地理學(xué)科大數(shù)據(jù)在本科教學(xué)中的挖掘與學(xué)習(xí)

岳輝 陳秋計

摘要：大數(shù)據(jù)給地理學(xué)科帶來了機遇和挑戰(zhàn)，但是針對地理學(xué)科本科教學(xué)的大數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)研究相對較少。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)概念和地理學(xué)科的發(fā)展演變，分析了現(xiàn)代地理學(xué)的發(fā)展趨勢，并對大數(shù)據(jù)在地理學(xué)科中的應(yīng)用列舉了最優(yōu)位置選擇、人口流動熱力圖和人口性別比分布三個具體案例，探討了地理學(xué)科本科教學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)的可能。就地理學(xué)科而言，多源對地觀測數(shù)據(jù)為其變革提供了數(shù)據(jù)支持，地理學(xué)科的多學(xué)科交叉為其提供了技術(shù)保障，因此，未來在地理學(xué)科大數(shù)據(jù)本科教學(xué)中在研究理論基礎(chǔ)的同時，加強案例挖掘和學(xué)習(xí)，逐步構(gòu)成了一個成熟的體系。

關(guān)鍵詞：地理學(xué)科；大數(shù)據(jù)；挖掘和學(xué)習(xí)；本科教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0160-03

一、引言

地理學(xué)（Geography）作為一門古老的學(xué)科發(fā)展歷史悠久，曾被譽為科學(xué)之母。在人類了解和掌握我們居住的地球發(fā)生過的自然現(xiàn)象和人文歷史的時空變化，并在分析自然和人文之間的相互關(guān)系中具有重要作用。從地理學(xué)演變的歷史過程來看，古代地理學(xué)主要研究地球形狀以及其距離大小的測量方法，或?qū)θ祟惥幼』蚧顒拥膮^(qū)域和國家進行描述，現(xiàn)代地理學(xué)已演變?yōu)橐婚T涉獵范圍廣泛的學(xué)科，大到地球表面的各種現(xiàn)象的時空變化，小到人類居住區(qū)的格局分析，等等，因此地理學(xué)家需要熟悉多種學(xué)科，例如生物學(xué)、社會學(xué)、地球物理學(xué)等。在廣義的學(xué)科分類中，地理學(xué)一般分為自然地理學(xué)、人文地理學(xué)和地理信息系統(tǒng)三個分支。其中，自然地理學(xué)的研究重點是地貌、土壤等地球表層自然現(xiàn)象和自然災(zāi)害，土地利用與覆蓋以及生態(tài)環(huán)境與地理之間的關(guān)系；人文地理學(xué)研究的重點是歷史地理學(xué)、文化與社會地理學(xué)、人口地理學(xué)、政治地理學(xué)、經(jīng)濟地理學(xué)和城市地理學(xué)；地理信息系統(tǒng)則是計算機技術(shù)與現(xiàn)代地理學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，采用計算機建模和模擬技術(shù)實現(xiàn)地理環(huán)境與過程的虛擬，以便于對地理現(xiàn)象直觀科學(xué)的分析，并提供決策依據(jù)。

當(dāng)今地理學(xué)學(xué)科內(nèi)部呈現(xiàn)明顯的破碎化、離心化趨勢，也有學(xué)者批評當(dāng)今地理學(xué)面臨著自然地理破碎化、人文地理經(jīng)濟化與社會化和地理信息科學(xué)信息技術(shù)化的危機[1，2]。傳統(tǒng)地理學(xué)中“區(qū)域性”與“綜合性”的學(xué)科特色與優(yōu)勢遭到了忽視與弱化，并且當(dāng)今地理學(xué)面對的科學(xué)與社會問題越來越復(fù)雜，地球表層系統(tǒng)作為地理學(xué)研究的核心對象，受人類活動擾動和改造的影響越來越顯著，地理學(xué)科在研究方法或者研究手段上越來越受到其他學(xué)科的影響和制約[3，4]。例如在研究沙漠化現(xiàn)象中經(jīng)常將沙化的原因歸咎于干旱，綜合研究指出沙漠化是因過度放牧、農(nóng)業(yè)過度擴展和毀林造田而加劇的，而沙漠化表征的諸多現(xiàn)象是由其他學(xué)科鑒定的，例如過度放牧和農(nóng)業(yè)擴展由農(nóng)業(yè)科學(xué)負責(zé)，毀林燒柴則由環(huán)境科學(xué)負責(zé)，等等。而地理學(xué)在此的任務(wù)是調(diào)查研究其分布模式、地域配合、聯(lián)結(jié)各組成部分的網(wǎng)絡(luò)以及其相互作用的過程。因此，在研究地球表層系統(tǒng)的過程中跨學(xué)科的綜合與協(xié)同研究成為地理學(xué)未來發(fā)展的方向。

“大數(shù)據(jù)”是自2013年以來興起的一個熱潮，相信在未來的幾十年里，大數(shù)據(jù)將會是個重要話題，無論是對于個人還是對于國家。大數(shù)據(jù)的發(fā)展會沖擊著許多行業(yè)，包括經(jīng)濟、環(huán)保、醫(yī)療、旅游等。一時間3V或者4V理論風(fēng)靡全球，海量、多樣、高速、價值（Volume數(shù)量，Velocity速度，Variety種類）這四個詞概括了大數(shù)據(jù)區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的幾個典型特征。衛(wèi)星、無人機等測繪手段，為地理學(xué)帶來了海量的大數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)是快速數(shù)據(jù)，通過各種傳感器網(wǎng)絡(luò)，甚至可以提供實時亞米級影像。面臨大數(shù)據(jù)的沖擊，在地理學(xué)科中如何應(yīng)對是亟待深入研究和探討的問題。筆者結(jié)合地理學(xué)科的傳統(tǒng)研究思路和具體應(yīng)用，從大數(shù)據(jù)的挖掘與分析入手，簡要分析了如何在地理學(xué)科本科教學(xué)中進行大數(shù)據(jù)的應(yīng)用挖掘和學(xué)習(xí)。

二、大數(shù)據(jù)與地理信息結(jié)合

海量數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，使得人們對于數(shù)據(jù)的要求從精確性的苛求轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)的多元性和交叉性的需求。人們對于事物之間相關(guān)性的認識比對于事物之間的因果關(guān)系更加顯得需求迫切。利用地理數(shù)據(jù)進行商業(yè)選址和消費者分類服務(wù)在全球發(fā)達國家已經(jīng)得到了普及，但是在中國尚未得到大范圍的推廣應(yīng)用[5，6]。精準(zhǔn)的地理服務(wù)在中國將會有更大的需求和市場，例如肯德基、星巴克等全球連鎖公司等專門成立了商業(yè)地理分析團隊，幫助其在中國的店鋪進行選址。另外，可以構(gòu)建數(shù)據(jù)分析中心，進行地理數(shù)據(jù)的深度挖掘，從而尋找對企業(yè)有利的信息，提升企業(yè)的利潤。例如現(xiàn)在蓬勃發(fā)展的物流行業(yè)，眾多物流公司均加大對數(shù)據(jù)分析方面的投入，將大數(shù)據(jù)作為戰(zhàn)略資源，深度分析客戶需求，進而調(diào)整公司的運營策略，在公司戰(zhàn)略規(guī)劃、運營模式等方面做出合理部署。可以想象在未來，大數(shù)據(jù)不僅會在地理信息行業(yè)得到飛速發(fā)展，同樣在需要與大數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)的其他行業(yè)應(yīng)用也會越來越廣泛。

三、案例分析探討

對于地理學(xué)科來說，多源對地觀測數(shù)據(jù)為其學(xué)科的變革提供了數(shù)據(jù)支持，而地理學(xué)科的多學(xué)科交叉屬性為其提供了技術(shù)支撐。未來在地理學(xué)科大數(shù)據(jù)本科教學(xué)中在研究理論基礎(chǔ)的同時，加強案例挖掘和學(xué)習(xí)，逐步構(gòu)成一個成熟的體系。因此，本文選擇以下三個案例進行了探索，以期為地理學(xué)科大數(shù)據(jù)在本科教學(xué)中的挖掘和學(xué)習(xí)提供一定的借鑒。

1.最優(yōu)位置選擇。在地理信息具體應(yīng)用中科學(xué)選擇最優(yōu)位置是現(xiàn)代商業(yè)的關(guān)鍵所在，只有把對的商品放在對的位置上才能獲取最大的商業(yè)利潤。在地理類專業(yè)本科教學(xué)中可以增加大數(shù)據(jù)在最優(yōu)位置選擇的商業(yè)案例進行分析。

具體案例：現(xiàn)有一家股份制商業(yè)銀行，該銀行需要對未來中國西部某二線省會城市的網(wǎng)點開設(shè)方案進行規(guī)劃。其要求是網(wǎng)點必須開設(shè)在銀行顧客集中的區(qū)域，以方便銀行業(yè)務(wù)的辦理，同時需要避開其他銀行過度競爭的區(qū)域來保證本銀行的生存和發(fā)展前景。

案例分析：最優(yōu)位置的選擇是商業(yè)地理分析最常見的案例。對于某個特定的地點是否復(fù)合商業(yè)利益，進行現(xiàn)場調(diào)查是傳統(tǒng)的方法也是最笨的方法，但是這種方法耗時耗力，對于面積人口較大的城市選出其中的重點區(qū)域，需要大量的人力、物力和財力，憑借小團隊的有限知識遠遠不夠，因此就需要大數(shù)據(jù)來幫助完成這個任務(wù)。基本方案是利用該城市的矢量地圖，同時加載信息更多更豐富的經(jīng)濟、人口等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）來實現(xiàn)定性和定量的分析，可以建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛶椭覀冊诤线m的城市區(qū)域內(nèi)選擇最優(yōu)位置。

具體步驟：首先，目的是為了幫助銀行挑選最有利的位置，可以從街道和臨街商鋪以及商業(yè)CBD等可能的位置進行初步分析。綜合該城市的市區(qū)超過100個接到的常駐和流動人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)、人口的收入數(shù)據(jù)、受教育程度的數(shù)據(jù)，包括分區(qū)內(nèi)其他銀行的分布網(wǎng)點位置以及營業(yè)年限，其他大型商業(yè)聚集區(qū)的輻射程度等地理數(shù)據(jù)，將市區(qū)按街道分區(qū)重新劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和邊緣區(qū)三個大類，新設(shè)的銀行網(wǎng)點應(yīng)優(yōu)先考慮核心區(qū)。其次，按照建立的模型對數(shù)據(jù)進行收集，根據(jù)不同街道分區(qū)的特征和商業(yè)信息的分布與聚集以及輻射度進行賦值，最終得到分區(qū)的最后得分，根據(jù)得分結(jié)合該城市市區(qū)已建在建/籌建樓宇列表選出網(wǎng)點的最優(yōu)位置。

2.人口流動熱力圖。2014年春節(jié)期間，百度地圖推出了一個基于手機定位可視化數(shù)據(jù)而制作的國內(nèi)城市間人口流動實時地圖。春運是短時間內(nèi)極大規(guī)模的人口遷徙行為，而流動人口所攜帶的手機如果開啟了定位功能，那么這些定位數(shù)據(jù)反饋到計算平臺，就可以相對準(zhǔn)確和及時地表現(xiàn)出地圖上任何一個地區(qū)人員的遷入與遷出狀況。

案例設(shè)計：通過定位數(shù)據(jù)的分析，可以分析一天內(nèi)某一地區(qū)人口密度的變化。以西安大雁塔地鐵站為例，如果把每一個進出站、開著手機定位的人作為一個標(biāo)注點，那么點的密度與實際人數(shù)成正比。如果把手機定位的海量數(shù)據(jù)擴大到更大的范圍，比如說一座城市，就可以從中讀出更多的信息，如分析哪個商圈在哪些時間段人流量大等。大數(shù)據(jù)對于商業(yè)區(qū)的宏觀規(guī)劃以及商家對于店鋪位置的選擇有著重要的參考價值。

案例分析：在當(dāng)今的信息社會，人們已經(jīng)習(xí)以為常地用電子地圖去查找商場與酒店。利用大數(shù)據(jù)制作的景區(qū)熱力圖，利用得到的實時人流數(shù)據(jù)，動態(tài)地展現(xiàn)人群的分布。而這些實時、動態(tài)的地圖可以幫助我們優(yōu)化空間路線、識別潛在危險等。因此在未來本科教學(xué)中，可以從制圖、信息實時集成、使用等角度展開挖掘。當(dāng)然，要想更加精確、及時地在地圖上呈現(xiàn)出某些信息，除了深度挖掘數(shù)據(jù)，還需數(shù)據(jù)分析的模型，對收集和運算的不同數(shù)據(jù)源進行疊加和融合，進而將深層次的信息準(zhǔn)確地呈現(xiàn)和預(yù)測出來。

3.人口性別比分布。大數(shù)據(jù)往往存在不均勻、不規(guī)則分布的特征。資源與人口分布的不均衡，使得不同地區(qū)的各種指標(biāo)存在著或大或小的差異。例如，一直困擾我國的男、女比例失調(diào)的問題已經(jīng)影響到社會的穩(wěn)定和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，因此我們可以利用大數(shù)據(jù)來分析未來人口性別的平衡圖。

案例應(yīng)用：以往類似的性別比例分布圖已有專家或?qū)W者做過，比如有學(xué)者利用2000年第五次全國人口普查公布的數(shù)據(jù)制作了全國人口普查中各區(qū)縣1—4歲兒童的男、女比例分布圖，我們可以從中提取某個省份的數(shù)據(jù)，例如陜西省在1—4歲的人口中，30%的區(qū)縣男、女比例超過了1.4，那么17年后現(xiàn)如今的性別比例圖是怎樣的呢？是否可以利用相關(guān)的大數(shù)據(jù)進行分析是此案例分析的要點。

四、討論

地理學(xué)經(jīng)過了漫長的發(fā)展歷程，而且地理學(xué)研究的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，上至無窮的太空，下至人類所能探測到的最深的地底，都是地理學(xué)的研究范圍，因此，現(xiàn)代地理學(xué)的發(fā)展往往與多學(xué)科交叉，正是這樣一個互相交叉、互相聯(lián)系的地理領(lǐng)域構(gòu)成了一個復(fù)雜的系統(tǒng)，這個復(fù)雜的系統(tǒng)往往與人們的生活息息相關(guān)。隨著大數(shù)據(jù)概念的提出以及地理大數(shù)據(jù)的不斷挖掘，需要在地理相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)中開展大數(shù)據(jù)的挖掘和學(xué)習(xí)[7，8]。當(dāng)前，地理學(xué)科的大數(shù)據(jù)來源廣泛，包括測繪地理信息數(shù)據(jù)，比如各類的矢量圖、DEM、多分辨率的遙感影像等對地觀測數(shù)據(jù)，雖然經(jīng)過了多年的發(fā)展，但是對地理學(xué)科大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和智慧發(fā)展仍然有相當(dāng)大的差距，需要對地理學(xué)科的大數(shù)據(jù)進行更加深入和廣泛地挖掘和學(xué)習(xí)。

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