讓地圖可視化！她用地理信息系統(tǒng)映照真實(shí)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(shí)世界。

GIS是一種基于計(jì)算機(jī)的工具，可以對(duì)空間信息進(jìn)行管理分析和集成顯示。世界上第一個(gè)實(shí)用的GIS誕生十余年后，1977年我國(guó)也拉開了GIS的研發(fā)序幕。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)GIS從模仿到自主研發(fā)，不斷與先進(jìn)技術(shù)融合，逐漸應(yīng)用于國(guó)計(jì)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(chǎng)

來(lái)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(zhǎng)期奮戰(zhàn)在我國(guó)GIS教研一線的科技工作者。20世紀(jì)90年代以來(lái)，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(jì)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(shí)用成果，孕育桃李滿芬芳，見證并參與了中國(guó)GIS三十載砥礪圖強(qiáng)。

持續(xù)精進(jìn)助力中國(guó)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(guó)GIS發(fā)展的真實(shí)寫照，也是蒲英霞工作生涯的生動(dòng)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(duì)計(jì)量地理學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。1994年，蒲英霞考入素有中國(guó)地理學(xué)搖籃美譽(yù)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(shí)，國(guó)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(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

地圖投影，是蒲英霞承擔(dān)的第一門課程?！拔覍W(xué)過(guò)地圖學(xué)，但對(duì)地圖投影并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)專門研究，且其中用到的高數(shù)知識(shí)也較難。”為啃下這塊硬骨頭，她刻苦自學(xué)、虛心請(qǐng)教，積累了厚厚的教案和筆記，逐漸獨(dú)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(duì)空間數(shù)據(jù)分析進(jìn)行深入研究。博士畢業(yè)后，她于2006年申請(qǐng)獲批了自己的第一個(gè)重要項(xiàng)目——國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目，以江蘇省經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)為例，從GIS數(shù)據(jù)庫(kù)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(jìn)學(xué)術(shù)，蒲英霞分別前往美國(guó)密歇根大學(xué)中國(guó)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(jì)、社會(huì)與教育學(xué)系進(jìn)行交流訪問(wèn)；近年來(lái)，結(jié)合國(guó)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(jì)學(xué)知識(shí)且涵蓋復(fù)雜的GIS技術(shù)的空間數(shù)據(jù)分析課程。對(duì)此，蒲英霞說(shuō)：“一個(gè)學(xué)科總是越發(fā)展越復(fù)雜，不斷對(duì)研究者提出更高要求，只有與時(shí)俱進(jìn)、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(jī)?！?/p>

得益于此，迄今為止蒲英霞已發(fā)表國(guó)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(tái)關(guān)鍵技術(shù)與決策支持”與“區(qū)縣級(jí)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(jiǎng)一等獎(jiǎng)與中國(guó)地理信息產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。蒲英霞用實(shí)際行動(dòng)在中國(guó)GIS的發(fā)展過(guò)程中，貢獻(xiàn)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(guò)相近的事物關(guān)聯(lián)更緊密。空間自相關(guān)研究應(yīng)用廣闊，能夠在社會(huì)經(jīng)濟(jì)、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(wèn)題是蒲英霞利用空間數(shù)據(jù)分析方法研究的重點(diǎn)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(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速逐漸放緩，人口部分回流中西部。與此同時(shí)，隨著我國(guó)人口增速放緩乃至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，人口遷移正在成為區(qū)域人口增長(zhǎng)的重要方式。在蒲英霞看來(lái)，人口遷移流動(dòng)不僅依賴遷出地和目的地的自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(duì)未來(lái)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(shí)空動(dòng)力機(jī)制，是保障我國(guó)區(qū)域人口再分布相對(duì)平衡、人力資源順暢流動(dòng)和完善要素市場(chǎng)化配置機(jī)制的現(xiàn)實(shí)需求。

針對(duì)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(diǎn)雙邊要素的“推拉”效應(yīng)，而忽視時(shí)空維度的有機(jī)聯(lián)系，甚少考慮不確定性問(wèn)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(guò)程中面臨的變量選擇等問(wèn)題?！柏惾~斯統(tǒng)計(jì)學(xué)是我在賓夕法尼亞州立大學(xué)訪問(wèn)交流時(shí)進(jìn)一步了解到的。貝葉斯統(tǒng)計(jì)使用先驗(yàn)知識(shí)和樣本信息，通過(guò)貝葉斯規(guī)則得到后驗(yàn)概率來(lái)解決統(tǒng)計(jì)學(xué)問(wèn)題，如參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、預(yù)測(cè)和決策等。這種方法的有趣之處在于，將人對(duì)事情發(fā)生的信念強(qiáng)烈程度放在核心位置，對(duì)我產(chǎn)生了較大的影響?！?/p>

比如，開展國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“空間OD（指起訖點(diǎn)）模型優(yōu)化與不確定分析”時(shí)，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(diǎn)屬性、節(jié)點(diǎn)環(huán)境與模型結(jié)構(gòu)表達(dá)中可能存在的不確定性，結(jié)合貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)，建立表征不確定性的空間OD模型，通過(guò)貝葉斯模型平均方法優(yōu)化模型，以期對(duì)空間OD流的模式演變與內(nèi)在機(jī)理做出較為科學(xué)的解釋，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)做出概率預(yù)測(cè)。相關(guān)研究通過(guò)對(duì)中國(guó)省際人口遷移流的建模與預(yù)測(cè)分析，以實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“空間動(dòng)態(tài)OD面板模型優(yōu)化與時(shí)空動(dòng)力機(jī)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(diǎn)要素、周邊環(huán)境和時(shí)空結(jié)構(gòu)表達(dá)中的不確定性，通過(guò)凸組合和馬爾可夫鏈-蒙特卡羅模型綜合等方法，對(duì)所有可能出現(xiàn)的模型以后驗(yàn)概率為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)平均，構(gòu)建并優(yōu)化空間動(dòng)態(tài)OD面板模型，對(duì)OD流發(fā)展的時(shí)空路徑依賴和網(wǎng)絡(luò)溢出效應(yīng)等內(nèi)在機(jī)理做出定量解釋。通過(guò)對(duì)改革開放以來(lái)中國(guó)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(dòng)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(shí)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(chǎng)化配置等提供決策支持。

通過(guò)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(dòng)的信息，涉及兩個(gè)區(qū)域，乃至多個(gè)區(qū)域間的相互作用。考慮的因素越多，建模分析的難度就越大。”蒲英霞帶領(lǐng)學(xué)生耐心細(xì)致地一遍遍分析、估計(jì)、驗(yàn)證，不斷實(shí)現(xiàn)著預(yù)期效果，提供決策支持?！巴瑫r(shí)，人口遷移所涉及的時(shí)空觀念也為我們提供了一個(gè)更廣闊的背景來(lái)探討人口問(wèn)題。通過(guò)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(lái)，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(lái)了國(guó)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(lái)?！?022年，我還嘗試跟意大利博洛尼亞大學(xué)的一位經(jīng)濟(jì)系教授聯(lián)合申請(qǐng)關(guān)于交通旅游方面的國(guó)際合作項(xiàng)目。雖最終因合作經(jīng)驗(yàn)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(duì)學(xué)生限制極少?！拔业捻?xiàng)目時(shí)間相對(duì)寬裕，在促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作一起推進(jìn)科研項(xiàng)目的同時(shí)，我希望能教授給學(xué)生理論和實(shí)踐工具相結(jié)合的知識(shí)技能，并且給予他們空間，讓他們自由探索感興趣的方向。”

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(huì)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(shí)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(wèn)題，同事都會(huì)來(lái)請(qǐng)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(huì)，在她看不見的地方生了根發(fā)了芽。原本還對(duì)停課頗為惋惜的蒲英霞，因此慰藉不少。未來(lái)，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(huì)。