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1、走向大地理时代文：超图软件总工程师 梁军随着云计算、物联网、移动计算、大数据、智慧地球以及 3S（遥感、地理信息系统、全球定位）等技术的发展，新兴经济体的崛起， 中国的“走出去”战略的实施，第二次地理大发现时代或将成为现实，并将改变世界的经济格局，促进新兴经济体的繁荣，带动大地理学 （Big Geography）的发展，人类将进入一个大地理时代。15 至 18 世纪，对欧洲而言是地理大发现时代（the Age of Discovery）（或大航海时代），借助航海探险，欧洲人的触角伸向了全球，掌握了地理信息或知识的先机，促进了全球 贸易发展，改变了世界的经济格局，为欧洲的繁荣奠定了基础，同时也带
2、动了地理学的发展。第二次世界大战之后，地理学的作用日趋式微，出现了“地理学危机” (1)，许多大学地理学系被撤销或更名，地理学价值何在? 1998 年，地理大发现时代五百多年之后，在其发源 地葡萄牙里斯本召开的GIS PlaNET 98 会议上，地理信息科学概念的提出者 Goodchild 教授发表了题为“透过GIS 重新发现世界：展望第二个地理大发现时代”的主旨演讲 (2)，指出 20 世纪末至 21世纪初将有可能出现第二次地理大发现时代，GIS 成为重新发现世界的工具，通过数字地球和 野外 GIS（Field GIS）更深入地认识世界，提出了“人类-计算机- 现实相互作用”的概念（HCRI
3、，Human-Computer- Reality Interaction）。技术为地理学的发展提供了奠定了基础。 2007 年，美国作家、密歇根州 立大学教授哈姆德布雷（Harmde Blij）出版了地理学为什么重要：美国面临的三大挑战：气候变化、中国崛起和全球恐怖主义，试图从地理的角度，把握近年来世界发生的各种巨变以及它们之间的内在联系，更好地理解和应对这个日趋混乱的世界；2012 年，他推出第二版为什么地理学比以往任何时候都更重要（3 ）。在错综复杂和快速变化的现实世界，地理学更加重要，需求更加旺盛。 随着云计算、物联网、移动计算、大数据、智慧地球以及 3S（遥感、地理信息系统、全球定位）
4、等技术的发展，新兴经济体的崛起，中国的“走出去”战略的实施，第二次地理大发现时代或将成为现实，并将改变世界的经济格局，促进新兴经济体的繁荣，带动地理学（Big Geography）的发展，人类将进入一个大地理时代。 何为大地理学？ 随着大数据技术的发展，“大”被赋予了更为深远的含义，以大数据为例，“大”体现为“3V”或 “4V”，即 Volume、Velocity、 Variety 或 Value。其中数量（Volume）指数据的体量庞大；速度（Velocity ）指数据增长速度快，或需要高速分析能力；变化 （Variety ）指数据来源广泛或特征多样；价值（Value ）数据的价值密度低或应
5、用价值巨大。基于学科和行业的发展方向或参照大数据的定义，国内有专家提出了“大测绘”和“大地图”的概念，但无论是大测绘还是大地图都是认识、理解、分析和表达地理系统(或地理综合体）的工具，“地理系统把地理环境看 作是一个运动着的发生和发展中的世界。包括人类赖以生存和生活并强加影响的整个自然环境和社会经济环境” (4)。从地理系统的角度，大部分的大数据应用案例都与地理相关，涉及地理系统中发生的地理现象或过程。因此，可以以地理系统为研究对象发展大地理学。 大地理学 （Big Geography）是以地理系统为研究对象的地理科学、地理技术与地理工程等学科的综合，在科学的层面表现为统一地理学，是自然地理学
6、、人文地理学与地理信息科学的集成与融合；在技术层面表现为统一地理技术，是地理信息技术与其它地理技术（如地理系统或子系统的观测、分析、预测、调控技术）的集成与融合；从工程层面是统一地理学和地理技术的综合性及系统化应用，以解决复杂地理系统相关工程问题。如智能交通，就是一种大地理工程，不仅涉及交通设 施本身，还涉及土地利用、功能分区、人口分布甚至天气状况和经济发展等诸多因素；同样，水利工程也是一种大地理工程，涉及地形、水文、气象、生态及社会及经济多种复杂的地理要素及地理系统之间的想互作用；这些问题的需要从地理系统的层面系统性的解决。地理系统是指一定的地理空间范围由各种自然、人文和人工的地理要素相互作
7、用和相互关联构成的空间系统。地理系统的地理空间边界可以是自然或人为，其地理空间范围可以是全球、也可以是 一个国家、省、城市、社区甚至一栋建筑物，地理系统具有尺度特征或效应，涉及宏观、中观和微观的地理系统。地理系统在垂直方向上，可以按照组成要素特征划 分为不同的专题子系统，如自然的地形、地貌、地质、土壤、水文、植被等子系统，人工的交通、管线、建筑等子系统，人文的行政、经济与社会等子系统，专题子系统不能独立存在，专题子系统的集成表现为地理系统的垂直集成，以构成完整的地理系统，如城市可以看成一个地理系统，自然资源与环境、基础设施和经济社会等专题子系统构成；从水平方向上或从地理空间的角度，地理系统可以
8、按照空间范围划分为空间子系统，空间子系统是相对独立和完整的系统，可以独立存在，空间子系统的集成表现地理系统的水平集成，以构成更大规模的地理系统，如京津冀一体化，就是一种地理系统水平集成的案例。大地理学发展的基础是地理科学和地理技术的统一，及在统一基础上的科学与技术的系统化和工程化应用。 现代信息技术特别是数据科学和地理信息技术的发展，为地理科学与技术的统一奠定了基础。现代科学与技术发展的最显著特征是数字化、信息化， 包括研究数据的信息化以及知识的数字化和可计算，出现了科学研究的第四范式数据密集型科学发现 (5)，进一步印证了毕达哥拉斯的“万物皆为数” 的论断，知识也可以表达为数字，可以基于数字
9、进行知识计算。而且“软件定义一切”，使知识通过数字化和可计算，固化到各种信息系统或嵌入式装置（传感器与控制器）中，促进了智慧地球的发展，使地理环境可感知、可调控以及自适应。而遥感、全球定位技术解决了数据获取的问题，GIS 技术解决了地理系统的数字建 模（或数据建模）的问题，并为地理系统的数学建模，用数学模型模拟地理形象与过程奠定了基础。从而可以基于计算思维 （Computational Thinking）统一地理学科，基于软件定义一切融合地理技术，通过物联网实现对地理环境的实时动态数字化感知和数字化控制。基于物联网的实时动态数字化感知促进了“地理监测”（GeoControl）和“实况地理学”（
10、Live Geography）的发展，而数字化控制则带动了“地理控制”（GeoControl）的发展 (6)。 作为科学、技术与工程的综合，大地理学将改变传统地理科学与地理技术的应用模式，其应用模式如图(1)所示。将从地理系统整体的角度带动大地理工程的应用与发展，通过地理建模、地理设计、地理控制和地理监测全过程，通过地理建模构建与地理系统相对应的地理信息系统，通过在地理信息系统系统支持下的地理设计制定的地理系统的发展目标，通过地理监测和地理控制确保目标的实现和地理系统自身的优化。图 1 大地理学的应用模式大地理学基于地理信息系统对现实的地理系统的调控机制如下图所示。形成一种现实与虚拟系统构成的
11、闭环控制体系，这种体系可以是多层次分布体系，通过信息总线实现系统的整体和分布式调控。图 2 大地理学的调控机制大地理学的具体应用将促进现实地理系统的智能化，在充分发挥其地理学价值的同时，可以通过“研究 开发运维”（ResearchDevelopmentOperation）大地理闭环发展模式(ReDevOps)的形成，使地理学本身受益和得到发展。 走向大地理时代 Goodchild 指出：20 世纪末至 21 世纪初将有可能出现第二次地理大发现时代 (2)。现阶段云计算、物联网、移动计算、大数据、社交网络以及 3S 技术的发展，将使地理学走得更远，进入大地理时代。第二次地理大发现时代只是改变了地
12、理发现的手段，只是解决了认识与理解问题。而大地理时代，将以地理系统为核心，系统化地解决地理系统的理解（建模）、感知、设计和控制问题，使地理科学、地理技术发挥更充分发挥作用，特别是综合作用，从而彻底摆脱地理学危机，建立一种良性的发展模式，走入地理学发展的新时代。大地理学可以在多种尺度下应用，从微观角度可以应用到一栋建筑物； 中观尺度上可以应用到一个城市，可以为智慧城市建设提供理论、技术和工程方法论； 在宏观角度上可以在省、国家和全球层面应用，可以针对一些专题应用，如全球变化；从区域的角度，可以应用到区域一体化，如京津冀一体化，从地理子系统水平集成的角度，整合各子系统的专题子系统，实现面向京津冀一体化系统的集 成与优化，并形成一个可持续发展的平台和机制。
