用地理信息系統映照真實世界
——記南京大學地理與海洋科學學院副教授蒲英霞

王芳 楊立亮

古人以輿圖標繪空間信息，而今人以地理信息系統（GIS）映照真實世界。

GIS是一種基于計算機的工具，可以對空間信息進行管理分析和集成顯示。世界上第一個實用的GIS誕生十余年后，1977年我國也拉開了GIS的研發(fā)序幕。半個世紀以來，中國GIS從模仿到自主研發(fā)，不斷與先進技術融合，逐漸應用于國計民生的方方面面。這背后離不開廣大教研人員在理論、方法、應用上的探索，以及在人才培養(yǎng)上的付出。

來自南京大學地理與海洋科學學院的副教授蒲英霞，正是這樣一位長期奮戰(zhàn)在我國GIS教研一線的科技工作者。20世紀90年代以來，蒲英霞緊跟前沿，先后開設地圖投影、地圖分析與應用、空間計量模型和空間數據分析等重要課程，在GIS與空間數據分析集成理論與方法及其在區(qū)域分析中的應用方面做出了一系列創(chuàng)新實用成果，孕育桃李滿芬芳，見證并參與了中國GIS三十載砥礪圖強。

持續(xù)精進助力中國GIS發(fā)展

風起于青蘋之末，浪成于微瀾之間。這句話是中國GIS發(fā)展的真實寫照，也是蒲英霞工作生涯的生動描繪。

2021年蒲英霞（左二）在南京大學地圖學與GIS專業(yè)碩士學位論文答辯現場

1990年，蒲英霞考入山東師范大學地理系。在本科學習期間，她就對計量地理學產生了濃厚興趣。1994年，蒲英霞考入素有中國地理學搖籃美譽的南京大學地理與海洋科學學院（原地理學系）的地圖學與地理信息系統專業(yè)攻讀碩士學位，3年后畢業(yè)并留校任教。當時，國內GIS研究起步不久，南京大學地理信息科學方面的人才青黃不接，擺在蒲英霞面前的，既是機遇也是挑戰(zhàn)。

地圖投影，是蒲英霞承擔的第一門課程?！拔覍W過地圖學，但對地圖投影并沒有進行過專門研究，且其中用到的高數知識也較難?！睘榭邢逻@塊硬骨頭，她刻苦自學、虛心請教，積累了厚厚的教案和筆記，逐漸獨當一面。1999年，為更好地勝任科研工作，蒲英霞開始攻讀博士學位，對空間數據分析進行深入研究。博士畢業(yè)后，她于2006年申請獲批了自己的第一個重要項目——國家自然科學基金青年項目，以江蘇省經濟社會數據為例，從GIS數據庫中發(fā)現空間關聯模式，由此正式開始了自己的科研生涯，并從區(qū)域數據分析起步，逐漸深入復雜的人口遷移數據分析。

2008年和2017年，為精進學術，蒲英霞分別前往美國密歇根大學中國數據研究中心，以及賓夕法尼亞州立大學農村經濟、社會與教育學系進行交流訪問；近年來，結合國際前沿研究和自身積累，她又開設了涉及大量高數、概率論、統計學知識且涵蓋復雜的GIS技術的空間數據分析課程。對此，蒲英霞說：“一個學科總是越發(fā)展越復雜，不斷對研究者提出更高要求，只有與時俱進、持續(xù)地學習積累，才能適應學科的發(fā)展需求，取得更好的成績?！?/p>

得益于此，迄今為止蒲英霞已發(fā)表國內外學術論文90余篇；參與完成專著《GIS空間關聯模式發(fā)現》；參與撰寫《地理信息技術應用》《地圖投影》《地圖學》3部教材。2021年，她憑借“地理信息云服務平臺關鍵技術與決策支持”與“區(qū)縣級自然資源和規(guī)劃‘一張圖’治理體系構建關鍵技術研究”相繼獲得江蘇省科學技術獎一等獎與中國地理信息產業(yè)協會科技進步獎。蒲英霞用實際行動在中國GIS的發(fā)展過程中，貢獻了屬于自己的力量。

以空間數據分析人口遷移

由于具有空間位置屬性，空間數據之間相互聯系，具有地理學第一定律所決定的特征——任何事物都是與其他事物相關的，只不過相近的事物關聯更緊密?？臻g自相關研究應用廣闊，能夠在社會經濟、人文歷史、自然地理等領域發(fā)揮重要作用。其中，人口遷徙問題是蒲英霞利用空間數據分析方法研究的重點課題之一。

改革開放之后，“孔雀東南飛”成為人口遷移新風向；2010年以來，我國經濟增速逐漸放緩，人口部分回流中西部。與此同時，隨著我國人口增速放緩乃至出現負增長，人口遷移正在成為區(qū)域人口增長的重要方式。在蒲英霞看來，人口遷移流動不僅依賴遷出地和目的地的自然、經濟和社會文化等屬性，還與以往人口遷移及當前周邊人口遷移的各種狀態(tài)息息相關，并對未來人口遷移產生深刻影響。探索區(qū)域人口遷移影響因素和時空動力機制，是保障我國區(qū)域人口再分布相對平衡、人力資源順暢流動和完善要素市場化配置機制的現實需求。

針對傳統的建模分析大多基于截面數據和重力模型，注重起訖點雙邊要素的“推拉”效應，而忽視時空維度的有機聯系，甚少考慮不確定性問題的情況，蒲英霞引入并深入分析貝葉斯模型平均方法以解決建模過程中面臨的變量選擇等問題。“貝葉斯統計學是我在賓夕法尼亞州立大學訪問交流時進一步了解到的。貝葉斯統計使用先驗知識和樣本信息，通過貝葉斯規(guī)則得到后驗概率來解決統計學問題，如參數估計、假設檢驗、預測和決策等。這種方法的有趣之處在于，將人對事情發(fā)生的信念強烈程度放在核心位置，對我產生了較大的影響?！?/p>

比如，開展國家自然科學基金面上項目“空間OD（指起訖點）模型優(yōu)化與不確定分析”時，蒲英霞從空間OD流所在的網絡系統的復雜性出發(fā)，圍繞節(jié)點屬性、節(jié)點環(huán)境與模型結構表達中可能存在的不確定性，結合貝葉斯統計學，建立表征不確定性的空間OD模型，通過貝葉斯模型平均方法優(yōu)化模型，以期對空間OD流的模式演變與內在機理做出較為科學的解釋，并對未來發(fā)展趨勢做出概率預測。相關研究通過對中國省際人口遷移流的建模與預測分析，以實例形式表明了面向不確定性的空間OD模型構建與優(yōu)化在技術與方法上的可行性。

而在2023年獲批的國家自然科學基金面上項目“空間動態(tài)OD面板模型優(yōu)化與時空動力機制分析”的研究中，蒲英霞又圍繞OD流所在網絡系統的起訖點要素、周邊環(huán)境和時空結構表達中的不確定性，通過凸組合和馬爾可夫鏈-蒙特卡羅模型綜合等方法，對所有可能出現的模型以后驗概率為權重進行加權平均，構建并優(yōu)化空間動態(tài)OD面板模型，對OD流發(fā)展的時空路徑依賴和網絡溢出效應等內在機理做出定量解釋。通過對改革開放以來中國省際人口遷移流的建模與分析，表明不確定性背景下空間動態(tài)OD面板模型優(yōu)化在理論、技術與方法上的可行性，將深化GIS時空數據挖掘研究和應用，為區(qū)域人口遷移政策制定和完善要素市場化配置等提供決策支持。

通過學術研究引發(fā)更多思考

“除了人口遷移以外，物流、信息流等都是流動的信息，涉及兩個區(qū)域，乃至多個區(qū)域間的相互作用?？紤]的因素越多，建模分析的難度就越大?！逼延⑾紟ьI學生耐心細致地一遍遍分析、估計、驗證，不斷實現著預期效果，提供決策支持?！巴瑫r，人口遷移所涉及的時空觀念也為我們提供了一個更廣闊的背景來探討人口問題。通過研究人口遷移，最主要的是希望能夠把在人口遷移當中的網絡溢出效應表現出來，引發(fā)人們更多的思考?！?/p>

這種研究初心和研究方法，不僅吸引來了國內的研究生，也有白俄羅斯的研究生在網上看到蒲英霞的研究文章，慕名而來?！?022年，我還嘗試跟意大利博洛尼亞大學的一位經濟系教授聯合申請關于交通旅游方面的國際合作項目。雖最終因合作經驗少而未能成功，但為之后的合作打下了基礎?！蹦暇┐髮W校風開明，蒲英霞也對學生限制極少。“我的項目時間相對寬裕，在促進團隊合作一起推進科研項目的同時，我希望能教授給學生理論和實踐工具相結合的知識技能，并且給予他們空間，讓他們自由探索感興趣的方向?！?/p>

2020年，蒲英霞開設了20年的“地圖投影”正式停課。2023年11月的一次會議上，她遇到了一名十幾年前的學生。學生告訴她，有賴于那時的學習，這些年在單位但凡遇到跟地圖投影有關的問題，同事都會來請教他，言談之間滿是自豪。課堂上播下的種子，隨著學生四散走入社會，在她看不見的地方生了根發(fā)了芽。原本還對停課頗為惋惜的蒲英霞，因此慰藉不少。未來，她希望緊跟前沿，在GIS領域做出更多成果，繼續(xù)造福社會。