地理设计是什么——记“地理信息科学之父”Goodchild教授清华演讲

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2014年11月20日下午3:00-5:00,在清华大学FIT楼1-315报告厅,清华大学建筑学院和Esri中国信息技术有限公司联合邀请了美国加州大学圣巴巴拉分校地理系Michael F. Goodchild教授做了题为《GIS在规划中的应用》的演讲,活动由建筑学院党安荣老师主持。Goodchild教授是美国科学院地理信息科学院士,美国艺术与科学院院士,英国皇家学会外籍院士和加拿大皇家学会外籍院士,被誉为“地理信息科学”之父。他的主要研究领域涉及地理信息科学理论、空间分析、空间数据不确定性等。慕名前来学习,一是想从总体上了解一下GIS在规划中的应用有哪些新进展,二是想看看地位如此之高的传说中的大牛到底有哪些过人之处。

Goodchild教授的演讲时间不长,短短的1小时里向大家介绍了地理设计(GeoDesign)是什么、地理设计当前发展的机遇与新的数据、空间(Space)与场所(Place)的关系、GIS发展的新工具、地理设计的结构等问题。后续的1小时提问环节,又跟大家探讨了GIS与规划的关系、CyberGIS能做什么、对VGI(volunteer geographic information)的看法、GeoDesign与SketchUp的关系、公共健康研究中的空间转向,GIS与BIM的整合问题等。Goodchild教授用简单清晰的语言向听众描绘了一幅未来GIS应用的图景,如他所说,不仅仅是帮助人们认识世界,更是帮助人们改变世界,让我们赖以生存的家园变得更好。

 

地理设计是什么:当地理与设计相遇

当前是GIS和城市规划发展的重要时期,技术的快速变革,应用的日益广泛,都为人们整合二者追求更美好的城市提供了便利。地理设计在这样的背景下提出,代表着地理与设计的相遇。地理设计帮助人们干预到世界的运行中,以达到可欲的目标。谷教授说,在过去几十年的发展中,GIS界开发了很多应用,产业界赚了不少钱,但大都只起到“描绘世界”的作用,而地理设计将GIS的作用拓展到“改变世界”的领域,来让世界变得更好。哈佛大学Carl Steinitz教授认为,地理设计是通过设计来改变地理;谷教授认为GIS重点探讨是什么,GeoDesign重点探讨将要成为什么。这么来看,有点地理界向规划设计界进军的意思:P

 

当前机遇与新数据:我们站在一个怎样的时空节点

为什么是现在提出地理设计呢?谷教授认为有三点原因:一是我们日益意识到进行可持续的设计的重要性,它关系到环境、人类需求和文化遗产等;二是利用GIS,我们评估干预影响的能力越来越强,包括对人类健康、环境、水、空气质量、交流和经济的影响,都可以利用科学研究中较为成熟的模型来进行;三是在GIS体系中,我们拥有关于丰富的地理空间数据,可以作为宝贵的资源加以利用。

新兴数据源的出现也为城市地理设计的应用创造了契机,这些新兴数据源包括四类:3D数据,实时跟踪数据,社交媒体数据,人口地理统计特征数据(geodemographics)等。

第一类3D数据,包括建筑类的3D数据,如BIM平台在辅助设计的同时,也直接汇总了很多新建建筑的三维数据,有了这些数据,我们可以非常轻松地进行各类分析,投影、日照、风道等等,意味着我们有了在三维空间内开展分析和研究的条件;

第二类实时跟踪数据,比如CASA和UCL的学者对孩子的行动轨迹的分析,可以了解孩子在空间中的行为模式,以此为基础,改进儿童服务设施,或者是根据人们的活动轨迹,建立人们行为模式和个体健康之间的关系,设计出更健康的城市。ROMANSE提供的实时交通数据,可以清晰展现路况信息。利用Flickr上用户上传的大量照片信息,既可以通过辨识同一个人拍照的轨迹,分析他的行为路线;也可以根据用户拍照的时间,辨别到底是游客还是本地居民,前者拍照时间更为集中,后者比较平均;还有人曾分析照片中标签为埃菲尔铁塔的照片都是在什么位置拍摄的,也可以以此作为景观视线规划的根据;实时跟踪数据跟3D数据结合,我们可以了解人们在城市中的移动和交互方式,通过分析他们行动轨迹的叠合,了解人与人之间的交互的时间和地点。

第三类社交媒体数据由于带有地理位置属性,可以帮助研究者了解人们集聚的场所,比如在洛杉矶这个城市中,几个大学校园区域和好莱坞区域是大家转发twitter数量最多的地方,这种识别可以帮助规划师更有针对性地进行规划;还有研究者发起了定位城市中广告牌位置的众包项目,发动城市中的志愿者一同识别出这些广告牌或宣传板的位置,帮助理解现有位置分布,提出改进建议。

第四类人口地理统计特征数据的案例是,一位学生曾经将一个森林区域的传感器数据整合在一起,制作了区域72小时内的山火地图,结合区域人口的地理位置数据,可以为区域内的居民提供预警信息,曾经拯救了几十万人的生命。巴西圣保罗平民窟,过去人们很难深入调查了解区域的居民信息,现在通过某个手机应用的推广,可以获取注册用户的相关信息,了解区域中每个家庭的大致情况。

 

空间与场所的关系:关于空间的GIS与生活在场所中的人

谷教授在谈及空间与场所的关系时,说到人们都是生活在场所中,而GIS只是关于空间的,场所是被人类赋予了意义的空间,带有功能属性,可以被人类所感知。如果想让GIS发挥更大的价值,就需要将其转变为基于场所的GIS。对基于场所的GIS的理解可以从以下几个方面思考:人们往往通过场所联结,而不是空间;对名称敏感,而不是对坐标敏感;多使用图示化的概念图,而不是标准化的平面图;很多GIS功能对于人们使用来说没什么用,但同时这也为新功能的出现提供了空间。

这些也为人们理解位置精度提供了一个新的视角。谷教授举了一个地铁线路图的例子,一般的地铁线路图都是只显示人们所需要的信息,进行抽象化表达的结果,不一定在空间上精确。他曾经去东京,查阅了好多地图,没有发现一张在空间上准确的地图,都是根据人们的认知和使用需求调整过的。但这种调整也存在问题,地铁线路的抽象处理经常让人们在出了地铁站以后无法准确识别目的地和当前位置的关系,不得不重新掏出地图来看看怎么走,如果有个app既能整合地铁线路,也能让大家了解所处的真实空间位置就更方便了。

 

GIS发展的新工具:支撑GIS发展的技术

支撑GIS发展的技术主要来源于计算机等学科,模拟技术的成熟,高性能计算、分布式运算、微观模拟等技术支持下的Cyber GIS的出现,可交互性(interoperability)的增强,都为GIS发展出新工具提供了可能性。

在模拟方面,不仅可以进行城市增长模拟,而且可以模拟人群的集聚和互动,比如模拟人们到麦加朝圣时的情景,模拟火灾发生时人们的逃生路线,甚至当一座城市发生紧急情况需要疏散时,也可以模拟出针对所有居民的撤离路线。

 

地理设计的结构:设计师想要的不仅仅是地图

地理设计,有关两个相离甚远的议题:一边是对设计草图的记录,需要的是审美能力、人文意识;另一边是对地理数据的评估、分析、预测、修正和提升,需要的是科学评估和建模能力。地理设计的过程,将充分结合这两个议题,结合人文与科学,设计与评估。

在演讲中,谷教授提了一个很有意思的问题:设计师想要的不仅仅是地图,设计师还想要什么?在设计中最重要的是互动(interactive),是流(flow),如果设计师能够看到自己的设计所产生的效果,和使用后的反馈,根据这些再去调整设计,就能很好地为设计结果负责。比如规划师规划的是路网,而不是交通流,如果设计中无法了解路网设计对交通流的影响,就很难保证最后的设计结果对现实中的交通问题有合适的匹配。我想,从这个角度,地理设计如果真能整合设计师与较为科学的分析模拟,那么真的可以带来大的设计变革。

来看看地理设计的结构。大体包括空间数据模型—设计工具—方法框架—关键效果评估指标—反馈工具—分析结论—合作工具—可视化工具等内容,如上文所说,尝试将设计、评估、反馈等流程整合在一个科学平台上,促进更好的、更科学的地理设计产生。

空间数据模型包括了2D/3D/4D的环境,地理位置表层、以上、以下的环境都在其中;地理空间实体,物质的、临时的、概念的、综合的实体;地理空间属性,层数、表面、领域、事件、主体等。

设计工具包括:快速、直观、综合的绘图/草图工具,关注情境、内容和关系的修改工具,界定定义和代表性的特征模板,以及各类具备特征的推理引擎。

方法框架包括:由语义结构和关系构成的本体论,清晰的、直观的、可获得的用户交互,分类的特定领域的工作流程。

合作工具包括:促进公众创造、评估和分享的虚拟设计坊,分散在时空中的设计团队,拥有不同价值观且不断变化的利益主体,致力于德尔菲过程和冲突解决的基于团队的决策等。

综合来看,地理设计包含了传统规划的大多数要素,尝试在当前已有的大量数据和长期积累起来的科学技术分析方法的基础上,建立起规划师和设计师开展工作的平台,以面向未来人类居住环境的发展。

 

GIS与规划的关系:未来大学的重新组织

提问环节开始,有老师问及谷教授GIS与规划的关系,他从学科发展演变的角度进行了回答。看学科史可以了解,此处不再复述。其中很重要的一点是,在地理与规划学科发展过程中,一度将科学层面的内容与设计的、人文的内容二分,造成了二者的对立,当前我们的大学也是按照学科分类的模式进行组织,在促进学科纵深发展的同时,却忽略了学科之间的联系,特别是科学与人文的联系。而规划恰恰需要这二者的整合,因此,未来大学可能会出现一种全新的组织模式,以促进人文与科学的融合。

 

CyberGIS能做什么:问一个好问题比解决问题更重要

有计算机系的同学问到,CyberGIS可以做什么。谷教授的回答再次从问题解答上升到思想层面,他说计算机运行速度的提高,只能帮助我们更快更有效率地解决问题,但跟以往其实没有本质区别。重要的是,去思考哪些事是过去不能做,但现在可以做的,要尝试跳出既有的思维框架想问题(thinking outside the box)。提出一个好问题,比尝试去用更好的方法解答既有问题更重要,因为在我们的训练体系中,并不鼓励我们提出新问题(the new question is important, because we are trained to ask the same question)。所以,CyberGIS能做什么,要看我们是否能提出前人没有提过的问题。目前互联网、全球化为我们提供的一大新视角是:远距离的互动很重要(long distance interaction matters),启发我们去思考任何一个小环境的变化都有可能对世界的其他地区产生影响。这种广阔的视野很重要。

 

VGI的发展:如果人们能了解分享地图的意义

有同学问教授对于志愿者地理信息(VGI)的看法,比如Open Street Map等通过众包模式由志愿者上传分享的信息。教授说,人们目前还不知道分享地图的意义是什么,只有大家能够了解到分享的意义,才会更有主动性地去贡献力量。事实上,人们知道的场所名称,可能比人们认识的汉字还多,这些对场所的认知,构成了人们对城市的感知。我们需要去挖掘这些信息对人们的重要性,对人们生活的意义,再去开展一些有针对性的工作。

 

GeoDesign与SketchUp的关系:是更大的图景也是看到关联的思考方式

我问谷教授,地理设计与传统的辅助设计工具SketchUp的关系是怎样,地理设计是一种新的辅助设计的方法,还是一种新的思考方式。他说二者都是,跟SketchUp相比,地理设计能够为设计师提供更全局的视野,将设计建立在更真实的地理图景中,提醒设计师关注设计项目与周边区域的关系;同时通过对设计成果的模拟、评估和反馈,让设计师可以看到设计结果的反馈,而SketchUp还是更面向于单体的设计,细节的推敲,也缺乏动态性和交互性。同时,地理设计也作为大量数据的综合平台,将与城市运行相关的方方面面的功能都包括进来,为设计师,乃至参与到规划中的公众更好地理解城市,提供了很好的支持。除了工具层面以外,更重要的是地理设计所倡导的看到关联的思考方式。

 

GIS与BIM的整合:思考方向比行动更重要

有老师问及GIS与BIM的关系和整合的可能性,谷教授回答,首先,二者在精度上差异较大,GIS的应用一般到米就足够了,而BIM可能需要到毫米,还是由应用的需求决定;其次,一项针对美国人的行为空间的统计显示,美国人的室内活动占到87%,室外活动只占13%,足以看出室内空间对人们的重要意义。可见Indoor GIS未来还是有很大空间的。目前已经可以利用机器人帮助我们完成室内3D空间的数据化工作,但花费巨大,而且这些建筑内部的数据测出来以后,除了商家推送广告、紧急情况下的疏散、医院中医生的定位以外,还能做什么,都需要我们更加主动地去思考,以引导这些技术发展的方向。

 

本次讲座,最大的收获还是思想层面的启发,技术发展无法替代我们的思考,联系的视角非常重要。我们需要拓展对人文和艺术的追求,利用技术的支撑,去发现新的问题,去解决新的问题,为人们的生活变得更好,做些力所能及的事。

 

题图来源:http://www-scf.usc.edu/~nnowak/geodesign.jpg

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