简述对计量地理学的评价和认识,计量地理学四个阶段的特征

【导读】也许从大多数地理信息科学家的视角来看，这是一篇非常颠覆性的论文。作者用理想象系统（gis）这一新概念来应对并批判现有地理信息系统（GIS）的不足。地理学家很早就对利用欧式距离来构建空间的局限性发出警示。Harvey在1969年的《地理学中的解释》一书中指出，表达社会经济空间互动的最佳方式是非欧几何，因为欧式空间并不能很好地描述社会经济活动。本文提出地理想象系统正是回应这一论述。作者认为地理想象系统能够承载多元化的地理理论，并能在更大的视野下开展地理计算。文中，作者还设计出了地理想象系统的原型。这一原型遵循甚至更加凸显计量地理学的理论传统，比如，作者提到地理想象系统符合Tobler对地理分析的期待"地理和分析性地图学的目的是发展地理理论，而非简单地清点地理现象"。另外，地理想象系统强调地理学第一定律的重要性，作者认为在地理想象系统中，空间与现象共同产生；现象和坐标系统是交织在一起的。现象之间的紧密关系可能在新兴空间中接近，而在地理信息系统中，这种关系的表现则可能是疏远的。本文源自《美国地理学会年报》（2021）111:1, 26-35。为了便于阅读和参考，译者对中译文进行了必要的调整。

【摘要】

对大多研究者而言，地理信息系统（GIS）及其相关的编程语言库构成了地理计算的核心领域。但假设我们将GIS视为地理想象系统（gis）的一部分，而这个系统承载了地理思考的丰富理论潜力，并在更大的视野下定义了地理计算，会是什么样的情景呢？本文审视了空间理论中的各种派别对现象、空间、知识以及它们相互关联性的理解，并倡导改变地理计算基础设施，将其转化为地理想象系统，以扩大我们探索知识的视野。在这个过程中，我们关注几个关键问题：如果我们将知识理解为解释的过程，会带来怎样的影响？如果我们将现象描述为从过程和内在关系中区别出来的，会有什么结果？如果空间和坐标被视为与现象共同生成的，又会带来怎样的启示？我们将这些想法与正在开发中的实验性原型地理想象系统所实现的具体可能性进行了比较。然而，正如我们在本文中强调的，地理查询的未来将更加依赖于代码创新对话的多样性（与学术介入并行且同等重要），而这种学术介入则通过书面文字等媒介实现。

【正文】

人文地理学以其复杂而丰富的理论和方法，解读空间如何形成、动态变化、获得定位以及关系性构建。在这些理论中，空间被认为不仅仅是一个空洞的容器，其中的每一点都可以被笛卡尔坐标准确定位，而相互关系则默认被描述为欧式距离。然而，现代人文地理学者（以及社会科学和人文科学的其他研究者）越来越接受并依赖地理信息系统（GIS）软件来呈现“地理信息”，并利用它进行计算、创作空间视觉表现，即制作地图。地理信息将笛卡尔和牛顿的空间以及世界现象的理解放在中心位置（Sheppard 2005; Bergmann 2016）；它强调“位置”的概念在地理理解中所提供的内容的重要性。

即便在更加强调与社会和文化理论进行对话的人文地理学领域中，我们已明显受益于GIS所带来的启示和富有成效的学术研究。例如女权主义（Kwan 2002）、定性研究（Cope and Elwood 2009）以及批判性GIS（Thatcher等人，2016）的研究，都已经转变了我们对GIS及其在人类地理探索可能性的理解。GIS并非完全以实证主义为导向，其讲述的故事往往超越其更为战斗性的前辈（如，Cloud 2002）。研究人员不断追求GIScience的基本理论和方法的发展，这些理论和方法可能仅与特定时期的GIS软件的一定程度的联系（Goodchild 1992）。学者们提出构建计算替代品的理论，如批判性地理学家倡导一个对地点和知识多元化敏感的GIS/2（Sieber 2004）。与此同时，对现有GIS的定性扩展越来越普遍（Kwan and Knigge 2006; Cope and Elwood 2009; Jung 2015; Martin and Schuurman 2017）。然而，一直以来都存在一个倡导“地理计算”的科学运动，它主张避免GIS的“禁用技术”（Gahegan 1999）。尽管如此，我们强烈地提出这样的疑问：如果GIS的基础建立在当代人文地理学乃至更广泛的解释性社会科学和理论人文学科的认识论和本体论的承诺上，会发生什么？

本文的中心观点是，我们不应仅满足于GIS、其地理信息，或者其有限的制图能力。相反，我们主张应该积极追求更为广阔的地理想象系统（gis）。，gis通过人类与计算语言的交叉实验，能创造并整合概念、数据结构、算法、接口和视觉实践，这些更符合现代人文地理学中普遍存在的空间概念。依据猜测计算的观念，gis可能会淡化空间知识的单一性和客观性的要求。反之，空间知识及其视觉表达可以被视为“部分的，定位的，主观的”（Drucker 2009，5），绝对空间和客观性是结果，而非预设条件。在这里，我们勾勒出可能的路径来帮助我们构建这样的地理想象系统。

通往gis的道路应是多样的。它们可能借鉴批判性GIS和数据研究中正在进行的尝试，重新构思地理信息及其基本数据结构的概念，从而把知识视为一个具有定位能力的、解释性的、可能超越人类的事物（Kwan 2002；Sieber 2004；Bergmann 2016；D’Ignazio和Klein 2020）。在GIScience中，近来对地方（与空间形成对比）的兴趣也引发了地方分析的研究，其中通过计算研究地理意义（Goodchild 2011；Gao等人，2013；Westerholt, Mocnik, 和 Zipf 2018）。探索大规模计算生成意义的新方法具有巨大前景，并可能在gis中找到应用。与此同时，gis必须以赋予不仅仅是地点，而且空间与意义共同产生的角色为前提。因此，gis可能为关系空间和绝对空间的解释性构建、冲突和拼贴提供条件。

我们对gis的理念启发自地理学及其它领域的多样化计算实验。gis不太可能是通往明确目标的路径，而更像是一种实践的汇聚，这些实践暗示GIS本可以有其他的发展方式，并建议我们建立易于访问的工具，开放这些实践以进行实验和游戏。在本文中，我们介绍了一些理论、方法和实验倾向，作为想象从GIS向gis过渡可能是什么样子的一种方式。接下来，我们提供了gis实践的插曲，使用插曲来勾勒我们自己对一种类型的地理想象系统的实验，这是一个名为"enfolding"的原型。我们展示了如何将GIS普遍化为gis，以扩大地理知识、现象和空间的理解，以及计算查询的可能性。我们提供gis既作为一个理论理想，也作为对空间可视化的多样化、混合化和多元化计算实验的呼声。

插曲一

在概念上，gis代表了对传统地理信息系统（GIS）的一种重新解读，并呼吁我们创造新的工具。通过集体的努力，多样化的地理想象系统的开发或许能取得进步。我们正在设计一个初步原型，名为“enfolding”（Lally和Bergmann即将发布；源代码和基于浏览器的原型可在https://foldingspace.github. io/enfolding/上找到）。此篇文章中的插曲将gis的具体案例与其概念进行了对比。受人文地理学关于空间理论以及计量地理学的非欧方法的启发，“enfolding”让用户按照特殊的距离观念来弯曲和折叠空间，结果图像对比了商业航空和火车旅行的时间性（图1）。"enfolding"提供了一种系统性的方式，来探索调整地图或图像中的非欧距离与二维或三维显示空间的视觉可能性。通过运用如多维尺度法等降维启发式方法，它使复杂的空间关系可视化成为可能（见Gatrell 1983）。无论被理解为旅行时间或其他接近度的衡量方式，改变距离的衡量方式可以为思考空间关系提供新的视角，就像图1中展示的那样。

图1: 插曲一

什么样的空间？

地理学家早已认识到使用欧式距离理解来绘制关系、现象和空间的定位体验的局限性。因此，非欧空间在理解社会、经济和文化现象上的理论化在地理学领域有着深厚的历史根基。例如，Harvey（1969）在《地理学中的解释》中写道，对社会经济空间的互动的最佳表达方式是利用非欧几何形状，遵循物理学的欧式空间系统在社会经济活动的分布并不实际有效。此处，Harvey反驳了之前计量化工作中的常见观点——尤其是Bunge（1966）和Tobler（1961）的观点。后来，人文地理学家也常对计量化工作持批评态度。在后面的解释中，Harvey转向了列斐伏尔、莱布尼茨等人的工作，理论化空间为相对性和关系性的。

我们试图将地理想象系统（gis）的需求放置在地理信息系统（GIS）和空间理论之间的空白地带。某些空间理论提出了一种关系几何，它可能作为这类试验的起点。例如，马克思（1867）在《资本论》中指出：“交通手段发达的人口稀少的国家，比交通手段落后的人口众多的国家具有更密集的人口。”相同的，马西（1993）开发了权力几何的概念，提到了当代纪律性和同质化的“时间-空间压缩”，这个概念涵盖了社会差异化的流动性、连接性和权力关系的不平等性，它提示我们需要重新审视现有GIS中被认为理所当然的距离观念。Gilmore（2007）展示了权力系统如何产生不均等和关系性的距离和接近度的度量。

虽然一些空间理论明确地削弱了欧式距离理解，但其他理论坚持空间的定位和社会差异化的性质，这些并未在GIS中反映出来。例如，Buttimer（1976）提倡对空间的现象学理解，将其视为一个“动态连续体”，反对将其简化为几何网格。最近，黑人地理学的研究坚决认为种族和空间是交织的，从而破坏了GIS的通用视角。以芝加哥为例，Shabazz（2015）展示了权力系统和建筑环境如何产生“空间化的黑人性”，将监狱的逻辑概括到城市中的种族化主体。理解为拓扑的“悖论空间”（Rose，1993）和空间也超出了许多计算映射系统，坚持在内外之间模糊的边界，与总是变化的主体性的定位知识相联系。我们在这里只能简要地提供一些样本，人文地理学理论化的空间的动态性和复杂性为批判现有GIS的理论和认识论承诺提供了启示，也为超越这些承诺提供了可能。即使许多在人文地理学中描述的空间在某种严格意义上无法映射，这并不意味着它们不能被解释和视觉上的参与。我们为gis所提议的解释和主观路径，与视觉艺术实践产生了共鸣，在这些实践中，数据和空间已成为实验、雕刻、并置、翻译和游戏的媒介。这种方法的核心在于，计算不必被视为冷酷、机械的操作，受数据和数学的狭隘观念所限。

反之，我们希望将计算和软件视为表现媒介（Wardrip-Fruin，2012），为生成空间理论做出贡献。换言之，尽管我们发现人文地理学的空间理论在想象通过gis可能实现的东西方面具有挑战性，但这种对话并不总是需要从空间理论向gis工具进行。相反，gis的实践也可以教导我们如何理解和理论化空间。我们发现，在gis成为理论化过程的一部分的这种迭代过程中，有可能创造和探索其他空间。这些对话可能产生什么结果，它们如何扩展我们可能希望从GIS中学到的内容？这个问题仍然开放，它预示着gis的未来发展和我们如何理解和操作空间的无限可能。

插曲二

我们的“enfolding”地图活跃而富有动感，层次叠合，仿佛一幅纷繁复杂的拼贴画。这些地图充满生动活泼的表达决策和形成过程（图2）。它们犹如艺术品，相对于GIS的立体投影，提供了更具个性化、更能抵制基础地图或坐标系统默认客观性的空间视觉化展现方式。它们构成的知识开放于挑战、争论和随着时间推移的再配置，使得地图本身成为一种命题。空间这一概念也因此变得更为开放，以容纳其他特定的立场和辩论，故而也更为开放于政治和社会制造意义的时间性。如Massey（2005）所言，“只有空间开放，未来才会开放”（12）。

图2 插曲二

由GIS向gis的转变

GIS提供了一种结构化的方法，使我们能够追踪并理解地理信息是如何被以下两类现象构建的：（1）具有强烈属性的现象，同时（2）位于预设坐标系统中的特定几何配置。信息系统的一个核心问题是如何整合来自不同来源的知识。GIS通过空间关联现象，将与特定认识者、社区和情景密切相关的知识，进行分层处理，然后通过共享的地理位置，再在GIS系统中进行重新整合。这种功能通常是GIS专业空间数据库的核心功能。大量的数据库，无论是否具有空间意识，都通过连接多个数据集中的对象来整合知识。如果数据库缺乏空间信息或不依赖于它，那么可以通过找到具有共享属性的实体并假定它们具有相同的身份，从而隐含地建立起看似独立的知识之间的联系。然而，GIS能够通过在抽象坐标系统中共享位置（或其他基本形式的空间关系；参见Peuquet 1988；Egenhofer和Herring 1991）来对齐和分组现象。这使得GIS可以利用空间接近性作为整合来自多个来源的现象知识的核心理念。

在GIS中，空间的组织是通过坐标系统实现的。作为大地测量学的学生，我们对于用于定位现象的各种制图投影和相关坐标系统的多样性感到着迷。这些不同的投影是拓扑学和地球形状的产物，它们提供了各种数学和政治的妥协方案。然而，这些投影往往被融入我们的知识探索项目中，成为抽象的近似平面。在本体论层面，GIS中的空间理想通常被认为是唯一和统一的，而我们的坐标系统和不完美的球形地球造成的定位误差，只是实现这一理想的难题。从空间性的角度出发，随着三维显示技术和全球卫星定位系统的普及（Goodchild 2018），制图投影及其相关的坐标系统逐渐被视为过时的。在地理学的理论框架中，这种空间被称为绝对或牛顿式空间，遵循牛顿和莱布尼兹（Leibniz and Clarke 1998）的争论线索。

在莱布尼兹的理解中，空间是事物之间关系的产物，这是现代人文地理学对空间的理解，这与牛顿的绝对空间观念形成鲜明对比。在GIS或gis的背景下，我们都能发现认识论、空间和现象问题的紧密联系。GIS所提供的计算方法中，绝对空间的核心地位可能只是历史的误导，它可能仅仅是在诸多方法中过度强调的一个瞬间现象。地理想象系统（gis）尝试着尊重并整合了各种对现象相互关系的理解，让我们能够重新组织来自不同源头和立场的知识，而不是单一地将现象视为预设空间内的元素，并基于外在距离的近似性进行整合。那么，地理想象系统应该借鉴哪些处理位置的方法，以及如何超越欧式空间呢？

并非所有使用坐标系统和投影的方式都伴随着对测量精度的追求，也并非都渴望在普遍的绝对空间内定位现象。即便是定量地理学，长期以来都在为GIS提供灵感，为我们提供了多种通过数学和视觉手段来处理空间及其在坐标中的表现形式的方法。在Harvey（1969）的《地理学的解释》一书中，他论述：“地理学中关于距离性质的一般争论已经得到了有效解决。没有一个统一的度量能适用于所有的活动......当讨论经济活动的地点时，距离可能以成本来衡量，讨论信息传播时，距离可能以社会互动来衡量，而在研究迁移时，距离可能以介入的机会来衡量，等等。”（210）

Tobler（1961）在其职业生涯中，也通过数学和地图学的方式深入了这些理论。他在论文中从速度和成本的角度讨论距离，他写道：“社会行为在空间环境中的影响，与距离在时间或货币单位中的衡量比起来，大地测量员的测量工具显得无足轻重。”他对这些问题最为概括的理论表述是他的“分析性地图学”（Tobler 2000，164），在其中，投影和坐标系统的分析性发展通过变形法是实现目标的重要手段。就如Tobler（2000）所表述的，"地理和分析性地图学的目的是发展地理理论，而非简单地清点地理现象"（189）。这些计量地理学的重要传统，虽然在现代GIS中显得深奥和边缘化，但在gis中却是核心。在GIS中，要在地图上添加一个特征，你只需要知道其在外在坐标系统中的位置。对象总是个体化的；增加关系的知识很难有意义地融入。相比之下，在gis中，要在地图上添加一个新特征，你可能需要考虑每一点如何与每一点相关。将Tobler的第一定律（“任何事物都是相关的，但近的东西比远的东西更相关”；Tobler 1970，236）重申其第一条，gis解释了每一样东西如何与其他东西相关。空间与现象共同产生；现象和坐标系统是交织在一起的。在地理想象系统中，现象之间的紧密关系可能导致在新兴空间中的接近，而在地理信息系统中，关系要么是相反的，要么是在先验空间中的接近通常表示现象之间的紧密关系。

具体来说，在gis中，实体的坐标可以通过多种方式获取。当现象之间的接近性在各种方式上保持一致（可能它们大致对称，遵守三角不等式等），可能采用降维方法将复杂空间减少到欧式近似，其中已知的实体之间的关系大致保持。尽管地理学者常选的降维方法是多维缩放（见Gatrell 1983）和自组织映射（见Agarwal和Skupin 2008），但数据科学在分析和可视化高维数据的最新进展可能具有潜在的相关性（Wasserman 2018）。同时，人文地理学家考虑的许多空间关系既非可加性，甚至不对称——考虑权力、情感甚至部分旅行时间。gis因此可能包括并列的不同空间，就如Wood（1978）在他的“现实地图学”中所探索的。空间关系也可能不那么特定地被视为实体之间的。空间可以通过拉伸、折叠、剪切和拼接等操作进行组合和*。理论化和开发地理想象系统的呼吁，实质上是重新开放地理计算中使用的空间实践的邀请，借鉴和扩展在地理学和其他领域中活跃的各种空间理论方法，无论是定量的还是超越定量的。

在地理想象系统的视角下，空间不再被看作是理解物体的前提条件，而是与感兴趣的现象、过程以及主题位置相互关联和共同塑造的（参见表1）。当前的地理信息系统（GIS）可能更倾向于将事物优先于过程，然而地理想象系统（gis）坚定地将过程置于空间构建的核心位置。存在多个过程和视角可能会导致多元化的坐标系统，任何给定现象都可能拥有多样化的坐标。考虑到边境的时空性质，其空间和坐标可能会因为旅行的顺畅程度和不确定性而大相径庭，这种差异从不同个体的视角来看，表现得尤为明显。例如，对于那些能够顺利穿越边境的人来说，其空间感知与那些行程充满不确定性，甚至无法进行的人相比，可能会产生显著差异。此外，现象可能与坐标之外的空间共同构建，无论这些空间能否量化。

表1 从GIS到gis

在地理想象系统中，即使有多种视角参与同一现象的描述，或者有多个空间在其中这些现象以不同的方式交织，也可能存在或不存在将其异质性降低为同质性知识的认识过程，这与地理信息系统通过覆盖和各种（空间）连接的方式产生统一知识的方法形成对比。相反，地理想象系统必须面向更广泛的多元主义和解释。在这个过程中，gis可以借鉴参与式GIS在认识范畴中跨越差异的谈判过程，这里的差异可能完全无法减少。因此，对于技术困境的单一答案可能存在，也可能不存在。

不是所有的空间都需要通过坐标系统来表述，也不是所有的现象都必须在坐标系统中定位。只要数据集中一部分关键实体具有空间坐标属性，即便是在规范破裂的典型数据结构中，现有的GIS的使用性都能得到提升。因此，地理想象系统不太可能仅仅依赖于关系数据库，而将尝试探索代表地理数据的新方法，涵盖更广泛的数据结构领域。这可能包括链接数据、语义网络、"capta"，图数据库，以及其他NoSQL方法。

因此，地理想象系统重新定义了数字空间和有意义的地点之间的关系，空间和属性数据之间的关系，以及定量和定性之间的界线。在坐标或空间的讨论中，并没有一个规定它们必须是一致的，或者必须追求“真实”。实际上，认知、梦想和文学的地图学更多地参与了主观和文化空间的构建，与那些存在于意义制造和文化工艺品之外的客观空间相比，并没有简单的对比（Iosifescu Enescu, Montangero, 和 Hurni 2015）。地理想象系统，就像当今广泛存在的那些具有远大志向的精确地图一样，也推动了这种被认为是模糊的地图的发展。

插曲三

"Sheppard（2002）引用了“包裹”这一概念来可视化“虫洞”，以便解释全球化过程中遥远地方之间的紧密联系（参见图3）。虫洞并非代表对称的关系，而是一个空间能够环绕在另一个空间之内（参见即将发表的Lally和Bergmann的文章）。在无人机攻击中，视野分布并非均匀，驾驶员假定自己能全方位无死角地观察到远处的景象（Gregory 2011, 203）。然而，在地面上，居民却身处虫洞力量的接收端，无法逆行穿越。

图3 插曲三

面向软件：为了试验型gis原型的绽放

我们的论文并不企图限定所有GIS的想象可能性。我们需要在推测性的数字领域中展现更多超越牛顿式的地理探索方式。推测性设计是一种游戏模式——一种与不可能、无法想象和无法表示的事物进行游戏的模式。就像文字的写作和阅读一样，它是一种探索性的漫游。它努力应对表示的不可能性，这是文字也需要面对的问题，但我们总是尝试将其推向极限，引领表示进入另一种层面。如同艺术一样，它有可能通过影响和感知（Deleuze和Guattari 1994）创造新的与世界的关系，因为视觉超越了相似性，反而引领出新的地理想象。

为此，我们需要将工具制作和对话的创新过程放在中心位置，使传统的手工技术得到更广泛的认可。例如，Gahegan (2018) 注意到，创新的地理信息科学研究往往“仍然受限于我们的地理信息科学期刊的权威页面之中”（18），并未真正与GIS软件进行整合。或者考虑一下Huffman的“展开的密歇根湖”地图（参见https://somethingaboutmaps.com/Lake-Michigan-Unfurled），在这张地图中，湖的海岸线被描绘为一条直线。Huffman等人的这种实验激发了我们对空间可视化的可能性的想象，但同时也揭示了当前地图制作软件在实现这些愿景方面的局限性。同样，将GIS简化为全面的商业平台（即使有对应的开源替代品）也并不能提供一个全面的模型。我们呼吁出现多样化的系统，其演变应与空间理论的演变一样丰富、开放、特定和意外。

这不仅需要将软件重新定位以适应其他形式的理论探究，还需要重塑与地理计算相关的社会和物质关系。我们可能在其他开源软件项目中找到可借鉴的路径。例如，开源语言Processing的主要目标是为艺术家和设计师提供一种方式，将编码融入他们的实践。并且，与软件开发并行的Processing基金会致力于提高工具的可访问性，并鼓励项目的多元参与（https:// processingfoundation.org/）。GIS的成功和普及也同样依赖于多元视角和工具的增多，这些工具需要包括其他的空间思维导向。

我们需要积极推动编写和维护软件，使其成为教职工和计算研究专家日常生活中的有效、有价值和可能的重要部分。许多人期望资助机构能发挥更大的作用（例如，美国的地理空间软件研究所；加拿大的数字研究基础设施）。学术协会，尤其是数字人文学，已经提出了详细的建议，如何将数字学术研究作为任职和晋升的一部分。我们可以通过将地理系和学术协会引入这些对话中，像编写代码或参与原型设计一样，助力地理想象系统的崛起。

我们在倡导gis的同时，寻求的不仅是动态开放的概念系统，还寻求代码的生态系统。这不仅仅是为少数精英开放，受到知识产权和学术特权的保护，而是一个开放的、分支的、增多的、混合的地理想象系统。这样的工具应能提供多个入口点，以进行创造性的地理探究。我们可以设想一个地理学者，他无需掌握任何编程知识，就能使用GIS来探索关系数据，同时参与社会理论的讨论。这样的学者也可以在系统的代码仓库中进行评论（可能在2020年在GitHub上实现），提出新特性的需求。另一位地理学者可以创建并修改一个代码分支，为该请求带来新的、创新的解读，从而开启新的表现形式和空间感觉的可能性。新的代码可能会引发学术环境中的疑问和挑战，这些可能性的波动可以在学术文献和代码仓库中被反馈和讨论。这就是GIS之花绽放的方式。

论文出处

Bergmann, L., & Lally, N. (2021). For geographical imagination systems. Annals of the American Association of Geographers, 111(1), 26-35.

Luke Bergmann是英属哥伦比亚大学地理系的副教授和加拿大研究主席（Canada Research Chair），他的研究兴趣包括批判计算和社会理论地理。

NIck Lally是肯塔基大学地理系的助理教授，他的研究兴趣包括推测性地图制作，批判计算，和警察技术。