在地球科學進入大數據與人工智能驅動的新時代背景下,中國科學院地質與地球物理研究所于2018年成立了地球科學大數據與人工智能中心,并持續打造核心計算平臺。2021年建成綜合地球物理聯合反演與解釋一體化平臺(IPIG)(詳見《綜合地球物理聯合反演理論、方法及智能計算》一書),2022年建成地球科學大數據與人工智能計算平臺(Geo-Bigdata and Artificial Intelligence of Earth Sciences ,簡稱GeoBayes)。
GeoBayes以18世紀哲學家、概率論奠基人托馬斯·貝葉斯命名,該平臺的核心目標是突破傳統地球科學研究的瓶頸,通過大數據、人工智能與地球物理理論的深度融合,實現從海量觀測數據中高效挖掘地球系統規律的新范式。
一、核心設計理念與技術架構
傳統地球科學研究面臨兩大核心挑戰:一是海量多源異構數據難以有效整合與深度挖掘;二是復雜地球物理反問題的高維非線性特性導致計算效率低下、解的不確定性高。GeoBayes平臺正是針對這些難題而設計,采用“微服務 + Docker容器化 + Golang”現代云計算架構,將數據存儲、算法服務、二次開發環境融為一體,構建了一個高可用、易擴展的智能化計算生態。
平臺底層硬件包括超過1.6PB并行分布式對象存儲、基于英偉達HGX架構的A100超級AI計算集群,以及InfiniBand HDR 200G高速互聯網絡,總浮點運算能力達706.3 TFLOPs,人工智能FP16算力高達10.6 PFLOPs(圖1)。2025年,平臺成功部署本地化安全DeepSeek大語言模型(70B和32B版本),為地學智能分析提供了強大語言理解與科學推理能力。
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圖1 GeoBayes平臺底層運算存設備基本架構圖
在軟件層面,GeoBayes打破了傳統單體應用模式,采用微服務架構實現模塊解耦。各功能模塊可獨立開發、獨立部署、獨立升級,即使單個服務出現故障也不會影響整個平臺運行。這種設計極大提升了平臺的穩定性和可維護性,同時支持不同模塊使用不同編程語言(如Go、Python、Java),滿足了地球科學多學科交叉的復雜需求。
二、主要功能與創新服務
GeoBayes平臺圍繞“數據-算法-計算-知識”閉環,構建了三大核心功能模塊:
海量地球科學數據統一管理與高效訪問。平臺實現了結構化與非結構化數據的標準化存儲、快速查詢和可視化管理,為科研人員提供了“一站式”數據服務,顯著降低了數據獲取門檻。
地球物理智能反演與解釋一體化。平臺集成了IPIG系統,支持多物理場聯合反演、深度學習驅動的地震全波形反演、AVO屬性分析等前沿算法,特別在薄儲層識別、天然氣水合物微局部分析等領域形成了特色專業服務。
人工智能算法與二次開發環境。平臺不僅預置了TensorFlow、PyTorch等主流深度學習框架,還開發了一系列地學專用智能算法,包括基于物理信息神經網絡(PINNs)的正反演技術、Transformer盲反演、地震斷層智能識別等。同時提供友好的二次開發接口,支持科研人員快速構建個性化模型。
通過這些功能,GeoBayes正在推動地球科學研究從“人工密集型”向“數據智能驅動型”轉變,幫助科研團隊更高效地處理復雜地球物理問題,加速科學發現進程。在GeoBayes支持下,研究所近年在JGR-Solid Earth、Geophysics 、GJI、Geoscience Data Journal等期刊發表了一系列與Big data & AI相關的學術論文多篇,內容涉及深度學習驅動的地震全波形反演、多物理場聯合反演的智能計算、頁巖微觀孔隙的語義分割,以及量子計算在地球物理正反演中的探索等。
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(a) GEOBAYES主界面
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(b) 平臺人工智能算法服務界面
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(c) 地球科學數據庫界面
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(d)用戶算法二次開發服務界面
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(e)IPIG主界面
圖2 GeoBayes功能展示圖
三、未來展望
GeoBayes平臺的建設,本質上是為地球科學研究打造一個“智能研究引擎”。它不僅解決了傳統研究中數據孤島、計算資源分散、算法復用率低等長期痛點,更通過貝葉斯統計思想與現代人工智能的結合,為地球物理反問題的不確定性量化、復雜系統智能建模提供了新路徑。
展望未來,平臺將進一步拓展量子計算在地學反演中的應用,深化與大語言模型的融合,逐步構建覆蓋固體地球、行星科學等多領域的地球系統智能計算體系,最終實現“讓數據說話、讓人工智能輔助發現”的目標。
GeoBayes平臺是研究所面向國家重大需求、推動地球科學范式變革的重要基礎設施。目前已服務全所及國內外多個科研團隊,顯著提升了研究效率和創新能力。未來,研究所將繼續優化平臺功能,吸引更多地學研究者加入,共同構建開放共享的地球科學大數據與人工智能生態。
合作/聯系方式:GeoBayes平臺對外提供私有云服務,具體服務內容請平臺預約,郵件:hzzhang@mail.iggcas.ac.cn (張老師),聯系電話:010-82998132。
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