鵬城實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)智能部云腦使能所所長(zhǎng)張偉：新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施賦能新疆新發(fā)展

張 偉鵬城實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)智能部云腦使能所所長(zhǎng)

水是新疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的命脈，做好水利工作對(duì)于保障水安全、保持生態(tài)穩(wěn)定性、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展、保障和改善民生等具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

鵬城實(shí)驗(yàn)室作為網(wǎng)絡(luò)通信國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，致力于構(gòu)建信息領(lǐng)域基礎(chǔ)設(shè)施，希望用網(wǎng)絡(luò)智能系統(tǒng)高效協(xié)同物理空間、信息空間與社會(huì)空間的資源，協(xié)助新疆解決復(fù)雜的水問(wèn)題，研究水發(fā)展、水安全戰(zhàn)略規(guī)劃，統(tǒng)籌做好節(jié)水蓄水調(diào)水工作，提高水資源高效配置合理利用水平，為新疆水利高質(zhì)量發(fā)展出謀劃策。

一、人工智能技術(shù)系統(tǒng)研究的最新進(jìn)展

過(guò)去的信息化主要是利用信息論和控制論構(gòu)建系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，控制的要素越來(lái)越多，原有的理論難以滿(mǎn)足智慧應(yīng)用需要，人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展填補(bǔ)了這一空缺。

人工智能的演進(jìn)，是從硬件算力、計(jì)算框架、數(shù)據(jù)集入手，初步形成AI計(jì)算方法完成各模塊能力。應(yīng)用算法模型從“感知智能”到“認(rèn)知智能”“系統(tǒng)智能”，與行業(yè)結(jié)合形成應(yīng)用系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)能力的不斷演進(jìn)，未來(lái)人工智能會(huì)像“云”一樣，在任何需要的場(chǎng)景提供智慧化服務(wù)。

人工智能正在引發(fā)科研范式變革。歷史上，第一范式為實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)，是對(duì)自然規(guī)律現(xiàn)象加以總結(jié)；第二范式為理論推導(dǎo)，是通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)規(guī)律；第三范式為仿真模擬，是通過(guò)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象的模擬開(kāi)展科學(xué)研究；第四范式是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的數(shù)據(jù)密集型研究范式；當(dāng)前人工智能觸發(fā)第五科研范式形成，其特點(diǎn)是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和知識(shí)引導(dǎo)相結(jié)合的研究方式充分發(fā)揮該領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，帶動(dòng)學(xué)科產(chǎn)生新突破。

圖1人工智能背景下的科研范式

鵬城實(shí)驗(yàn)室的科研工作推動(dòng)人工智能系統(tǒng)演進(jìn)發(fā)展：構(gòu)建算力系統(tǒng)，鏈接超算設(shè)備形成全國(guó)分布的可調(diào)度算力網(wǎng)；在算力系統(tǒng)基礎(chǔ)上，構(gòu)建類(lèi)腦混合計(jì)算框架；構(gòu)建高質(zhì)量學(xué)科數(shù)據(jù)集；研發(fā)人工智能引擎與工具；通過(guò)動(dòng)態(tài)復(fù)雜評(píng)價(jià)體系實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自進(jìn)化。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建開(kāi)源共享共建社區(qū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與算法共享，推進(jìn)領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新，真正帶動(dòng)人工智能解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題（見(jiàn)圖1）。

在實(shí)際應(yīng)用中，基于系統(tǒng)制作數(shù)據(jù)集，構(gòu)建學(xué)科知識(shí)圖譜，形成大模型，使其在每一個(gè)新的應(yīng)用場(chǎng)景都可以快速生成處理工具，加載到智能端設(shè)備中賦予場(chǎng)景智能，讓所有研究者能夠在場(chǎng)景中快速發(fā)揮專(zhuān)業(yè)知識(shí)，做各自領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)判斷，真正把人工智能系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。這一系統(tǒng)將原本離散的算力、算法和數(shù)據(jù)構(gòu)建為閉環(huán)系統(tǒng)，能夠?yàn)榭蒲泄ぷ髡吆皖I(lǐng)域?qū)＜姨峁┓?wù)。

圖2智慧水務(wù)示意圖

二、新型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施賦能新疆水利發(fā)展的思考

水利是新疆發(fā)展的關(guān)鍵要素，不僅影響到新疆的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、內(nèi)地的生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更涉及新疆與中亞的協(xié)同發(fā)展。解決用水問(wèn)題是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的先決條件，配合建設(shè)信息基礎(chǔ)設(shè)施將進(jìn)一步提升水資源使用效率，充分發(fā)揮水資源價(jià)值。我們?cè)诓荚O(shè)物理水網(wǎng)的同時(shí)，也需要架設(shè)配套的數(shù)字系統(tǒng)——新疆水資源數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，積累運(yùn)算數(shù)據(jù)，使得對(duì)水資源的調(diào)配不僅僅在物理空間延展，更要從時(shí)間、空間、經(jīng)濟(jì)等多個(gè)維度進(jìn)行綜合分析，以實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。

當(dāng)前的流域管理，是水利部門(mén)通過(guò)信息化的手段精細(xì)化地管理運(yùn)轉(zhuǎn)水利設(shè)施，但這種管理仍屬中觀(guān)層面管理。若能在微觀(guān)方面加強(qiáng)對(duì)工程部件的精細(xì)化管理，在宏觀(guān)層面加強(qiáng)對(duì)流域周邊生態(tài)與經(jīng)濟(jì)環(huán)境的綜合分析判斷，最終實(shí)現(xiàn)“微觀(guān)可控，中觀(guān)可管，宏觀(guān)可判”的能力建設(shè)，則能借助數(shù)字平臺(tái)大幅提升流域管理質(zhì)量與效率。

圖3人工智能數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施鏈接自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)

結(jié)合數(shù)字平臺(tái)進(jìn)行河流湖泊的可持續(xù)發(fā)展研究，形成多領(lǐng)域協(xié)同，能更好地推動(dòng)整個(gè)管理體系的系統(tǒng)升級(jí)，不僅在水資源管理方面，更在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、防災(zāi)減災(zāi)、能源和礦產(chǎn)資源管理、糧食安全與可持續(xù)農(nóng)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施和交通系統(tǒng)管理、城鄉(xiāng)可持續(xù)發(fā)展等方面提供決策支撐（見(jiàn)圖2、圖3）。

新疆水資源數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施作為新型基礎(chǔ)設(shè)施，將為新疆高質(zhì)量發(fā)展賦能：

一是持續(xù)研究，形成協(xié)同科研創(chuàng)新研究新范式。在水域?qū)\生平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)上，提供經(jīng)濟(jì)與環(huán)境服務(wù)；匯集互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)信息，構(gòu)建信息交流渠道，推動(dòng)研究發(fā)展。

二是拓展應(yīng)用，輻射水、碳、城市等應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn)研究新疆水循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程與農(nóng)業(yè)水資源高效利用，并針對(duì)新疆豐富的光能源和風(fēng)能源，開(kāi)展碳循環(huán)評(píng)估研究。

三是協(xié)同發(fā)展，為“一帶一路”經(jīng)濟(jì)提供公共服務(wù)。研究分時(shí)分域的資源管理與調(diào)配，促進(jìn)中亞地區(qū)自然資源的合理使用，推動(dòng)“一帶一路”經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 ■