测绘新青年•乐鹏｜十八载科研路,幸运与压力并存

【人物名片】乐鹏，武汉大学遥感信息工程学院教授，博士生导师。国家青拔，国家优青，青年长江，教育部“新世纪优秀人才”等。湖北省空间信息智能处理工程技术研究中心主任、地理空间信息与位置服务研究所所长。

【研究方向】从事地理信息系统平台软件、网络地理信息与位置智能服务、空间数据库、高性能地理计算的研究。

       乐鹏的18载地理信息科研路得从2000年算起，这一年，他的科研之路从大地测量转向地理信息。这个方向的转变，说到底是因为他对计算机信息技术的念念不忘。

       这一转，也成就了一份他与龚健雅院士和狄黎平教授的美好师生情。

       乐鹏是幸运的，不仅遇上了好老师，还能在测绘地理信息领域国内甚至国际最好的平台实现自己的科研抱负，并得到了单位领导和同事同行的大力支持与鼓励；乐鹏也是倍感压力的，从助教升为教授只用了4年，老师和同事们的鼓励使他不许有丝毫懈怠，只能做到更好。

       无论是幸运，还是压力，都离不开踏踏实实的努力，因为他并不是一个“天才大脑”。乐鹏时常告诫自己：明确自己的目标，找到适合自己的发展方向，然后坚持走下去。从结果来看，他找到了这条路。

既然来了就安心做

       1996年，高三的乐鹏目标很明确，报考志愿几乎全是计算机相关专业。没有想到的是，对计算机专业心心念念的他最后没能直接进入计算机信息技术领域，而被武汉测绘科技大学（2000年并入武汉大学，下称武测）调剂到大地测量专业，进入地学测量工程学院（2001年更名为测绘学院）就读。

        头一年的专业学习难免有些情绪，但是深入了解后，他越发感受到测绘学科的特色优势。“测绘学科有着光荣的历史与文化传承，测绘领域的院士们把学科建设已经做到很强，而且极大丰富了学科的内容，我们可以在这个平台上得到很大的提升。”思想转变后的乐鹏开始有了自己的目标，在本科期间刻苦钻研专业知识，打好了专业基础。

        四年后，如何选择硕士研究方向成为了乐鹏深入思考的问题。“我依然对计算机信息技术感兴趣。”在求学的十字路口，乐鹏看到了地理信息方向，“这个方向刚好结合计算机信息技术”。由于出色的专业成绩，乐鹏得到了龚健雅院士和夏林元教授的合作培养和悉心指导，从而进一步学习地理信息和大地测量两个专业方向知识。2000年，乐鹏进入武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室（下称重点实验室）进行硕士阶段学习，并在重点实验室的产学研平台——武大吉奥信息技术有限公司（下称武大吉奥），从事组件式GIS软件平台研究。

        “上世纪60年代开始出现GIS，到2000年初正是组件式GIS的兴起阶段。”可以说，乐鹏赶上了国内GIS兴起的时候，终于可以实现高中时代的梦想了。为了培养自己的动手能力，这一干又是四年。“从硕士到博士一年级，我一直在武大吉奥研发部从最底层GIS核心模块做起，先后做过几何对象模块、空间投影模块、制图符号模块、空间分析与网络分析模块、空间数据库引擎模块的编程与开发。”

       2004年雅典奥运会盛大开幕，中国运动员刘翔以12秒91在世界田坛上跑出了中国速度，而此时的乐鹏无暇观看这一体育盛事。关于自己科研生涯的发展问题，他思来想去：除了培养动手能力，如何拓展前沿的科研探索能力？几番思考后，他决定“走出去”。在此之前，他已经参加美国研究生入学考试（GRE）和托福英语考试。

       龚健雅院士得知乐鹏出国深造的想法后，把他推荐给当时正在重点实验室担任客座教授的美国乔治-梅森大学教授狄黎平，于是他成为龚健雅院士和狄黎平教授合作培养的第一位博士。“狄黎平教授是美国地理信息领域知名华人学者，他尤其关心和支持国内地理信息产学研发展，曾任美国地理信息标准委员会主席，并大力推动了中国地理信息标准国际化进程。” 

       在美国，乐鹏就在狄黎平教授的团队进行前沿地理信息领域科研探索。“我刚去的时候，狄老师恰好成功申请了美国国家地理空间情报局（NGA）项目，这三年一直在这个项目上进行关键技术攻关。”他坦言，在国际地理信息前沿的科研平台做科研探索“很辛苦”，前期的攻关几乎“没有现成路子可走”，需要不停地去思考和尝试，才可能找到比较可行的途径，所以在美国博士三年，他的研究成果并不多。现在来看，三年结束时发出的第一篇SCI文章，反而是他所有文章里引用最高的一篇，而许多国际地理信息同行学者也正是因为这篇论文认识了乐鹏。

走得快，却倍感压力

       如果说国内四年研究生学业培养了乐鹏地理信息软件开发能力，那么后来美国深造的三年则锻炼了他前沿科研探索和独立承担项目的能力。于是，拥有开发和探索能力优势的乐鹏，在2007年回武测进行博士论文答辩结束后，被龚健雅院士邀请留校任教。“那时候留校程序没现在复杂，虽然我的论文数量有些单薄，但龚老师亲自向学校有关部门说明，解决了我的留校问题。”

       乐鹏留下来了，在重点实验室担任助教。有人说“越努力越幸运”，他就属于这类努力而幸运的人。2007年底，乐鹏任重点实验室讲师，一年后破格提任副教授，三年后任教授，2015年调任遥感信息工程学院。在别人看来他“走得很快”，殊不知这种“快”也让他一直倍感压力。在工作上，这种压力让乐鹏丝毫不敢懈怠。在重点实验室的平台上，他继续从事国产GIS平台软件开发工作，并先后完成了国家电网GIS服务平台和跨平台GIS内核项目的研发。

       在前沿科研探索方面，乐鹏进行语义支持的空间信息智能服务关键技术研究，他笑言：“这其实算早期的地理人工智能了。”这种智能服务可以实现网络环境下自动数据查找和数据预处理，降低用户在准备数据上所花费的时间，使用户专注于应用模型和空间信息处理流程的构建，并自动构建空间信息处理流程以实现从数据、信息到知识的自动转换。“这一块我们起步比较早，国际同行都比较认可我们。”

       近十年来，随着新一代信息基础设施技术的发展，地理信息在线共享与服务成为地理信息应用的主流。在传感网、物联网、移动互联网等泛在服务环境下，信息来源多样，对于众源地理空间大数据而言，由于溯源信息的缺失，导致难以对大数据的真实性或有效性进行评估。2014年，美国地理信息科学院士Goodchild在公开报告中明确指出，溯源问题是地理空间大数据研究中涌现出来的一个重要议题。

       而在地理信息智能服务中，如何进一步评估智能服务结果的可信度，数据溯源极为重要。看到这样强烈的需求，乐鹏毫不犹豫地开始了数据溯源的研究。

       空间数据溯源记录了时空信息的来源和处理过程，对时空信息追溯与更新、数据监管、科学发现复演、误差传播分析、信任与信誉评估等具有重要意义，在国际上已经成为地球空间信息科学网络基础设施建设的基础问题。在科学研究领域，科学家需要根据溯源信息来判断数据的可靠性，进而决定数据可否用于进一步的科学分析，数据溯源也可辅助提高数据共享和数据处理过程的透明度，保证数据产品的可信度，记录数据处理服务提供者的信誉度，提高科学成果的可再现性。

       谈到数据溯源的重要性，乐鹏举了一个典型案例：1998年，美国宾夕法尼亚州立大学气象学家迈克尔•曼曾在著名国际期刊《Nature》上提出了曲棍球棒形状的曲线，试图通过它来证明人类活动导致全球气温急剧上升。而在2009年首届哥本哈根世界气候大会召开前夕，多位世界顶级气候学家的邮件和文件被黑客公开。这些邮件和文件显示，一些科学家有可能在操纵数据、伪造科学流程来支持他们有关气候变化的说法，其中就有统计学专家指出曲棍球棒形状的曲线把“令人尴尬”的中世纪剔除了，这一时期气温比今天还高，而那是工业革命之前、人类大量排放二氧化碳之前的数百年。为了避免再次出现类似“气候门”事件，“现在美国全球气候变化系统都要求记录数据溯源，加大数据可信度。”

       回国后，乐鹏投身于地理信息领域空间数据溯源研究，并在2011年至2013年兼任美国乔治-梅森大学研究副教授期间，担任美国能源部项目和OGC第九阶段互操作试验空间数据溯源服务等技术负责人。他认为一个基于标准的空间数据溯源模型是实现数据产品间时空溯源信息共享的基础，分布式环境下空间数据溯源的分层思想和时空溯源信息粒度理论，为空间数据溯源系统的设计提供了科学依据。

       十年来，在地理信息共享服务基础理论和方法的不懈钻研，让乐鹏在国际上崭露头角，相继兼任IEEE地球科学与遥感协会（GRSS）地球信息科学委员会主席，国际开放地理信息联盟（OGC）中国论坛主席，国际摄影测量与遥感协会（ISPRS）第六委员会秘书等职务。

从学科交叉融合中打开思路

        在学术科研上，乐鹏并不是“天才大脑”，同样会遇到各种数不尽的问题和挑战。他坦言“做科研很多时候找不到现成的路子，最有效的办法就是不停学习，通过学科交叉融合来打开自己的思路。”

       在早期从事语义研究期间，乐鹏就开始思考如何寻找计算机领域和地理信息领域这两套规范之间的融合点？如何在计算机领域添加地理信息的东西来扩展信息领域，并形成一种扩展机制？地理信息领域的运转机制又如何融入主流计算机技术领域？

        在当下的互联网大数据时代，传统科学研究思路会被颠覆。在这一点上，乐鹏欢迎新技术，并主动深入学习新方法、新知识。在学习了大数据思维后，他一直在琢磨如何把大数据思维运用于地理信息领域的科学研究。“其实大数据时代到来之前也存在海量数据，只是那时候数据采集、分析、计算、深度学习等相关信息技术还没足够成熟，无法支撑现在的大数据研究。”他认为在大数据思维下，研究思路也会发生改变，原来的地理信息研究将走向数据科学，一些经典的理论算法将被数据科学的方法所替代。

       在他牵头IEEE地球信息科学委员会发表的地球数据科学文章中，认为地球数据科学是将数据科学范式应用于地理空间数据的艺术和科学。其内容包括四个方面：第一部分是从人工智能、迁移学习、数学、深度学习等方法中借鉴的地理空间数据分析方法；第二部分是数据生命周期管理，包括数据的采集、监护、存档、溯源等；第三部分是涵盖网络、计算、存储、建模的信息基础设施；第四部分是地理信息标准，实现地理空间大数据的有序利用。

       现在，乐鹏正在进行两大2017年国家重点计划研发项目：一是全球位置服务信息叠加协议与位置服务网技术；二是重特大灾害空天地一体化协同监测应急响应关键技术研究及示范，这两个国家重点研发计划项目的研究思路正是遵循数据科学的思维。

乐鹏展示其研制的重特大灾害应急通讯与信息服务集成平台

       在第一个国家重点研发项目中，龚健雅院士任总负责人，同时也是第四课题——位置感知的信息融合协同计算与服务项目负责人。整个项目的成果将形成聚合泛在位置传感器和海量时空数据，融合互联网、物联网、传感网一体的全球位置服务网；揭示全球“人-物-事”与位置的关联关系；制定全球统一时空框架下的多源动态位置信息的叠加协议与位置编码体系；提供位置关联的时空大数据在线分析与协同服务。

       这与百度地图、滴滴打车等位置服务软件有何不同？乐鹏介绍，这个全球位置服务网不仅支持定位导航，而且进一步融合互联网、物联网和传感网，强调信息多元性和泛在性；第二强调信息挖掘，以位置为核心关联人-事-物。目前，乐鹏所在的团队进行系统的架构设计，并将各个功能模块进行分解和关键技术攻关。3月9日，乐鹏协助龚健雅院士完成该课题汇报工作。

       在第二个国家重点研发项目里，乐鹏承担第三课题——重特大灾害应急通讯与信息服务集成平台研制。他表示，该平台针对重特大灾害面临的实际问题，开展基于任务驱动的灾害应急通讯与导航快速构建、灾害监测与应急响应的协同服务的研究，结合大数据、云计算技术建立灾害大数据运维中心，通过集成灾情数据、处理算子、决策分析模型等，提供集成服务平台，支持灾情统计、灾害评估报告、灾害求援决策等。“这个课题由武汉大学、武大吉奥公司、中山大学、中国卫通集团有限公司和北京师范大学共同参与研发，目前正处在研发设计阶段。”

找准目标和方向，坚持走下去

        从2000年硕士研究生到现在，乐鹏在地理信息服务领域持续耕耘了18年。一路走来，乐鹏时常告诫自己：明确自己的目标，找到适合自己的发展方向，然后坚持走下去。

        “有时候虽然有些项目经费不够，但是做科研应该坚持一个方向，不要轻易去改变。”他觉得青年科技工作者，无论从事横向还是纵向研究，都不要太偏离主攻方向。所以18年来，乐鹏一直围绕地理信息服务方向钻研，到现在他的研究思路已经捋得相对比较顺了。

       作为龚健雅院士和狄黎平教授合作培养的第一名学生，乐鹏从两位导师身上获益良多。在乐鹏心里，龚健雅院士非常顾全大局，从不计较个人利益和得失。“无论是学术科研还是学科发展，都非常专注，只要他认为这个事情非常有意义就会调动各方面资源去推动。”此外，龚健雅院士在培养青年人才上给予充分自由的平台去施展。“很多人都愿意跟龚老师共事，他会鼓励我们去探索和创新。”

乐鹏（中）与团队合照

       在乐鹏眼中，狄黎平教授学术思维非常活跃，给予乐鹏更广阔的国际视野。“跟狄老师在一起，我每天都可以学习到很多新的知识，汲取新的营养，最近狄老师还把地理信息拓展到农业领域进而创造更多跨界研究。”同时，狄黎平教授的家国情怀也让乐鹏深受感动，“狄老师也是从国内走出去的华人学者，骨子里非常关心国家发展，尤其关注和支持国内地理信息发展。”

        “比较遗憾的是，当初跟着夏林元老师没有把大地测量与定位导航抓起来，一心搞GIS软件开发去了，但夏林元老师的实干精神一直影响着我”，“我比较幸运，碰上了好老师和好同事。”乐鹏常说：“要与优秀的人为伍，学会观察和学习他们身上的优点。”这样看来，他是幸运的，虽然一开始没能被计算机专业录取，但是却身处在测绘地理信息领域国内甚至国际最好的平台，与优秀的人长期共事和交流，潜移默化中就认识到自己的定位，知道朝哪个方向去努力。

       说起未来的短期目标，乐鹏笑了笑，因为他知道这时候采访可以结束了，但是回答却一点也没敷衍。首先，他希望位置服务网、灾害应急通讯与信息服务集成平台等系统在接下来几年能投入使用并推广，进而作为湖北省空间信息智能处理工程技术研究中心代表性成果；其次，他的团队在现有基础上集成更多智能服务，包括实现人工智能生成灾害决策报告等，把地理信息技术发挥到极致；最后，他和团队运用自己所学，将加大力度推进地理信息应用智能化发展进程。  

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