قام فريق جامعة تشجيانغ بتطوير نظام Earth Explorer لاستكشاف تطور الزمن العميق/الملامح الجيولوجية/سيناريوهات البحث العلمي وتمكين أبحاث علوم الأرض في الزمن العميق

تركز أبحاث علوم الأرض العميقة على التاريخ الطويل للأرض، واستكشاف عملية التطور الجيولوجي من مليارات السنين إلى الوقت الحاضر. إن نطاق البحث واسع، ويغطي مجالات رئيسية مثل البنية الداخلية للأرض، وتكوين المواد، وتطور الحياة، والتفاعل بين الأرض والبيئة الخارجية. في السنوات الأخيرة، تزايد الطلب على التحليل التفاعلي المكاني الزمني متعدد الأبعاد في طرق تحليل التصور الجيولوجي. أدى التطور السريع لتقنيات مثل البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي والتصوير عالي الدقة إلى توفير فرص تطوير جديدة لتحقيق التوائم الرقمية العميقة للأرض.

في الآونة الأخيرة، في الاجتماع الأكاديمي السنوي لعام 2025 للجنة تحليل النموذج الجغرافي والمعلومات الجغرافية للجمعية الجغرافية الصينية، ألقى تشي جين، وهو باحث متفرغ من فريق البروفيسور دو تشن هونغ في جامعة تشجيانغ،تم تقديم نظام تحليل التصور الزمني العميق (Earth Explorer) في الموضوع الخاص "منصة الابتكار التعاوني Deep Time Earth Crowd Intelligence"، وتم تقديم إنجازات الفريق من ثلاثة جوانب: النظرة العامة الشاملة، وتقدم البحث والتطوير، ونتائج التطبيق العلمي.

قامت شركة HyperAI بتجميع وتلخيص المشاركة المتعمقة للسيد تشي جين دون انتهاك النية الأصلية. وفيما يلي نص الخطاب:

Earth Explorer: نظام تحليل تصوري احترافي لعلوم الأرض عبر الإنترنت

مع التطور السريع لأساليب البحث في علوم الأرض وتكنولوجيا المعلومات، طرحت أبحاث علوم الأرض العميقة متطلبات أعلى لتحليل التصور. في مشروع العلوم الكبير الدولي Deep Digital Earth (DDE)، يتم تشغيل منصة DDE بواسطة القضايا العلمية الكبرى المتعلقة بتطور الأرض العميقة، مع البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا التوأم الرقمي باعتبارها جوهرها، والتركيز على كيفية تمكين أبحاث علوم الأرض العميقة.إن طريقة التصور التي اعتمدت في السابق على الخرائط المرسومة يدوياً والتحليل الثابت ثنائي الأبعاد تتطلب الآن تحليلاً ديناميكياً مكانياً زمنياً عميق النطاق وتحليلاً علمياً متعدد الأبعاد يدمج الأرض وما تحت الأرض.على سبيل المثال، تعد كيفية تصور ومحاكاة كميات هائلة من البيانات على نطاق ملايين السنين إحدى الصعوبات والتحديات التي يواجهها الباحثون العلميون. وهي أيضًا فرصة ممتازة لتعزيز استخدام التكنولوجيا لخدمة العلوم.

وعلى هذه الخلفية، ظهرت فكرة برنامج Earth Explorer (EE). باعتبارها نظام تحليل تصوري احترافي لعلوم الأرض عبر الإنترنت يخدم باحثي الأرض،تستخدم شركة EE وتعمق القدرات التقنية الأساسية لمنصة DDE، مثل Deep-Engine، وتطور قدرات عرض التصور متعدد الأبعاد عبر الإنترنت والتحليل الديناميكي المكاني الزمني للبيانات الجيولوجية.سواء كان الأمر يتعلق بالأرض ثلاثية الأبعاد، أو السلاسل الزمنية، أو التوزيع المكاني، أو التطور الديناميكي في الوقت العميق، أو تحليل الملف الجيولوجي، فإنه يمكن التحكم فيه بسهولة وعرض التغيرات في الأبعاد الديناميكية الزمانية والمكانية والعمق والمكانية للبيانات الجيولوجية بشكل كامل. إنها نافذة مهمة لمنصة DDE لعرض البيانات الجيولوجية.

الطريق إلى البحث الدقيق: الترقيات التكرارية بناءً على الطلب

تم إطلاق Earth Explorer في ديسمبر 2021، وتم عرض إصدار Alpha الخاص به وترقيته للعلماء الدوليين في باريس، فرنسا في عام 2022. وبينما كنا نمضي قدمًا، اكتشفنا أنيتطلب نظام التحليل البصري الفعال بحثًا وتصميمًا وتشغيلًا دقيقين من وجهة نظر المستخدمين العلميين.

ولذلك، بدأ فريقنا بجمع المتطلبات وأجرى تبادلات معمقة مع أكثر من 1000 عالم لتجميع احتياجاتهم وخبراتهم. بالإضافة إلى ذلك، تعلمنا أيضًا التفكير في منتجات الإنترنت، وقمنا بإجراء سلسلة من تحليلات السوق وأبحاث طلب المستخدم، وشكلنا وثيقة تصميم المنتج الكاملة وخطة التطوير، وقمنا بتجميع أدلة المستخدم ووثائق العرض التوضيحي.

من عام 2022 إلى عام 2023، وتحت إشراف العلماء، طورت Earth Explorer أكثر من 10 إصدارات.لقد استكشفنا أنظمة التحليل المرئي المناسبة لسيناريوهات الأعمال المختلفة، وعادات الموضوع المختلفة، والاستخدامات التقنية المختلفة.يحقق الإصدار Alpha التراكب المكاني الزمني والاسترجاع العالمي والتحليل الديناميكي للبيانات غير المتجانسة متعددة المصادر. يقوم إصدار التجميع المكاني الزمني بتصنيف البيانات وفقًا لتخصصات مختلفة.إنه يجعل من السهل على العلماء من مختلف التخصصات العثور على البيانات وإجراء التحليل المتبادل، مما يجلب إلهامًا جديدًا للبحث العلمي. أيضًا،كما قام الفريق ببناء قاعدة تطوير أرضية ثلاثية الأبعاد.يمكن للعلماء من مختلف التخصصات بناء أنظمة التصور الخاصة بهم بسرعة استنادًا إلى قاعدة التكنولوجيا هذه، وتقليل تكاليف البحث والتطوير، وتحقيق إدارة البيانات المستقلة وعرض سيناريوهات البحث العلمي.

وقد حققت النسخة الحالية من التقارب المكاني الزماني وظائف مثل تطور الوقت العميق، والملامح الجيولوجية، ومحاكاة مشهد البحث العلمي.ويساعد العلماء في إجراء التحليلات المكانية الزمنية الجيولوجية على الخرائط عبر الإنترنت، مما يخدم تخصصات مثل الجغرافيا القديمة والمناخ القديم. يتم عرض درجة الحرارة القديمة وهطول الأمطار القديمة على هذه الخريطة لتشغيلها ديناميكيًا. وقد أجرت الشركة أيضًا أبحاثًا وعروضًا توضيحية في أوروبا والولايات المتحدة (EGU وAGU وما إلى ذلك) واليابان وكوريا الجنوبية (IGC وما إلى ذلك) وأفريقيا (CAG) وأماكن أخرى، وحصلت على ردود فعل إيجابية من العلماء في الداخل والخارج.

 يمكن لنظام EE تصور البيانات بكفاءة من البرامج الدولية مثل DDE، ومن خلال التحليل الديناميكي، تقديم سيناريوهات البحث العلمي عبر الإنترنت للعلماء في الداخل والخارج.ويخطط فريقنا أيضًا بعد ذلك لإنشاء وظائف جديدة يمكنها تحميل النماذج الجيولوجية والأساليب الجيوفيزيائية إلى نظام EE.

وظائف قوية: استكشف منطق العمل الخاص بـ "البحث عن البيانات - عرض البيانات - استخدام البيانات"

الأولى هي وظيفة "البحث عن البيانات". يقوم EE بتعيين "بيانات المشاهير" في عمود البيانات.مثل الخريطة الجيولوجية العالمية بمقياس 1:500 متر، وخريطة الجيومورفولوجية عالية الدقة، ومجموعة بيانات محاكاة المناخ القديم في أعماق الزمن، وما إلى ذلك. يمكن للنظام إجراء استرجاع ديناميكي بناءً على الوقت والمكان والكلمات الرئيسية. بالنسبة لبعض قواعد البيانات التي تحتوي على روابط عبر الإنترنت ولكنها غير متاحة للعامة، يدعم EE أيضًا إضافة روابط بيانات مخصصة لتمكين تحميل البيانات عبر الإنترنت من خلال خدمات البيانات.

ثانياً، فيما يتعلق بـ "عرض البيانات"، توفر EE مجموعة متنوعة من الوظائف بما في ذلك عرض البيانات المتجهة، وعرض البيانات النقطية، واستعلام السمات المكانية، وتصور التضاريس، والتصور ثلاثي الأبعاد، وتصور الملف الشخصي.يمكن تحميل البيانات غير المتجانسة متعددة المصادر على الخريطة للوصول إليها. عند استكشاف مناطق معينة محددة، مثل حرائق الغابات في كاليفورنيا بالولايات المتحدة، يمكن استخدام التصور ثلاثي الأبعاد لـ EE لاكتشاف بصريًا أن "الجزء الأوسط يظهر جفافًا، في حين أن البيانات المحيطة بها تحتوي على رطوبة أعلى"، وبالتالي اكتشاف حدسي أن انخفاض رطوبة الهواء في كاليفورنيا يزيد من خطر حرائق الغابات.

والأخيرة هي وظيفة "استخدام البيانات". يدمج EE خوارزميات مثل حساب خطوط العرض القديمة وتحليل مصدر الزلزال.وباستخدام مواقع حفريات الديناصورات المكتشفة كمثال، فإن استخدام خوارزميات حساب خطوط العرض القديمة يمكن أن يحدد مواقعها منذ ملايين السنين، مما يوفر دعماً قوياً للبحوث الجيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يوفر أيضًا وظائف مثل حفر الأرض الشفافة، وTiff للتضاريس، وتحليل المناخ القديم والمقارنة، والرسم الخرائطي الجيولوجي.

التحديات التقنية: 3 تحديات رئيسية مكثفة تحت متطلبات فريدة

تغطي أسس ونتائج أبحاث علوم الأرض في أعماق الزمن بيانات علوم الأرض على مقاييس زمنية ومكانية متعددة ومجالات موضوعية. تتوزع هذه البيانات في مواقع جغرافية مختلفة، تتوافق مع أعمار جيولوجية مختلفة، وتتمتع بتنسيقات تخزين مختلفة وطرق عرض مختلفة. في نمط الزمان والمكان الحديث، إذا تم تجميع هذه البيانات وتصورها ببساطة، فسوف يؤدي ذلك غالبًا إلى ارتباك خطير بسبب عدم الاتساق في تمثيل الزمان والمكان. لذلك،فقط من خلال دمجها وعرضها في نظام إحداثيات الزمان والمكان الموحد يمكننا أن نقدم الإلهام والتوجيه لمزيد من الاستكشاف للأرض العميقة الحقيقية.من عام 2024 إلى عام 2025، عمل فريقنا على تحسين الطبيعة العلمية لنظام الأرض الرقمي العميق وأجرى أبحاثًا رئيسية وصعبة.

* الصعوبة 1:عرض بيانات علوم الأرض متعددة الأبعاد عبر مقاييس الزمان والمكان 

* الصعوبة 2:التحليل المهني للبيانات الجيولوجية متعددة التخصصات

* الصعوبة 3:تحميل وعرض عالي الأداء لبيانات علوم الأرض الضخمة

ولمعالجة المشكلة الأولى، قام فريقنا بتطوير أدوات مثل المحور الزمني العميق الذي يدمج الزمان والمكان، ويدمج خوارزميات مثل نماذج إعادة بناء الجغرافيا القديمة واستعادة ثقب الزمان والمكان.إنه يحقق عرضًا واضحًا عبر الزمن والمكان للبيانات من مختلف الأعمار الجيولوجية والتوزيعات الجغرافية المختلفة، ويمكن العثور على عمر أي بيانات يراها المستخدم على الجدول الزمني الجيولوجي، مما يوفر دعمًا ديناميكيًا للمعلومات للبحث الجيولوجي الزمني العميق.

لتحقيق تحليل البيانات متعدد التخصصات في علوم الأرض،لقد قام فريقنا بتطوير وظائف التصور التي تلبي بشكل فعال احتياجات العرض العام والتحليل المهني.على سبيل المثال، تم تطوير القدرة على رسم خرائط متعددة العوامل لتخصص الأرض الصلبة. يمكن للمستخدمين رسم أي خط على الأرض، وسيقوم النظام باستخراج معلومات جيولوجية وجيوفيزيائية متعددة المصادر على طول الخط، بما في ذلك معلومات العصر الجيولوجي، وبيانات الجاذبية الأرضية والمغناطيسية، والارتفاع الجيومورفولوجي السطحي.

ردًا على تحدي تقديم بيانات ضخمة عميقة ذات أداء عالي،يواصل فريقنا التحقيق في سيناريوهات التصور التي تعاني من اختناقات الأداء.تطوير تقنية حساب إعادة بناء الصفائح الجيولوجية والمحاكاة الديناميكية.إن دوران الصفائح في الزمن العميق هو سمة مميزة لنظرية الأرض الجيوفيزيائية، والتي يمكنها إعادة بناء تطور الصفائح القديمة بشكل ديناميكي من الآن إلى 540 مليون سنة مضت من خلال شكل الدوران الديناميكي للتوزيع الحالي للأرض والبحر على الأرض.

بالإضافة إلى ذلك، قمنا أيضًا بإنشاء مجموعة متنوعة من الوظائف، مثل المحاكاة الديناميكية في الوقت الفعلي لملايين أنظمة الجسيمات، والتقديم المخصص لملايين بيانات المتجهات، وما إلى ذلك، والتي توفر تأثيرات محاكاة بصرية سلسة وفعالة لبيانات الوقت العميق وبيانات الجسم الجيولوجي.

التصور + دعم قاعدة التطوير: تم تحقيق نتائج تطبيقية مهمة في جانبين

استخدم تحليل التصور لإلهام المشكلات الجيولوجية ودعم البحث الجيولوجي

عندما كان العلماء يدرسون تدفق الحرارة السطحية لهضبة تشينغهاي-التبت، قامت شركة EE بتحميل أكثر من 10 مجموعات بيانات جيولوجية وجيوفيزيائية، مثل عمق موهو، في منطقة هضبة تشينغهاي-التبت.تم تصور وتحليل العوامل المؤثرة المحتملة على توزيع تدفق الحرارة السطحية على هضبة تشينغهاي-التبت في شكل مستو + مقطع.وقد ألهمت التحليلات الإضافية لنمط توزيعها أفكارًا بحثية. وأخيرا، استخدم العلماء تحليل الانحدار المكاني لإجراء البحوث حول توزيع تدفق الحرارة السطحية على هضبة تشينغهاي-التبت. وقد نشرت النتائج في مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية-الأرض الصلبة.

إنشاء قاعدة تطوير جاهزة للتوصيل والتشغيل وبناء عقد عمل موضوعية مخصصة

حقق العمل في مجال الجيومورفولوجيا بناء سريع لعقد العمل الانضباطي المبني على قاعدة تطوير الهندسة الكهربائية.يعرض مجموعات بيانات عالية الدقة والوضوح لأكثر من 400 منطقة في علم أشكال التضاريس، ويدعم التصور عبر الإنترنت والتنزيل.ساعدت مجموعة عمل الجيومورفولوجيا على زيادة الرؤية الدولية لأبحاثها.وقد دعم النظام الإصدار عبر الإنترنت لخريطة التضاريس العالمية فائقة الدقة، والتي تلقت بسرعة أكثر من 8000 زيارة وأكثر من 1300 طلب تنزيل.

بالإضافة إلى مجال علم شكل الأرض،ونحن نقدم أيضًا الدعم الفني في التخصصات الأخرى.على سبيل المثال، في منصة عمل التنبؤ بالموارد المعدنية، يمكن للمستخدمين تحميل بيانات الاستشعار عن بعد ذات الصلة على الأرض ثلاثية الأبعاد، ثم تقييم نتائج تقدير الانعكاس لبيانات الاستشعار عن بعد وقياسات المجال. من خلال قوة الحوسبة لوحدة معالجة الرسومات/وحدة المعالجة المركزية، يتم تحقيق التنبؤ باحتمالية التمعدن القائمة على البيانات.

مع دعم وظيفة دوران اللوحة الزمنية العميقة،يمكن لـ EE تدوير الخرائط الجيولوجية الحديثة إلى 540 مليون سنة مضت، ويمكنه أيضًا استخدام مجموعات البيانات العامة لعرض التضاريس ثلاثية الأبعاد للمريخ والقمر، مما يوفر بيئة افتراضية للعلماء لدراسة كواكب الفضاء الخارجي.وفي المرحلة التالية، يخطط فريقنا لمواصلة البحث في مجال البرمجيات الجيولوجية الأجنبية ذات المصدر المغلق والسعي إلى كسر احتكار أنظمة التكنولوجيا الجيولوجية الأجنبية.

باختصار، نظام تحليل التصور العميق للوقت Earth Explorer الذي طوره فريق البروفيسور Du Zhenhong في جامعة Zhejiang هو نظام تحليل تصور احترافي لعلوم الأرض عبر الإنترنت.تُحقق EE عرضًا متعدد الأبعاد عبر الإنترنت وتحليلًا ديناميكيًا مكانيًا زمنيًا للبيانات الجيولوجية،فهو لا يحل مشكلة التعبير البصري والمحاكاة في أبحاث علوم الأرض العميقة فحسب، بل يجلب أيضًا إلهامًا وطرق تحليل جديدة لأبحاث علوم الأرض. وفي المستقبل، مع التقدم المستمر للذكاء الاصطناعي وتكنولوجيا التوأم الرقمي والتعاون العميق مع العلماء، من المتوقع أن تلعب الهندسة الكهربائية دورًا أكبر في مجال علوم الأرض.

نبذة عن المعلم تشي جين

المتحدث الضيف في هذه الجلسة التشاركية هو السيد تشي جين، وهو من كلية علوم الأرض بجامعة تشجيانغ. تشمل اهتماماته البحثية علوم المحيطات والذكاء الاصطناعي وتطوير منصات تحليل البيانات الضخمة في علوم الأرض. وقد أشرف على العديد من مشاريع البحث العلمي المهمة، بما في ذلك المشاريع الفرعية لبرنامج البحث والتطوير الوطني الرئيسي "الخطة الخمسية الرابعة عشرة" ومشاريع مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية. شغل منصب المدير الفني لمنصة خدمة المعلومات الذكية متعددة المصادر للبيئة البيئية للمياه القريبة من الشاطئ في تشجيانغ وفاز بالجائزة الأولى لجائزة العلوم والتكنولوجيا الهندسية البحرية.

الصفحة الشخصية للمعلم تشي جين:
https://person.zju.edu.cn/qijin