基于黃河流域專題數(shù)據(jù)的國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型構建研究*

孫葉華 劉桂鋒,2 陳帥印

（1. 江蘇大學科技信息研究所，鎮(zhèn)江 212013；2. 江蘇大學圖書館，鎮(zhèn)江 212013）

科學數(shù)據(jù)是指人類社會科技活動所產(chǎn)生的基本數(shù)據(jù)，以及按照不同需求而系統(tǒng)加工的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和相關信息[1]，其價值的實現(xiàn)主要體現(xiàn)在對科學數(shù)據(jù)資源的深度挖掘和廣泛應用上。隨著科研活動的多樣性以及科學數(shù)據(jù)的重要性發(fā)展，科技創(chuàng)新越來越依賴數(shù)據(jù)，科學數(shù)據(jù)的開放、共享也逐漸成為國內外相關學者及機構的研究重點。例如，Science Europe在面對海量的科學數(shù)據(jù)時，選擇將FAIR原則作為管理和共享科研數(shù)據(jù)的基礎[2]。

我國自2001年底正式啟動“科學數(shù)據(jù)共享工程”以來，為了充分發(fā)揮我國科技數(shù)據(jù)資源的作用，在資源環(huán)境、農(nóng)業(yè)、人口與健康等領域的24個部門開展科學數(shù)據(jù)共享工作，啟動9個科學數(shù)據(jù)共享試點[3]。2011年，23個科技平臺被認定為國家首批科技基礎條件平臺，進一步推動我國科技資源的整合共享與高效利用。2014年，正式發(fā)布《科技平臺標準化工作指南》《科技平臺元數(shù)據(jù)標準化基本原則與方法》《科技平臺元數(shù)據(jù)注冊與管理》《科技平臺資源核心元數(shù)據(jù)》，從元數(shù)據(jù)等方面對科技平臺的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，使得科學數(shù)據(jù)在開放共享以及應用的過程中更加規(guī)范化、標準化。2015年，“十三五規(guī)劃”中首次提出“實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，推進數(shù)據(jù)資源開放共享”[4]。2018年，科技部、財政部正式發(fā)布《國家科技資源共享服務平臺管理辦法》，強調利用科學數(shù)據(jù)等科技資源在國家層面設立專業(yè)化、綜合性公共服務平臺的必要性。同年，國務院辦公廳頒布的《科學數(shù)據(jù)管理辦法》確立了科學數(shù)據(jù)“開放為常態(tài)、不開放為例外”的共享原則，明確了要加強對科學數(shù)據(jù)的開放共享和管理使用[5]。

科學數(shù)據(jù)共享通過提供可靠且可信賴的數(shù)據(jù)來顯著改善科研過程，已成為數(shù)據(jù)驅動科學的基本服務[6]。目前，我國科學數(shù)據(jù)共享平臺存在以分散、凌亂、孤立為特點的“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)實問題。其中，國家科學數(shù)據(jù)中心是由國家按照統(tǒng)一標準和規(guī)劃設立的大型數(shù)據(jù)管理設施，承擔著我國科學數(shù)據(jù)管理共享、應用和支撐關聯(lián)學科發(fā)展的重任，具有領域代表性、行業(yè)領導性、技術先進性和數(shù)據(jù)公開性，能夠體現(xiàn)出我國科學數(shù)據(jù)共享平臺的較高水平，因此選擇國家科學數(shù)據(jù)中心進行關聯(lián)研究，以期促進科學數(shù)據(jù)的開放與共享。

1 國內外研究現(xiàn)狀

1.1 科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀

國內外不同學者主要從科研領域的元數(shù)據(jù)標準、元數(shù)據(jù)體系、元數(shù)據(jù)應用、元數(shù)據(jù)關聯(lián)及互操作等方面開展科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的相關研究。Qin等[7]探討科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)的功能和架構需求，以支持數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質量控制、數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)使用；劉峰等[8]分析了當前科研領域6種典型的元數(shù)據(jù)標準，在統(tǒng)計的基礎上設計并構建科學數(shù)據(jù)通用元數(shù)據(jù)規(guī)范；司莉等[9]以美國開放政府數(shù)據(jù)網(wǎng)站Data.gov中的元數(shù)據(jù)標準為例，分析其元數(shù)據(jù)的體系及具體標準，歸納總結美國開放政府數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準的體系結構；Si等[10]調查研究在USA News排位世界前100名的大學圖書館科學數(shù)據(jù)服務內容，發(fā)現(xiàn)28.7%的高校圖書館提供了科學數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)相關服務，包括元數(shù)據(jù)的簡介以及創(chuàng)建等；黃文碧[11]詳細闡述元數(shù)據(jù)關聯(lián)在館藏資源聚合研究中的重要性，從元數(shù)據(jù)倉庫構建、元數(shù)據(jù)映射和元數(shù)據(jù)關聯(lián)等方面進行分析與應用；賈歡[12]選取地球科學相關領域的科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準，研究元數(shù)據(jù)之間的互操作方法，通過本體實現(xiàn)科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)之間的語義互操作。

1.2 科學數(shù)據(jù)關聯(lián)與融合研究現(xiàn)狀

科學數(shù)據(jù)的關聯(lián)與融合是科學數(shù)據(jù)在科研全過程中達到互操作、互利用的必要過程。目前科學數(shù)據(jù)關聯(lián)與融合相關研究主要圍繞關聯(lián)數(shù)據(jù)、文獻數(shù)據(jù)與科學數(shù)據(jù)的融合等方向進行。Kauppinen[13]在2011年發(fā)起建立linked-science.org，提出關聯(lián)科學（Linked Science），將科學數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明化；游毅等[14]構建基于關聯(lián)數(shù)據(jù)的科研數(shù)據(jù)資源共享模式，包括科研關聯(lián)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建發(fā)布和科研共享數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的構建；莊倩等[15]在關聯(lián)數(shù)據(jù)概念模型的基礎上，提出了科學數(shù)據(jù)組織模式，該模式利用RDF描述特征，通過本體映射和互操作來實現(xiàn)語義互聯(lián)關系的搭建，從而進一步確立了科學數(shù)據(jù)關聯(lián)融合的新方向；陸穎等[16]從圖書館服務研究的角度，基于多個層面對文獻數(shù)據(jù)與科學數(shù)據(jù)融合進行調研，針對各文獻數(shù)據(jù)與科學數(shù)據(jù)融合服務中的用戶與學科服務之間關系，提出了合作、支撐、服務以及共享互動的關系網(wǎng)絡；張曉霞[17]對科學文獻中生物本體間的情感關系表達、潛在關系抽取以及異源異構數(shù)據(jù)融合三方面進行研究，使異源異構數(shù)據(jù)能實現(xiàn)集成信息服務，達到跨異構庫知識發(fā)現(xiàn)的研究目的。

1.3 科學數(shù)據(jù)共享平臺研究現(xiàn)狀

科學數(shù)據(jù)的關聯(lián)融合研究推動了科學數(shù)據(jù)的開放、共享進展，而科學數(shù)據(jù)共享中心的出現(xiàn)是科學數(shù)據(jù)相關研究不斷推進的結果。許多國家都頒布了多項科學數(shù)據(jù)共享政策法規(guī)，用以促進與規(guī)范科學數(shù)據(jù)的共享[18]。目前有許多學者對科學數(shù)據(jù)共享平臺進行調研，其研究內容側重于科學數(shù)據(jù)共享平臺建設、科學數(shù)據(jù)組織、科學數(shù)據(jù)管理與共享等方面。Plantin等[19]講述數(shù)據(jù)存儲、共享和管理平臺案例研究，科學數(shù)據(jù)共享平臺正在逐步取代和重新配置傳統(tǒng)學術交流的基礎規(guī)范與技術；黃銘瑞等[20]梳理美、英及中國的國家科學數(shù)據(jù)中心的建設布局，歸納并提出其管理模式與評價方式，通過對比分析提出我國科學數(shù)據(jù)中心的發(fā)展演化模式；盧逸航等[21]調研各種科學數(shù)據(jù)互操作模式與技術適用條件，結合我國科學數(shù)據(jù)中心的特點，提出7種科學數(shù)據(jù)中心間互操作的模式。Curtis等[22]研究制定一個系統(tǒng)框架，評估科學數(shù)據(jù)共享平臺的社會影響；司莉等[23]調查6個國家科學數(shù)據(jù)中心，了解各平臺數(shù)據(jù)的學科分布與數(shù)據(jù)量，從數(shù)據(jù)組織方式、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)檢索3個方面分析平臺數(shù)據(jù)組織現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)其中不足，從而提出平臺優(yōu)化建議；劉小宇等[24]以國家科技基礎條件平臺為例，分析科學數(shù)據(jù)共享平臺的被引用狀況，發(fā)現(xiàn)在平臺建設和科學數(shù)據(jù)引用方面存在的問題，以期能規(guī)范化建設平臺和標準化引用科學數(shù)據(jù)；Thomas等[25]詳細介紹用戶如何使用SPARK平臺共享數(shù)據(jù)，以及如何利用平臺數(shù)據(jù)來建立假設；李曉萍[26]以農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)共享平臺為例，對農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)共享平臺現(xiàn)狀進行闡述，并結合多種研究方法對影響用戶持續(xù)使用農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)共享平臺的主要因素進行了研究，從而基于用戶的使用影響因素提出完善農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)共享平臺的建議。

1.4 研究現(xiàn)狀述評

目前，科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)、科學數(shù)據(jù)的管理與關聯(lián)融合、科學數(shù)據(jù)共享平臺的理論研究較為豐富，但是實踐應用方面還較為薄弱。由于我國國家層面的科學數(shù)據(jù)共享平臺標準頒布較晚，而在此之前各數(shù)據(jù)平臺已經(jīng)結合自身數(shù)據(jù)特征制定了一系列標準，導致缺乏數(shù)據(jù)標準的通用性，因此出現(xiàn)大量的獨立“數(shù)據(jù)煙囪”的狀況。與此同時，不同領域的科學數(shù)據(jù)共享平臺之間缺乏協(xié)調，難以實現(xiàn)不同科學數(shù)據(jù)之間的互操作，如各平臺采用各自的學科元數(shù)據(jù)標準、平臺間元數(shù)據(jù)字段不盡相同、通用的核心字段較少等。這不僅會影響數(shù)據(jù)質量，也會給不同平臺之間數(shù)據(jù)的流通與整合造成不便。

因此，本文將關聯(lián)數(shù)據(jù)技術的思想引入科學數(shù)據(jù)研究中，基于黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展跨平臺專題數(shù)據(jù)，設計關聯(lián)元數(shù)據(jù)，對國家科學數(shù)據(jù)中心的科學數(shù)據(jù)集元數(shù)據(jù)進行關聯(lián)研究，從而構建國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，探究不同領域科學數(shù)據(jù)的互操作性、互相關性，有助于促進科學數(shù)據(jù)之間的協(xié)調性、增進數(shù)據(jù)流通的通用性，從而達到科學數(shù)據(jù)在科研過程中的應用性、在科研成果中的可轉化性以及在不同科學數(shù)據(jù)中心之間的可流通性。

2 數(shù)據(jù)來源

2.1 平臺概況

本研究的數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎條件平臺上的國家科學數(shù)據(jù)中心。前期采用網(wǎng)絡調研法，對20個國家科學數(shù)據(jù)中心的平臺建設、數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)服務等基本情況進行調查。調查發(fā)現(xiàn)，物理、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象等多個領域建設了國家科學數(shù)據(jù)中心，覆蓋范圍廣泛，數(shù)據(jù)資源豐富，數(shù)據(jù)量龐大，中心還提供數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)專題、數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)共享等多種數(shù)據(jù)服務。但這些數(shù)據(jù)中心成立時間不一，發(fā)展成熟度也有區(qū)別，同時存在數(shù)據(jù)分散、數(shù)據(jù)標準格式不一致、數(shù)據(jù)通用性差、數(shù)據(jù)利用率較低等問題。

在研究各個國家科學數(shù)據(jù)中心科學數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心、國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心、國家氣象科學數(shù)據(jù)中心合作共建了黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展跨平臺專題（以下簡稱“黃河流域專題”），其元數(shù)據(jù)通用性強，可擴展性好，故選擇該專題數(shù)據(jù)為突破口進行國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)研究。

2.2 黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展跨平臺專題

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央，對于人類文明在不斷發(fā)展的過程中形成的規(guī)律進行了深刻總結，在我們國家的社會主義建設的總體布局中，加入生態(tài)文明建設[27]。習近平總書記多次實地考察黃河流域生態(tài)保護情況，并作出重要批示。國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心、國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心、國家氣象科學數(shù)據(jù)中心積極響應并落實《中共中央關于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標的建議》，聯(lián)合開展黃河流域“三生”（生態(tài)-生產(chǎn)-生活）協(xié)同發(fā)展研究，建立黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展專題庫，為促進黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展國家戰(zhàn)略實施、保障黃河長治久安提供全方位科技支撐具有重要意義[28]。截至2022年7月，黃河流域專題共擁有3884個科學數(shù)據(jù)集，可按主題分為林業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象氣候、地理、環(huán)境、生態(tài)、對地觀測、資源、地質九大類型，主要集中在林業(yè)和地理兩大主題（數(shù)據(jù)集數(shù)量分別為1882個和1083個）；從數(shù)據(jù)集所屬數(shù)據(jù)中心看，絕大部分的科學數(shù)據(jù)集由國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心提供，來源較為單一，且大部分的氣象氣候數(shù)據(jù)以及地理、環(huán)境、生態(tài)、對地觀測、資源、地質6種主題科學數(shù)據(jù)均由國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心提供，究其原因，可能是由于國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心涵蓋大氣圈、水圈、巖石圈、陸地表層等18個一級學科資源，涉及領域廣泛。

經(jīng)調查研究發(fā)現(xiàn)，國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心和國家對地觀測數(shù)據(jù)中心的科學數(shù)據(jù)集里可供關聯(lián)的元數(shù)據(jù)較多，且元數(shù)據(jù)具備典型特色，可以為黃河流域專題提供良好的數(shù)據(jù)服務。因此，本研究基于黃河流域專題數(shù)據(jù)，以其元數(shù)據(jù)為切入點，增加國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心和國家對地觀測數(shù)據(jù)中心相關數(shù)據(jù)，研究國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心、國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心、國家氣象科學數(shù)據(jù)中心、國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心和國家對地觀測數(shù)據(jù)中心之間的關聯(lián)關系，共同構建國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，擴大科學數(shù)據(jù)的流通與共享，豐富黃河流域專題數(shù)據(jù)的來源與類型，有助于從不同視角完善黃河流域相關科學數(shù)據(jù)，有利于促進黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展。

3 國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型構建

3.1 關聯(lián)元數(shù)據(jù)元素

構建國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，其核心在于實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)關聯(lián)和共享，首先基于黃河流域專題數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)確定關聯(lián)元數(shù)據(jù)元素，然后利用關聯(lián)元數(shù)據(jù)元素實現(xiàn)6個國家科學數(shù)據(jù)中心科學數(shù)據(jù)的關聯(lián)。

經(jīng)調查，黃河流域專題數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)分別包括數(shù)據(jù)集名稱、CSTR、主題詞、數(shù)據(jù)覆蓋范圍、數(shù)據(jù)貢獻者、所屬國家科學數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)摘要、質量控制信息。元數(shù)據(jù)元素，是元數(shù)據(jù)最基本的信息單元，采用一定的元數(shù)據(jù)標準來描述數(shù)據(jù)的組織結構和內容特征，從而實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的高效管理。元數(shù)據(jù)元素設計應遵循復用性、可擴展性、互操作性等元數(shù)據(jù)設計的一般原則，以保證元數(shù)據(jù)的結構合理、元素可用，保證經(jīng)描述的數(shù)據(jù)資源可共享。本研究根據(jù)這些元數(shù)據(jù)轉化設計關聯(lián)元數(shù)據(jù)元素依次為題名、資源標識、主題、覆蓋范圍、創(chuàng)作者、資源來源、資源描述、數(shù)據(jù)質量。以關聯(lián)元數(shù)據(jù)元素為媒介，將6個國家科學數(shù)據(jù)中心的元數(shù)據(jù)進行關聯(lián)得到6個國家科學數(shù)據(jù)中心的元數(shù)據(jù)的關聯(lián)關系（見表1）。其中，題名、資源標識、主題、覆蓋范圍、創(chuàng)作者、資源來源、資源描述復用的是DC元數(shù)據(jù)標準，其元數(shù)據(jù)簡單、通用、可擴展性強；數(shù)據(jù)質量是參考《林業(yè)科學數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標準》中的數(shù)據(jù)質量信息與《氣象數(shù)據(jù)集核心元數(shù)據(jù)》的數(shù)據(jù)質量描述后自定義的元數(shù)據(jù)。

表1 6個國家科學數(shù)據(jù)中心的元數(shù)據(jù)關聯(lián)關系

同時，將這6個國家科學數(shù)據(jù)中心涵蓋的元數(shù)據(jù)元素以此劃分為通用元數(shù)據(jù)元素和專門元數(shù)據(jù)元素（見表2）。

表2 6個國家科學數(shù)據(jù)中心的元數(shù)據(jù)元素

3.2 關聯(lián)模型構建

根據(jù)設計的元數(shù)據(jù)元素，首先確定核心類為黃河流域科學數(shù)據(jù)集與國家科學數(shù)據(jù)中心，其元數(shù)據(jù)為子類，同時增加流域范圍和主題類型為核心類，豐富關聯(lián)模型，其分類類型為自己的子類；其次，以元數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系確定類與類、類與子類、子類與子類之間的對象屬性，關聯(lián)元數(shù)據(jù)中的覆蓋范圍子類與流域范圍類關聯(lián)，資源來源子類與國家科學數(shù)據(jù)中心類關聯(lián)，9種主題科學數(shù)據(jù)與其所屬的國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)；最后，利用Protégé本體編輯工具對其進行關聯(lián)模型的可視化呈現(xiàn)。

圖1是基于黃河流域專題數(shù)據(jù)構建的6個國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型。其中，虛線框內是原先實際聯(lián)合建設黃河流域專題的4家平臺，即國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心、國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心、國家氣象科學數(shù)據(jù)中心。流域范圍數(shù)據(jù)集包括黃河全流域、黃河上游、黃河中上游、黃河中游、黃河中下游的數(shù)據(jù)以及分省數(shù)據(jù)。主題類型中農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)關聯(lián)至國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心，林業(yè)科學數(shù)據(jù)關聯(lián)至國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心，氣象氣候數(shù)據(jù)關聯(lián)國家氣象科學數(shù)據(jù)中心和國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心，對地觀測數(shù)據(jù)關聯(lián)至國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心，生態(tài)科學數(shù)據(jù)關聯(lián)至國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心，其余地理、地質、資源、環(huán)境等科學數(shù)據(jù)關聯(lián)至國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心。

圖1 6個國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型

原先國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心對黃河流域專題的數(shù)據(jù)支撐壓力較大，各國家科學數(shù)據(jù)中心的專門元數(shù)據(jù)也較少。在增加2個國家科學數(shù)據(jù)中心后構建的關聯(lián)模型中，黃河流域專題的數(shù)據(jù)來源與涉及的學科領域更加豐富，能夠調動更多數(shù)據(jù)資源，擴充了時間和空間分辨率、儀器名稱、數(shù)據(jù)投影信息等特色鮮明的專門元數(shù)據(jù)，可以有效減輕國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)壓力。此外，國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心匯集大量遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，支持遙感數(shù)據(jù)治理和服務；國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心擁有實時同化預測系統(tǒng)、國家生態(tài)系統(tǒng)評估綜合集成平臺、中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯模擬平臺等一系列生態(tài)系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)公共服務與分析平臺，以及獨有的全國野外站監(jiān)測數(shù)字系統(tǒng)，能夠展現(xiàn)更多實時數(shù)據(jù)，有助于從不同視角完善黃河流域相關科學數(shù)據(jù)資源，更好地實現(xiàn)跨平臺、跨學科的數(shù)據(jù)流通，提供更多數(shù)據(jù)應用與分析服務。

4 國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型應用

黃河流域生態(tài)保護與治理作為推進我國生態(tài)文明建設的重要方面，事關沿黃人民的切身利益和我國經(jīng)濟社會發(fā)展全局。基于元數(shù)據(jù)的國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，充分匯聚整合多源數(shù)據(jù)資源，可實際應用于黃河流域的生態(tài)保護與修復，通過完善自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù)、提升流域內災害防控與應急能力、助力生態(tài)修復工程實施、建立一體化生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)4個方面，為其生態(tài)治理與修復提供數(shù)據(jù)支持，從治理與防控兩個角度綜合解決黃河流域的生態(tài)問題，提高黃河流域治理的科學性和有效性。

4.1 完善自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù)

黃河是我國的第二長河，流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、陜西、河南、山東9個省（自治區(qū)），覆蓋面積廣闊，流域內資源豐富，若要進行流域生態(tài)保護和治理先要了解流域范圍內自然資源的分布情況。利用國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心的資源科學數(shù)據(jù)（如水資源、農(nóng)業(yè)資源、生物資源、基礎地理數(shù)據(jù)、地形地貌數(shù)據(jù)等），國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心的濕地分布、土地資源、植被資源等數(shù)據(jù)集，疊加國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心的全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，進一步明確黃河流域灘區(qū)邊界，摸清流域內林草、濕地、荒漠等自然資源空間分布情況，完善黃河流域自然資源三維立體“一張圖”，精準確定林草等自然資源保護和監(jiān)測范圍邊界（見圖2）。

圖2 自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù)關聯(lián)可視化

以基礎地理數(shù)據(jù)為例，完善該類數(shù)據(jù)可關聯(lián)至國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心，如黃河下游河道1∶10萬基礎地理數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集包含黃河下游區(qū)域的基礎地理要素，包括鐵路、公路和大車路等道路要素，河流、渠道、大堤、生產(chǎn)堤、工程險工、大斷面等線狀地物，水域和居民地等面狀要素，省界與縣市界，閘門、虹吸、提灌站、公里樁等水利建筑設施。國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心也提供基礎地理數(shù)據(jù)，如2020年黃河流域矢量范圍數(shù)據(jù)，通過流域邊界的提取，可以劃定土壤侵蝕及非點源污染的遷移范圍，可用于黃河流域土壤風蝕時空動態(tài)評價、生態(tài)環(huán)境質量評價等方面研究。此外，可針對林草、水文等重要資源持續(xù)開展專題監(jiān)測，形成季度監(jiān)測成果，及時掌握自然資源動態(tài)變化情況，完善黃河流域自然資源綜合監(jiān)測體系，為黃河流域的資源空間規(guī)劃、生態(tài)治理和修復等工程提供基礎數(shù)據(jù)支持。

4.2 提升流域內災害防控與應急能力

黃河流域生態(tài)環(huán)境脆弱，災害頻發(fā)。做好黃河流域內洪水、森林火災等災害的防控應急措施工作，可以有效遏制流域生態(tài)的急劇惡化。充分調動國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心的自然災害數(shù)據(jù)、大氣質量數(shù)據(jù)、山洪風險專題等數(shù)據(jù)，同時可依據(jù)災害主題關聯(lián)專題相關數(shù)據(jù)集，如國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心擁有各地森林火災數(shù)據(jù)庫、國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心提供夏季中國洪澇災害數(shù)據(jù)專題服務等。同時諸多數(shù)據(jù)中心提供“防災減災”數(shù)據(jù)服務，如國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心的抗旱減災保產(chǎn)實驗數(shù)據(jù)、新品種抗旱試驗數(shù)據(jù)庫等，可為抗旱減災工作提供數(shù)據(jù)支持。國家氣象科學數(shù)據(jù)中心提供一系列氣象專題，如暴雨、干旱、臺風等氣象災害專題數(shù)據(jù)，可以了解黃河流域歷年來多發(fā)的災害類型、時間、地點、原因及影響等，以此為依據(jù)有針對性地制定災害防控與應急措施。國家氣象科學數(shù)據(jù)中心擁有的氣象預警專題，基于WebGIS，發(fā)布大風、雷電、寒潮、干早、冰雹等近20種自然災害，同時，預警展示中結合了實況預報數(shù)據(jù)，對預警相關氣象要素的動態(tài)進行綜合展示，便于有關部門提前布置災害防控措施，有效降低災害產(chǎn)生的惡劣影響，減少損失。國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心具有全生命周期的遙感數(shù)據(jù)治理和服務技術體系，可充分利用其建設的對地觀測科學數(shù)據(jù)共享資源庫中環(huán)境減災遙感衛(wèi)星資源，提升災害風險預警能力，加強災害風險評估和隱患排查治理，提高災害應急能力。

以預防洪澇災害為例，國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心設立了山洪風險專題、中國2020年夏季洪澇救災專題，國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心收集了2000—2020年黃河流域1千米降水數(shù)據(jù)、2021年河南特大暴雨災害數(shù)據(jù)，同時提供2022年夏季中國洪澇災害數(shù)據(jù)專題服務，國家氣象科學數(shù)據(jù)中心集齊暴雨災害專題數(shù)據(jù)、中國近百年降水專題數(shù)據(jù)集，可以此分析降水年際變化，確定洪澇多發(fā)地區(qū)與時間，再結合其中心可視化平臺的降水實況資料和氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，精準開展高風險、高影響地區(qū)的綜合監(jiān)測和災害預警，提升洪澇災害預警的準確性以及時效性。

4.3 助力生態(tài)修復工程實施

隨著國家生態(tài)文明建設的發(fā)展，一系列重大生態(tài)保護修復工程陸續(xù)實施?？茖W實施生態(tài)修復，有助于提高我國生態(tài)系統(tǒng)的質量與穩(wěn)定性，筑牢國家生態(tài)安全?？山Y合國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心建設的國家生態(tài)系統(tǒng)評估綜合集成平臺、生態(tài)水文數(shù)據(jù)、生態(tài)系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)等，國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心的土壤風蝕、水土流失、土地利用等數(shù)據(jù)，國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心的植被數(shù)據(jù)和退耕還林工程數(shù)據(jù)，排查重要水系阻隔、水土流失、濕地退化等問題，梳理當前黃河流域生態(tài)治理的現(xiàn)狀。還可利用國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心的全國野外站監(jiān)測數(shù)字大屏展示系統(tǒng)來實時瀏覽各生態(tài)站監(jiān)測活動、獲取監(jiān)測指標數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)污染水質、破壞岸線、侵占河道等行為。又能借鑒國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心的環(huán)境退化及保護數(shù)據(jù)、環(huán)境污染及治理數(shù)據(jù)、黃河口濕地微地形修復實驗數(shù)據(jù)等對生態(tài)修復有啟示作用的數(shù)據(jù)集可分流域、分省市有針對性地制定生態(tài)保護和修復方案，并及時跟蹤后續(xù)修復進程及效果。

4.4 建立一體化生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)

生態(tài)環(huán)境保護的數(shù)字化轉型需要綜合管理數(shù)據(jù)資源，推動跨平臺、跨學科、跨領域協(xié)同合作，全面提升生態(tài)資源服務數(shù)字化、智能化水平，充分釋放數(shù)據(jù)要素價值。國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心整合了衛(wèi)星影像、雷達影像、地物波譜等遙感數(shù)據(jù)；國家氣象科學數(shù)據(jù)中心的氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣象預警專題可提供氣象實況資料；國家對地觀測科學數(shù)據(jù)中心具有全生命周期的遙感數(shù)據(jù)治理和服務技術體系、中國遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)統(tǒng)一檢索平臺；國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心擁有全國野外站監(jiān)測數(shù)字大屏展示系統(tǒng)，同時建成先進的生態(tài)系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)公共服務與分析平臺，如實時同化預測系統(tǒng)、國家生態(tài)系統(tǒng)評估綜合集成平臺、中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯模擬平臺；國家農(nóng)業(yè)科學數(shù)據(jù)中心建設有國家農(nóng)業(yè)科學觀測數(shù)據(jù)可視化平臺；國家林業(yè)和草原科學數(shù)據(jù)中心提供空間數(shù)據(jù)展示服務、生態(tài)站定位觀測數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)。國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型整合多源數(shù)據(jù)資源，支持構建一體化生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測平臺，打造生態(tài)環(huán)境綜合管理數(shù)字平臺，致力于相關數(shù)據(jù)資源的全局規(guī)劃、智能檢索、高效共享和協(xié)同服務建設，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測一體化、數(shù)據(jù)服務一站式，提供生態(tài)系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享、分析應用等服務，充分發(fā)揮我國長期生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)價值。

5 總結與展望

科學數(shù)據(jù)作為國家戰(zhàn)略科技資源，在支撐創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略實施，推動經(jīng)濟體系優(yōu)化升級和促進產(chǎn)業(yè)融合，抗擊疫情保障民生和推進生態(tài)文明建設等方面的作用更加凸顯[29]。國家科學數(shù)據(jù)中心作為我國科學數(shù)據(jù)管理與應用、開放與共享的重要載體，為相關學科領域發(fā)展、團體研究、項目實施等提供科學數(shù)據(jù)資源與服務。

黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障和重要的經(jīng)濟地帶，在我國經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全方面占據(jù)十分重要的地位。本文以黃河流域專題數(shù)據(jù)為基礎，以元數(shù)據(jù)為切入點，探尋各國家科學數(shù)據(jù)中心間的關聯(lián)關系，通過構建國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，為黃河流域生態(tài)保護與高質量發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。最后將理論研究應用到實踐探索中，運用關聯(lián)模型從完善自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù)、提升流域內災害防控與應急能力、助力生態(tài)修復工程實施、建立一體化生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)4個方面解決黃河流域的生態(tài)保護與治理修復問題，有助于保障黃河長治久安、促進全流域高質量發(fā)展。同時，為科研人員高效利用國家科學數(shù)據(jù)共享平臺提供理論范式和實踐參考，著力解決當前各國家科學數(shù)據(jù)中心間數(shù)據(jù)資源存在的通用性低、互操作差等問題。

本文在國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型構建研究過程中，以黃河流域專題數(shù)據(jù)為基礎，只選取了6個與其密切相關的國家科學數(shù)據(jù)中心，通過專題已有的8個元數(shù)據(jù)進行關聯(lián)模型構建，或許存在一定不足，但也有進一步提升的可能性。國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型研究未來可以從以下幾個方面進一步深入。第一，國家科技基礎條件平臺建設有20個國家科學數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)資源豐富，涉及學科領域廣泛，可以繼續(xù)關聯(lián)更多數(shù)據(jù)中心，如國家冰川凍土沙漠科學數(shù)據(jù)中心、國家微生物科學數(shù)據(jù)中心等。除此以外，一些科研機構、高校建立的數(shù)據(jù)中心或數(shù)據(jù)庫也可納入統(tǒng)一考慮的范疇，進一步拓展數(shù)據(jù)資源。第二，還要擴展更多的關聯(lián)元數(shù)據(jù)，豐富元數(shù)據(jù)種類，編制核心元數(shù)據(jù)目錄，區(qū)分通用核心元數(shù)據(jù)和專題擴展元數(shù)據(jù)，規(guī)范數(shù)據(jù)中心元數(shù)據(jù)標準，提高關聯(lián)模型的適用性和擴展性，更好地解決科學數(shù)據(jù)中心間數(shù)據(jù)資源存在的通用性低、互操作差的問題。第三，國家科學數(shù)據(jù)中心關聯(lián)模型，需要創(chuàng)新數(shù)據(jù)管理機制、深化數(shù)據(jù)高效共享、促進數(shù)據(jù)有序開發(fā)利用，不斷完善開放共享的數(shù)據(jù)資源體系，真正實現(xiàn)跨機構、跨學科、跨領域的互通共享，充分挖掘科學數(shù)據(jù)的潛在價值，推動科技創(chuàng)新發(fā)展。