摘要: “普适计算”的思想最早是1991 年Mark Weiser在 《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century” 中提出的，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机 本身从人们的视线中消失，...
“普适计算”的思想最早是1991 年Mark Weiser在 《Scientific American》的“The Computer for the 21st Century” 中提出的，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中去，让计算机 本身从人们的视线中消失，让人们注意的中心回归到要完成的 任务本身。普适计算是信息空间与物理空间的融合，在这个融合 的空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务。普适计算 希望将数不清的廉价嵌入式计算设备广泛分布在我们生活、工作 环境的周围，无声无息地为人们提供服务。其中“随时随地” 是指人们可以在工作、生活的现场就可以获得服务，而不需离开 这个现场而去端坐在一个专门的计算机面前；这也是普适计算的 英文中Ubiquitous 或Pervasive 的含义，即像空气一样无所不在。
MIT 的普适计算研究计划命名为Oxygen 的原因也在此。随着 计算机、通信等技术的快速发展，普适计算已成为计算机、通信及信息科学的研究热点和新的发展方向。目前比较著名的 普适计算研究项目主要有M IT 的Oxygen Project、CMU 的 Aura Project、伊利诺伊州大学GaiaProject、加州大学伯克利 分校的Endeavour Project、华盛顿大学的Portolano Project、伊利诺理工学院的Hawk Tour Project、美国国家标准技术局 （National Institute of Standards and Technology NIST） 的Smart Space Project、欧盟资助的Disappearing Computer Project、IBM 的Dream space Project、Microsoft的 EasyLivingProject、H P 的Cool Town Project等。
另一方面，普适计算得到了国际学术界的广泛关注，目前 国际上已经形成了每年召开的Ubicomp和Percom两个普适计算 国际会议系列。此外以其他形式召开的普适计算会议也已多 达数十个，同时国际上也已经发行了《Personaland Ubiquitous Computing》 和《IEEE Pervasive Computing》两种专门针对普适计算的期刊。那么针对地理问题的研究，能否将普适计算的思想引入地理领域，发展“普适地理计算”呢？本文也着重思索，希望回答有关普适 地理计算存在和发展的诸多问题，也是对普适地理计算可行性的 初步思考。
1.什么是普适地理计算？
（1）对“普适”的理解：普遍存在、普遍适用。
（2）对“计算”的理解： 计算主义认为，宇宙是可计算、知识可计算、 智慧可计算。虽有反对意见，但目前还是 以此为目标演进的；
（3）普适地理计算 1.基于个体的地理计算模式 一种与时间、空间和运动状态无关的新型地理工作、研究模式
2.有无必要开展“普适地理计算”
地理问题有别于其他学科问题的一个根本特征就是其空间性。 地理问题的空间性主要体现在两个层面，其一是空间分布性， 即地理问题发生于特定的空间环境中，并随着时间发展而演变。 地理现象通常是巨大的，空间覆盖占据着较广袤的范围，并且 在被占据的范围内，不同的位置，也可能存在不同的状态或 属性，这意味着完整的观察地理现象需要在空间上大范围跨越， 纬度地带性和垂直地带性都是这个特性的表现；其二是空间移 动性，很多地理现象或地理过程通常是空间运动的，并随着空 间位移，呈现出不同的运动规律和变化态势，如龙卷风，这就 要求对此类地理现象和地理过程的观察同样需要观察者在空间 上持续的移动。因此，地理问题具有时空分布、空间移动等 特性。从某种程度上讲，地理问题的研究需要一种与其时空 特性相适应的的研究方法和工作模式。
3. 普适地理计算的研究基础
我们可以对现行的空间信息技术从另一个角度进行反思，来考察 普适地理计算的可行性。事实上，人们一直尝试使用计算技术对 我们生存的地球及其中的要素实施可计算化，在一定程度上实践 着可计算地球、可计算宇宙的思想。
（1）3S技术：数据获取层次的可计算 RS：将地表覆盖、地理过 程以栅格化的形式记录、表达、计算；GIS：将地球和人地关系转换成符号化的点、线、面、体，基于 拓扑、属性来计算； GPS：计算、定位并追踪现实世界中的人 -地位置属性，
（2）虚拟技术：数据展示和分析的可计算 虚拟现实/虚拟地 理环境/数字地球/数字城市/数字流域：将现实世界转变成虚 拟世界，虚拟世界以数字化的形式来管理、展示、分析、模拟现实世界，进入虚拟空间中的“人-地”都是可计算的；
（3）物联网：个体地物的可计算 为各种类型的地物添加可通讯、可计算的单元，使之具有可连接、可控制、可分析的信息属性，对个体实施可计算的定位、监控分析，任何地物都是这个可计算 的“网”中的节点，将先前的物流黑箱变为透明。
（4）移动网络：个人的可计算 网络（包括Internet和Mobile Network），尤其是移动网络，使 用者在使用移动设备的时候，无形中为自己增加了随时随地可计 算的属性和功能，形成了可计算的人，移动网络这个物理载体和 平台，同时承载着社会层次的社会关系网络，也是唯一一个可与 人的社会关系网络对等的网络；社会关系网络是实时存在的，Intern et无法实时存在。因此，个人的社会关系网络是移动网络的子集，以数字形式表达的移动网络同时也使得社会关系网络可计算。在这个网络中，个人是整个可计算网络（物理网络、社会网络） 的一个节点和计算单元。
最后，人的行为也被计算或被可计算了，千百年来，人的记录 方式是笔和纸，方式是书写，而今被键盘、鼠标代替，方式是敲击键盘；存储方式也从纸、羊皮变成了磁盘、U盘等。因此，普适地理计算 是在某种程度上存在的，只是现行的研究是从某一个侧面、某一个 视角展开，而这些研究彼此互通的，是可以作为一个整体存在的。
4. 普适地理计算的基础和研究核心
我们认为，普适地理计算的基础是可计算人地关系。 将计算融入 到“人”和“地”的空间中，强调计算的无处不在，地理问题研 究的核心——人地关系，将两大对立成员（人和 地）都赋予可计算的属性，在计算层次的表现即为普适地理计算，同时保留人地平等、和谐的关系。 可计算人地关系至少包括两个 方面的含义，其一为现实可计算人地关系，其 二，虚拟的可计算人地关系，其三现实和虚拟混合下的可计算人 地关系。我们可以以图示的方式来展示这些关系。同时，在现实和虚拟空间中，使用“计算”建立沟通，将二者整 合起来研究，这也是普适地理计算的另一层含义。
5. 网络是普适地理计算的基本属性
网络是实现普适地理计算的基础和基本属性，在普适地理计算 框架下，每一个计算单元都是这个网络中的组成部分，而且计 算单元不再是孤立的、单独的，而是在一定的语义和上 下文环境下存在的，是可接收其他单元的信息，同时也可共享 本单元信息的。在这个巨型网络中， 网络则是普遍存在的，这种网络可能是实实在在的物理网络，如通讯网络、传 感器网络、物联网络；也可能是隐含在物理网络中，因节点和 节点之间信息连接和传输引发的关系网络，如人的社会关系网络，以及基于社会关系网络之上的知识网络、智慧网络 等。因节点与节点之间的关系是变化的，因此，网络具有自演化的 特性；因每一个节点都是可计算的，网络也应该是可计算的，或者说某种程度上表现出可计算、可推演的特性；
6. 普适地理计算中“人”的作用和地位（可计算的人）
人的参与包括现实中的人的参与，也包括在虚拟空间中的人的 参与。 人的参与可以分为两个方面，其一，作为被研究者参与，也就是说，人是地理过程中的组成部分，可计算的 人是影响地理过程的一个组成部分，与参与的地（可能是现实的 地也可能是虚拟的地）一起实现计算过程；其二，作为研究者 参与，不参与地理过程，但从局外人的角度研究地理 过程； Good Child提出VGI的出发点也就是希望将每个市民（个体） 都变成传感器，去收集空间位置相关的信息，并将其在强调个人 参与的Web 2.0网络上 对其他个体共享。我们可以这样理解：VGI是一种针对地理信息 收集的公众参与，这当然吸收了一部分公众参与、自发式参与的 思想，但也提出了将每一个参与者变成传感器、信息收集器的观点，隐含有将人类个体转变为可计算单元的意思。相比于传统的使用RS等大尺度自上而下的获取数据的方式，是一种 自下而上的观点。 我们在先前的研究中 ，也针对移动技术与地理问题研究学习的一致性，讨论了使用移动 设备为学习者赋予计算单元的属性，构建与时间、空间和运动状态 无关的新型体验式地理学习/教学模式，这也 具有一定的普适地理计算的思想。
7. 普适地理计算的过程
（1）科学的普适地理计算过程 科学的普适地理计算往往表现为 各种类型的实验：基于普适思想的现实地理实验；基于普适思想的虚拟地理实验，如虚拟地理环境中的虚拟地理实验；基于普适思想的混合地理实验。 当然虚拟的实验可以参与到现 实的实验中来，当现实的部分实验不具备被 实验的基础时，可使用虚拟地理实验来代替；而现实地理实验也 可作为虚拟地理实验的一个起始或初始参数，在虚拟地理实验中 计算，得出规律，上升到知识；
（2）普适地理计算是辩证的、发展的、循环的、有层次的 计算 是有尺度的，由现实世界的物质、能量向计算空间的信息转换的 过程，就是一个采样的过程，换句话说，定量化 是将现实世界区分为确定性和不确定性两种类型，确定性和不确 定性是在一定相对意义的尺度层次下的。人们从对现实地理环境 定性描述中抽取经验性参数和判断，形成定量的模 型或公式，在虚拟地理实验中经过定量的模拟，对结果重新认知、升华形成新的定性知识，基于该知识再加入新的假设和判断，反馈于现实，再由实验模拟，形成认知循环。
正如钱学森指出的，“当你定量解决了很多很多问题……以后，你有一个概括的提高的认识了，这又是从定量上升到定性了。自然，这个定性应该是更高层次的定性认识了，因此定性和定量 的关系，是认识过程的一个描述，循环往复，永远如此。 很多 地理工作者的努力，事实上也是希望把复杂的地理过程，“经过归纳（数理统计）、演绎（数理方程）、类 比（相似准则）建立非线性、复杂性、相似性、区域性、时序 性的地理方程，把地理学及地理科学变成可计算、可预报、可回溯的科学”。
算法主义（Algorit hmism）强纲领认为从物理世界、生命过程直到人类心智都是算 法可计算的（Computable），甚至整个宇宙也是可计算的或 由算法（Algorithm）支配的 。虽然，这种强纲领为很多人所不赞同，但我们可以反过来考虑，就像一个整体，我们可以根据我们的认识，将其分为确定的 （可计算的）和不确定的（暂时无法计算的）两部分 ，然后根据我们确定的去计算、推演，逐渐的认识不确定部分，将不确定部分转换为确定部分，当然确定的部分也可能转换为 不确定的部分，也就是说，普适地理计算通所有“计 算”一样，是在一定阶段有局限的，但总体是趋向于认识的、确定的、深入的，扩大确定性，减少不确定性，并逐渐逼近 客观真实，这也就是普适地理计算的发展模式，是辩证的 、发展的，与人们认识客观世界的规律也是一致的。 在认识 深化的前提下，不确定性也可转换为确定性，加入定量化计 算的框架，计算也由此深化，其尺度也跟着变化。在此基 础上，普适地理计算的过程是一个循环的过程，通过无限逼近、缩小不确定性，从而使得计算的尺度或层次逐渐深化。
8.知识、规律总结的过程：协同研讨
计算的最终目的是为了获取知识，更深入的认识世界、了解 世界。但地理问题是复杂的，地理系统是一个复杂巨系统，钱学森曾经指出，地理科学问题的解决需要不同领域专家的 共同参与。但这些领域的专家或在不同的国家，或在不同的 地区，因此他也指出，“事实上，这些专家聚集在一起是很 困难的”。MacEachren也指出，地理学的问题，无论是学术研究、工程实践、还是地理教育，在本质上都是 一个群体协同工作的过程。因此，普适地理计算由“计算”上 升到“知识”的过程，为了使这一过程更客观，更全面，需要一个决策群体行为，需要群体的协同研讨。基于普适地理计算的思想，我们认为这种协同研讨也应该是 普适的，即在任何情况下，在现实空间中、在虚拟空间中、在静止状态下、在运动状态下都可以开展的。
9. 关键技术
- 云计算体系：普适地理计算中的巨量数据、信息、知识的管理与处理；
- 高性能通讯网络：普适地理计算中海量数据、信息的传输与中转；
- 基于中间件和WebService的异构数据、异构信息融合及冲突控制；
- 用户友好的HCI模式：普适地理计算终究是为“人类”服务的，是为了人类更全面、更好的认识客观世界服务的，需要一个自然的HCI接口、界面及相关的理论支撑；
- 上下文感知和智能空间：实现无处不在的计算和交流
- 信息捕获和感知技术：将客观的世界采样为可计算世界的基础；
