大數(shù)據(jù)時(shí)代下地理學(xué)研究動(dòng)向與應(yīng)用前景

摘?要：大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，引領(lǐng)了地理學(xué)的變革與創(chuàng)新。本文對大數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)下，地理學(xué)者搜集、提取與利用數(shù)據(jù)模式的轉(zhuǎn)變，新研究范式產(chǎn)生，宏觀、微觀研究尺度的結(jié)合進(jìn)行闡述，舉例說明不同類型時(shí)空大數(shù)據(jù)對各學(xué)科的研究動(dòng)向。認(rèn)為挖掘“科研數(shù)據(jù)”新價(jià)值，轉(zhuǎn)變科研思維，利用全方位、高精度的大數(shù)據(jù)確立新型區(qū)域規(guī)劃管理模式，建立?！蟮男畔⒐蚕砥脚_(tái)等成為今后大數(shù)據(jù)于地理學(xué)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：地理學(xué);大數(shù)據(jù);應(yīng)用前景

1?大數(shù)據(jù)定義

目前，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對大數(shù)據(jù)的各種定義中，最具有代表性的是3V、4V的特征。李德仁和劉經(jīng)南分別對大數(shù)據(jù)5V——Volume，Velocity，Variety，Veracity，Value的特征進(jìn)行同詞異譯的闡釋[1]。時(shí)空大數(shù)據(jù)信息量龐大等特點(diǎn)，使其研究方式較傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)模型的研究手段有所不同，已故圖靈獎(jiǎng)得主吉姆·格雷將大數(shù)據(jù)研究從計(jì)算科學(xué)（第三范式）中剝離成為一種新的科研范式，即數(shù)據(jù)密集型科研“第四范式（the?fourth?paradigm）”。同樣，王家耀認(rèn)為“大數(shù)據(jù)”的出現(xiàn)為科學(xué)研究帶來“第四范式”[2]，為地理研究所面臨的具有本質(zhì)性的理論、技術(shù)和方法挑戰(zhàn)帶來新的可能，在大數(shù)據(jù)的推動(dòng)下，時(shí)空大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)生變化，或許會(huì)構(gòu)成以時(shí)空大數(shù)據(jù)科學(xué)為中心的理論體系。雖說這樣的結(jié)論有待進(jìn)一步考證，但時(shí)空大數(shù)據(jù)已勢不可當(dāng)?shù)剡\(yùn)用于地理學(xué)、社會(huì)學(xué)、生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對各學(xué)科傳統(tǒng)研究方式、理論和尺度產(chǎn)生沖擊。

2?大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域和尺度

大數(shù)據(jù)分析是大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一，結(jié)合應(yīng)用的方向越來越廣：

（1）經(jīng)濟(jì)方面，以購物網(wǎng)站、Farecast為代表的預(yù)測系統(tǒng)，推測用戶愛好和未來選擇。

（2）醫(yī)療健康方面，通過大量的搜索記錄和疾病搜索頻率得到時(shí)空傳播規(guī)律，從而預(yù)測有效信息。

（3）生態(tài)環(huán)境方面，研究全球環(huán)境變化監(jiān)測、預(yù)測與模擬和不同區(qū)域污染治理等方面頗多。（4）教育方面，研究內(nèi)容主要聚焦在國家、區(qū)域和學(xué)校層面。闡述教育領(lǐng)域中大數(shù)據(jù)在實(shí)踐途徑、應(yīng)用場景和采用模式的意義。除此之外，大數(shù)據(jù)在地質(zhì)研究、社會(huì)管理、農(nóng)業(yè)創(chuàng)新、競技體育等以數(shù)據(jù)為中心的眾多學(xué)科領(lǐng)域中，都存在極具價(jià)值的科學(xué)應(yīng)用。同時(shí)，各學(xué)科的界限在大數(shù)據(jù)的影響下逐漸模糊，為今后的交叉研究提供了更多的可能。

Thatcher等將大數(shù)據(jù)定義為關(guān)于空間信息的社會(huì)技術(shù)產(chǎn)物和感知項(xiàng)目，并認(rèn)為80%的大數(shù)據(jù)都與空間信息有關(guān)，因此國內(nèi)外地理學(xué)者都對“大數(shù)據(jù)”懷有濃厚興趣并掀起研究熱潮。城市地理、社會(huì)地理、行為地理、商業(yè)地理、旅游地理、交通地理等基于智慧海島、生態(tài)山區(qū)、鄉(xiāng)村振興、城市治理等視角的案例紛紛呈現(xiàn)。以全球、區(qū)域?yàn)檠芯靠臻g的宏觀尺度，以城市、城鎮(zhèn)為研究范圍的中觀尺度，和社區(qū)、建筑為研究范圍的微觀尺度在地理學(xué)實(shí)現(xiàn)了由靜態(tài)空間向動(dòng)態(tài)空間、由土地空間向行為空間的研究轉(zhuǎn)變[3]。

3?時(shí)空大數(shù)據(jù)在地理學(xué)中的研究動(dòng)向

《Nature》早在2008年出版的大數(shù)據(jù)?？癰ig?data”中，就已討論了巨量數(shù)據(jù)對于互聯(lián)網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及生物等各方面的影響與挑戰(zhàn)。國內(nèi)外學(xué)者除關(guān)注地理大數(shù)據(jù)與主體關(guān)系、云計(jì)算的運(yùn)用、探討大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)理論、模型和方法、在地理學(xué)及緊密相關(guān)學(xué)科研究中的應(yīng)用前景展望外，還關(guān)注大數(shù)據(jù)在地理學(xué)研究的實(shí)際應(yīng)用，包括：探討城市大數(shù)據(jù)在智慧城市規(guī)劃、城市演變模擬和人類活動(dòng)等方面的作用、解析大數(shù)據(jù)在城市規(guī)劃中基本范式和研究尺度[46]。

各類型時(shí)空大數(shù)據(jù)在地理學(xué)中的具體應(yīng)用：

（1）利用電視劇場景和對話來研究政治地理領(lǐng)域的國家權(quán)力和社會(huì)關(guān)系。

（2）通過解析手機(jī)使用情況，探討城市電信空間分布及特征，進(jìn)一步加強(qiáng)城市作為“流動(dòng)空間”的理解。

（3）利用Twitter數(shù)據(jù)，了解城市熱點(diǎn)，分析了居民活動(dòng)在時(shí)空方面的變化規(guī)律，同時(shí)研究不同區(qū)域之間的聚類城市類型，構(gòu)建城市之間的社交網(wǎng)絡(luò)，并劃分城市等級。

（4）Townsend通過路由數(shù)據(jù)的分析，建議城市規(guī)劃學(xué)者關(guān)注城市間依賴性、全球網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性及通信信息技術(shù)的熟練度三大問題。

（5）在城市邊界劃定方面，F(xiàn)lickr等網(wǎng)站中帶有地理信息的圖片數(shù)據(jù)，可以用來描述市中心發(fā)展情況，探索城市中心街區(qū)的邊界。

（6）基于浮動(dòng)車的軌跡、出租車GPS、城市公交刷卡和通信流等大數(shù)據(jù)的時(shí)空挖掘，透視城市居民通勤行為，探討職住關(guān)系、城市的職住平衡和城市規(guī)劃編制，分析不同行業(yè)中心的交通吸引和城市的空間網(wǎng)絡(luò)格局。

（7）基于手機(jī)信令及簽到、興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)研究人的各類活動(dòng)（如通勤、消費(fèi)休閑）會(huì)產(chǎn)生人口空間分布的動(dòng)態(tài)變化和空間移動(dòng)行為。

（8）利用微博、微信等大數(shù)據(jù)關(guān)注中國城市網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特征和區(qū)域空間變化，研究居民空間移動(dòng)行為。

（9）遙感大數(shù)據(jù)、地面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)、自發(fā)地理信息和地理成果累積數(shù)據(jù)對生態(tài)環(huán)境建設(shè)、城鄉(xiāng)土地覆蓋變化、災(zāi)害監(jiān)測和防治起到價(jià)值依托。

4?大數(shù)據(jù)的應(yīng)用前景

信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用已成為必然的趨勢。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)相比，大數(shù)據(jù)具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、多源的數(shù)據(jù)類型、動(dòng)態(tài)的時(shí)空屬性、價(jià)值密度低和處理速度快等優(yōu)勢特點(diǎn)[7，8]。這為地理學(xué)提供了新的數(shù)據(jù)來源、方法論、思維方式，可以解決科研中更多難以量化的問題。

4.1?大數(shù)據(jù)在地理學(xué)科發(fā)展趨勢

大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，引領(lǐng)地理學(xué)在人口、交通、氣象、公共服務(wù)等方方面面產(chǎn)生變革。其中自然地理學(xué)在遙感、傳感器和網(wǎng)絡(luò)擬態(tài)環(huán)境信息技術(shù)支撐下，數(shù)據(jù)資源的采集、挖掘和應(yīng)用水平不斷深化。結(jié)合新興技術(shù)對密集型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、聚類，找出龐大數(shù)據(jù)集里隱藏的多要素、多過程和多規(guī)律，對森林綠地環(huán)境、大氣質(zhì)量、水體污染等進(jìn)行更加精細(xì)化監(jiān)督。在海島、海洋等大尺度和偏遠(yuǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全方位規(guī)劃管理，進(jìn)而將新的發(fā)現(xiàn)納入已有的知識(shí)體系中。

社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)或者空間定位數(shù)據(jù)，可以以更高的精度、粒度和維度揭示社會(huì)的發(fā)展軌跡和微觀個(gè)體行為背后的規(guī)律。大量“人”數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，尤其在以人為根本的城市，可以打破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)搜集、時(shí)空表述與分析方法，從新視角關(guān)注“人”。以“大”數(shù)據(jù)分析諸如個(gè)人情緒、空間感知、行為理解等“微”事物，能夠在城市計(jì)算的基本框架下精確地提高人們的生活品質(zhì)、保護(hù)環(huán)境并促進(jìn)城市運(yùn)轉(zhuǎn)效率，建立智慧城市。

交易數(shù)據(jù)、人為數(shù)據(jù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)等個(gè)體和空間信息類型眾多，地理信息系統(tǒng)應(yīng)建立彈性可擴(kuò)展的存儲(chǔ)資源平臺(tái)，提高數(shù)據(jù)價(jià)值密度，挖掘其繁雜的時(shí)空數(shù)據(jù)意義，既要重視科學(xué)性，更要把握前瞻性，并解決數(shù)據(jù)管理以及安全保護(hù)問題。

4.2?大數(shù)據(jù)時(shí)代下新型學(xué)術(shù)交流

隨著民生、科研、國家安全等各層面數(shù)字化程度不斷加深，在挖掘論文“科研數(shù)據(jù)”的過程中，發(fā)現(xiàn)論文潛在數(shù)據(jù)搜集與傳遞流程中存在瓶頸。優(yōu)化管理模式，降低科研成本，提升科研數(shù)據(jù)在學(xué)術(shù)交流的流動(dòng)和利用率顯得尤為重要。

大數(shù)據(jù)內(nèi)部信息的關(guān)聯(lián)、挖掘、利用、分享是其發(fā)展的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)，為“科研數(shù)據(jù)”的共享提供數(shù)量、質(zhì)量等有利信息。隨著互聯(lián)網(wǎng)和新興技術(shù)的發(fā)展和普及，通過對期刊已有數(shù)據(jù)（圖片、編者和作者資源、主題內(nèi)容、下載和引用量等）進(jìn)行挖掘、加工、處理，形成專業(yè)、學(xué)術(shù)性的期刊動(dòng)態(tài)評價(jià)。建立數(shù)據(jù)庫和期刊信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)出版到閱讀的數(shù)字化，使作者獲取信息精準(zhǔn)性、便捷性大大提升，便于發(fā)現(xiàn)科研新知識(shí)、創(chuàng)造研究新價(jià)值。

4.3??！蟠髷?shù)據(jù)共享平臺(tái)

鑒于大數(shù)據(jù)廣泛的新異構(gòu)性，我們不可能精確地量化所記錄的數(shù)據(jù);其數(shù)量的龐大不一定就代表信息量或者數(shù)據(jù)價(jià)值的增大，相反很多時(shí)候意味著信息垃圾的泛濫;大數(shù)據(jù)雖然可以提醒我們這件事情正在發(fā)生，但不能找尋事情發(fā)生的因果關(guān)系。因此，保證大數(shù)據(jù)的相對質(zhì)量和絕對數(shù)量，轉(zhuǎn)變科研觀念是充分利用大數(shù)據(jù)的重要保證。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代的推動(dòng)下，學(xué)者應(yīng)注重單一大數(shù)據(jù)到多源數(shù)據(jù)融合，結(jié)合多種處理、分析技術(shù)和算法，變換研究尺度，從微觀尺度、多維度刻畫區(qū)域景觀，揭示空間分異規(guī)律與機(jī)制，做好分類、估計(jì)、預(yù)測等地理大數(shù)據(jù)的空間挖掘，拓寬地理研究廣度。政府的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)向?qū)I(yè)化、集中化發(fā)展，促使公共服務(wù)向智能化發(fā)展，全面提升公共服務(wù)效率?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭企業(yè)多圍繞大數(shù)據(jù)的熱點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行可視化分析，并且其大數(shù)據(jù)處理能力、信息表述能力、創(chuàng)新能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越政府。由此，大數(shù)據(jù)不應(yīng)僅在政府、企業(yè)、高校充分使用，更應(yīng)加強(qiáng)三者的合作。在大數(shù)據(jù)的利用上保證手握大數(shù)據(jù)，結(jié)合小數(shù)據(jù)，既有自然資源、社會(huì)資源、生態(tài)環(huán)境等信息，又有收集、整理和利用的協(xié)同思維，從而提高區(qū)域規(guī)劃建設(shè)的競爭力，改變創(chuàng)新節(jié)奏，進(jìn)入地理研究的全新時(shí)代。

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作者簡介：李松波（1993—?），女，漢族，遼寧鐵嶺人，博士研究生，主要從事城市人居環(huán)境研究。