《促进大数据发展行动纲要》提出“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”，需要自主大数据系统软件作为基础和保障。自主的大数据系统软件是国家大数据产业快速发展的重要基础。自主的大数据系统软件是确保国家大数据产业安全的核心保障。自主的大数据系统软件中我国“互联网+”时代科技创新的战略机遇。

2019年，大数据、数据科学、机器学习、人工智能领域的研究与应用持续发展。物联网与传感设备的普及带来数据的爆炸性增长。大数据作为产业发展的创新要素，在数据科学与技术、商业模式、产业格局、生态价值与教育层面，均带来了新理念和新思维。大数据与人工智能的快速普及应用除了受数据量激增因素影响外，还有另外两方面因素影响：一是深度神经网络算法处理大规模非结构化数据集的能力越来越强；二是算力的飞跃。随着光刻技术进一步发展，终端设备和边缘设备的数据处理能力持续提高，云、端与边缘计算结合，实现低成本海量可用计算资源。

本着分门别类、本刊推荐、专家遴选、宁缺毋滥、叙述事实的原则，从国内外重要科技期刊和科技新闻媒体所报道的中国科技成果中，按科学、技术、工程3个类别，由《科技导报》编辑部遴选、推荐候选条目，经《科技导报》编委、审稿人等专家通信评选，推选出2019年中国重大科学、技术、工程进展30项。1）2019年中国重大科学进展10项：破解硅藻、绿藻捕光新机制；实现快速搜索并建立拓扑材料数据库；发现基于cGAS调控的自身免疫疾病潜在治疗方案；制备“三高”量子纠缠光子对源；在青藏高原发现丹尼索瓦古老型智人活动证据；首次在碲化锆中观测到三维量子霍尔效应；基于“嫦娥四号”探测数据发现月球背面幔源物质初步证据；揭示氦-水化合物的多重超离子状态；合成超高能量密度无机介电薄膜；解析非洲猪瘟病毒三维结构并揭示其组装机制。2）2019年中国重大技术进展10项：揭示600多种植物“癌症”病原机理；室温电化学水汽变换（EWGS）实现常温常压制备高纯度氢气；铕离子对可大幅提升铅碘钙钛矿太阳能电池工作寿命；石墨烯-碳纳米管复合支架可模拟脑神经网络；首创具有原子级精度的全碳电子器件制备技术；基于材料基因工程方法研制出高温块体金属玻璃；自主研发临床全数字PET/CT装备获准进入市场；开发出全球首款异构融合类脑计算芯片；开创基于自噬选择性降解亨廷顿病致病蛋白的药物研发新路径；光量子计算输出态空间维数提高百亿倍。3）2019年中国重大工程进展10项：高能同步辐射光源验证装置（HEPS-TF）通过验收；200 t推力固体火箭发动机地面热试车成功；自升式碎石铺设整平船“一航津平2”下水；中国首次固体运载火箭海上发射成功；天宫二号空间实验室阶段全部任务圆满完成；自主研制最大直径泥水平衡盾构机成功始发；“南海深部计划”取得丰硕成果；北斗三号系统核心星座部署完成；长征五号遥三运载火箭发射成功；世界首条智能高铁“京张线”开通运营。

大数据时代，数据成为与物质资产和人力资源同样重要的基础生产要素。海量数据的空前集聚和计算力的指数级增长释放了深度学习算法的生产力，推动人工智能应用的大发展。大数据技术和大数据产业的蓬勃发展为线上互联网和线下实体经济带来了新的增长点。

大数据不仅在科学、工程与计算智能中有着广泛的应用，而且在人类感知、估计、量化、记忆和推理的认知机制中发挥着基础性作用。通过对大数据科学理论的基础研究，提出一组大数据系统的一般原理和分析方法。为了从形式上解释大数据的起源和本质，探讨大数据的认知基础及其数学模型，严格地引出了根植于科学、工程和社会各个领域的大数据的一般模式。研究发现大数据不再是传统实域上的纯数，而是一个前所未有的新型数学结构，称为递归类型化超结构（RTHS）。这一大数据系统的基本拓扑特性揭示了大数据工程的复杂性及其操作与处理的全新认知、理论挑战，以及可选解决方案。

大数据科学和系统的基础研究推动了大数据数学理论的产生。本文引出大数据科学和工程的一种严格分析方法：大数据代数（BDA）从提取各种大数据系统的共同模式中形式地导出大数据科学的数学模型。BDA揭示了任何大数据系统是一种超越传统纯数字的新型递归类型化超结构（RTHS）。基于大数据的递归超结构，创建了一组严格的代数算子，用于对大数据系统的建模、分析、综合和认知学习。这一基础研究建立了一个大数据科学的理论架构，其为解释大数据的原理和性质及其在大数据工程中的形式推理提供了一个方法论基础。

随着人类产生数据量的增加，数据可视化需要处理的数据规模、类型及需求都发生了显著变化。在大数据时代，数据可视化面临诸多新的挑战。从大数据本身的特点及其应用需求出发，结合数据可视化的研究现状，介绍了适用于大数据的数据可视化技术；分析在大数据条件下数据可视化所要解决的8个关键问题；讨论了针对大数据可视化应用需求自主研发的交互式可视化设计平台AutoVis及其应用。

大数据技术的蓬勃发展催生了丰富的大数据应用，当今各种大数据产品形成的复杂的生态系统。从数据的存储和分析两个角度概述了大数据产品的核心技术，结合权威评测机构的结果，分析了国内市场上大数据产品的现状。未来中国大数据产品研发在开源社区的参与度、复合型人才培养、产品细分和跨学科协同创新上还需进一步努力。

随着中国《网络安全法》《网络产品和服务安全审查办法（试行）》《数据安全管理办法（征求意见稿）》等法律法规的陆续实施，对大数据运营商提出了诸多合规要求。如何应对大数据时代日益显著的数据安全风险，确保其符合网络安全法律法规政策，需要对网络运营者数据业务及安全管控措施进行规范化。在明确了大数据安全内涵、指出了大数据产业面临的安全挑战后，对照工业界大数据平台和大数据应用安全解决方案阐述了大数据安全目标及其大数据平台与应用关键技术与机制。

随着谷歌文件系统和宽表结构为代表的技术打破依赖关系数据库管理海量数据的限制，以Apache Hadoop为代表的开源大数据管理系统软件新技术与系统不断涌现，并快速成熟应用。针对Apache开源社区中面向在线事务处理和在线分析处理场景的大数据管理软件，介绍了大数据管理中的数据存储、数据分区、副本机制、分布式协议等，并比较分析了分布式文件系统、键值库、时序数据库等典型分布式数据管理系统的优缺点。

随着人工智能技术在大数据与高性能计算的推动下飞速发展，涌现出大量创新性的方法，对现有的数据安全与脱敏方法带来了诸多挑战。从当今大数据与智能技术发展的现状入手，讨论了数据脱敏技术的内涵、工作流程、系统机制、典型脱敏案例，展望了未来数据脱敏技术的发展趋势，从技术、需求和法治、管理机制方面提出了一些数据脱敏的建议。

城市功能混合是提升城市效率和活力的重要手段，也是现代城市规划的重要原则。提出了一种基于多源时空大数据的城市功能混合评估新方法，该方法借鉴了TF-IDF算法和信息熵算法，不仅考虑各类城市功能的空间布局结构，而且反映了其实际使用特征，从而将城市功能的供给侧与需求侧特征结合起来。基于这一方法，对北京六环以内地区的城市功能混合进行计算。结果表明，城市功能混合现象极为普遍，应视为城市规划和管理的一项基本原则；从空间特征上看，功能混合密度符合距离衰减特征，体现了空间区位与城市中心结构对城市功能混合的显著影响。在此基础上，进一步探讨了不同主导功能的用地中，各类城市功能混合的配比关系和空间特征。最后，面向城市规划和管理，提出了提升城市功能混合、加强城市精细化治理水平的可行建议。

2018年1月1日，中国科学院A类战略性先导科技专项“地球大数据科学工程”（以下简称“专项” ）正式立项，2月12日正式启动。专项启动2年来，在基于地球大数据驱动的科学发现、决策支持、技术创新等方面取得系列重要成果。新年伊始，本刊编辑部对专项负责人、中国科学院院士郭华东进行专访。

回顾了2019年全球空间科学重要研究进展、美欧俄日等国家/地区最新重大发展战略以及新发射的空间科学重要任务平台，盘点了天基平台助力首次黑洞直接成像，宜居带系外行星的大气中存在水，“隼鸟2”号（Hayabusa 2）完成小行星采样，1年期双胞胎天地对比研究揭示人体空间适应性，美国明确在2024年前载人重返月球目标，俄罗斯计划分4个阶段开展月球综合探索与开发、至2040年全面建成月球基地，中国成功发射“太极一号”空间引力波探测技术实验卫星，美国成功发射“电离层探测器”（ICON）等重大成果和事件。

2019年中国城市更新的理论与实践发展受到学界、政界与行业界的高度关注与重视。城市更新在政策与制度建设、工作路径与方法转型、提高城市治理能力、实现城市综合转型目标等方面取得显著进展，并且涌现出了责任规划师、社区规划师等特色化的实操路径，以及历史街区改造、老旧小区整治、老工业区更新与工业遗产保护、公共空间提质等不同类型的实践做法与创新探索。

智慧城市是技术、人文和社会经济融合的复杂巨系统。2019年智慧城市研究与实践不断创新，在共性关键应用技术突破、数据平台集成建设和应用模式创新等方面成效显著。从智慧城市与可持续发展、智慧技术与智能设施、大数据平台与“智慧大脑”、数字孪生城市与智慧空间、智慧服务与智慧生活、数据驱动的智慧管理等6个方面，回顾了2019年智慧城市研究与实践的有关进展。

随着“健康中国”建设的持续推进，2019年健康城市受到更为广泛的关注。本文基于2019年国内外相关学术期刊文章、重要研究报告和会议报道，将健康城市研究划分为健康城市规划理论研究、建成环境对公共健康的影响研究、健康城市评价指标体系研究3类进行述评，对健康城市规划实践成果进行分析，提出了未来健康城市研究与实践需紧密结合，注重基础实证研究、实现循证实践、建立协同创新机制，推动中国健康城市的发展。

能源载体——氢能作为一种典型的新能源形式，具有无污染、热值高、重量轻、资源丰富等优势，被视为21世纪最有希望为人类提供可持续发展动力的清洁能源。从政策制定、产业发展、基础研究以及国际合作等4个方面，综述了中国氢能产业在2019年所取得的进步，分析了面临的问题，总结了经验教训，对未来氢能产业的发展提出了具体建议。

液滴行为控制是多学科融合的研究领域，对生命科学、材料科学、分析化学和工程热管理等学科的发展都具有重要意义。2019年，液滴行为控制研究在固液碰撞、精准操纵等方面取得了重要进展。回顾了2019年液滴行为控制领域的研究热点和代表性成果，包括固液碰撞行为精准调控、液滴可编程化输运和新型数字微流控技术的发展等。

空时自适应处理可以联合空域和时域进行二维自适应滤波，是运动平台雷达系统中进行杂波抑制和目标检测的关键技术。近年来，空时自适应处理技术迅速发展，其应用领域也在不断扩大。概述了2019年空时自适应处理领域所取得的重要研究进展，展望了未来空时自适应处理技术的发展趋势。

安全系统工程主要是对系统风险进行预测、评价、控制的科学技术，包括事故致因理论、安全评价、安全管理和预警应急等内容。2019年，安全系统工程在互联网飞速发展的影响下，经典内容作为研究主体持续发展的同时，也呈现出大数据共享、评价预警系统智能化等趋势。事故树分析实现了静态平面事故树到动态空间事故树的突破；随着模糊算法的改进和云计算模型的发展，安全评价中最常用的层次分析法精确度提高，更符合实际情况；建筑业、矿业和化工生产等领域的安全预警系统更加智能化，生产管理体系更加科学；灾害风险预测应急系统在试点城市投入使用，为维护社会公共安全做出了贡献。

运动医学是一门医学与体育运动相结合的交叉学科。2019年，运动医学在运动创伤的诊断与治疗、伤病术后康复、新材料和新方法应用以及新的疾病认知等领域发展迅速。选取了前交叉韧带重建术后重返运动、髌股关节疼痛的循证干预、血小板富集血浆在肌肉及肌腱疾病中的治疗应用、充质干细胞在骨关节病治疗中的应用现状及前景和肌少症（sarcopenia）的认知及对策进展5项研究热点进行回眸和展望。随着更多新理念、新技术、新材料在临床工作中的应用，期待2020年运动医学取得长足的进步。