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摘要:大数据时代的来临，引领了地理学的变革与创新。本文对大数据自身特点下，地理学者搜集、提取与利用数据模式的转变，新研究范式产生，宏观、微观研究尺度的结合进行阐述，举例说明不同类型时空大数据对各学科的研究动向。认为挖掘“科研数据”新价值，转变科研思维，利用全方位、高精度的大数据确立新型区域规划管理模式，建立校—政—企的信息共享平台等成为今后大数据于地理学的发展趋势。
关键词:地理学;大数据;应用前景
1大数据定义
目前，国内外学术界对大数据的各种定义中，最具有代表性的是3V、4V的特征。李德仁和刘经南分别对大数据5V———Volume，Velocity，Variety，Veracity，Value的特征进行同词异译的阐释［1］。时空大数据信息量庞大等特点，使其研究方式较传统的基于数学模型的研究手段有所不同，已故图灵奖得主吉姆·格雷将大数据研究从计算科学(第三范式)中剥离成为一种新的科研范式，即数据密集型科研“第四范式(thefourthparadigm)”。同样，王家耀认为“大数据”的出现为科学研究带来“第四范式”［2］，为地理研究所面临的具有本质性的理论、技术和方法挑战带来新的可能，在大数据的推动下，时空大数据产业发生变化，或许会构成以时空大数据科学为中心的理论体系。虽说这样的结论有待进一步考证，但时空大数据已势不可当地运用于地理学、社会学、生物学等诸多领域，对各学科传统研究方式、理论和尺度产生冲击。
2大数据研究领域和尺度
大数据分析是大数据研究领域的核心内容之一，结合应用的方向越来越广:(1)经济方面，以购物网站、Farecast为代表的预测系统，推测用户爱好和未来选择。(2)医疗健康方面，通过大量的搜索记录和疾病搜索频率得到时空传播规律，从而预测有效信息。(3)生态环境方面，研究全球环境变化监测、预测与模拟和不同区域污染治理等方面颇多。(4)教育方面，研究内容主要聚焦在国家、区域和学校层面。阐述教育领域中大数据在实践途径、应用场景和采用模式的意义。除此之外，大数据在地质研究、社会管理、农业创新、竞技体育等以数据为中心的众多学科领域中，都存在极具价值的科学应用。同时，各学科的界限在大数据的影响下逐渐模糊，为今后的交叉研究提供了更多的可能。Thatcher等将大数据定义为关于空间信息的社会技术产物和感知项目，并认为80%的大数据都与空间信息有关，因此国内外地理学者都对“大数据”怀有浓厚兴趣并掀起研究热潮。城市地理、社会地理、行为地理、商业地理、旅游地理、交通地理等基于智慧海岛、生态山区、乡村振兴、城市治理等视角的案例纷纷呈现。以全球、区域为研究空间的宏观尺度，以城市、城镇为研究范围的中观尺度，和社区、建筑为研究范围的微观尺度在地理学实现了由静态空间向动态空间、由土地空间向行为空间的研究转变［3］。
3时空大数据在地理学中的研究动向
《Nature》早在2008年出版的大数据专刊“bigdata”中，就已讨论了巨量数据对于互联网、经济、环境以及生物等各方面的影响与挑战。国内外学者除关注地理大数据与主体关系、云计算的运用、探讨大数据分析的基础理论、模型和方法、在地理学及紧密相关学科研究中的应用前景展望外，还关注大数据在地理学研究的实际应用，包括:探讨城市大数据在智慧城市规划、城市演变模拟和人类活动等方面的作用、解析大数据在城市规划中基本范式和研究尺度［4-6］。各类型时空大数据在地理学中的具体应用:(1)利用电视剧场景和对话来研究政治地理领域的国家权力和社会关系。(2)通过解析手机使用情况，探讨城市电信空间分布及特征，进一步加强城市作为“流动空间”的理解。(3)利用Twitter数据，了解城市热点，分析了居民活动在时空方面的变化规律，同时研究不同区域之间的聚类城市类型，构建城市之间的社交网络，并划分城市等级。(4)Townsend通过路由数据的分析，建议城市规划学者关注城市间依赖性、全球网络可达性及通信信息技术的熟练度三大问题。(5)在城市边界划定方面，Flickr等网站中带有地理信息的图片数据，可以用来描述市中心发展情况，探索城市中心街区的边界。(6)基于浮动车的轨迹、出租车GPS、城市公交刷卡和通信流等大数据的时空挖掘，透视城市居民通勤行为，探讨职住关系、城市的职住平衡和城市规划编制，分析不同行业中心的交通吸引和城市的空间网络格局。(7)基于手机信令及签到、兴趣点数据研究人的各类活动(如通勤、消费休闲)会产生人口空间分布的动态变化和空间移动行为。(8)利用微博、微信等大数据关注中国城市网络发展特征和区域空间变化，研究居民空间移动行为。(9)遥感大数据、地面传感器数据、自发地理信息和地理成果累积数据对生态环境建设、城乡土地覆盖变化、灾害监测和防治起到价值依托。
4大数据的应用前景
信息化时代，大数据发展和应用已成为必然的趋势。与传统数据相比，大数据具有海量的数据规模、多源的数据类型、动态的时空属性、价值密度低和处理速度快等优势特点［7，8］。这为地理学提供了新的数据来源、方法论、思维方式，可以解决科研中更多难以量化的问题。
4．1大数据在地理学科发展趋势。大数据的出现，引领地理学在人口、交通、气象、公共服务等方方面面产生变革。其中自然地理学在遥感、传感器和网络拟态环境信息技术支撑下，数据资源的采集、挖掘和应用水平不断深化。结合新兴技术对密集型数据进行比较、聚类，找出庞大数据集里隐藏的多要素、多过程和多规律，对森林绿地环境、大气质量、水体污染等进行更加精细化监督。在海岛、海洋等大尺度和偏远区域实现全方位规划管理，进而将新的发现纳入已有的知识体系中。社交网络数据或者空间定位数据，可以以更高的精度、粒度和维度揭示社会的发展轨迹和微观个体行为背后的规律。大量“人”数据的涌现，尤其在以人为根本的城市，可以打破传统的数据搜集、时空表述与分析方法，从新视角关注“人”。以“大”数据分析诸如个人情绪、空间感知、行为理解等“微”事物，能够在城市计算的基本框架下精确地提高人们的生活品质、保护环境并促进城市运转效率，建立智慧城市。交易数据、人为数据、移动数据、传感器数据等个体和空间信息类型众多，地理信息系统应建立弹性可扩展的存储资源平台，提高数据价值密度，挖掘其繁杂的时空数据意义，既要重视科学性，更要把握前瞻性，并解决数据管理以及安全保护问题。
4．2大数据时代下新型学术交流。随着民生、科研、国家安全等各层面数字化程度不断加深，在挖掘论文“科研数据”的过程中，发现论文潜在数据搜集与传递流程中存在瓶颈。优化管理模式，降低科研成本，提升科研数据在学术交流的流动和利用率显得尤为重要。大数据内部信息的关联、挖掘、利用、分享是其发展的内涵和实质，为“科研数据”的共享提供数量、质量等有利信息。随着互联网和新兴技术的发展和普及，通过对期刊已有数据(图片、编者和作者资源、主题内容、下载和引用量等)进行挖掘、加工、处理，形成专业、学术性的期刊动态评价。建立数据库和期刊信息共享平台，实现出版到阅读的数字化，使作者获取信息精准性、便捷性大大提升，便于发现科研新知识、创造研究新价值。
4．3校—政—企大数据共享平台。鉴于大数据广泛的新异构性，我们不可能精确地量化所记录的数据;其数量的庞大不一定就代表信息量或者数据价值的增大，相反很多时候意味着信息垃圾的泛滥;大数据虽然可以提醒我们这件事情正在发生，但不能找寻事情发生的因果关系。因此，保证大数据的相对质量和绝对数量，转变科研观念是充分利用大数据的重要保证。在大数据时代的推动下，学者应注重单一大数据到多源数据融合，结合多种处理、分析技术和算法，变换研究尺度，从微观尺度、多维度刻画区域景观，揭示空间分异规律与机制，做好分类、估计、预测等地理大数据的空间挖掘，拓宽地理研究广度。政府的大数据分析应向专业化、集中化发展，促使公共服务向智能化发展，全面提升公共服务效率。互联网巨头企业多围绕大数据的热点领域进行可视化分析，并且其大数据处理能力、信息表述能力、创新能力远远超越政府。由此，大数据不应仅在政府、企业、高校充分使用，更应加强三者的合作。在大数据的利用上保证手握大数据，结合小数据，既有自然资源、社会资源、生态环境等信息，又有收集、整理和利用的协同思维，从而提高区域规划建设的竞争力，改变创新节奏，进入地理研究的全新时代。
作者:李松波 单位:辽宁师范大学地理科学学院
