(shù)據(jù)分析結(jié)果反饋給老師，再由老師指導學生有針對性開展復習，大大提高了教學質(zhì)量。

拓展大數(shù)據(jù)服務(wù)新領(lǐng)域

在實驗室的基因數(shù)據(jù)檢測中心，擺放著一臺剛引進不久的Illumina全基因組測序儀，是目前貴州高校僅有的兩臺之一。

項目組黎瑞源博士告訴記者，基因測序是生物學研究的基礎(chǔ)，通過基因測序儀，可以一次對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定，從生物信息數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭、數(shù)據(jù)處理的各個環(huán)節(jié)和對復雜生物機理的解析等方面入手，系統(tǒng)研究一系列生物信息學問題。目前在醫(yī)療研究、法醫(yī)鑒定、農(nóng)作物研究、動物健康、食品安全等多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

貴州省信息與計算科學重點實驗室副主任劉志杰教授認為，“有人曾經(jīng)預(yù)言21世紀是生物科技時代，現(xiàn)在看來還為時過早，但是生物與信息技術(shù)結(jié)合畢竟是一個大趨勢。貴州有很多獨特的動植物，通過這一研究平臺，必將對我省生物技術(shù)發(fā)展發(fā)揮重要作用”。

油菜是貴州第二大農(nóng)作物，目前全省種植面積達400萬畝。為提高油菜單位面積產(chǎn)量，實驗室利用基因測序技術(shù)，同華中農(nóng)業(yè)大學、澳大利亞新南威爾士州合作開展油菜抗旱和品質(zhì)育種可持續(xù)發(fā)展研究，為該項目的研究與應(yīng)用打開了一片新天地。

與生物大數(shù)據(jù)一樣，實驗室還利用500米口徑球面射電天文望遠鏡項目（FAST工程）在貴州建設(shè)這一契機，和中國科學院國家天文臺合作，開展天文大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用，以此帶動貴州在射電天文、機電、結(jié)構(gòu)、通訊、控制等領(lǐng)域交叉學科的發(fā)展。

從科研到成果轉(zhuǎn)化，從云計算到大數(shù)據(jù)運用，實驗室依托科技創(chuàng)新，始終與貴州經(jīng)濟社會發(fā)展緊密相連。正如謝曉堯教授所言，大力發(fā)展大數(shù)據(jù)、云計算等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，既是貴州實現(xiàn)科學發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級的必然選擇，也是貴州實現(xiàn)跨越發(fā)展、后發(fā)趕超的有效途徑，前景可期。