北大刘瑜教授 :“GIS前浪”的三次转型

发布时间:2021 年 03 月 11 日  采访、组稿/王静静
导读:身兼多职的北大刘瑜教授,奔走在高校GIS教育和GIS理论研究的一线。本期『人物访谈』将讲述这位 “GIS前浪”的三次转型:从人文地理到GIS、从软件开发到理论研究、从传统数据到大数据。

  鼠年岁末,大多人一年工作开始收尾,而刘瑜教授却依旧在忙碌。

  北京大学地球与空间科学学院博雅特聘教授、副院长,中国地理信息产业协会教育与科普工作委员会副主任委员,教育部科学技术委员会委员……身兼多职的刘瑜,奔走在高校 GIS 教育和 GIS 理论研究的一线。

  从本科到博士,刘瑜在北大念书十余年,毕业后又留校任教 23 年。这三十多年时间,从青年到中年,他与地理和地理信息科学(GIScience)结缘,见证了地理信息技术的发展,对产业走向了然于胸。

  本期『人物访谈』邀请刘瑜教授为大家讲述他与地理信息结缘的故事,以及从业多年来对地理信息科学的研究和对地理信息技术在应急领域应用的思考,一起来回顾这位“GIS 前浪”的三次转型:从人文地理到 GIS、从软件开发到理论研究、从传统数据到大数据。

 

  两次转弯寻得一生热爱

  1989 年,刘瑜考入北京大学城市与环境学系,学习人文地理和城市规划专业。当时计算机技术在中国普及度不高,普通人还没有充分认识到计算机技术能够做如此多的事情。进入大学之后,刘瑜才有机会接触计算机,并尝试用计算机做一些简单的数据分析和程序编写。

  大三的时候,在一些规划实习课程中,刘瑜意识到,通过手工绘制完成作图任务,不仅效率低,效果也不是很好。计算机成绩还不错的刘瑜就琢磨,能不能用计算机软件来帮助完成图件制作呢?有位学长告诉刘瑜:实现这些功能的软件就是地理信息系统(GIS)。那是刘瑜第一次知道GIS。

  “学长还介绍我 认识了中国 GIS 领域的著名学者邬伦教授,我从大四开始协助邬老师处理数据,并且自学Windows 环境下的编程。本科学习结束后,我成为了邬老师的第一名研究生。”刘瑜说。

  在研究生阶段,刘瑜倾注大量精力在国产 GIS 软件开发上。在邬伦教授等老师的主导下,刘瑜参与开发了一款名为“Citystar(城市之星)”的 GIS 平台软件。宋关福总裁在《中国 GIS 基础软件 30 年》文章中也提到了它,认为它是中国比较早的国产 GIS 平台系统,并且在农业、国土等领域取得了较为成功的应用。

  从 1993 年到 2003 年,刘瑜全身心投入软件开发的工作。据他描述,这是很有挑战性也充满趣味的工作,当时他年少气盛,立志要做一套成功的国产 GIS 平台。1996 年开始的国产 GIS软件测评工作,对自主知识产权 GIS 基础软件的发展,起了非常关键的作用,像“技术比武”一样,大家你追我赶,竞相发展技术,提升软件性能和质量。“而参加测评期间的那些熬夜加班的日子,是一生难忘的经历,当然也是一笔财富。”刘瑜笑道。

  按照一般故事的发展逻辑,刘瑜会继续坚守研发阵地,成为业界精英……但彼时的刘瑜却给自己的人生转了两道弯,也让他找到了毕生热爱的事业。

  第一次转弯发生在 2003 年至 2005 年。十年的开发经验让刘瑜意识到,GIS 软件在开发和使用过程中,我们不能只关注技术,还有很多理论问题值得探讨。因此,2003 年博士毕业后,刘瑜开始逐步转向 GIScience 的研究方向。

  2005 年,刘瑜访问美国圣巴巴拉加州大学,与美国科学院院士、地理信息科学之父——Michael F. Goodchild 教授展开合作。通过这次为期一年半的访美交流,刘瑜见识了一些先进的 GIS 技术和应用,以及 GIS 未来的发展趋势。他发现,这一切都离不开基础理论的支撑。“这对我来说是一个比较重要的转型,那段时间我围绕空间数据模型、空间关系、空间数据不确定性等方向发表了几篇论文,现在回头看,我依旧觉得比较满意。”刘瑜说。

 

刘瑜教授接待M.F. Goodchild(左)访问北大(2018年)

 

  第二次转弯发生在 2010 年前后,刘瑜团队有机会访问手机信令、出租车轨迹、社交媒体等数据,也就是后来“炙手可热”的大数据。但在当时,对于传统的地理学研究以及空间数据分析,它们都算是“新鲜事物”。刘瑜预感到,将大数据与 GIS 相结合,对于我们更为全面认识地理空间、挖掘其中的人群行为模式并且将其与地理环境特征相关联,有极好的应用前景。因此,他开始尝试研究时空大数据方向的分析方法、理论、模型等,并基于此开始了在相关领域的应用研究。

  “这就相当于,我把本科学习的人文地理规划和后来的软件研发,以及现在的大数据研究等结合起来,提出一系列模型和方法,进而在空间视角下,探讨社会科学领域的一些问题,并服务于宏观政策的制定。”刘瑜说,“后来我们就提出了‘社会感知(Social sensing)’概念。”

  “社会感知”是借助于各类地理大数据研究人类时间、空间行为特征,并进而揭示社会经济现象的时空分布格局、联系以及进化过程的理论和方法,有助于人们从一个全新角度审视地理学的基本问题。“社会感知”概念的提出,在学界引发了较大反响,并得到了国内外专家的广泛认可,这是刘瑜教授的团队在理论方面的重要贡献。

刘瑜和团队老师及博士后合影

  疫情之年的GIS作为

  2020 年,GIS 在新冠肺炎疫情防控中大显身手。新冠肺炎疫情爆发以后,疫情分布图、疫情热力图和疫情追踪图等“疫情地图”,成为公众获取疫情数据、了解疫情发展的必备工具。它们包含了发热门诊、同乘查询、患者求助以及道路交通、公共出行、疫情措施等消息的实时更新。这背后正是 GIS 结合空间位置信息提供的强大支撑。

  “我们现在用的健康码,就包含着空间位置信息。借助健康码,可以很好地管理个体轨迹,这对精准防控非常有帮助。”刘瑜说,“人们还可以借助 GIS,优化医疗设施、医疗资源的空间分布,对于积极响应新冠疫情,以及类似的公共安全事件,也很有帮助。”

  另外,人们在 GIS 和大数据基础上,再结合传染病模型,可以更好理解城市空间结构,判断疫情发生时,城市不同空间单元的脆弱性,以便人们及时控制采取措施,对一些特定区域进行精准管控。

  时至今日,GIS 已经成为很多领域不可或缺的支撑技术,正在发挥越来越积极的作用。刘瑜认为,GIS 给人们带来积极影响,可从以下角度来理解:

  从微观来看,人的日常空间行为都跟位置有关,非常多的基于位置的服务背后都需要 GIS 的支撑,如定位、导航等。从宏观来讲,企业以及政府部门做出科学决策也离不开 GIS,因为很多决策要落实到空间上去,比如公交线路的优化、城市功能区的规划,GIS 都可以发挥作用。

  刘瑜强调说,在决策方面,GIS、大数据和人工智能的发展,给管理者提供了一种上帝视角,使得他们可以了解海量人群个体粒度的行为特征,可以使宏观层面的决策更加科学,达到全局最优。

  还有一些场景需要用到实时 GIS 系统,如果能实时得到信息,就可以实施应急预案。就像前几年上海发生的一次踩踏事故,如果这种大数据支持的人口动态信息可以实时获取、实时诊断、实时预警,就可以防止这类悲剧的发生。

  “在其他应急场景中,比如说地震救灾、支援物资调度、评估灾害发生损失的程度、评估灾害影响、应急物资调度等,GIS 都能发挥一定的作用,也有一些基于 GIS 的应急系统已经建立。”刘瑜说,“在应急管理部的领导下,相信未来 GIS 的应用会更广泛。”

  校企合作培养合格GIS“后浪”

  当下,中国 GIS 教育已经形成了一整套行之有效的培养模式和培养标准。其中,校企合作的持续推进,是培养优质GIS人才的重要手段之一。

  当讨论起如何看待校企合作时,刘瑜说:“校企合作很有必要,高校偏理论研究,更追求创新性,但是对于应用端的直接需求却了解较少,而企业站在市场第一线,两者结合起来可以互补共赢。并且应该由企业来主导,因为企业最了解客户的需求,而纵观信息技术发展史,很多重大突破,都是需求驱动的。”

  刘瑜还补充说,企业和高校可以合作布局一些相对来说中长期的战略研究,这些技术可能短期内用不上,却是对未来三到五年的前瞻性预研。

  此外,很多 GIS 企业也在举办高校 GIS 大赛,如超图每年都在举办 SuperMap 杯高校 GIS 大赛,吸引了海内外高校师生踊跃参与。刘瑜也非常看好大赛:“对于一些本科阶段的学生来说,参加这类开发大赛,可以把课本知识跟实践相结合,磨练 GIS 操作技能,培养对 GIS 实践应用的热情,为下一步的实际工作——不论是开发还是科研,奠定基础。”

  目前,地理信息专业已成为国内最高就业的专业之一,每年就有近三万名“GIS 后浪”从高校毕业,投入到我国地理信息产业发展的浪潮中去。

  那么一名合格的“GIS 后浪”需要具备哪些素质?

  刘瑜认为,从研究的角度来讲,一名合格的“GIS 后浪”能够在日常中,善于发现问题,提出问题;由于 GIS 跟实践结合得特别紧密,一名合格的“GIS 后浪”要有非常强的动手能力,善于解决问题。此外,一名合格的“GIS 后浪”还要广泛的兴趣爱好,要有非常强的学习能力,和一定的知识储备。

  “软件开发涉及很多领域,这些领域差别很大,这就要求有非常强的学习能力,在短时间内迅速了解相关领域的专业知识,这才能够在软件开发的过程中得心应手。”刘瑜解释说,“如果工作内容涉及城市研究,就需要你对城市科学有所了解;做灾害应用,就要灾害科学略知一二。”

  “GIS 和信息技术密不可分,信息技术发展日新月异,对从业者的要求也越来越高。学生们只有具备上述素质,在校好好学习,在工作中不断充实自己,才能保证不被这个时代落下。”这是刘瑜教授给广大学子的忠告。

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