地理學對大數(shù)據(jù)技術的響應與思考

馬 玲 葉 勝 張雪清

（1、深圳市易簡空間技術有限公司，廣東 深圳518000 2、重慶市地理信息和遙感應用中心，重慶400000 3、中冶賽迪重慶信息技術有限公司，重慶400000）

1 概述

隨著人類科學技術的快速發(fā)展，計算機和信息通訊技術的繁榮帶來了各種以電子形式存儲的數(shù)據(jù)量也呈指數(shù)式迅速增長，根據(jù)IDC（Internet Data Center）的統(tǒng)計，人類社會的數(shù)據(jù)量以每年50%的速度增長，每兩年增長一倍多。所謂大數(shù)據(jù)，是指“用目前數(shù)據(jù)庫管理和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法難以獲取、管理和處理的巨大復雜的數(shù)據(jù)集合”。“大數(shù)據(jù)”是繼“云計算”之后互聯(lián)網(wǎng)時代掀起的又一個熱潮。

2“大數(shù)據(jù)”熱潮下地理學的機遇

2.1“地理大數(shù)據(jù)”的定義與特征

人類信息技術的井噴式發(fā)展使得全球每18 個月新增的數(shù)據(jù)量是人類有史以來全部數(shù)據(jù)量的總和，到2020 年全球數(shù)據(jù)量將達到40ZB，并且這些數(shù)據(jù)中的95%是不精確的和非結構化的，同時具有典型的5V（Volume、Varity、Velocity、Veracity 和Value）特征，我們根據(jù)這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為“大數(shù)據(jù)”。地理學科所面對的是復雜的地球系統(tǒng)，因此地理信息是天然的大數(shù)據(jù)。上至衛(wèi)星遙感對地觀測數(shù)據(jù)、下至航空傳感器數(shù)據(jù)、以及我們常見的統(tǒng)計、環(huán)境、土地等領域的數(shù)據(jù)都屬于地理數(shù)據(jù)，因此地理信息技術數(shù)據(jù)源之多，數(shù)據(jù)量之大是不言而喻的。

2.2 大數(shù)據(jù)時代地理學的機遇

大數(shù)據(jù)在一定程度上克服了傳統(tǒng)地理數(shù)據(jù)時空屬性缺失和不連續(xù)的不足，也為創(chuàng)新地理學研究的議題提供了機遇。大數(shù)據(jù)細化了時空尺度，人類活動的三維空間具有時空三維屬性的變化，并且這種變化是每時每刻在發(fā)生的，意味著地理數(shù)據(jù)的細化是同步于時間發(fā)展的，因此移動的個體或群體所產生的地理信息位置和屬性變化更為明顯，地理大數(shù)據(jù)在這個尺度上促進了地理計算與城市計算和社會計算的交叉和融合，符合人文地理學“計量轉向”與“社會轉向”的發(fā)展規(guī)律。大數(shù)據(jù)提供的豐富且詳細的信息，使得社會學家全面、精細化分析各類社會科學問題提供了契機，而社科學家在越來越多地理空間屬性信息的支持下，研究結果也越加具有實證性。大數(shù)據(jù)對人文地理學的影響也是自然地理學的影響。在優(yōu)化區(qū)域布局、防災減災、城市精細化管理、智慧城市等方面綜合多維的國情地理數(shù)據(jù)影響甚大。這些大數(shù)據(jù)，對人文地理學研究內容與研究范式提供了巨大突破創(chuàng)新的機會。

地理學+大數(shù)據(jù)技術已經(jīng)成為了地理空間分析的前沿，是當前地理學研究的重要新方向。美國NASA 已經(jīng)利用地理大數(shù)據(jù)開展了氣候變化的深入模式探究，結合GIS 研究建筑物的氣候變化反應和規(guī)劃，為全球數(shù)據(jù)應用提供了范式。

3“大數(shù)據(jù)”時代下地理學的反思

3.1 數(shù)據(jù)決定論的反思

Anderson 在《Wired Magzine》的一篇評述中強調“大數(shù)據(jù)”可能帶來理論的終結和傳統(tǒng)科學方法的過時，因為僅僅依靠“大數(shù)據(jù)”就足以直觀地了解所發(fā)生的各種現(xiàn)象，簡單的數(shù)字就能表達一切。盡管這種言論有很多漏洞，但卻引發(fā)了眾多關于“大數(shù)據(jù)”在研究過程中所起作用的討論。不可否認的是大數(shù)據(jù)作為一種新的技術為地理學研究提供了新的數(shù)據(jù)類型和新的研究范式，但需要深思的是需要回歸到數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)本身不是知識，在大數(shù)據(jù)時代，科學研究也應該需要進行過濾和篩選，從眾多的數(shù)字背后探究深入的社會機理和有效信息，而這個過程重點強調人的作用而不是數(shù)據(jù)本身的作用。

從數(shù)據(jù)知識以至經(jīng)驗的過程需要地理學者的挖掘和提煉，重點把握尺度效應，不應在大數(shù)據(jù)時代下忽視了小數(shù)據(jù)的價值，正如地理學尺度永遠不能細化至極致，研究人員在收集數(shù)據(jù)時需要尋求合適的尺度，小空間的尺度數(shù)據(jù)有助于把握地理細節(jié)，對大數(shù)據(jù)分析下的時空趨勢進行更好的輔政與說明。這一過程不僅需要地理大數(shù)據(jù)的空間可視化同時需要更深層次地挖掘現(xiàn)象背后的空間規(guī)律。

3.2 大數(shù)據(jù)驅動地理研究的反思

在大數(shù)據(jù)的沖擊下，當今地理學學科內部出現(xiàn)了一種破碎化和離心化的趨勢，正如有學者的批判：自然地理破碎化、人文地理經(jīng)濟化、地理信息科學信息技術化。傳統(tǒng)地理學的“區(qū)域性”和“綜合性”的傳統(tǒng)學科特色與優(yōu)勢遭受挑戰(zhàn)。地理學要“回歸”到哪里？地理學有自己的共同體共識，第一是研究取向上對“地”的重視，第二是研究方式上對地的重視，即強調實地取證與調查，堅持一切從實際出發(fā)和唯物主義觀點。目前在地理大數(shù)據(jù)的研究中和對大量數(shù)據(jù)操作的過分關注而忽略了典型代表的選擇等，這樣會導致出各種偏差。利用地理數(shù)據(jù)進行預測也需要進一步的理論支撐，因為大數(shù)據(jù)源于過去數(shù)據(jù)的積累，在未來與現(xiàn)在具有相似情景的條件下，則可通過算法預測未來。然而地表過程和人類社會過程是一個動態(tài)非線性的過程，一旦未來某段時間內的系統(tǒng)動力發(fā)生改變，那大數(shù)據(jù)對未來的預測也需要改變。

地理大數(shù)據(jù)狂熱的背后依然擺脫不了多數(shù)成果探索性階段的現(xiàn)實。例如谷歌流感趨勢預測失效案例。與傳統(tǒng)地理學注重野外實證和嚴謹科學驗證數(shù)據(jù)相比，絕大多數(shù)的“大數(shù)據(jù)”是有偏數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)受環(huán)境和人群的影響和干擾較大。由于原始樣本的偏差、預處理方法是否恰當?shù)榷喾矫嬉蛩?，地理學者對收集來的大數(shù)據(jù)的質量無法進行系統(tǒng)性評估，大數(shù)據(jù)是一個新呈現(xiàn)出來的新鮮事物，研究案例可供借鑒研究的少之又少，條件也不夠充足，所以研究問題片面不夠具體，所以研究的結果大多數(shù)都不夠足以讓人信服，因此大數(shù)據(jù)驅動地理研究仍然需要更加嚴謹和魯棒的算法。地理學者能夠做的不應該是面對數(shù)據(jù)的狂歡，也不應該趨向于計算機科學對大數(shù)據(jù)技術算法的深化，而是應該扎根學科特色，回歸人地關系主題，扎根現(xiàn)實、回歸研究本質，冷靜客觀對地理大數(shù)據(jù)的使用條件進行科學的評估。同時地理學是一門實證主義較強的學科，在社會發(fā)達地區(qū)，地理大數(shù)據(jù)的豐富可以對地理環(huán)境進行表達，而對于自然區(qū)域，也存在數(shù)據(jù)盲區(qū)。在這個過程中，基于訪談、野外調查等途徑獲得的小數(shù)據(jù)的價值依然不可忽略。

3.3 大數(shù)據(jù)對傳統(tǒng)地理學的沖擊反思

新事物的產生總是具有強大的生命力，在以矛盾具有兩面性的思想指導下地理學者不應該過分抬高大數(shù)據(jù)對地理學發(fā)展的作用，不能妄自菲薄，全盤否定傳統(tǒng)地理科學的研究意義和研究方法。在新技術對傳統(tǒng)學科的沖擊中只有通過辯證法的思維看待問題，抓住問題的本質，方能發(fā)揚本學科特色。地理學的發(fā)展依靠數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的壟斷會產生“數(shù)據(jù)鴻溝”，對于地理學而言，數(shù)據(jù)是血液，只有與相應的社會部門或公司協(xié)商，或借助計算機科學的數(shù)據(jù)挖掘技術，才能多方面獲取多尺度數(shù)據(jù)。在獲取數(shù)據(jù)之后，在數(shù)據(jù)分析上依然不能固步自封，應認識到與其他學科分析方法上的一些差距，加強學科融合和學科交流合作，地理大數(shù)據(jù)的交叉學科特性也將成為未來地理學數(shù)據(jù)研究的新趨勢。

4 結論與討論

首先值得深思的是地理大數(shù)據(jù)應回歸到數(shù)據(jù)本身，地理學需要從眾多的數(shù)字背后探究深入的社會機理和有效信息，而這個過程重點強調人的作用而不是數(shù)據(jù)本身的作用。同時地理學要回歸到對“地”的重視，強調實地取證與調查，扎根現(xiàn)實、回歸研究本質，冷靜客觀對地理大數(shù)據(jù)的使用條件進行科學的評估。最后面對大數(shù)據(jù)的沖擊，傳統(tǒng)地理學應認識到自身的缺陷，加強學科特色融合。在新時代背景下，地理學勿固步自封，積極面對機遇與挑戰(zhàn)，融合交叉學科，回歸人地關系主題，切實給人們帶來更多的地理信息服務。