The Innovation | 基于虚拟空间视角的地理信息科学发展之路

导

读

物联网、5G、人工智能及大数据等技术的快速发展和普及，从根本上改变了人类的生活方式。许多在现实地理空间中的人类活动已逐渐转移至虚拟空间，如在线学习与工作、电子购物等。这些变化在很多领域激发了人们从新的视角思考地理信息科学（GIS）的研究内容及方法。来自全球12个国家的科研人员从虚拟空间的角度阐述了地理信息科学所面临的新机遇与新挑战，呼吁人们从虚实空间交融的角度重新思考地理信息科学发展。

图1 图文摘要

信息技术和物联网的出现将人类社会带入数字时代。随着个人电脑和智能手机的普及，以及人类与网络的全面交互，使人类活动逐渐从线下转至线上。这种方式的转变逐渐渗透到现代社会的各个方面，为许多领域带来了机遇与挑战。近年来，地理信息科学中的“网络思维”受到了不同程度的关注。例如，地理信息科学需要重新审视“虚拟空间”中的人类活动与地理空间结合的情况下地理学第一定律的适用性。本文旨在回顾当前的研究进展，思考和分析地理信息科学的机遇和挑战。如图1所示，人、环境和传感器之间的交互在地理空间和虚拟空间中发挥着关键作用，本文基于上述交互模式，从数据内容、数据建模、数据分析及应用实例等方面探讨虚实交互导致地理信息科学所面临的机遇和挑战。

当前大数据多为地理空间大数据（如基于GPS的轨迹数据和智能卡数据），其在准确性、可靠性、数据质量等方面均面临挑战。传统地理空间大数据包含地球观测数据和人类活动观察数据，存在于虚拟空间的无实际位置信息的空间大数据未得到重视。本文将人与地理环境虚实交互产生的地理空间大数据分为三类，包括地球观测数据（如通过遥感手段收集的数据）、真实地理空间人类活动观察数据（如用于探索人类活动和流动模式的数据）、网络空间人类活动观察数据（如用于探索虚拟空间人类活动的数据）。

传统的地理数据模型不足以表示虚拟空间中的地理环境要素，本文主要关注以下四个方面的概念与框架，包括GIS中的虚拟空间概念模型；综合地理空间和虚拟空间的概念模型；GIS中的虚拟空间技术模型；以及虚拟空间数据的时空、语义和拓扑建模框架，从而为虚拟空间中的数据建模提供新思路。

理解地理过程所抽象出的时空模式一直是地理信息科学的研究热点。本文选取四种虚拟空间模式，包括用于地理视觉分析的虚拟空间；用于GIS基础设施的虚拟空间；探索关系和交互信息的虚拟空间；以及探索分类和预测知识的虚拟空间，以此探讨虚实交互产生的大数据如何通过抽象分析，为地理信息科学提供新视角。

随着互联网的快速发展，虚拟空间已在人类社会的很多方面占主导地位，在虚拟空间中发生的大多数人类活动和个体行为都将被记录下来。虚实交互产生的地理空间大数据拓展了地理信息科学数据的内涵，进一步服务于新的科学研究与产业发展，例如数字孪生、自动驾驶、高频城市等。

总结与展望

信息技术的进步使人类活动逐渐从地理空间向虚拟空间转变。本文从虚拟空间的角度简要概述了虚实交互所产生的地理空间大数据特征以及对地理信息科学发展带来的机遇与挑战，就数据内容、建模和分析等方面进行讨论。本文还探讨了地理空间大数据如何为地理知识发现提供新的视角，呼吁人们关注虚拟空间，实现地理信息科学创新。

责任编辑

林建新   哈尔滨工程大学

时   玉   河南大学

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(22)00075-3

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第五期以Commentary发表的“Geographic information science in the era of geospatial big data: A cyberspace perspective” (投稿: 2022-03-16；接收: 2022-06-09；在线刊出: 2022-07-06)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100279

引用格式：Liu X., Chen M., Claramunt C., et al. (2022). Geographic information science in the era of geospatial big data: A cyberspace perspective. The Innovation. 3(5),100279.

作者简介

刘信陶，香港理工大学土地测量及地理资讯学系副教授。研究方向主要包括地理信息科学，交通地理，以及复杂科学，其研究目标是运用现代技术，推动智慧城市发展，提高城市生活质量。担任国际城市信息学期刊执行编辑，国际城市信息学协会秘书，国际制图协会地理建模分析委员会副主席，国际地理联合会地理系统建模委员会秘书，参加多个国际期刊的编委会等国际学术组织职务。

https://www.polyu.edu.hk/lsgi/people/academic-staff/dr-liu-xin-tao/

陈 旻，南京师范大学地理科学学院教授，虚拟地理环境教育部重点实验室副主任，入选国家青年人才计划（重点），国家优秀青年基金获得者。主要从事地理建模与模拟研究，领衔开发了开放式地理建模与模拟平台（OpenGMS），得到国际社会广泛认可，形成了中国研究团队的话语权。目前担任国际环境建模与软件协会副主席、国际地理联合会地理信息建模委员会主席，国际环境建模与软件协会首位华人Fellow、英国皇家地理学会Fellow，A GIS执行主编、EMS编辑。发表论文150余篇。

http://dky.njnu.edu.cn/info/1213/3325.htm

闾国年，南京师范大学地理科学学院教授。长期从事地理学与地理信息科学研究，在三元空间信息地理学、全息地图与地理场景学、虚拟地理环境与分析型GIS等方面取得了系统性和创新性科研成果，发表论文400余篇，主编/出版专著和图集30余部；作为主要完成人获国家科技进步一等奖和二等奖各1项，以第一完成人获得教育部自然科学一等奖等省部级奖励4项。目前担任国际数字地球学会中国国家委员会虚拟地理环境专业委员会主任、中国地理学会地理模型与地理信息分析专业委员会副主任、中国地理信息产业协会理论与方法工作委员会副主任。

http://dky.njnu.edu.cn/info/1213/3877.htm

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The Innovation 是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球46个国家/地区；每期1/4-1/3通讯作者来自海外；已被107个国家/地区作者引用。目前有193位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，33位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC等数据库收录。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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