目錄
“地球大數(shù)據(jù)科學(xué)論叢”序
前言
第1章 大數(shù)據(jù)時(shí)代的古生物學(xué)與地層學(xué) 1
1.1 大數(shù)據(jù)的發(fā)展 1
1.2 科研范式變革 5
1.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)古生物學(xué)與地層學(xué)研究 7
1.3.1 數(shù)據(jù)采集方法革新 7
1.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)體系的建立與完善 8
1.3.3 數(shù)據(jù)分析方法不斷革新 9
1.4 相關(guān)的國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃與組織 11
1.4.1 未來(lái)地球 11
1.4.2 國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì) 12
1.4.3 地球大數(shù)據(jù)科學(xué)工程 13
1.4.4 國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)的大科學(xué)計(jì)劃 16
1.4.5 深時(shí)數(shù)字地球大科學(xué)計(jì)劃 17
參考文獻(xiàn) 18
第2章 構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù) 22
2.1 科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的定位與設(shè)計(jì) 22
2.1.1 格式與標(biāo)準(zhǔn) 22
2.1.2 整合與關(guān)聯(lián) 23
2.1.3 算力與人力 24
2.1.4 算法與程序 27
2.1.5 定位與理念 29
2.1.6 框架與模型 30
2.2 從地質(zhì)生物多樣性到化石本體 32
2.2.1 地質(zhì)生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù) 32
2.2.2 化石本體 35
2.3 專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)平臺(tái) 38
2.3.1 數(shù)據(jù)資源平臺(tái) 38
2.3.2 研究機(jī)構(gòu)的化石標(biāo)本數(shù)據(jù)庫(kù) 42
2.3.3 專(zhuān)業(yè)的學(xué)科數(shù)據(jù)庫(kù) 44
2.3.4 地質(zhì)年代與“金釘子”數(shù)據(jù)庫(kù) 49
參考文獻(xiàn) 51
第3章 元數(shù)據(jù) 54
3.1 元數(shù)據(jù)概述 54
3.1.1 定義 54
3.1.2 元數(shù)據(jù)內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 55
3.1.3 元數(shù)據(jù)類(lèi)型 56
3.1.4 元數(shù)據(jù)的作用 57
3.2 元數(shù)據(jù)研究情況 57
3.3 元數(shù)據(jù)的應(yīng)用 59
3.3.1 地球科學(xué) 59
3.3.2 數(shù)字圖書(shū)館 61
3.3.3 政府和商業(yè) 61
3.3.4 醫(yī)療 61
3.4 元數(shù)據(jù)的模式與標(biāo)準(zhǔn) 62
3.4.1 互操作 62
3.4.2 元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 63
3.4.3 廣泛適用的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 64
3.4.4 國(guó)外各領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 66
3.5 古生物學(xué)與地層學(xué)元數(shù)據(jù) 69
3.5.1 化石標(biāo)本元數(shù)據(jù) 69
3.5.2 化石產(chǎn)出記錄元數(shù)據(jù) 75
3.5.3 地層剖面的元數(shù)據(jù) 79
3.6 古生物學(xué)與地層學(xué)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的推廣與數(shù)據(jù)交換 81
參考文獻(xiàn) 84
第4章 數(shù)據(jù)元素與內(nèi)容 87
4.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù) 87
4.1.1 作者信息 89
4.1.2 發(fā)表細(xì)節(jié) 90
4.1.3 文檔與文本信息 90
4.1.4 資助信息 90
4.1.5 引用形式 91
4.2 產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù) 91
4.2.1 行政區(qū)劃 91
4.2.2 經(jīng)緯度 91
4.3 古生物學(xué)數(shù)據(jù) 92
4.3.1 大類(lèi) 92
4.3.2 系統(tǒng)分類(lèi) 93
4.3.3 觀點(diǎn)信息 93
4.3.4 標(biāo)本數(shù)據(jù) 95
4.4 形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù) 94
4.5 化石標(biāo)本數(shù)據(jù) 96
4.5.1 化石標(biāo)本的妥善收藏 102
4.5.2 模式情況 103
4.5.3 發(fā)表信息 105
4.5.4 館藏信息 105
4.5.5 采集與鑒定信息 105
4.5.6 圖像與三維模型信息 106
4.6 地層剖面數(shù)據(jù) 107
4.6.1 剖面基本信息 108
4.6.2 地層描述信息 109
4.6.3 其他信息 109
4.7 鉆孔巖心數(shù)據(jù) 111
4.8 化石圖像數(shù)據(jù) 114
4.8.1 大化石攝影 115
4.8.2 微觀照相和專(zhuān)業(yè)設(shè)備照相 120
4.8.3 圖像格式與數(shù)據(jù)化 124
4.9 三維模型數(shù)據(jù) 126
4.9.1 利用三維掃描設(shè)備采集三維模型數(shù)據(jù) 126
4.9.2 利用斷層掃描重建三維模型數(shù)據(jù) 129
4.9.3 三維模型數(shù)據(jù)格式 131
4.9.4 三維模型數(shù)據(jù)規(guī)范 134
參考文獻(xiàn) 135
第5章 多樣性與形態(tài)空間 137
5.1 生物多樣性研究 137
5.1.1 從統(tǒng)計(jì)中尋找規(guī)律 138
5.1.2 從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)模式 140
5.1.3 精度與廣度的全面拓展 142
5.2 生物多樣性研究的基本方法與案例 144
5.2.1 稀疏標(biāo)準(zhǔn)化 144
5.2.2 貝葉斯法則 149
5.3 形態(tài)多樣性和形態(tài)空間 151
5.3.1 形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù) 152
5.3.2 構(gòu)建形態(tài)空間 154
5.4 形態(tài)空間在古生物學(xué)中的研究 157
5.4.1 形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)分析研究案例：中生代聲學(xué)景觀的演化 158
5.4.2 形態(tài)空間分析研究案例：二疊紀(jì)末滅絕事件驅(qū)動(dòng)甲蟲(chóng)的早期演化 159
參考文獻(xiàn) 163
第6章 時(shí)空與網(wǎng)絡(luò) 169
6.1 從“金釘子”到定量分析 169
6.1.1 圖形對(duì)比 172
6.1.2 高分辨率地質(zhì)時(shí)代與生物多樣性 175
6.2 時(shí)空分布 177
6.3 網(wǎng)絡(luò)分析 183
6.3.1 生物地理分區(qū) 183
6.3.2 研究案例：泥盆紀(jì)植物的古地理分區(qū) 186
參考文獻(xiàn) 189
第7章 古地理重建 193
7.1 發(fā)展與沿革 193
7.2 構(gòu)造古地理學(xué) 195
7.3 巖相古地理學(xué) 198
7.4 生物古地理學(xué) 201
參考文獻(xiàn) 203
第8章 機(jī)器視覺(jué) 206
8.1 定義 206
8.2 圖像分類(lèi)問(wèn)題 207
8.2.1 算法演進(jìn) 208
8.2.2 細(xì)粒度圖像分類(lèi) 209
8.2.3 深度學(xué)習(xí)與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 210
8.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)集 213
8.3.1 用于細(xì)粒度圖像識(shí)別的數(shù)據(jù)集 213
8.3.2 筆石化石標(biāo)本綜合數(shù)據(jù)集 214
8.4 數(shù)據(jù)處理 218
8.4.1 標(biāo)注與剪裁 219
8.4.2 數(shù)據(jù)集分割 221
8.5 基于層級(jí)約束的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 222
8.5.1 訓(xùn)練流程 222
8.5.2 親緣關(guān)系作為相似性權(quán)重 223
8.5.3 距離度量作為層級(jí)約束 225
8.5.4 總損失函數(shù) 226
8.5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 227
8.6 可視化展示 229
8.6.1 類(lèi)激活映射（CAM）可視化 229
8.6.2 基于t-SNE的圖像嵌入可視化 232
8.6.3 基于UMAP的圖像嵌入可視化 233
參考文獻(xiàn) 234
第9章 三維世界 238
9.1 化石標(biāo)本的超現(xiàn)實(shí)展示 238
9.1.1 三維展示 241
9.1.2 三維復(fù)制 242
9.1.3 超現(xiàn)實(shí)展示 242
9.2 化石三維重建與度量分析 244
9.3 有限元分析 245
9.4 計(jì)算流體力學(xué) 248
9.5 地質(zhì)體的三維重建 249
參考文獻(xiàn) 253
第10章 應(yīng)用拓展 257
10.1 以筆石化石識(shí)別為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的AiFossil 257
10.1.1 技術(shù)框架 259
10.1.2 主要功能 261
10.1.3 應(yīng)用與影響 262
10.2 保護(hù)世界自然遺產(chǎn) 263
10.2.1 基于古生物學(xué)與地層學(xué)研究的地質(zhì)遺產(chǎn) 263
10.2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)于地質(zhì)遺產(chǎn)保護(hù) 265
10.3 古生物學(xué)的元宇宙 265
10.3.1 虛擬現(xiàn)實(shí) 266
10.3.2 全息投影 267
10.3.3 機(jī)器人 267
參考文獻(xiàn) 269