空间分析的三个传统：从三份讣告谈起

河海大学 张晓祥[email protected]

2012年11月于美国凤凰城

原文出处：http://blog.sina.com.cn/s/blog_643115fc010139m4.html，已征得作者同意转载。

原博主按：美国《纽约时报》是世界级的大报，其中有一个很特别的版面——“讣告版”(obituaries)，这个版面会发表有成就的人物去世的悼念文章，死后能够上《纽约时报》讣告版是一种哀荣。读者通过讣告可以快速了解逝者的人生经历和成就，这些讣告通常文笔生动、夹叙夹议，广受读者欢迎。本文希望从最近几年逝世的三位世界著名科学家的一生来反思在我国GIS发展过程中所遗失或者忽视的空间分析的三大传统，分别是Charles ReVelle教授所代表的空间分析的工程学传统、Walter Isard教授所代表的空间分析的经济学传统、Reginald Golledge教授所代表的空间分析的心理学传统。

Charles ReVelle教授Walter Isard教授Reginald Golledge教授

（1938－2005）(1919-2010)(1937－2009)

三位近年逝世的科学大家，他们代表了空间分析的三个传统！

一、GIS的野蛮增长

GIS是一个新兴的领域，过去十多年经历了飞速的甚至是野蛮的增长。但实际上在目前也是一个门槛很低的专业，任何人不管是那个领域的，只要学一本ArcGIS教程就可以声称是搞GIS的。一方面，由于历史原因，教授GIS课程的老师自己没有系统学习过GIS，无法开出有影响力的GIS理论与方法课程；另一方面，由于实用主义作祟，学生们也希望学一技之长以应付迫在眉睫的就业压力，根据无暇攻读艰深的理论与方法课程。这种缺乏严谨的理论与方法训练的快餐式的技能培养方式很难培养出GIS学生的核心竞争力，GIS久而久之逐渐称为一种地理学、测量学、计算机科学的混搭产品，学科视野严重束窄，这种发展倾向也导致很多GIS专业人士自己也轻视或低估了GIS在方法论与思维养成方面的巨大作用，这不能不说是GIS人的悲哀。目前，教育部已经将“地理信息系统”专业改为“地理信息科学”，这至少表明地理信息科学的学科地位在逐渐上升，作为科学本身，理论与方法不可或缺。

理论与方法的发展是一个学科发展的基石，中国地理信息系统协会(CAGIS)每年也会举办理论与方法专门委员会的学术研讨会，这个研讨会目前已经发展成为中国GIS界最具学术声誉的会议，这对于普及与促进中国GIS理论与方法研究有着非常积极的推动作用。但是中国GIS界很多有识之士也清楚地意识到中国GIS界与国际水平之间的差距。按照GIS界知名教授汤国安先生2009年初的说法，中国GIS研究与美国GIS研究差距大概为15年。我觉得此言不虚，虽然近十年来我们中国的GIS界伴随着我们整个中国的发展以及中国政府对科学研究的大力推动与巨额投入，取得了非常迅猛的增长，在很多领域中国也取得了世界级的研究成果，卫星上天、航母下海、蛟龙潜水、高速铁路等等，但美国麻省理工学院(MIT)斯隆商学院华裔教授黄亚生最近领导完成的一项研究认为“没有找到特别强的证据，来证明过去30年中国政府对科技大规模的投资是划算的、有效的。这种大规模的投资，看到的最终结果是数量的增加，质量的增加十分有限，甚至在某些领域的研究还落后于中国在上世纪80年代的科研效率。这简直太让人吃惊了。”(黄亚生，2009)。

这绝非危言耸听，我们应正视繁荣背后的危机！

二、繁荣表面下的危机

对照GIS界,表面上一片繁荣。在新闻中、在报纸上，我们已经习惯了每天的好消息，高分卫星、数字城市、智慧城市、天地图、地理国情监测，不一而足，我们完成了一个又一个成果，取得了一项又一项成就。但是繁荣背后依然隐藏了不少的危机：第一，教学方面，我们的GIS教科书是全世界最多的，但是几乎每本书都有南京大学1989年黄杏元教授《地理信息系统概论》的影子，课堂上充斥着过时的内容和时髦的技术，大学GIS教学沦落为职业技术培养所，缺乏学理的坚守；第二，科研方面，我们的GIS科研项目是全世界最多的，经费额度我们已经完全可以跟欧美各国媲美，作为应用型很强的学科，我们的教授却生产着大量实业部门不感兴趣的论文，很多低水平重复的研究对于中国这样一个发展中国家来说是一种巨大的浪费；第三，产业方面，我相信我们的GIS企业也是全世界最多的，央企、国企的不公平竞争，政府部门、事业单位的资源控制，使得民营GIS企业很难发展起来,现在发展得好的企业,很多与政府部门有着密切的联系。

中国作为后发国家，过去我们一直强调后发优势，实际上反过来很重要的一点是后发劣势(杨小凯，2002)。后发劣势的意思就是说，落后国家由于发展比较迟，所以有很多东西可以模仿发达国家。模仿有两种形式，一种是模仿制度，另一种是模仿技术和工业化的模式。由于是后发国家，所以可以在没有在基础制度的情况下通过技术模仿实现快速发展。但是，落后国家虽然可以在短期内取得非常好的发展，但是会给长期的发展留下许多隐患，甚至长期发展可能失败。忠言逆耳，我们都喜欢讲中国的“后发优势”，不愿意相信中国的“后发劣势”。我们总是相信发展就是硬道理，政府部门高度参与到经济、社会、科技等各项事业的运营。上行下效，大大助长了政府部门的机会主义、大大强化了政府部门的资源控制。美国著名参议员Barry Goldwater有一句名言：“如果一个政府大到足以给你所有你要的东西，它也就大到了足以拿走你的所有东西。”

大规模的科研投资的效果立竿见影，我们的政府部门也陶醉于干预经济发展的胜利，享受发展超英赶美的跃进冲动。我们的大量投资用于跟踪国外先进技术，我们模仿ArcGIS,我们有了一系列平台GIS软件，我们模仿Google Earth,我们有了天地图，我们模仿IKONOS，我们就有了高分卫星⋯⋯，是的，我们做得很好，我们的投资很多，我们的进步也非常快。科研人员为了迎合发展获取资助，自觉不自觉地参与到政府主导的这场科研赛跑中。但是夜深人静的时候，我们扪心自问，我们的科研水平真正提高了吗？我们的人才培养能适应社会需求吗？我们的科研成果真正经得起历史考验吗？这种梦幻的情景会不会是一个美丽的肥皂泡？

三、GIS理论方法与信息技术的PK

GIS的发展无疑得益于信息技术的快速发展，但是过分依赖信息技术的发展也给GIS本身发展制造了障碍，让人感觉只要紧跟IT主流，就能发展好中国的GIS一样。当代信息技术的发展实际上也给人很大的误解，让人感觉技术发展日新月异，但现实中我们很多时候是被加速了。二战以后，因为美国特殊的国际地位、雄厚的综合国力和坚实的人才储备，第三次科技革命在美国首先兴起，这次科技革命的标志就是“以原子能技术、航天技术、电子计算机的应用为代表，还包括人工合成材料、分子生物学和遗传工程等高新技术。”整个美国社会因为第三次科技革命，获得了巨大的发展。但是很多科学史的专家的研究也表明：半个多世纪以后，新的科技革命还没有发生，虽然在过去几十年中很多学科领域被寄予下一波科技革命的厚望，例如纳米技术、生物技术、认知科学等等，但是这些新的技术虽然投资巨大，却是雷声大雨点小，至今并没有获得突破性的进展。

所以，我们应该冷静地看到除了以电子计算机和互联网为代表的信息技术的发展以外，其它诸如航天、材料、能源、生物等领域虽然或多或少取得了很多成就，但并没有获得太多突破性乃至革命性的进展。很多学科的发展并不是很快，缺乏更新换代的理论方法，这些学科近年的发展绝大部分是信息技术背后推动的。我们也必须清楚地认识到信息技术的局限性，也即信息技术对于各个学科的理论方法本身并没有太大的改变，我们有必要去发展各个学科作为本原的理论与方法。

GIS学科也是如此，其推动是一种外延型的推动，而非内涵式的基于基础理论与方法上的突破。我们的精力完全被信息技术所吸引，如空间数据库、组件开发、WebGIS等技术的发展带动了学科的巨大进步，但是我们也科研明显地感觉到地理学或者说地理信息科学本身的理论与方法创新则基本上被忽视，我们的发展光环完全来之于信息技术的罂粟似的疯涨。

理论与方法的创新是未来领域可持续发展的基石。欧美国家在GIS发展历史上经历过20世纪50年代激动人心的“计量地理学革命”，计量革命的发展是GIS发展的重要理论与方法准备。位于美国西雅图的华盛顿大学作为计量革命的风暴中心，当时云集了William Garrison,Edward Ullmand等杰出的地理学者和以Richard Morrill, Brian J.L. Berry, Waldo Tobler, John Nystuen, William Bunge, Duane Marble和Michael Dacey等一批天赋异常的研究生(Tobler, 2002；Velikonja,1994)，这些人成为后来GIS乃至空间分析学科发展的中流砥柱。

但是中国地理界因为种种原因到现在为止还缺乏对欧美50年代的“计量革命”缺乏深入的研究，我们看到商务印书馆组织从上世纪50年代开始翻译出版《汉译世界学术名著丛书》，而这套丛书中绝大部分地理学著作也是在80年代以后才陆续出版，很可惜的是这批地理学著作中很少有计量革命的译著出版。原因一方面是因为解放后我国地理界与欧美地理界的交流中断，错过了“计量革命”的黄金时期，等到醒悟过来已经是文革以后，耽误了二十年时间；另一方面，我国的地理学者普遍缺乏严格的科学和数学训练，在80年代以后我们追赶西方地理学发展的过程中，知识储备无法适应计量地理学以及后续的GIS理论方法研究的较高要求，所以当时的地理学者很难翻译出学理性、数学性非常强的计量地理学著作。1980年代我国学者编著的计量地理学著作虽然过于简单但却是奠基性的著作，后来出版的计量地理学著作也没有太大的突破，基本上没有反映1980年代以后这一领域特别是与GIS、空间分析结合的巨大发展。这一状况导致了我国GIS与空间分析领域落后美国大约20年，很多美国80年代已经成熟的理论与方法我们到现在仍然知之甚少，如地理学第一定律、地理学第二定律、空间计量经济学、最大覆盖模型、行为地理学、地理加权回归等超越以往理论框架的空间分析方法，国内学者知之甚少或者知之不深。

举例来说，Berry and Marble曾经在1968年编撰了一部<空间分析(Spatial Analysis)>的书,到40多年后的今天大部分的中国GIS学人还无法真正了解这本奠基性著作的前瞻性，2008年，在Berry and Marble这部书出版40年的综述论文中，Berry等(2008)不无自豪地认为当时的很多文章在40后的今天仍然有极大的学术价值，这从一个侧面佐证了理论与方法在学科发展方面的重要性。确实，信息技术过几年就有很大变化，但是学科发展的主线和脉络并不是那么容易改变的。

要想发展中国GIS的理论与方法研究，我觉得我们必须要恢复欧美地理界自上实际50年代“计量革命”的定量研究传统，认清西欧美地理学特别是GIS和空间分析的发展脉络，至少需要恢复GIS乃至空间分析的三个传统。

四、空间分析的三个传统：从三分讣告谈起

空间分析是GIS的重要功能，也是GIS区别于自助制图系统最为重要的功能。在国际GIS学界，空间分析已经发展了一整套分析方法，诞生了不少创新性的空间分析方法,这些方法对于GIS的发展影响深远。博主将之总结归纳为空间分析的三个传统：Charles ReVelle教授所代表的空间分析的工程学传统、Walter Isard教授所代表的空间分析的经济学传统、Reginald Golledge教授所代表的空间分析的心理学传统。

Charles ReVelle教授Walter Isard教授Reginald Golledge教授

（1938－2005）(1919-2010)(1937－2009)

三位近年逝世的科学大家，他们代表了空间分析的三个传统！

这些创新型的思想的出现并不是偶然的，它是以西方科学严格的科学规范为基础的，同时不可或缺的是这三位科学家的天才。这三位科学大家在生前和逝世后都获得学术界非常崇高的评价，前两位教授登上了纽约时报的讣告(Charles ReVelle教授的纽约时报讣告，Walter Isard教授的纽约时报讣告），后一位教授逝世后Nature杂志的登载了一篇访谈(Reginald Golledge教授的Nature杂志访谈)。

三位科学家都是各自领域的奠基者，我个人认为他们完全是各自新开创了一个学派，也培养了众多研究生，这些研究生现已成为GIS与空间分析研究的中坚。这一组文章也是我近年思考的一些结果，正好这几年我爱人在美国亚利桑那州立大学(ASU)GeoDa空间分析与计算中心攻读博士研究生，使我们有机会接触到世界前沿的空间分析研究，我们也非常受教于与ASU的GeoDa中心的Alan Murray教授、Luc Anselin院士、Sergie Rey教授等的交流，同时也受教于诸如学术界的GISciene双年会(GISciene2012，http://www.giscience.org/)、美国地理学会年会(AAG，http://www.aag.org)、北美区域科学年会(NARSC,http://www.narsc.org/newsite/)、美国运筹学和管理科学研究协会(INFORMS，http://meetings2.informs.org/phoenix2012/)、美国计算机学会主办的ACM-GIS(http://acmgis2012.cs.umd.edu/)以及产业界的ESRI用户大会(我的ESRI2012年大会观感)等会议的学术报告的启发。

我本人进入GIS这门学科，已经有超过15年，教书也已经超过5年，很多时候都在思考我们学科的未来，思考我们如何教我们的学生、如何做我们的研究。我觉得最根本的还是先要了解别人做了什么，特别是应该要在学习了理论方法以后再去做研究，否则不可能做出一流的研究。在科研领域，因为科研评价体系的影响，中国的很多研究人员包括研究生受论文发表的压力普遍希望做一些短平快的研究，普遍只要利用软件进行数据处理即可写出论文，缺乏理论方法的创新。科研评价体系的扭曲导致我国科技界做了太多低水平重复的工作，因此也很难诞生超越以往理论框架的创新。如果这种科研价值的评定体系不能改变，那我们在科研领域的投资结果注定多数将有去无回、事倍功半(黄亚生，2009)。我越来越感觉最根本的是，是必须有我们的理论与方法，就是要注意面向应用开发理论与方法，真切提高地理空间数据的潜在价值，这也是一个学科长远发展的根本。

在理论与方法研究方面，科学研究没有捷径可走，别人走过的路你还必须要走。下面几篇博文将依次介绍三位教授及其开创的空间分析的工程学传统、经济学传统、心理学传统，希望对大家有所启发，也欢迎大家的意见和建议。

参考文献

1. Brian Berry，Duane Marble,Spatial Analysis: A Reader in Statistical Geography.Prentice Hall, Englewood Cliffs, 1968，512pp.

2. Brian J. L. Berry,Daniel A. Griffith, Michael R. Tiefelsdorf,2008,From Spatial Analysis to Geospatial Science,Geographical Analysis,40(3):229–238.

3. W. Tobler, 2002, “Ma Vie: Growing Up in America and Europe”, in Geographical Voices, W. Pitts and P. Gould, eds., University of Syracuse Press; Syracuse; pages 292-322.

4. Joseph Velikonja, Geography at the University of Washington， in DANIEL E. TURBEVILLE III（Editor），YEARBOOK of the ASSOCIATION OF PACIFIC COAST GEOGRAPHERS，1994，VOLUME 56,
   http://faculty.washington.edu/krumme/faculty/dept2.htm#Sherman