“普適計算”的思想最早是1991 年Mark Weiser在 《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century” 中提出的，強調(diào)把計算機嵌入到環(huán)境或日常工具中去，讓計算機 本身從人們的視線中消失，讓人們注意的中心回歸到要完成的 任務本身。普適計算是信息空間與物理空間的融合，在這個融合 的空間中人們可以隨時隨地、透明地獲得數(shù)字化的服務。普適計算 希望將數(shù)不清的廉價嵌入式計算設備廣泛分布在我們生活、工作 環(huán)境的周圍，無聲無息地為人們提供服務。其中“隨時隨地” 是指人們可以在工作、生活的現(xiàn)場就可以獲得服務，而不需離開 這個現(xiàn)場而去端坐在一個專門的計算機面前；這也是普適計算的 英文中Ubiquitous 或Pervasive 的含義，即像空氣一樣無所不在。

MIT 的普適計算研究計劃命名為Oxygen 的原因也在此。隨著 計算機、通信等技術(shù)的快速發(fā)展，普適計算已成為計算機、通信及信息科學的研究熱點和新的發(fā)展方向。目前比較著名的 普適計算研究項目主要有M IT 的Oxygen Project、CMU 的 Aura Project、伊利諾伊州大學GaiaProject、加州大學伯克利 分校的Endeavour Project、華盛頓大學的Portolano Project、伊利諾理工學院的Hawk Tour Project、美國國家標準技術(shù)局 （National Institute of Standards and Technology NIST） 的Smart Space Project、歐盟資助的Disappearing Computer Project、IBM 的Dream space Project、Microsoft的 EasyLivingProject、H P 的Cool Town Project等。

另一方面，普適計算得到了國際學術(shù)界的廣泛關(guān)注，目前 國際上已經(jīng)形成了每年召開的Ubicomp和Percom兩個普適計算 國際會議系列。此外以其他形式召開的普適計算會議也已多 達數(shù)十個，同時國際上也已經(jīng)發(fā)行了《Personaland Ubiquitous Computing》 和《IEEE Pervasive Computing》兩種專門針對普適計算的期刊。那么針對地理問題的研究，能否將普適計算的思想引入地理領(lǐng)域，發(fā)展“普適地理計算”呢？本文也著重思索，希望回答有關(guān)普適 地理計算存在和發(fā)展的諸多問題，也是對普適地理計算可行性的 初步思考。

1.什么是普適地理計算？

（1）對“普適”的理解：普遍存在、普遍適用。

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（2）對“計算”的理解： 計算主義認為，宇宙是可計算、知識可計算、 智慧可計算。雖有反對意見，但目前還是 以此為目標演進的；

（3）普適地理計算 1.基于個體的地理計算模式 一種與時間、空間和運動狀態(tài)無關(guān)的新型地理工作、研究模式

2.有無必要開展“普適地理計算”

地理問題有別于其他學科問題的一個根本特征就是其空間性。 地理問題的空間性主要體現(xiàn)在兩個層面，其一是空間分布性， 即地理問題發(fā)生于特定的空間環(huán)境中，并隨著時間發(fā)展而演變。 地理現(xiàn)象通常是巨大的，空間覆蓋占據(jù)著較廣袤的范圍，并且 在被占據(jù)的范圍內(nèi)，不同的位置，也可能存在不同的狀態(tài)或 屬性，這意味著完整的觀察地理現(xiàn)象需要在空間上大范圍跨越， 緯度地帶性和垂直地帶性都是這個特性的表現(xiàn)；其二是空間移 動性，很多地理現(xiàn)象或地理過程通常是空間運動的，并隨著空 間位移，呈現(xiàn)出不同的運動規(guī)律和變化態(tài)勢，如龍卷風，這就 要求對此類地理現(xiàn)象和地理過程的觀察同樣需要觀察者在空間 上持續(xù)的移動。因此，地理問題具有時空分布、空間移動等 特性。從某種程度上講，地理問題的研究需要一種與其時空 特性相適應的的研究 *** 和工作模式。

3. 普適地理計算的研究基礎(chǔ)

我們可以對現(xiàn)行的空間信息技術(shù)從另一個角度進行反思，來考察 普適地理計算的可行性。事實上，人們一直嘗試使用計算技術(shù)對 我們生存的地球及其中的要素實施可計算化，在一定程度上實踐 著可計算地球、可計算宇宙的思想。

（1）3S技術(shù)：數(shù)據(jù)獲取層次的可計算 RS：將地表覆蓋、地理過 程以柵格化的形式記錄、表達、計算；GIS：將地球和人地關(guān)系轉(zhuǎn)換成符號化的點、線、面、體，基于 拓撲、屬性來計算； GPS：計算、定位并追蹤現(xiàn)實世界中的人 -地位置屬性，

（2）虛擬技術(shù)：數(shù)據(jù)展示和分析的可計算 虛擬現(xiàn)實/虛擬地 理環(huán)境/數(shù)字地球/數(shù)字城市/數(shù)字流域：將現(xiàn)實世界轉(zhuǎn)變成虛 擬世界，虛擬世界以數(shù)字化的形式來管理、展示、分析、模擬現(xiàn)實世界，進入虛擬空間中的“人-地”都是可計算的；

（3）物聯(lián)網(wǎng)：個體地物的可計算 為各種類型的地物添加可通訊、可計算的單元，使之具有可連接、可控制、可分析的信息屬性，對個體實施可計算的定位、監(jiān)控分析，任何地物都是這個可計算 的“網(wǎng)”中的節(jié)點，將先前的物流黑箱變?yōu)橥该鳌?

（4）移動 *** ：個人的可計算 *** （包括Internet和Mobile Network），尤其是移動 *** ，使 用者在使用移動設備的時候，無形中為自己增加了隨時隨地可計 算的屬性和功能，形成了可計算的人，移動 *** 這個物理載體和 平臺，同時承載著社會層次的社會關(guān)系 *** ，也是唯一一個可與 人的社會關(guān)系 *** 對等的 *** ；社會關(guān)系 *** 是實時存在的，Intern et無法實時存在。因此，個人的社會關(guān)系 *** 是移動 *** 的子集，以數(shù)字形式表達的移動 *** 同時也使得社會關(guān)系 *** 可計算。在這個 *** 中，個人是整個可計算 *** （物理 *** 、社會 *** ） 的一個節(jié)點和計算單元。

最后，人的行為也被計算或被可計算了，千百年來，人的記錄 方式是筆和紙，方式是書寫，而今被鍵盤、鼠標代替，方式是敲擊鍵盤；存儲方式也從紙、羊皮變成了磁盤、U盤等。因此，普適地理計算 是在某種程度上存在的，只是現(xiàn)行的研究是從某一個側(cè)面、某一個 視角展開，而這些研究彼此互通的，是可以作為一個整體存在的。

4. 普適地理計算的基礎(chǔ)和研究核心

我們認為，普適地理計算的基礎(chǔ)是可計算人地關(guān)系。 將計算融入 到“人”和“地”的空間中，強調(diào)計算的無處不在，地理問題研 究的核心——人地關(guān)系，將兩大對立成員（人和 地）都賦予可計算的屬性，在計算層次的表現(xiàn)即為普適地理計算，同時保留人地平等、和諧的關(guān)系。 可計算人地關(guān)系至少包括兩個 方面的含義，其一為現(xiàn)實可計算人地關(guān)系，其 二，虛擬的可計算人地關(guān)系，其三現(xiàn)實和虛擬混合下的可計算人 地關(guān)系。我們可以以圖示的方式來展示這些關(guān)系。同時，在現(xiàn)實和虛擬空間中，使用“計算”建立溝通，將二者整 合起來研究，這也是普適地理計算的另一層含義。

5. *** 是普適地理計算的基本屬性

*** 是實現(xiàn)普適地理計算的基礎(chǔ)和基本屬性，在普適地理計算 框架下，每一個計算單元都是這個 *** 中的組成部分，而且計 算單元不再是孤立的、單獨的，而是在一定的語義和上 下文環(huán)境下存在的，是可接收其他單元的信息，同時也可共享 本單元信息的。在這個巨型 *** 中， *** 則是普遍存在的，這種 *** 可能是實實在在的物理 *** ，如通訊 *** 、傳 感器 *** 、物聯(lián) *** ；也可能是隱含在物理 *** 中，因節(jié)點和 節(jié)點之間信息連接和傳輸引發(fā)的關(guān)系 *** ，如人的社會關(guān)系 *** ，以及基于社會關(guān)系 *** 之上的知識 *** 、智慧 *** 等。因節(jié)點與節(jié)點之間的關(guān)系是變化的，因此， *** 具有自演化的 特性；因每一個節(jié)點都是可計算的， *** 也應該是可計算的，或者說某種程度上表現(xiàn)出可計算、可推演的特性；

6. 普適地理計算中“人”的作用和地位（可計算的人）

人的參與包括現(xiàn)實中的人的參與，也包括在虛擬空間中的人的 參與。 人的參與可以分為兩個方面，其一，作為被研究者參與，也就是說，人是地理過程中的組成部分，可計算的 人是影響地理過程的一個組成部分，與參與的地（可能是現(xiàn)實的 地也可能是虛擬的地）一起實現(xiàn)計算過程；其二，作為研究者 參與，不參與地理過程，但從局外人的角度研究地理 過程； Good Child提出VGI的出發(fā)點也就是希望將每個市民（個體） 都變成傳感器，去收集空間位置相關(guān)的信息，并將其在強調(diào)個人 參與的Web 2.0 *** 上 對其他個體共享。我們可以這樣理解：VGI是一種針對地理信息 收集的公眾參與，這當然吸收了一部分公眾參與、自發(fā)式參與的 思想，但也提出了將每一個參與者變成傳感器、信息收集器的觀點，隱含有將人類個體轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎嬎銌卧囊馑肌Ｏ啾扔趥鹘y(tǒng)的使用RS等大尺度自上而下的獲取數(shù)據(jù)的方式，是一種 自下而上的觀點。 我們在先前的研究中 ，也針對移動技術(shù)與地理問題研究學習的一致性，討論了使用移動 設備為學習者賦予計算單元的屬性，構(gòu)建與時間、空間和運動狀態(tài) 無關(guān)的新型體驗式地理學習/教學模式，這也 具有一定的普適地理計算的思想。

7. 普適地理計算的過程

（1）科學的普適地理計算過程 科學的普適地理計算往往表現(xiàn)為 各種類型的實驗：基于普適思想的現(xiàn)實地理實驗；基于普適思想的虛擬地理實驗，如虛擬地理環(huán)境中的虛擬地理實驗；基于普適思想的混合地理實驗。 當然虛擬的實驗可以參與到現(xiàn) 實的實驗中來，當現(xiàn)實的部分實驗不具備被 實驗的基礎(chǔ)時，可使用虛擬地理實驗來代替；而現(xiàn)實地理實驗也 可作為虛擬地理實驗的一個起始或初始參數(shù)，在虛擬地理實驗中 計算，得出規(guī)律，上升到知識；

（2）普適地理計算是辯證的、發(fā)展的、循環(huán)的、有層次的 計算 是有尺度的，由現(xiàn)實世界的物質(zhì)、能量向計算空間的信息轉(zhuǎn)換的 過程，就是一個采樣的過程，換句話說，定量化 是將現(xiàn)實世界區(qū)分為確定性和不確定性兩種類型，確定性和不確 定性是在一定相對意義的尺度層次下的。人們從對現(xiàn)實地理環(huán)境 定性描述中抽取經(jīng)驗性參數(shù)和判斷，形成定量的模 型或公式，在虛擬地理實驗中經(jīng)過定量的模擬，對結(jié)果重新認知、升華形成新的定性知識，基于該知識再加入新的假設和判斷，反饋于現(xiàn)實，再由實驗模擬，形成認知循環(huán)。

正如錢學森指出的，“當你定量解決了很多很多問題……以后，你有一個概括的提高的認識了，這又是從定量上升到定性了。自然，這個定性應該是更高層次的定性認識了，因此定性和定量 的關(guān)系，是認識過程的一個描述，循環(huán)往復，永遠如此。 很多 地理工作者的努力，事實上也是希望把復雜的地理過程，“經(jīng)過歸納（數(shù)理統(tǒng)計）、演繹（數(shù)理方程）、類 比（相似準則）建立非線性、復雜性、相似性、區(qū)域性、時序 性的地理方程，把地理學及地理科學變成可計算、可預報、可回溯的科學”。

算法主義（Algorit hmi *** ）強綱領(lǐng)認為從物理世界、生命過程直到人類心智都是算 法可計算的（Computable），甚至整個宇宙也是可計算的或 由算法（Algorithm）支配的 。雖然，這種強綱領(lǐng)為很多人所不贊同，但我們可以反過來考慮，就像一個整體，我們可以根據(jù)我們的認識，將其分為確定的 （可計算的）和不確定的（暫時無法計算的）兩部分 ，然后根據(jù)我們確定的去計算、推演，逐漸的認識不確定部分，將不確定部分轉(zhuǎn)換為確定部分，當然確定的部分也可能轉(zhuǎn)換為 不確定的部分，也就是說，普適地理計算通所有“計 算”一樣，是在一定階段有局限的，但總體是趨向于認識的、確定的、深入的，擴大確定性，減少不確定性，并逐漸逼近 客觀真實，這也就是普適地理計算的發(fā)展模式，是辯證的 、發(fā)展的，與人們認識客觀世界的規(guī)律也是一致的。 在認識 深化的前提下，不確定性也可轉(zhuǎn)換為確定性，加入定量化計 算的框架，計算也由此深化，其尺度也跟著變化。在此基 礎(chǔ)上，普適地理計算的過程是一個循環(huán)的過程，通過無限逼近、縮小不確定性，從而使得計算的尺度或?qū)哟沃饾u深化。

8.知識、規(guī)律總結(jié)的過程：協(xié)同研討

計算的最終目的是為了獲取知識，更深入的認識世界、了解 世界。但地理問題是復雜的，地理系統(tǒng)是一個復雜巨系統(tǒng)，錢學森曾經(jīng)指出，地理科學問題的解決需要不同領(lǐng)域?qū)＜业?共同參與。但這些領(lǐng)域的專家或在不同的國家，或在不同的 地區(qū)，因此他也指出，“事實上，這些專家聚集在一起是很 困難的”。MacEachren也指出，地理學的問題，無論是學術(shù)研究、工程實踐、還是地理教育，在本質(zhì)上都是 一個群體協(xié)同工作的過程。因此，普適地理計算由“計算”上 升到“知識”的過程，為了使這一過程更客觀，更全面，需要一個決策群體行為，需要群體的協(xié)同研討。基于普適地理計算的思想，我們認為這種協(xié)同研討也應該是 普適的，即在任何情況下，在現(xiàn)實空間中、在虛擬空間中、在靜止狀態(tài)下、在運動狀態(tài)下都可以開展的。

9. 關(guān)鍵技術(shù)

• 云計算體系：普適地理計算中的巨量數(shù)據(jù)、信息、知識的管理與處理；
• 高性能通訊 *** ：普適地理計算中海量數(shù)據(jù)、信息的傳輸與中轉(zhuǎn)；
• 基于中間件和WebService的異構(gòu)數(shù)據(jù)、異構(gòu)信息融合及沖突控制；
• 用戶友好的HCI模式：普適地理計算終究是為“人類”服務的，是為了人類更全面、更好的認識客觀世界服務的，需要一個自然的HCI接口、界面及相關(guān)的理論支撐；
• 上下文感知和智能空間：實現(xiàn)無處不在的計算和交流
• 信息捕獲和感知技術(shù)：將客觀的世界采樣為可計算世界的基礎(chǔ)；

來源：開源地理空間基金會中文分會

來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/315gg

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