讓地圖可視化！她用地理信息系統(tǒng)映照真實世界

古人以輿圖標(biāo)繪空間信息，而今人以地理信息系統(tǒng)（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(shù)融合，逐漸應(yīng)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(yīng)用上的探索，以及在人才培養(yǎng)上的付出。

▲2021年蒲英霞（左二）在南京大學(xué)地圖學(xué)與GIS專業(yè)碩士學(xué)位論文答辯現(xiàn)場

來自南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)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(shè)地圖投影、地圖分析與應(yīng)用、空間計量模型和空間數(shù)據(jù)分析等重要課程，在GIS與空間數(shù)據(jù)分析集成理論與方法及其在區(qū)域分析中的應(yīng)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(fēng)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。

1990年，蒲英霞考入山東師范大學(xué)地理系。在本科學(xué)習(xí)期間，她就對計量地理學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。1994年，蒲英霞考入素有中國地理學(xué)搖籃美譽的南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院（原地理學(xué)系）的地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)攻讀碩士學(xué)位，3年后畢業(yè)并留校任教。當(dāng)時，國內(nèi)GIS研究起步不久，南京大學(xué)地理信息科學(xué)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(dān)的第一門課程。“我學(xué)過地圖學(xué)，但對地圖投影并沒有進行過專門研究，且其中用到的高數(shù)知識也較難?！睘榭邢逻@塊硬骨頭，她刻苦自學(xué)、虛心請教，積累了厚厚的教案和筆記，逐漸獨當(dāng)一面。1999年，為更好地勝任科研工作，蒲英霞開始攻讀博士學(xué)位，對空間數(shù)據(jù)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(xué)基金青年項目，以江蘇省經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)為例，從GIS數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)空間關(guān)聯(lián)模式，由此正式開始了自己的科研生涯，并從區(qū)域數(shù)據(jù)分析起步，逐漸深入復(fù)雜的人口遷移數(shù)據(jù)分析。

2008年和2017年，為精進學(xué)術(shù)，蒲英霞分別前往美國密歇根大學(xué)中國數(shù)據(jù)研究中心，以及賓夕法尼亞州立大學(xué)農(nóng)村經(jīng)濟、社會與教育學(xué)系進行交流訪問；近年來，結(jié)合國際前沿研究和自身積累，她又開設(shè)了涉及大量高數(shù)、概率論、統(tǒng)計學(xué)知識且涵蓋復(fù)雜的GIS技術(shù)的空間數(shù)據(jù)分析課程。對此，蒲英霞說：“一個學(xué)科總是越發(fā)展越復(fù)雜，不斷對研究者提出更高要求，只有與時俱進、持續(xù)地學(xué)習(xí)積累，才能適應(yīng)學(xué)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(nèi)外學(xué)術(shù)論文90余篇；參與完成專著《GIS空間關(guān)聯(lián)模式發(fā)現(xiàn)》；參與撰寫《地理信息技術(shù)應(yīng)用》《地圖投影》《地圖學(xué)》3部教材。2021年，她憑借“地理信息云服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)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(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究”相繼獲得江蘇省科學(xué)技術(shù)獎一等獎與中國地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)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(shù)據(jù)分析人口遷移

由于具有空間位置屬性，空間數(shù)據(jù)之間相互聯(lián)系，具有地理學(xué)第一定律所決定的特征——任何事物都是與其他事物相關(guān)的，只不過相近的事物關(guān)聯(lián)更緊密?？臻g自相關(guān)研究應(yīng)用廣闊，能夠在社會經(jīng)濟、人文歷史、自然地理等領(lǐng)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(shù)據(jù)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(fēng)向；2010年以來，我國經(jīng)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(xiàn)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(jīng)濟和社會文化等屬性，還與以往人口遷移及當(dāng)前周邊人口遷移的各種狀態(tài)息息相關(guān)，并對未來人口遷移產(chǎn)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(xiàn)實需求。

針對傳統(tǒng)的建模分析大多基于截面數(shù)據(jù)和重力模型，注重起訖點雙邊要素的“推拉”效應(yīng)，而忽視時空維度的有機聯(lián)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(tǒng)計學(xué)是我在賓夕法尼亞州立大學(xué)訪問交流時進一步了解到的。貝葉斯統(tǒng)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(tǒng)計學(xué)問題，如參數(shù)估計、假設(shè)檢驗、預(yù)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(chǎn)生了較大的影響?！?/p>

比如，開展國家自然科學(xué)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性出發(fā)，圍繞節(jié)點屬性、節(jié)點環(huán)境與模型結(jié)構(gòu)表達中可能存在的不確定性，結(jié)合貝葉斯統(tǒng)計學(xué)，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(nèi)在機理做出較為科學(xué)的解釋，并對未來發(fā)展趨勢做出概率預(yù)測。相關(guān)研究通過對中國省際人口遷移流的建模與預(yù)測分析，以實例形式表明了面向不確定性的空間OD模型構(gòu)建與優(yōu)化在技術(shù)與方法上的可行性。

而在2023年獲批的國家自然科學(xué)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的起訖點要素、周邊環(huán)境和時空結(jié)構(gòu)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(xiàn)的模型以后驗概率為權(quán)重進行加權(quán)平均，構(gòu)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(wǎng)絡(luò)溢出效應(yīng)等內(nèi)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(shù)與方法上的可行性，將深化GIS時空數(shù)據(jù)挖掘研究和應(yīng)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(xué)術(shù)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。”蒲英霞帶領(lǐng)學(xué)生耐心細致地一遍遍分析、估計、驗證，不斷實現(xiàn)著預(yù)期效果，提供決策支持。“同時，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(dāng)中的網(wǎng)絡(luò)溢出效應(yīng)表現(xiàn)出來，引發(fā)人們更多的思考。”

這種研究初心和研究方法，不僅吸引來了國內(nèi)的研究生，也有白俄羅斯的研究生在網(wǎng)上看到蒲英霞的研究文章，慕名而來。“2022年，我還嘗試跟意大利博洛尼亞大學(xué)的一位經(jīng)濟系教授聯(lián)合申請關(guān)于交通旅游方面的國際合作項目。雖最終因合作經(jīng)驗少而未能成功，但為之后的合作打下了基礎(chǔ)?！蹦暇┐髮W(xué)校風(fēng)開明，蒲英霞也對學(xué)生限制極少?！拔业捻椖繒r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(xué)生理論和實踐工具相結(jié)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(shè)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(xué)生。學(xué)生告訴她，有賴于那時的學(xué)習(xí)，這些年在單位但凡遇到跟地圖投影有關(guān)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(xué)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(lǐng)域做出更多成果，繼續(xù)造福社會。