[科普中國]-跋山涉水鉆管道，測繪畫圖敲代碼——我們地理信息博士都是斜杠青年！

大家周末好呀！

有這樣一種博士，他們要么活躍在山野和城區(qū)，上山、下水、爬樓梯，元?dú)鉂M滿；要么端坐在屏幕前，遨游在數(shù)據(jù)的海洋里，不知疲倦。他們的專業(yè)脫胎于測量學(xué)，卻同時(shí)涉獵數(shù)學(xué)、地理、測繪、遙感、計(jì)算機(jī)等學(xué)科領(lǐng)域。他們與當(dāng)今的物流、電商、交通部門、醫(yī)療部門等等密切合作，為我們的便利生活添磚加瓦。

一起來看看地理信息博士的斜杠PhD養(yǎng)成記吧！

（**專欄中所涉及的內(nèi)容為嘉賓自身的經(jīng)歷，僅供參考，不同院校／專業(yè)／研究方向的博士在研究和生活方面都會(huì)有不同的體驗(yàn)喲**）

地 理信息系統(tǒng)的“前世” 我們這個(gè)專業(yè)實(shí)際上脫胎于測量學(xué)，甚至可以說是測量學(xué)的現(xiàn)代形態(tài)——什么是測量學(xué)呢？一句話概括就是將現(xiàn)實(shí)世界的信息采集并加工后，提供給眾人做信息服務(wù)，是將地理學(xué)從描述性學(xué)科變成理工科的基石。

舉個(gè)例子，相信大家都背過 “北冥有魚，其名為鯤……”的課文，而這段文字的出處——《山海經(jīng)》就是我國歷史上最著名的地理學(xué)著作之一。

但是這本書里僅僅是用文字做出的描述，配合上一些抽象的插畫，沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。但是行軍打仗，只靠這些文字，將領(lǐng)們?cè)趺粗贫ň_作戰(zhàn)計(jì)劃？所以就需要有把文字變成直觀圖像的辦法——那就是地圖。

上面這張古代地圖，就只能算是個(gè)示意圖，你不可能在地圖上看出榆中到靖遠(yuǎn)的距離到底是多少公里，原因就是因?yàn)樗鼪]有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

那么有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的地圖是什么樣的呢？其實(shí)大家小時(shí)候見過的交通旅游圖之類的地圖就是有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的了，它的顯著標(biāo)志就是擁有比例尺。所以在現(xiàn)代地圖上用尺子量一量榆中到靖遠(yuǎn)之間的距離，再按照比例尺放大，就能得到現(xiàn)實(shí)世界中榆中到靖遠(yuǎn)的大致距離。

在現(xiàn)代地圖上可以通過比例尺快速獲得榆中到靖遠(yuǎn)之間的大致距離。

那么地圖是怎么被賦予數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的呢？這就要?dú)w功于數(shù)學(xué)和測量學(xué)了。想必大家學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的時(shí)候都有學(xué)過數(shù)學(xué)映射，我們將現(xiàn)實(shí)世界的地理元素理解成集合A，將地圖理解成集合B，這兩個(gè)集合之間擁有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，且在A中各個(gè)元素之間的相對(duì)位置的關(guān)系，也會(huì)在B中被表現(xiàn)出來。

那么問題來了，現(xiàn)實(shí)世界中各個(gè)元素之間的相對(duì)位置關(guān)系，我們?cè)趺粗滥?？答案就是通過測量手段獲取。舉個(gè)例子，假設(shè)你正在讀這篇文章的手機(jī)屏幕是矩形的，我說從你手機(jī)屏幕左下角的矩形頂點(diǎn)開始算，向右上方37度，5厘米處看一下，那么你憑眼睛就能大概找出來，如果借助量角器和尺子，你還能找到相當(dāng)精確的點(diǎn)。那么我現(xiàn)在換一個(gè)說法，還以剛才的點(diǎn)作為原點(diǎn)，以你手機(jī)屏幕底邊為X軸，以手機(jī)屏幕左側(cè)邊為Y軸，找出坐標(biāo)點(diǎn)（X軸4cm,Y軸3cm）。發(fā)現(xiàn)了嗎，這兩個(gè)點(diǎn)其實(shí)是同一個(gè)點(diǎn)。

測量其實(shí)就是這樣，建立自己的坐標(biāo)系，然后從已知的位置出發(fā)，通過距離、角度等數(shù)據(jù)去推算未知元素在坐標(biāo)系里面的位置，在現(xiàn)實(shí)世界中，坐標(biāo)的位置還有一個(gè)高度Z軸。知道了現(xiàn)實(shí)世界中各種地理元素的坐標(biāo)，然后按照一定的數(shù)學(xué)公式計(jì)算，再將這些地理元素標(biāo)注到地圖相應(yīng)的位置，就完成了地圖的繪制（測繪就是如此概括測量與繪圖的）。

而這種對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)公式就叫做地圖投影，并且不同的地圖投影下，相同的地理元素們?cè)诓煌貓D上的位置也是有所不同的。篇幅所限這里就不做展開了。

一種地圖投影。

說起來，現(xiàn)實(shí)世界中除了位置信息外還有其它很多信息。比如一棟大樓，它不僅有位置的信息，還有材質(zhì)，內(nèi)部構(gòu)造，住戶，施工單位，物業(yè)維護(hù)等等，這些信息要如何表現(xiàn)在地圖中呢？

（一棟大樓的材質(zhì)，內(nèi)部構(gòu)造，住戶等等信息要如何表現(xiàn)在地圖中呢？圖片來源：Pixabay）

而以往的地圖的確是很難表現(xiàn)出來這些林林總總的信息的，理由很簡單——紙張有限畫不下。所以這棟樓的其它信息就只好交由別的部門登記造冊(cè)了。

地理信息系統(tǒng)的“今生” 直到上個(gè)世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)突飛猛進(jìn)，一些先行者們開始嘗試用計(jì)算機(jī)來繪制地圖，取代原先的手工繪圖。然后他們又開始嘗試將計(jì)算機(jī)圖形與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，點(diǎn)擊某個(gè)圖形查詢的時(shí)候，除了位置信息之外，數(shù)據(jù)庫里儲(chǔ)存的其它信息也可以被查詢到，比如上面說的大樓里面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，住戶，甚至某個(gè)住戶家里幾口人，工作單位等大家想得到和想不到信息里面都能儲(chǔ)存并查詢。

比如這張圖上點(diǎn)擊監(jiān)測站的點(diǎn)，就可以查詢工業(yè)污染、生活污染等信息。地理元素的信息收集的越詳細(xì)，數(shù)據(jù)量就越大，那么這海量的數(shù)據(jù)怎么管理？另外這些數(shù)據(jù)又有什么價(jià)值？這就是我的專業(yè)——地理信息系統(tǒng)要解決的問題。

所以我們專業(yè)平時(shí)干的事情，就是 戶外作業(yè)出去用測繪手段采集數(shù)據(jù)，然后回來將數(shù)據(jù)繪圖并錄入數(shù)據(jù)庫，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，最后得出成果 。

這是我們的工作流程示意圖，由下向上。

這位同行在使用全站儀測繪。

這位同行正在使用GPS接收機(jī)采集數(shù)據(jù)。

各式各樣的數(shù)據(jù)都要輸入數(shù)據(jù)庫。

然后與代碼和BUG死磕。

最后就做出了一套管理地理信息的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)可以做什么？ 這些成果很多，手機(jī)導(dǎo)航只能算冰山一角，但這其中也牽扯了數(shù)字地圖的測繪，道路信息及商場、停車場、加油站、車站等其它地理數(shù)據(jù)的錄入數(shù)據(jù)庫及管理，導(dǎo)航路線的數(shù)學(xué)計(jì)算，而這一切都是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

除了這些，我們能做的事情還有很多，比如與人臉識(shí)別技術(shù)結(jié)合，可以在數(shù)字城市中繪制犯罪分子的行動(dòng)路線及時(shí)間；與公共衛(wèi)生部門合作，可以檢測傳染病流行趨勢(shì)；與軍方合作，可以進(jìn)行信息化指揮系統(tǒng)建設(shè)；與電商合作，可以直觀反映 哪里的人剁手最嚴(yán)重 區(qū)域購買力與購買偏好；與物流合作，可以直觀反映貨運(yùn)信息；如果所有的行業(yè)都跟我們合作，那么合作的產(chǎn)物就是傳說中的物聯(lián)網(wǎng)。

（地理信息系統(tǒng)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供支持。圖片來源：Pixabay）

我曾經(jīng)的一些師兄畢業(yè)之后去了阿里巴巴寫代碼，如今各位雙十一剁手，某貓，某寶查看自己寶貝物流信息的時(shí)候，那一個(gè)可愛的小車車在地圖上劃出的一道道軌跡，搞不好就有我?guī)熜謳熃愕墓?；國家某部委使用的某可視化管理系統(tǒng)，就是我們專業(yè)某院士牽頭設(shè)計(jì)的；各個(gè)城市的道路通行狀況管理系統(tǒng)是我們專業(yè)設(shè)計(jì)的；

學(xué)習(xí)GIS專業(yè)有何挑戰(zhàn)？ 作為應(yīng)用型交叉學(xué)科，GIS專業(yè)的特點(diǎn)但可以干的事情很多，根據(jù)側(cè)重不同，在同一個(gè)專業(yè)內(nèi)突破的方向可是千差萬別。

不過，學(xué)習(xí)這個(gè)專業(yè)也要面臨一些很尷尬的問題，那就是：寫代碼，我們不如計(jì)算機(jī)軟件學(xué)出身的人；搞測繪，我們比不過大地測量系出身的人；建數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)系簡直是吊打我們；比地理，自然地理學(xué)和人文地理學(xué)都比我們更深入，所以有時(shí)候就業(yè)的時(shí)候我們這個(gè)專業(yè)的學(xué)生就比較尷尬。

有句話說的好，不想當(dāng)廚子的裁縫，不是好司機(jī)。 原先地理學(xué)和測繪學(xué)不能解決的海量數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)可視化問題，我們能解決；計(jì)算機(jī)對(duì)地理知識(shí)隔行如隔山的困難我們沒有 。所以在解決地理問題的時(shí)候，側(cè)重地不同，今后的方向也就會(huì)非常不同。

比如側(cè)重計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，就可以將原本抽象的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)變成直觀的圖表，甚至是動(dòng)畫；側(cè)重測繪學(xué)，就可以分析地理元素的空間分布規(guī)律；側(cè)重地理學(xué)，就可以研究地理元素的時(shí)間分布規(guī)律；側(cè)重?cái)?shù)學(xué)，就可以實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的新陳代謝算法，自動(dòng)更新。凡此種種，不一而足。

我為什么選擇GIS專業(yè)？ 我自己選擇這個(gè)專業(yè)，一是興趣使然，二是受父輩影響。家父是一位學(xué)者，受他的影響，我從小就有較強(qiáng)的好奇心和求知欲，喜歡探索新方法，而高中時(shí)期由喜歡計(jì)算機(jī)技術(shù)，所以本科報(bào)考了計(jì)算機(jī)專業(yè)。本科快畢業(yè)的時(shí)候覺得如果僅僅當(dāng)個(gè)碼農(nóng)視野太窄，于是跨專業(yè)報(bào)考了GIS，并在這個(gè)過程中學(xué)習(xí)了測繪學(xué)和地理學(xué)的知識(shí)。

對(duì)于一個(gè)好讀書不求甚解的我來說，這種涉獵面廣泛的專業(yè)蠻對(duì)胃口的。于是，碩士時(shí)候偏向數(shù)據(jù)可視化，到了博士階段，又向定量分析方面進(jìn)發(fā)。

這種不斷有新鮮感的感覺蠻不錯(cuò)的，但是想要鉆精確實(shí)有相當(dāng)?shù)碾y度，而且對(duì)精力要求很大。我曾經(jīng)有一段時(shí)間每天睡眠時(shí)間不足三四個(gè)小時(shí)，結(jié)果重病一場，差點(diǎn)丟了小命。做學(xué)問很辛苦，一點(diǎn)不夸張，但是成就感也是不小的。

好了，就說這么多，馬上又要到考研的日子了，最后祝愿每一個(gè)正在讀研和準(zhǔn)備讀研的同學(xué)都能保護(hù)好頭發(fā)，身體健康，學(xué)業(yè)順利。

作者名片

編輯：Yuki

排版：小爽

題圖來源：pixabay