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智慧城市网 科技动态】海量天文数据为数据处理与重大科学突破带来了巨大挑战。在天文领域，中国天眼FAST持续产出具有国际影响力的科研成果，为进一步提升观测能力，目前正加快推进FAST核心阵列建设；同时，我国深度参与国际大科学工程——平方公里阵SKA，加上其他在建与已投入使用的大科学装置，有望在天文领域实现重大突破。然而，如何高效处理与深度挖掘海量观测数据，已成为制约重大科学发现的关键瓶颈。为破解这一难题，项目依托人工智能技术，研发出天文智算大模型“天衍”，实现天文数据高精度、智能化处理，为FAST核心阵列、SKA及未来大科学工程提供可靠的数据处理支撑，助力重大科学发现，服务地方高质量发展。
解决方案
为了应对海量天文数据带来的处理与分析挑战，项目团队研发了专门面向天文数据处理需求的智算大模型“天衍”。该模型采用了当前主流的人工智能大模型架构，并针对天文图像的特点进行了专门优化。它能够像一位“智能图像处理专家”，自动从海量观测数据中识别、还原出清晰、准确的天体图像，有效提升图像质量与科学价值。“天衍”的部分核心技术包括：
1.采用非对称编解码，实现对天文观测的高精度建模。这是一种“编码-解码”的非对称结构，类似于“理解再创造”的过程：
编码器负责将输入的图像信息进行多层次解析，提取关键特征；
解码器则基于这些特征，逐步重建出高质量的图像。这一设计使其能够精准建模观测过程中产生的多种复杂干扰，提升最终图像的真实性。
2.引入多尺度残差技术，攻克弱源缺失问题。该技术通过“由粗到细”的方式捕捉图像中不同尺度的结构信息，并结合“残差连接”机制，有效避免深层网络训练时的信息丢失问题。简单来说，它让模型更加“眼尖”，能识别出以往容易被忽略的微弱天体信号，解决了“弱源缺失”难题，使图像更完整、更真实。
3.引入动态频率门控技术，实现图像的去噪留真。这一技术从“频率”的角度对图像进行智能筛选，能够有效区分哪些是图像中的真实结构，哪些是噪声干扰。它好比一个“智能滤波器”，在去除噪声的同时保留甚至增强天体边缘和细节，使重建图像更清晰、更锐利，显著提升图像的整体质量。
创新点
（一）技术创新
“天衍”首次将Transformer架构应用于射电阵列多观测效应联合建模与高动态范围成像领域，突破了传统射电天文数据处理对高端硬件与人工经验的高度依赖，实现海量天文数据的自动化、智能化处理。模型融合多尺度残差模块、动态频率门控等关键技术，弥补了传统Transformer在天文特征提取与拟合能力上的不足，有效解决弱源缺失问题，显著提升观测效应建模的准确性与处理效率。“天衍”支持多观测效应统一优化，避免传统分段处理带来的误差累积与放大，保障高动态范围图像高质量重建。
（二）应用创新
1.赋能FAST核心阵列数据处理
“天衍”已成功应用于FAST扩展阵列的模拟观测数据处理，显著提升了图像质量。在RMSE、PSNR、SSIM等关键评价指标上均有明显改善，验证了模型在国产大科学装置中的实用性与先进性。
2.支撑国际大科学工程SKA
同时应用于平方公里阵列射电望远镜SKA。凭借其强大的特征提取与图像重建能力，“天衍”能够有效应对SKA复杂观测环境与海量数据挑战，为揭示宇宙演化、暗物质分布等重大科学问题提供更精确的观测数据支持。
（三）模式创新
1.打造“AI+天文”新范式
“天衍”推动天文数据处理从传统人工模式向一体化智能处理模式转型，实现从“模型驱动”到“数据驱动”的升级，为天文数据处理提供全新创新思路。
2.降低数据处理综合成本
通过智能化处理流程，显著降低了海量天文数据在存储、处理等方面的人力与算力成本，提升了科研资源利用效率。
3.实现跨领域技术可迁移
“天衍”拥有通用的数据处理能力，具备良好的跨领域迁移能力，可广泛应用于医学影像、遥感观测等领域，为相关行业的数据处理模式创新提供技术参考。
项目实施成效
（一）科研效率提升
“天衍”可显著提升天文数据处理的效率与精度，帮助科研人员更快、更准确地获取和分析观测数据，加速天文科学研究的进程。以FAST核心阵列数据处理为例，可将数据处理时间大大缩短，并显著提升重建精度，为后续科学研究提供高质量数据基础。
（二）应用效益
1.赋能FAST，提升核心科学产出
“天衍”已在FAST核心阵列数据处理关键技术的研发中得到成功应用，取得了良好的效果。为FAST核心阵列数据处理系统的全栈开发提供重要的研究和测试平台，可助力中国自主研制的天文科学装置取得更多重大原创性成果，进一步提升我国在射电天文领域的核心竞争力。
2.支撑SKA，赋能国际科研合作
“天衍”已成功用于SKA数据处理关键技术的研发，为针对不同科学目标的数据处理系统研制提供关键的研究和测试平台。可助力重大科学发现，使中国科学家在国际科技合作和重大创新中发挥主导作用。
（三）社会效益
1.丰富科普教育素材，提升全民科学素养
“天衍”所形成的“AI+天文”创新模式与技术成果，是人工智能、大数据在科学领域的一个典型的应用，为公众科普提供了生动素材，有助于激发公众对天文学与人工智能的兴趣，提升全民科学素养。
2.赋能区域发展，打造天文文旅名片
FAST及其扩展阵列所产出的更高质量科学成果，将进一步提升贵州省在全国乃至全球的知名度与影响力，形成极具辨识度的天文旅游IP。同时，这也将持续增强FAST旅游吸引力，有效带动区域文旅经济提质增效，为贵州打造特色鲜明、享誉全国的天文文旅名片注入强劲动力。
