地理學(xué)人：用高科技干“接地氣”的活兒

任翔

我高中時(shí)的地理老師是一個(gè)奇人，他能夠把地理知識(shí)點(diǎn)填進(jìn)當(dāng)時(shí)的流行歌曲里，自編“地理歌謠”。在2006年前后的山東縣城高中，這種教學(xué)方式很新穎，也是我們枯燥高中生活中難得的調(diào)味劑。因此，每次在地理課上唱“地理歌謠”時(shí)，我們都會(huì)故意把教室的所有門(mén)窗打開(kāi)，放聲高歌，向其他班級(jí)“炫耀”。最響亮的一次甚至驚動(dòng)了政教處，但畢竟是正常的教學(xué)活動(dòng)，政教處主任只能無(wú)奈地走開(kāi)。于是，我們就可以繼續(xù)唱：“即將白天是晨線，即將黑夜是昏線。上午下午一樣長(zhǎng)，日出日落怎樣想……”

也是在高中的地理課上，我第一次接觸到了地理信息系統(tǒng)，即GIS。當(dāng)時(shí)，GIS對(duì)我來(lái)說(shuō)只是地理老師經(jīng)常念叨的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，給人的直觀印象大概就是在電腦上處理地圖，我并未想到自己后來(lái)會(huì)以此為專(zhuān)業(yè)。文理分科后，我選擇了理科，基本告別了地理課。只有臨近會(huì)考時(shí)，我們需要回顧高中地理的重點(diǎn)。在地理老師重新走進(jìn)教室的那一刻，我們報(bào)以最熱烈的掌聲和歡呼。

考大學(xué)時(shí)，我的第一志愿是物理，但成績(jī)沒(méi)有達(dá)到物理學(xué)院的錄取標(biāo)準(zhǔn)，于是被分配到了第二志愿所在的地球與空間科學(xué)學(xué)院。我從小就擅長(zhǎng)計(jì)算機(jī)，但當(dāng)時(shí)覺(jué)得學(xué)計(jì)算機(jī)好像挺單調(diào)的，就沒(méi)有優(yōu)先考慮。大一時(shí)，我們要學(xué)習(xí)學(xué)院里所有專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，包括地球物理與空間物理專(zhuān)業(yè)的大量物理課程。我高中搞物理競(jìng)賽的底子漸漸難以支撐，因此在大一結(jié)束分專(zhuān)業(yè)的時(shí)候，我聽(tīng)從了“內(nèi)心的召喚”，選擇了需要寫(xiě)不少程序的地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)。

地理信息系統(tǒng)本科專(zhuān)業(yè)在我們學(xué)院的全稱(chēng)是“遙感與地理信息系統(tǒng)”，我們通常會(huì)把研究?jī)?nèi)容稱(chēng)為“3S”，分別是衛(wèi)星導(dǎo)航與定位（Global Navigation Satellite Systems，GNSS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）與遙感（Remote Sensing，RS）。三者雖然擁有獨(dú)立的名稱(chēng)，但在研究與實(shí)際應(yīng)用中存在著緊密的聯(lián)系。3S的核心是“空間信息”，也就是“與位置有關(guān)的信息”。

作為一個(gè)交叉學(xué)科，我們既要學(xué)“地理”，又要學(xué)“信息系統(tǒng)”，所以相當(dāng)忙碌。大一的普通地質(zhì)實(shí)習(xí)，我們?cè)诒本┲苓吙疾旄鞣N巖層和地質(zhì)現(xiàn)象的分布；大二時(shí)，野外考察是專(zhuān)業(yè)必修課，包括自然地理、遙感解譯兩部分。自然地理部分，我們?cè)诶蠋煹膸ьI(lǐng)下攀登了北京的最高峰東靈山，觀察植物、土壤等隨著海拔上升、山坡的陽(yáng)面陰面逐漸變化的過(guò)程。遙感解譯部分，我們會(huì)根據(jù)拿到的用大幅面打印的衛(wèi)星照片，前往照片拍攝的區(qū)域進(jìn)行實(shí)地考察，觀察不同地物在衛(wèi)星照片中的外觀特征，最后提交地物分類(lèi)報(bào)告。此外，我們也會(huì)學(xué)習(xí)色彩學(xué)、衛(wèi)星定位、測(cè)繪等具有學(xué)科特色的知識(shí)，以及編程等計(jì)算機(jī)知識(shí)。經(jīng)過(guò)10多年的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，向別人介紹我的專(zhuān)業(yè)時(shí)，我還是會(huì)說(shuō)自己是“在電腦上處理地圖的”，通俗易懂！

到博士階段，我的研究方向是無(wú)人機(jī)圖像處理和無(wú)人機(jī)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。什么意思呢？舉個(gè)例子，當(dāng)無(wú)人機(jī)在夜晚或其他能見(jiàn)度低的地方飛行時(shí)，操作人員能夠像鋼鐵俠那樣，在畫(huà)面中看到疊加的各種數(shù)據(jù)和信息，這些信息會(huì)隨著無(wú)人機(jī)的移動(dòng)而變化。這些疊加的信息可以描述畫(huà)面中的各種目標(biāo)，比如漆黑夜里海上的船只，山上的動(dòng)物，街道上的建筑物、車(chē)和人，幫助操作人員完成各種任務(wù)。

直到現(xiàn)在，我都記得在入門(mén)的專(zhuān)業(yè)課上，老師向我們強(qiáng)調(diào)：“人類(lèi)的絕大多數(shù)信息都與位置相關(guān)?！被叵胍幌?，你在手機(jī)上使用的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，比如點(diǎn)外賣(mài)、打車(chē)、網(wǎng)購(gòu)，幾乎都離不開(kāi)位置信息。就算是看短視頻、刷帖子，系統(tǒng)也會(huì)根據(jù)你的位置，向你推送附近的內(nèi)容。因此，GIS在日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)學(xué)科在傳統(tǒng)的二維地圖繪制、儲(chǔ)存、分析、可視化方面都取得了巨大的成就。前沿的研究方向已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了二維地圖，開(kāi)始探討更多話題，例如使用算法與模型研究地理空間中的各種現(xiàn)象，使用無(wú)人機(jī)等新興平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地觀測(cè)，研究在三維空間中對(duì)地理空間與現(xiàn)象進(jìn)行表達(dá)與分析等。GIS也從一種技術(shù)逐漸演變?yōu)橐婚T(mén)科學(xué)。

從我自己研究的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在人類(lèi)徹底拋棄肉體之前，我們?nèi)孕枰獙?shí)實(shí)在在地去操縱現(xiàn)實(shí)世界里的事物，需要用身體與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互。怎樣把越來(lái)越多描述這個(gè)世界的數(shù)據(jù)更好地與現(xiàn)實(shí)世界融為一體？這就需要增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的手段。以日常的導(dǎo)航為例，我們需要看一眼前方的道路，再看一眼導(dǎo)航屏幕，這很笨拙，也增加了不安全因素?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)嘗試?yán)迷鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將導(dǎo)航信息直接送入駕駛員的視野，例如疊加在前風(fēng)擋上，駕駛員就能對(duì)導(dǎo)航的道路一目了然。當(dāng)然，導(dǎo)航只是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的其中一個(gè)應(yīng)用。從1968年第一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備“達(dá)摩克利斯之劍”問(wèn)世，短短50多年，科技已經(jīng)給我們帶來(lái)了翻天覆地的變化。也許在不久的將來(lái)，我們就能見(jiàn)證增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不可估量的威力。