L'équipe De L'université Du Zhejiang a Développé Le Système Earth Explorer Pour Explorer L'évolution Du Temps Profond/les Profils Géologiques/les Scénarios De Recherche Scientifique Et Permettre La Recherche En Sciences De La Terre Dans Le Temps Profond
La recherche en sciences de la Terre en profondeur se concentre sur la longue histoire de la Terre, explorant le processus d’évolution géologique depuis des milliards d’années jusqu’à nos jours. Le champ de recherche est vaste et couvre des domaines clés tels que la structure interne de la Terre, la composition des matériaux, l’évolution de la vie et l’interaction entre la Terre et l’environnement extérieur. Ces dernières années, la demande d’analyse interactive spatio-temporelle multidimensionnelle dans les méthodes d’analyse de visualisation géologique a augmenté. Le développement rapide de technologies telles que le big data, l’intelligence artificielle et l’imagerie haute résolution a apporté de nouvelles opportunités de développement pour la réalisation de jumeaux numériques de la Terre en temps profond.
Récemment, lors de la réunion académique annuelle 2025 du Comité d'analyse des modèles géographiques et des informations géographiques de la Société géographique chinoise, Qi Jin, chercheur à temps plein de l'équipe du professeur Du Zhenhong à l'Université du Zhejiang,Le système d'analyse de visualisation temporelle profonde (Earth Explorer) a été présenté lors du thème spécial « Deep Time Earth Crowd Intelligence Collaborative Innovation Platform », et les réalisations de l'équipe ont été présentées sous trois aspects : aperçu général, progrès de la R&D et résultats des applications scientifiques.
HyperAI a compilé et résumé le partage approfondi de M. Qi Jin sans violer l’intention initiale. Voici la transcription du discours.
Earth Explorer : un système d'analyse de visualisation professionnelle en ligne pour les géosciences
Avec le développement rapide des méthodes de recherche en sciences de la Terre et des technologies de l’information, la recherche en géosciences du temps profond a mis en avant des exigences plus élevées en matière d’analyse de visualisation. Dans le cadre du projet international Big Science Deep Digital Earth (DDE), la plateforme DDE est axée sur les grandes questions scientifiques de l'évolution de la Terre profonde, avec le Big Data, l'intelligence artificielle et la technologie des jumeaux numériques comme cœur, et se concentre sur la manière de renforcer la recherche en sciences de la Terre profonde.La méthode de visualisation qui reposait autrefois sur des cartes dessinées à la main et une analyse statique bidimensionnelle nécessite désormais une analyse dynamique spatio-temporelle à grande échelle et une analyse scientifique multidimensionnelle qui intègre le sol et le sous-sol.Par exemple, la manière de visualiser et de simuler des quantités massives de données à l’échelle de millions d’années est l’une des difficultés et des défis auxquels sont confrontés les chercheurs scientifiques. C’est aussi une excellente occasion de promouvoir l’utilisation de la technologie au service de la science.
C'est dans ce contexte qu'Earth Explorer (EE) a vu le jour. En tant que système d'analyse de visualisation professionnelle en géosciences en ligne au service des chercheurs en sciences de la Terre,EE utilise et approfondit les capacités techniques de base de la plate-forme DDE, telles que Deep-Engine, et développe des capacités de rendu de visualisation multidimensionnelle en ligne et d'analyse dynamique spatio-temporelle pour les données géoscientifiques.Qu'il s'agisse de la Terre tridimensionnelle, de séries chronologiques, de distribution spatiale, d'évolution dynamique en temps profond ou d'analyse de profil géologique, il peut facilement le contrôler et afficher entièrement les changements de dimension dynamique spatio-temporelle, spatiale et temporelle des données géologiques. Il s'agit d'une fenêtre importante pour la plateforme DDE pour afficher les données géologiques.
La voie vers la recherche de précision : des mises à niveau itératives basées sur la demande
Earth Explorer a été lancé en décembre 2021 et sa version Alpha a été présentée et promue auprès de scientifiques internationaux à Paris, en France, en 2022. Au fur et à mesure de notre progression, nous avons découvert queUn système d’analyse visuelle efficace nécessite une recherche, une conception et une exploitation minutieuses du point de vue des utilisateurs scientifiques.
Notre équipe a donc commencé par recueillir les besoins et mené des échanges approfondis avec plus de 1 000 scientifiques pour mutualiser leurs besoins et leurs expériences. En outre, nous avons également appris à réfléchir aux produits Internet, effectué une série d'analyses de marché et de recherches sur la demande des utilisateurs, élaboré un document complet de conception de produit et un plan de développement, et compilé des manuels d'utilisation et des documents de démonstration.
De 2022 à 2023, sous la direction de scientifiques, Earth Explorer a développé plus de 10 versions.Nous avons exploré des systèmes d’analyse visuelle adaptés à différents scénarios commerciaux, à différentes habitudes de sujets et à différentes utilisations techniques.La version Alpha réalise la superposition spatio-temporelle, la récupération globale et l'analyse dynamique de données hétérogènes multi-sources. La version d'agrégation spatio-temporelle classe les données selon différentes disciplines.Il permet aux scientifiques de diverses disciplines de trouver facilement des données et de réaliser des analyses croisées, apportant ainsi une nouvelle inspiration à la recherche scientifique. aussi,L’équipe a également construit une base de développement terrestre tridimensionnelle.Les scientifiques de différentes disciplines peuvent rapidement créer leurs propres systèmes de visualisation basés sur cette base technologique, réduire les coûts de R&D et parvenir à une gestion autonome des données et à l'affichage de scénarios de recherche scientifique.
La version actuelle de la convergence espace-temps a réalisé des fonctions telles que l'évolution temporelle profonde, les profils géologiques et la simulation de scènes de recherche scientifique.Il aide les scientifiques à mener des analyses spatio-temporelles géoscientifiques sur des cartes en ligne, au service de disciplines telles que la paléogéographie et le paléoclimat. La paléotempérature et la paléoprécipitation sont superposées sur cette carte pour une lecture dynamique. Elle a également mené des recherches et des démonstrations en Europe et aux États-Unis (EGU, AGU, etc.), au Japon et en Corée du Sud (IGC, etc.), en Afrique (CAG) et dans d'autres pays, et a reçu des commentaires positifs de la part de scientifiques nationaux et étrangers.
Le système EE peut visualiser efficacement les données des programmes internationaux tels que DDE et, grâce à une analyse dynamique, présenter des scénarios de recherche scientifique en ligne aux scientifiques nationaux et étrangers.Ensuite, notre équipe prévoit également de créer de nouvelles fonctions permettant de télécharger des modèles géologiques et des méthodes géophysiques sur le système EE.
Fonctions puissantes : explorez la logique métier de « rechercher des données - afficher des données - utiliser des données »
La première est la fonction « Rechercher des données ». EE prérégle « Celebrity Data » dans la colonne de données.Tels que la carte géologique mondiale au 1:500M, la carte géomorphologique à ultra-haute résolution, l'ensemble de données de simulation paléoclimatique en temps profond, etc. Le système peut effectuer une récupération dynamique basée sur le temps, l'espace et les mots-clés. Pour certaines bases de données qui ont des liens en ligne mais ne sont pas accessibles au public, EE prend également en charge l'ajout de liens de données personnalisés pour permettre le chargement de données en ligne via des services de données.
Deuxièmement, en termes de « visualisation des données », EE fournit une variété de fonctions, notamment le rendu de données vectorielles, le rendu de données raster, la requête d'attributs spatiaux, la visualisation du terrain, la visualisation 3D et la visualisation des profils.Des données hétérogènes multi-sources peuvent être chargées sur la carte pour y accéder. Lors de l'exploration de certaines zones spécifiques, telles que les incendies de forêt en Californie, aux États-Unis, la visualisation tridimensionnelle d'EE peut être utilisée pour découvrir visuellement que « la partie centrale montre la sécheresse, tandis que les données environnantes ont une humidité plus élevée », constatant ainsi intuitivement qu'une faible humidité de l'air en Californie augmente le risque d'incendies de forêt.
La dernière est la fonction « utiliser les données ». EE intègre des algorithmes tels que le calcul de la paléolatitude et l'analyse des sources de tremblements de terre.En prenant comme exemple les sites de fossiles de dinosaures découverts, l’utilisation d’anciens algorithmes de calcul de latitude peut déterminer leur emplacement il y a des millions d’années, fournissant ainsi un soutien solide à la recherche géologique. En outre, il fournit également des fonctions telles que l'excavation transparente de la terre, le Tiff sur le terrain, l'analyse et la comparaison du paléoclimat et la cartographie géologique.
Défis techniques : 3 défis majeurs condensés sous des exigences uniques
Les fondements et les résultats de la recherche en géosciences du temps profond couvrent les données des sciences de la Terre à de multiples échelles temporelles et spatiales et dans de multiples domaines. Ces données sont réparties dans différents lieux géographiques, correspondant à différents âges géologiques, et présentent différents formats de stockage et méthodes de présentation. Dans le modèle espace-temps moderne, si ces données sont simplement agrégées et visualisées, cela entraînera souvent une grave confusion en raison de l’incohérence de la représentation de l’espace-temps. donc,Ce n’est qu’en les intégrant et en les affichant dans un système de coordonnées spatio-temporelles unifié que nous pouvons fournir inspiration et orientation pour une exploration plus approfondie de la véritable Terre profonde.De 2024 à 2025, notre équipe a encore amélioré la nature scientifique du système terrestre numérique du temps profond et a mené des recherches clés et difficiles.
* Difficulté 1 :Affichage de données géoscientifiques multidimensionnelles à travers des échelles de temps et d'espace
* Difficulté 2 :Analyse professionnelle des données interdisciplinaires en géosciences
* Difficulté 3 :Chargement et rendu hautes performances de données géoscientifiques massives
Pour répondre au premier problème, notre équipe a développé des outils tels que l’axe du temps profond qui intègre le temps et l’espace, et intègre des algorithmes tels que des modèles de reconstruction paléogéographique et de récupération de perforations temporelles et spatiales.Il réalise un affichage clair, transtemporel et spatial, de données d'âges géologiques différents et de distributions géographiques différentes, et l'âge de toutes les données vues par l'utilisateur peut être trouvé sur la chronologie géologique, fournissant un support d'information dynamique pour la recherche géologique temporelle approfondie.
Réaliser des analyses de données interdisciplinaires en géosciences,Notre équipe a développé des fonctions de visualisation qui répondent efficacement aux besoins généraux d’affichage et d’analyse professionnelle.Par exemple, une capacité de cartographie de profil multifactorielle a été développée pour la discipline de la terre solide. Les utilisateurs peuvent tracer n’importe quelle ligne sur la Terre et le système extraira des informations géologiques et géophysiques multi-sources le long de la ligne, y compris des informations sur l’âge géologique, la gravité terrestre et les données magnétiques, ainsi que l’élévation géomorphique de la surface.
En réponse au défi du rendu haute performance de données massives en temps profond,Notre équipe continue d’étudier les scénarios de visualisation présentant des goulots d’étranglement en termes de performances.Développement d'une technologie de calcul de reconstruction de plaques géologiques et de simulation dynamique.La rotation des plaques dans le temps profond est une caractéristique distinctive de l'EE, qui peut reconstruire dynamiquement l'évolution des plaques anciennes d'aujourd'hui à il y a 540 millions d'années à travers la forme de rotation dynamique de la distribution actuelle des terres et des mers sur Terre.
De plus, nous avons également créé une variété de fonctions, telles que la simulation dynamique en temps réel de millions de systèmes de particules, le rendu personnalisé de millions de données vectorielles, etc., qui fournissent des effets de simulation visuelle fluides et efficaces pour les données temporelles profondes et les données du corps géologique.
Visualisation + support de base de développement : résultats d'application significatifs obtenus dans deux aspects
Utiliser l'analyse de visualisation pour inspirer les problèmes géoscientifiques et soutenir la recherche géoscientifique
Lorsque les scientifiques étudiaient le flux de chaleur de surface du plateau Qinghai-Tibet, EE a chargé plus de 10 ensembles de données géologiques et géophysiques, telles que la profondeur de Moho, dans la région du plateau Qinghai-Tibet.Les facteurs d'influence potentiels de la distribution du flux de chaleur de surface sur le plateau Qinghai-Tibet ont été visualisés et analysés sous forme de plan + section.Une analyse plus approfondie de son modèle de distribution a inspiré des idées de recherche. Enfin, les scientifiques ont utilisé l’analyse de régression spatiale pour mener des recherches sur la distribution du flux de chaleur de surface sur le plateau Qinghai-Tibet. Les résultats ont été publiés dans le Journal of Geophysical Research-Solid Earth.
L'analyse comparative du temps et de l'espace de données multi-sources inspire des idées de recherche sur le flux de chaleur de surface dans le plateau Qinghai-Tibet
Créez une base de développement plug-and-play et construisez des nœuds de travail de sujet personnalisés
Les travaux de géomorphologie ont permis de construire rapidement des nœuds de travail disciplinaires basés sur la base de développement EE.Il affiche des ensembles de données de haute précision et de haute résolution de plus de 400 régions en géomorphologie, prenant en charge la visualisation et le téléchargement en ligne.A aidé le groupe de travail de géomorphologie à accroître la visibilité internationale de ses recherches.Le système a permis la publication en ligne de la carte mondiale des types de reliefs à ultra-haute résolution, qui a rapidement reçu plus de 8 000 visites et plus de 1 300 applications de téléchargement.
En plus du domaine de la géomorphologie,Nous fournissons également un support technique dans d’autres disciplines.Par exemple, dans la plateforme de travail de la discipline de prédiction des ressources minérales, les utilisateurs peuvent charger des données de télédétection pertinentes sur la Terre tridimensionnelle, puis évaluer les résultats de l'estimation de l'inversion des données de télédétection et de mesure sur le terrain. Grâce à la puissance de calcul du GPU/CPU, la prédiction de la probabilité de minéralisation basée sur les données est réalisée.
Cas thématiques d'appui (paléogéographie, ressources minérales, analyse minérale, etc.)
Avec le support de la fonction de rotation de la plaque temporelle profonde,EE peut faire pivoter les cartes géologiques modernes jusqu'à 540 millions d'années et peut également utiliser des ensembles de données publiques pour afficher la topographie tridimensionnelle de Mars et de la Lune, offrant ainsi un environnement virtuel aux scientifiques pour étudier les planètes de l'espace.Ensuite, notre équipe prévoit de continuer à rechercher des logiciels géologiques étrangers à source fermée et de s’efforcer de briser le monopole des systèmes technologiques géologiques étrangers.
En résumé, le système d'analyse de visualisation temporelle profonde Earth Explorer développé par l'équipe du professeur Du Zhenhong à l'Université du Zhejiang est un système d'analyse de visualisation professionnel en géosciences en ligne.EE réalise un rendu multidimensionnel en ligne et une analyse dynamique spatiotemporelle des données géoscientifiques,Il résout non seulement le problème de l'expression visuelle et de la simulation dans la recherche en sciences de la Terre en temps profond, mais apporte également de nouvelles méthodes d'inspiration et d'analyse à la recherche en sciences de la Terre. À l’avenir, avec les progrès continus de l’intelligence artificielle et de la technologie des jumeaux numériques et une coopération approfondie avec les scientifiques, l’EE devrait jouer un rôle plus important dans le domaine des géosciences.
À propos du professeur Qi Jin
L'orateur invité de cette séance de partage, M. Qi Jin, est issu de l'École des sciences de la Terre de l'Université du Zhejiang. Ses intérêts de recherche comprennent l’océanographie par intelligence artificielle et le développement de plateformes d’analyse de données volumineuses en géosciences. Il a présidé de nombreux projets de recherche scientifique importants, notamment des sous-projets du programme national de recherche et développement clé du « 14e plan quinquennal » et des projets de la Fondation nationale des sciences naturelles. Il a été directeur technique de la plate-forme de services intelligents d'information multisource sur l'environnement écologique des eaux côtières du Zhejiang et a remporté le premier prix du prix des sciences et technologies de l'ingénierie marine.
Page d'accueil personnelle du professeur Qi Jin :
https://person.zju.edu.cn/qijin