目錄
前言
**章 開放科學數據發展概述 1
1.1 科學大數據與地球大數據 2
1.2 開放科學數據的國內外發展態勢 2
1.2.1 開放數據的政策體繫 2
1.2.2 開放數據的責任主體 5
1.2.3 開放數據的模式實踐 5
1.3 地球大數據科學工程研究概述 7
1.3.1 研究背景 7
1.3.2 研究意義 8
參考文獻 9
第二章 地球大數據科學工程的數據資源規劃 11
2.1 對地觀測數據 13
2.2 地理資源數據 18
2.3 生態繫統地面觀測數據 22
2.4 生物多樣性與生態安全數據 25
2.5 大氣數據 29
2.6 海洋數據 32
2.7 固體地球科學數據 35
2.8 三極區域集成數據 39
2.9 “一帶一路”區域集成數據 41
2.10 聯合國可持續發展目標實現支撐數據 42
參考文獻 44
第三章 地球大數據科學工程的數據共享體繫 47
3.1 數據開放共享的基本原則 48
3.2 數據共享政策與保障機制 49
3.2.1 組織保障 49
3.2.2 制度保障 49
3.2.3 責任落實 49
3.2.4 監督評估機制 49
3.2.5 激勵機制 50
3.2.6 長期服務機制 50
3.2.7 數據標準規範研制 50
3.2.8 鼓勵出版與引用數據 50
3.3 數據共享基礎設施建設 51
3.3.1 平臺建設服務能力 51
3.3.2 平臺典型應用場景 51
3.4 數據標準規範的研制 53
3.4.1數據標準規範 53
3.4.2 主要領域數據管理規範 55
3.5 數據資源的質量控制 63
3.6 數據資源管理關鍵技術研發 64
3.6.1 數據存儲關鍵技術 64
3.6.2 數據分析關鍵技術 65
3.6.3 數據融合關鍵技術 65
3.6.4 數據共享關鍵技術 66
3.6.5 多流程數據管理技術 66
參考文獻 67
第四章 地球大數據開放共享進展 71
4.1 專項2018年度數據資源建設年度進展 72
4.1.1 衛星數據 72
4.1.2 野外觀測臺站數據 72
4.1.3 數字“一帶一路” 72
4.1.4 全景美麗中國 73
4.1.5 生物多樣性與生態安全 73
4.1.6 三維信息海洋 73
4.1.7 時空三極環境 74
4.1.8 數字地球科學平臺 74
4.2 數據資源彙聚與共享服務進展 74
4.3 年度數據服務案例選編 77
4.3.1 數據資源全力支持科學研究 77
4.3.2 領域應用助力社會建設與發展 79
4.3.3 數據網絡提升國際合作成果凝練 81
4.3.4 共享模式探索加速數據流動 83
參考文獻 85
第五章 總結與展望 87
5.1 盤活數據資產價值，實現數據資源持續增值與深化應用 88
5.2 堅定“數據—知識—服務”主線，提升數據工程建設水平 88
5.3 加強數據治理體繫建設，夯實地球大數據共享的基礎 89
5.4 創新數據服務模式，促進學科交叉、知識發現和應用 90
5.5 堅持制度和技術並重，構建良好的數據共享環境 91
參考文獻 91
附錄 95
附錄1 地球科學大數據工程分項目概覽 96
附錄2 地球大數據科學工程災備技術參數 97
附錄3 科學數數據標準 98
附錄4 DataBank全球遙感影像地理格網及其產品規範 123
附錄5 地球大數據工程數據質量情況審核表 142
附錄6 地球大數據科學工程專項簡介 146

**章 開放科學數據發展概述
1.1 科學大數據與地球大數據
科學大數據，正在成為科學發現的新型驅動力，並逐步引起有關國家和科技界的高度重視。歐盟提出的“科學是一項全球性事業，而科研數據是全球資產”理念、國際組織聯合發布的“大數據環境下開放數據的協議”、美國提出的“通過國際科技合作促進政府資助項目科學數據開放共享的原則”、英國啟動的“數據科研之春”計劃、加拿大實施的“三大資助機構關於數字化數據管理原則”等，均聚焦從海量和復雜數據中獲取知識的能力，深入研究基於大數據價值鏈的創新機制，倡導大數據驅動的科學發現模式。大數據的影響已觸及自然科學、人文社會科學和工程科學的各個研究領域，領域大數據研究中心陸續成立。
地球大數據是一種典型的科學大數據，是具有空間屬性的地球科學領域大數據，數據來源涵蓋空間對地觀測數據，陸地、海洋、大氣及與其他人類活動數據（郭華東，2018a）。地球大數據具有海量、多源、多時相、異構、多尺度、非平穩等大數據的基本特征，同時具有很強的時空關聯和物理關聯。地球大數據的諸多特征對地球科學的學科建設發展起到重大推動作用，同時面向社會環境、資源、災害等廣泛領域具有重要的科研和經濟社會價值（郭華東，2018b）。
以下，將簡要介紹開放科學數據的國內外發展態勢。在此基礎上，詳細闡釋本書立足地球大數據科學研究的背景與資源，以及相關數據管理、開放共享研究與實踐工作。
1.2 開放科學數據的國內外發展態勢
1.2.1 開放數據的政策體繫
國際上一繫列組織機構發布了面向開放科學、開放數據的相關政策，如經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）的《科研政策獲取原則和指南》（2004年、2007年）、地球觀測組織（Group on Earth Observations，GEO）的《十年數據共享原則》（2005～2015年、2016～2025年）、聯合國教科文組織（United Nations Educational， Scienti.c and Cultural Organization，UNESCO）的《開發和推廣開放獲取政策指南》（2012年）、八國集團（G8）的《開放政府憲章》（2013年）、歐盟的《面向2020開放數據政策》（2014年）及《實施FAIR數據原則》（2017年）。在國家層面，包括要求開放數據“**限制”的英國科研數據共享政策、“完全與開放”的美國研究數據共享政策及我國2018年3月頒布的《科學數據管理辦法》等。部分典型國家、區域的開放科研數據政策詳細介紹如下。
1. 開放數據“**限制”的英國科研數據共享
英國在科學數據共享領域一直走在世界前列。早在2005年6月，英國研究理事會（UK Research Councils，RCUK）發布《英國研究理事會對獲取研究結果的立場聲明》，明確由公共基金支持的研究結果（包括研究數據）應能夠被研究團體和其他人訪問和利用；2011年4月，頒布《英國研究理事會數據政策通用原則》，強調公共資助項目的研究數據應該以*少的限制，及時全面地得到公開利用。此外，在英國，積極探索和落實科學數據開放共享政策的機構還包括英國國際發展部（Department for International Development，DFID）、英國氣像局（UK Meteorological Office，UKMO）、英格蘭高等教育資助理事會（Higher Education Funding Council for England，HEFCE）、英國大學聯合會（Universities UK，UUK）、惠康基金會（Wellcome Trust）、英國醫學研究理事會（Medical Research Council，MRC）及一些英國大學、其他研究機構等（表1.1）。
表1.1英國科學數據開放共享政策
2. “完全與開放”的美國研究數據共享
美國是世界上科學數據擁有量*多且介入科學數據共享管理*早的國家之一。1991年7月，美國總統行政辦公廳科技政策辦公室發布《全球變化研究數據管理政策聲明》，要求實行“完全與開放”的科學數據共享政策。隨著開放獲取、開放科學運動在美國的地球大數據科學工程數據共享藍皮書（2019）崛起與快速發展，一些政府部門、研究資助機構、研究機構與出版機構開始制定相關科學數據開放共享政策（表1.2）。
表1.2美國科學數據開放共享政策
這些探索促使美國科學數據開放共享政策體繫日漸豐滿，從宏觀、中觀、微觀不同維度規範了科學數據的開放共享。這主要包括：①強調公共資助的科學數據應以合法合理的方式實現開放獲取與共享；②要求制定科學數據管理計劃，對科學數據的開放獲取進行明確規劃；③要求利用開放獲取機構知識庫實現科學數據的長期保存；④要求評估科學數據的保存與利用績效；⑤要求提高科學數據的訪問和互操作性；⑥明確科學數據開放獲取的時間安排或時滯。
“完全與開放”的科學數據共享政策，使得曾一度各自為政的數據管理邁入有序運作的軌道，科學家從抱怨得不到數據走向數據共享，科學數據的開發水平和開發能力逐步提高，惠及地球科學、生命科學、材料科學等各個領域，也極大地刺激了美國經濟的發展。
3. 盟開放數據
“面向歐盟2020願景的開放科研數據先行計劃”，明確了開放獲取的定義，倡議以科學數據開放共享作為默認狀態，同時對例外事項進行了明確。據歐洲開放數據門戶的數據顯示，截至2018年1月，28個歐盟國家中，已有比利時、塞浦路斯、捷克、丹麥、芬蘭、法國、德國、立陶宛、荷蘭、葡萄牙、斯洛文尼亞、西班牙、英國13個國家頒布了明確的開放科學與科研數據的政策；另有瑞典等11個活躍國家雖然暫未頒布***開放科學、開放數據政策。為了更進一步了解歐洲開放數據建設和發展情況，面向歐洲開放數據成熟度評價的國家評價從政策、門戶、影響力、質量等方面展開，為更好地評估科學數據管理與開放的國家實踐提供了現實評價方案。歐洲開放科學雲框架的建設及FAIR數據生態環境的營建（Wilkinson et al.，2016）則將開放數據政策落在實處。
1.2.2 開放數據的責任主體
開放科學數據的責任主體包括國家、機構與科學家個人，而要真正推動開放數據走向成熟、使之融入科研共同體成為一類流行文化，則需要更廣範圍內利益相關者的共同努力。《大數據時代的數據開放（國際協定）》（Science International，2015）明確提出科學數據開放共享的十二條原則，並對科學工作者、研究機構和大學、出版商、資助機構、專業協會、學術團體和機構及圖書館、檔案館和存儲庫七大類相關利益者代表的權責進行了明確規範。
此外，國際與區域組織、國家及其行政機關等也是推動開放科學數據在更廣泛範圍內流動不可或缺的參與力量。
1.2.3 開放數據的模式實踐
1. 按工作內容性質分
1）科學裝置共享模式
科學裝置是現代諸多領域取得重大突破的必要條件，以500m 口徑球面射電望遠鏡、北京正負電子對撞機、中國散列中子源等為代表的大型儀器設備及工程，源源不斷生產和捕獲超大規模數據資源以支持長期持續的科學技術活動（吳軍，2016）。因研究目標宏大、研究問題復雜、研究成本高昂等，科學裝置通常根據研究任務而產生原始數據，而後將原始數據和粗加工數據存儲到指定的數據中心或服務繫統。根據科學裝置中數據的開放時限，可以將此類數據共享分為即時共享和延時共享兩種。
2）監測網絡共享模式
探測儀器、物聯網設備等傳感器網絡的持續監測促進了科學數據的快速積累。監測網絡體繫龐大，參與數據資源收割、開放與服務的節點既相互聯結，又自成體繫，如總中心-分中心模式。以國家生態繫統觀測研究網絡為例，該網絡建立了分布式的野外臺站，2000年後共集成6.12GB 聯網動態監測數據、全國氣候值空間分布數據20GB、陸地生態繫統碳量循環監測數據約2300GB（國家科技基礎條件平臺中心，2016）。
3）數據平臺共享模式
專業數據平臺為海量數據的存儲和處理，尤其數據融合與數據傳輸共享等提供高效綜合解決方案，為此，越來越多的科學數據開放平臺日趨流行，如中國科學院數據雲、組學原始數據歸檔繫統（GSA）、地理空間數據雲（GSCloud），哈佛大學的Dataverse，北京大學圖書館的開放研究數據平臺等。
4）數據聯邦共享模式
數據聯邦通過多源數據融合提供統一資源服務（黃永文，2005）。聯邦內各獨立自治，同時通過一定的互惠合作實現更大規模的數據整合與共享。這在國際或區域範圍內的數據組織中流行，如世界數據中心的數據網絡等。
5）數據出版共享模式
數據出版指在數據發布過程中遵循數據質量管理和控制流程，使數據達到可發現、可獲取、可互操作、可重用狀態，從而實現數據增值（黃國彬等，2018）。例如，Nature Scienti.c Data、Earth System Science Data、中國數據科學、全球變化科學研究數據出版繫統、Big Earth Data 等平臺科學數據的開放共享與規範引用。
6）數據交易共享模式
數據交易，為數據經濟價值實現提供媒介。根據交易對像，又可以進一步分為數據產品模式（如出售經過加工的數據集）、知識產品模式。根據數據所有者的組織形式，數據交易平臺又可以分為數據專賣店和數據集市兩種（李成贊等，2017），數據專賣店是指由集成化、統一化的單一主體提供單領域數據，如遙感集市（遙感數據）、錢塘大數據交易中心（工業數據）、百度APIStore（API接口數據）等數據交易平臺；數據集市則為供需雙方提供了交易場所，用戶自主進行交互共享，如發源地、數糧等數據交易平臺。
2. 按組織機構形式分
依托組織結構的不同形式，開放數據的模式探索又可分為國家政策驅動模式、部門交互模式、企業驅動模式、國際數據網絡模式等。
1）政策驅動模式
美國是國家政策驅動模式的典型代表。根據投資來源的不同，政府嚴格區分兩種不同的數據共享機制。其中，政府擁有、生產和資助生產的數據納入“完全與開放”的共享機制中，即除涉及危害國家安全、影響政府政務和公務員個人隱私的數據外，其他都必須公開。國有科學數據由國家統籌規劃數據共享機制與體繫，提供數據共享工作預算