大數據時代下地理學研究動向與應用前景

摘?要：大數據時代的來臨，引領了地理學的變革與創新。本文對大數據自身特點下，地理學者搜集、提取與利用數據模式的轉變，新研究范式產生，宏觀、微觀研究尺度的結合進行闡述，舉例說明不同類型時空大數據對各學科的研究動向。認為挖掘“科研數據”新價值，轉變科研思維，利用全方位、高精度的大數據確立新型區域規劃管理模式，建立校—政—企的信息共享平臺等成為今后大數據于地理學的發展趨勢。

關鍵詞：地理學;大數據;應用前景

1?大數據定義

目前，國內外學術界對大數據的各種定義中，最具有代表性的是3V、4V的特征。李德仁和劉經南分別對大數據5V——Volume，Velocity，Variety，Veracity，Value的特征進行同詞異譯的闡釋[1]。時空大數據信息量龐大等特點，使其研究方式較傳統的基于數學模型的研究手段有所不同，已故圖靈獎得主吉姆·格雷將大數據研究從計算科學（第三范式）中剝離成為一種新的科研范式，即數據密集型科研“第四范式（the?fourth?paradigm）”。同樣，王家耀認為“大數據”的出現為科學研究帶來“第四范式”[2]，為地理研究所面臨的具有本質性的理論、技術和方法挑戰帶來新的可能，在大數據的推動下，時空大數據產業發生變化，或許會構成以時空大數據科學為中心的理論體系。雖說這樣的結論有待進一步考證，但時空大數據已勢不可當地運用于地理學、社會學、生物學等諸多領域，對各學科傳統研究方式、理論和尺度產生沖擊。

2?大數據研究領域和尺度

大數據分析是大數據研究領域的核心內容之一，結合應用的方向越來越廣：

（1）經濟方面，以購物網站、Farecast為代表的預測系統，推測用戶愛好和未來選擇。

（2）醫療健康方面，通過大量的搜索記錄和疾病搜索頻率得到時空傳播規律，從而預測有效信息。

（3）生態環境方面，研究全球環境變化監測、預測與模擬和不同區域污染治理等方面頗多。（4）教育方面，研究內容主要聚焦在國家、區域和學校層面。闡述教育領域中大數據在實踐途徑、應用場景和采用模式的意義。除此之外，大數據在地質研究、社會管理、農業創新、競技體育等以數據為中心的眾多學科領域中，都存在極具價值的科學應用。同時，各學科的界限在大數據的影響下逐漸模糊，為今后的交叉研究提供了更多的可能。

Thatcher等將大數據定義為關于空間信息的社會技術產物和感知項目，并認為80%的大數據都與空間信息有關，因此國內外地理學者都對“大數據”懷有濃厚興趣并掀起研究熱潮。城市地理、社會地理、行為地理、商業地理、旅游地理、交通地理等基于智慧海島、生態山區、鄉村振興、城市治理等視角的案例紛紛呈現。以全球、區域為研究空間的宏觀尺度，以城市、城鎮為研究范圍的中觀尺度，和社區、建筑為研究范圍的微觀尺度在地理學實現了由靜態空間向動態空間、由土地空間向行為空間的研究轉變[3]。

3?時空大數據在地理學中的研究動向

《Nature》早在2008年出版的大數據專刊“big?data”中，就已討論了巨量數據對于互聯網、經濟、環境以及生物等各方面的影響與挑戰。國內外學者除關注地理大數據與主體關系、云計算的運用、探討大數據分析的基礎理論、模型和方法、在地理學及緊密相關學科研究中的應用前景展望外，還關注大數據在地理學研究的實際應用，包括：探討城市大數據在智慧城市規劃、城市演變模擬和人類活動等方面的作用、解析大數據在城市規劃中基本范式和研究尺度[46]。

各類型時空大數據在地理學中的具體應用：

（1）利用電視劇場景和對話來研究政治地理領域的國家權力和社會關系。

（2）通過解析手機使用情況，探討城市電信空間分布及特征，進一步加強城市作為“流動空間”的理解。

（3）利用Twitter數據，了解城市熱點，分析了居民活動在時空方面的變化規律，同時研究不同區域之間的聚類城市類型，構建城市之間的社交網絡，并劃分城市等級。

（4）Townsend通過路由數據的分析，建議城市規劃學者關注城市間依賴性、全球網絡可達性及通信信息技術的熟練度三大問題。

（5）在城市邊界劃定方面，Flickr等網站中帶有地理信息的圖片數據，可以用來描述市中心發展情況，探索城市中心街區的邊界。

（6）基于浮動車的軌跡、出租車GPS、城市公交刷卡和通信流等大數據的時空挖掘，透視城市居民通勤行為，探討職住關系、城市的職住平衡和城市規劃編制，分析不同行業中心的交通吸引和城市的空間網絡格局。

（7）基于手機信令及簽到、興趣點數據研究人的各類活動（如通勤、消費休閑）會產生人口空間分布的動態變化和空間移動行為。

（8）利用微博、微信等大數據關注中國城市網絡發展特征和區域空間變化，研究居民空間移動行為。

（9）遙感大數據、地面傳感器數據、自發地理信息和地理成果累積數據對生態環境建設、城鄉土地覆蓋變化、災害監測和防治起到價值依托。

4?大數據的應用前景

信息化時代，大數據發展和應用已成為必然的趨勢。與傳統數據相比，大數據具有海量的數據規模、多源的數據類型、動態的時空屬性、價值密度低和處理速度快等優勢特點[7，8]。這為地理學提供了新的數據來源、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?大數據在地理學科發展趨勢

大數據的出現，引領地理學在人口、交通、氣象、公共服務等方方面面產生變革。其中自然地理學在遙感、傳感器和網絡擬態環境信息技術支撐下，數據資源的采集、挖掘和應用水平不斷深化。結合新興技術對密集型數據進行比較、聚類，找出龐大數據集里隱藏的多要素、多過程和多規律，對森林綠地環境、大氣質量、水體污染等進行更加精細化監督。在海島、海洋等大尺度和偏遠區域實現全方位規劃管理，進而將新的發現納入已有的知識體系中。

社交網絡數據或者空間定位數據，可以以更高的精度、粒度和維度揭示社會的發展軌跡和微觀個體行為背后的規律。大量“人”數據的涌現，尤其在以人為根本的城市，可以打破傳統的數據搜集、時空表述與分析方法，從新視角關注“人”。以“大”數據分析諸如個人情緒、空間感知、行為理解等“微”事物，能夠在城市計算的基本框架下精確地提高人們的生活品質、保護環境并促進城市運轉效率，建立智慧城市。

交易數據、人為數據、移動數據、傳感器數據等個體和空間信息類型眾多，地理信息系統應建立彈性可擴展的存儲資源平臺，提高數據價值密度，挖掘其繁雜的時空數據意義，既要重視科學性，更要把握前瞻性，并解決數據管理以及安全保護問題。

4.2?大數據時代下新型學術交流

隨著民生、科研、國家安全等各層面數字化程度不斷加深，在挖掘論文“科研數據”的過程中，發現論文潛在數據搜集與傳遞流程中存在瓶頸。優化管理模式，降低科研成本，提升科研數據在學術交流的流動和利用率顯得尤為重要。

大數據內部信息的關聯、挖掘、利用、分享是其發展的內涵和實質，為“科研數據”的共享提供數量、質量等有利信息。隨著互聯網和新興技術的發展和普及，通過對期刊已有數據（圖片、編者和作者資源、主題內容、下載和引用量等）進行挖掘、加工、處理，形成專業、學術性的期刊動態評價。建立數據庫和期刊信息共享平臺，實現出版到閱讀的數字化，使作者獲取信息精準性、便捷性大大提升，便于發現科研新知識、創造研究新價值。

4.3?校—政—企大數據共享平臺

鑒于大數據廣泛的新異構性，我們不可能精確地量化所記錄的數據;其數量的龐大不一定就代表信息量或者數據價值的增大，相反很多時候意味著信息垃圾的泛濫;大數據雖然可以提醒我們這件事情正在發生，但不能找尋事情發生的因果關系。因此，保證大數據的相對質量和絕對數量，轉變科研觀念是充分利用大數據的重要保證。

在大數據時代的推動下，學者應注重單一大數據到多源數據融合，結合多種處理、分析技術和算法，變換研究尺度，從微觀尺度、多維度刻畫區域景觀，揭示空間分異規律與機制，做好分類、估計、預測等地理大數據的空間挖掘，拓寬地理研究廣度。政府的大數據分析應向專業化、集中化發展，促使公共服務向智能化發展，全面提升公共服務效率。互聯網巨頭企業多圍繞大數據的熱點領域進行可視化分析，并且其大數據處理能力、信息表述能力、創新能力遠遠超越政府。由此，大數據不應僅在政府、企業、高校充分使用，更應加強三者的合作。在大數據的利用上保證手握大數據，結合小數據，既有自然資源、社會資源、生態環境等信息，又有收集、整理和利用的協同思維，從而提高區域規劃建設的競爭力，改變創新節奏，進入地理研究的全新時代。

參考文獻：

[1]李德仁.展望大數據時代的地球空間信息學[J].測繪學報，2016，45（04）：379384.

[2]王家耀.時空大數據時代的地圖學[J].測繪學報，2017，46（10）：12261237.

[3]吳志峰，柴彥威，黨安榮，龔建華，高松，樂陽，李棟，柳林，劉行健，劉瑜，龍瀛，陸鋒，秦承志，王慧，王鵬，王偉，甄峰.地理學碰上“大數據”：熱反應與冷思考[J].地理研究，2015，34（12）：22072221.

[4]Amoore?L.Cloud?geographies：Computing，data，sovereignty[J].Progress?in?Human?Geography，2016，42（1）：424.

[5]王家耀.時空大數據及其在智慧城市中的應用[J].衛星應用，2017，（03）：1017.

[6]秦蕭，甄峰.大數據與小數據結合：信息時代城市研究方法探討[J]地理科學，2017，37（03）：321330.

[7]Laney?D.3D?Data?Management：Controlling?Data?Volume，Velocity，and?Variety[R].Application?Delivery?Strategies，META?Group，2001.

[8]Hey?T.The?Fourth?ParadigmDataIntensive?Scientific?Discovery[M].EScience?and?Information?Management.2012.

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境研究。