張 帆，胡明遠(yuǎn)，林 琿

1. 香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所，中國(guó) 香港； 2. 北京大學(xué)遙感與地理信息系統(tǒng)研究所，北京 100871； 3. 香港中文大學(xué)深圳研究院，廣東 深圳 518057

虛擬地理試驗(yàn)是指在虛擬地理環(huán)境中協(xié)同地進(jìn)行分析和模擬復(fù)雜地理過(guò)程、現(xiàn)象，并支持共同決策和知識(shí)信息共享的理論框架[1-3]。虛擬地理試驗(yàn)將傳統(tǒng)試驗(yàn)地理學(xué)中從野外考察觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境物理模擬、地理過(guò)程數(shù)學(xué)建模等研究方法數(shù)字化、虛擬化，開(kāi)拓了“虛實(shí)結(jié)合”試驗(yàn)地理學(xué)的新方向[2，4-8]。

隨著虛擬地理試驗(yàn)理論和方法的發(fā)展，各個(gè)地學(xué)相關(guān)領(lǐng)域在進(jìn)行應(yīng)用的同時(shí)[9-12]，也對(duì)其提出了更高的要求。尤其是在以人為主要研究對(duì)象，針對(duì)個(gè)體、群體的空間認(rèn)知、人地關(guān)系耦合等方面，相關(guān)研究對(duì)其進(jìn)行了拓展，并發(fā)展了虛擬地理認(rèn)知試驗(yàn)的理論框架[13]。虛擬地理認(rèn)知試驗(yàn)一方面關(guān)注如何構(gòu)建虛擬地理環(huán)境，來(lái)快速引導(dǎo)個(gè)體認(rèn)識(shí)地理環(huán)境的地理對(duì)象、地理現(xiàn)象；另一方面，其更加關(guān)注如何在虛擬地理環(huán)境中開(kāi)展面向個(gè)體對(duì)環(huán)境的感知、認(rèn)知，以及行為的試驗(yàn)。虛擬地理認(rèn)知試驗(yàn)的研究框架自提出以來(lái)，為空間綜合人文學(xué)與社會(huì)科學(xué)的研究提供了有力的工具、方法和思路[12，14-18]。

在關(guān)注人與環(huán)境相互作用的學(xué)科中，傳統(tǒng)的研究范式通過(guò)訪談、問(wèn)卷、觀察等數(shù)據(jù)采集手段，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析、案例分析來(lái)開(kāi)展區(qū)域的實(shí)證研究，使得其試驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)模、尺度、體量大大受限，研究結(jié)果難以泛化[19]。而當(dāng)前的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)參照心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域的試驗(yàn)方法，大多通過(guò)在虛擬地理環(huán)境中構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境，主動(dòng)地進(jìn)行上下文環(huán)境要素控制來(lái)觀測(cè)個(gè)體在不同上下文中的感知、認(rèn)知以及行為模式[13，20]。

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，海量個(gè)體認(rèn)知及行為數(shù)據(jù)為人地關(guān)系的研究提供了潛在的機(jī)會(huì)，同時(shí)也對(duì)虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)提出了進(jìn)一步的要求——如何構(gòu)建新一代的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)范式，從海量個(gè)體數(shù)據(jù)中提取個(gè)體和空間、場(chǎng)所的交互模式，考慮空間分異和場(chǎng)所語(yǔ)義對(duì)個(gè)體行為模式的影響機(jī)制，挖掘其在不同尺度上相互作用的機(jī)理，從而系統(tǒng)地構(gòu)建地理知識(shí)工程。

從研究方法的角度，大數(shù)據(jù)的背景下的科學(xué)研究基本范式已經(jīng)從試驗(yàn)歸納、模型推演、仿真模擬的階段，進(jìn)入了第4類研究范式——數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究(data-intensive scientific discovery)[21-22]。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)科學(xué)范式，數(shù)據(jù)密集型研究范式更加注重對(duì)規(guī)律的挖掘，弱化了對(duì)噪聲的對(duì)待。大數(shù)據(jù)時(shí)代下的數(shù)據(jù)規(guī)模性、多源性、復(fù)雜異構(gòu)性已經(jīng)超出了個(gè)體人腦的認(rèn)知和理解能力。而基于人工智能，數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的“認(rèn)知計(jì)算”為在大數(shù)據(jù)中挖掘地理知識(shí)提供了潛在的途徑，為理解人們的認(rèn)知、感知和行為提供了有力的支持[23]。與認(rèn)知計(jì)算不同的是，虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)更加關(guān)注在個(gè)體和空間、環(huán)境交互中產(chǎn)生的感知和行為數(shù)據(jù)，旨在挖掘個(gè)體的認(rèn)知、感知和行為受空間因素影響的機(jī)理模式。

事實(shí)上，在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下人們生活的物理、社會(huì)空間已經(jīng)被構(gòu)建成了一個(gè)巨大的虛擬實(shí)驗(yàn)室，無(wú)時(shí)無(wú)刻地不在記錄著微觀個(gè)體、宏觀群體的感知認(rèn)知狀態(tài)、活動(dòng)軌跡、行為模式，等等[24-25]。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和通信基礎(chǔ)設(shè)施的支持下，研究人員可以從大量數(shù)據(jù)源中獲取海量的個(gè)體認(rèn)知狀況、群體行為活動(dòng)和情感感知信息。例如，利用出租車軌跡數(shù)據(jù)和手機(jī)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行居民出行行為分析，討論環(huán)境空間各類屬性(用地功能格局、距離、尺度)與個(gè)體出行、人口遷移的影響[26-29]；利用社交媒體簽到數(shù)據(jù)研究不同場(chǎng)所中個(gè)體的情感變化與事件關(guān)聯(lián)[30-31]；利用POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)挖掘在居民影響活動(dòng)下的城市混合用地功能分布與演化等[32-33]。

大數(shù)據(jù)不但支持了對(duì)個(gè)體行為活動(dòng)、認(rèn)知感知的記錄，同時(shí)也對(duì)個(gè)體活動(dòng)的空間范圍、環(huán)境屬性、功能區(qū)劃進(jìn)行了描述。這種數(shù)據(jù)環(huán)境，潛在地構(gòu)建了新一代地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的基礎(chǔ)條件——可以嘗試在個(gè)體行為、認(rèn)知活動(dòng)和其對(duì)應(yīng)的上下文中建立聯(lián)系，挖掘其相互影響的關(guān)鍵要素和機(jī)制。與此同時(shí)，虛擬地理環(huán)境本身提供了對(duì)真實(shí)地理過(guò)程模擬的方法，從自然現(xiàn)象模擬到社會(huì)行為模擬，為開(kāi)展在大數(shù)據(jù)背景下的虛擬認(rèn)知實(shí)驗(yàn)提供了基礎(chǔ)支持。

本文將詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)密集型研究范式下的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架，闡述從環(huán)境心理學(xué)的視角，結(jié)合多源人類活動(dòng)、城市環(huán)境大數(shù)據(jù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的方法，進(jìn)而支持地理知識(shí)工程構(gòu)建的思路。第2節(jié)是一個(gè)在新一代虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架下的案例分析。案例描述了如何利用表達(dá)城市視覺(jué)空間的海量街景數(shù)據(jù)及來(lái)源于眾包的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法，來(lái)挖掘影響個(gè)體情感感知的視覺(jué)要素。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了可視域中與個(gè)體對(duì)場(chǎng)景的情感維度-壓抑感具有較高相關(guān)性的視覺(jué)要素，如植被、建筑、墻體和車輛等，并通過(guò)多重線性回歸分析予以量化。最后，對(duì)本文所提出的實(shí)驗(yàn)框架和案例分析進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)未來(lái)的研究進(jìn)行了展望。

1 新一代虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架

環(huán)境心理學(xué)中將人與環(huán)境的交互模式分為4種，分別是解釋(interpretive)、評(píng)估(evaluative)、操作(operative)和響應(yīng)(responsive)[34-35]。其中評(píng)估和解釋是個(gè)體對(duì)環(huán)境的認(rèn)知模式；響應(yīng)和操作是個(gè)體對(duì)環(huán)境的行為模式。從另一個(gè)角度看，解釋和操作體現(xiàn)了個(gè)體對(duì)環(huán)境的主動(dòng)性，而評(píng)估和響應(yīng)則體現(xiàn)了個(gè)體被動(dòng)地受環(huán)境的影響模式。如圖1所示，虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)參照環(huán)境心理學(xué)中人與環(huán)境的交互模式，針對(duì)人地關(guān)系的理解開(kāi)展試驗(yàn)。

大數(shù)據(jù)背景下的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，將利用海量大數(shù)據(jù)來(lái)支持人類活動(dòng)行為模式的表達(dá)和地學(xué)試驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建。與傳統(tǒng)的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)不同，新一代的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)不再主動(dòng)構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境，控制環(huán)境參數(shù)來(lái)進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)對(duì)個(gè)體進(jìn)行研究，而是將現(xiàn)實(shí)環(huán)境的物理、社會(huì)空間作為一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室。一方面通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境描述的大數(shù)據(jù)來(lái)獲得地學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基本配置信息；另一方面，通過(guò)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中時(shí)時(shí)刻刻記錄著的人類活動(dòng)行為大數(shù)據(jù)，觀察被試個(gè)體及群體的感知認(rèn)知狀態(tài)、活動(dòng)軌跡、行為模式等。

其中，人類活動(dòng)行為模式的主要來(lái)源是居民在出行活動(dòng)中主動(dòng)發(fā)生和被動(dòng)采集的數(shù)據(jù)。例如，在社交媒體和大眾點(diǎn)評(píng)中對(duì)周邊環(huán)境評(píng)估的認(rèn)知和情感的文字表達(dá)，在地圖導(dǎo)航、公共交通和手機(jī)通話過(guò)程中留下的行為軌跡信息等。這些數(shù)據(jù)表達(dá)了個(gè)體、群體對(duì)上下文的認(rèn)知、情感和行為信息，而從中高效地挖掘出相應(yīng)的規(guī)律和模式需要借助由自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和復(fù)雜性理論等領(lǐng)域支撐下的空間知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法和認(rèn)知計(jì)算技術(shù)[23]。

在地學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的描述方面，本研究討論的地學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要是指城市實(shí)體環(huán)境，而不是網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境。城市環(huán)境是人類活動(dòng)的主要場(chǎng)所，同時(shí)也是人類活動(dòng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的主要環(huán)境。多源眾包(crowdsouring)的城市大數(shù)據(jù)同樣對(duì)城市的物理和社會(huì)環(huán)境進(jìn)行了刻畫。例如來(lái)源于谷歌、騰訊的街景數(shù)據(jù)，密集地覆蓋了城市路網(wǎng)的每一個(gè)角落，完整地表達(dá)了城市的物理視覺(jué)空間?；诒姲腛penStreetMap地圖，精細(xì)地刻畫了不同尺度的城市路網(wǎng)、交通、建筑等信息。類似的，來(lái)源于地圖應(yīng)用服務(wù)的POI(point of interest)數(shù)據(jù)，較直觀地反映了居民生活和出行的興趣點(diǎn)和需求，對(duì)地理場(chǎng)所的語(yǔ)義信息進(jìn)行了描述。簡(jiǎn)而言之，透視城市空間的上下文大數(shù)據(jù)，可以較全面、多尺度、多視角地表達(dá)和理解城市的物理視覺(jué)環(huán)境、空間結(jié)構(gòu)、功能格局等信息。

人類活動(dòng)大數(shù)據(jù)和城市空間的上下文大數(shù)據(jù)構(gòu)成了數(shù)據(jù)密集型研究范式下的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是開(kāi)展虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的重要條件。一方面，城市上下文大數(shù)據(jù)為地學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的自然、社會(huì)和人文屬性提供了基礎(chǔ)性描述；另一方面，在認(rèn)知計(jì)算的支持下人們可以洞察在人類活動(dòng)大數(shù)據(jù)中的居民認(rèn)知、情感和行為模式。而挖掘二者之間的相互作用模式、耦合關(guān)系和影響機(jī)制，以及如何表達(dá)、建模、模擬、預(yù)測(cè)人地相互作用模式等是新一代虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)。更進(jìn)一步，區(qū)別于在其他心理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法，新一代的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)旨在從地理學(xué)的視角來(lái)探索人地關(guān)系問(wèn)題，嘗試挖掘在人類活動(dòng)和空間場(chǎng)所的交互模式背后，由空間依賴性、空間異質(zhì)性、尺度效應(yīng)等地理學(xué)基本問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的新知識(shí)，從而從人地關(guān)系傳統(tǒng)上支持地理知識(shí)工程的構(gòu)建。

2 案例分析

本研究提供了一個(gè)在新一代虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架下開(kāi)展的案例分析。研究利用圖片數(shù)據(jù)和基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的圖片內(nèi)容理解技術(shù)來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基本配置信息進(jìn)行描述，同時(shí)利用來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)眾包的上百萬(wàn)次評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)作為被試產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)分析來(lái)自于眾包的街景壓抑感評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，以及基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖片物體語(yǔ)義分割方法，試驗(yàn)對(duì)影響個(gè)體對(duì)城市場(chǎng)景壓抑感的視覺(jué)要素進(jìn)行了挖掘。

2.1 基于MIT Place Pulse街景情感感知數(shù)據(jù)庫(kù)

MITMediaLab在2013年開(kāi)始了“Place Pulse”項(xiàng)目[19]。項(xiàng)目首先采集了來(lái)自全球56個(gè)城市的11萬(wàn)張街景影像，構(gòu)建了一個(gè)在web端的在線試驗(yàn)平臺(tái)，邀請(qǐng)來(lái)自于全球的互聯(lián)網(wǎng)用戶來(lái)給街景圖片打分。在每次試驗(yàn)中，要求志愿者回答諸如“以下哪張圖片看起來(lái)更壓抑的問(wèn)題”。此試驗(yàn)的網(wǎng)頁(yè)界面如圖2所示。

Place Pulse一共收集了來(lái)自全球超過(guò)8萬(wàn)名互聯(lián)網(wǎng)用戶的100多萬(wàn)次評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，包括安全感、生機(jī)感、乏味感、富有感、壓抑感、美麗感等6個(gè)情感感知維度。考慮到其樣本數(shù)據(jù)和評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)的空間分布以及多樣性，Place Pulse數(shù)據(jù)庫(kù)中的評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)可以被認(rèn)為是一般個(gè)體對(duì)于城市風(fēng)貌的一般性評(píng)價(jià)。

2.2 場(chǎng)景量化表達(dá)方法

為了量化表達(dá)街景圖片中的語(yǔ)義內(nèi)容，引入基于深度學(xué)習(xí)的場(chǎng)景語(yǔ)義分割(scene semantic segmentation)技術(shù)對(duì)圖片中的天空、建筑物、道路等信息進(jìn)行提取和量化表達(dá)。

場(chǎng)景語(yǔ)義分割是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的一個(gè)研究方向，旨在對(duì)圖片中的語(yǔ)義目標(biāo)進(jìn)行分割、識(shí)別和分類?；趥鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)方法的準(zhǔn)確度一直受限于使用人工設(shè)計(jì)的或是淺層次和中等層次的視覺(jué)特征。而基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取出來(lái)的圖像深度特征被認(rèn)為具有較強(qiáng)、較高效的表達(dá)能力，已經(jīng)在包括計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域獲得了出色的表現(xiàn)[36]。

本試驗(yàn)利用目前較高效的一個(gè)場(chǎng)景語(yǔ)義分割模型PSPNet[37]，對(duì)街景圖片進(jìn)行語(yǔ)義分割。訓(xùn)練在ADE20K場(chǎng)景語(yǔ)義標(biāo)注數(shù)據(jù)庫(kù)[38]下的PSPNet模型，在150類場(chǎng)景物體的像素級(jí)分類中可以獲得80.04%的準(zhǔn)確度[37]。

向量中的每個(gè)維度表示了一個(gè)特定物體在圖片P中的像素點(diǎn)占比情況，可以認(rèn)為是場(chǎng)景P中的物體Oi在可視域中的面積占比。

2.3 試驗(yàn)方法

y=β0+β1x1+β2x2+…+βn-1xn-1+e

(2)

式中，βi反映了解釋變量xi對(duì)響應(yīng)變量y的貢獻(xiàn)程度。試驗(yàn)通過(guò)最小二乘法對(duì)βi進(jìn)行估計(jì)。

2.4 試驗(yàn)與結(jié)果

試驗(yàn)采用MIT Place Pulse數(shù)據(jù)庫(kù)中來(lái)自于全球56個(gè)城市的110 988張街景影像數(shù)據(jù)，每張街景數(shù)據(jù)都有對(duì)應(yīng)的壓抑感評(píng)分結(jié)果。共計(jì)81 630位在線志愿者參與了評(píng)分。

表1展示了個(gè)體場(chǎng)景壓抑感和場(chǎng)景要素回歸分析的試驗(yàn)結(jié)果，列出了與個(gè)體壓抑感較相關(guān)的15類視覺(jué)要素，其中的***代表回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的P值小于0.001。通過(guò)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，天空(0.211 9)、墻體(0.143 1)、建筑(0.129 1)等視覺(jué)要素在可視域中的面積與個(gè)體壓抑感呈正相關(guān)關(guān)系；樹(shù)木(-0.336 8)、盆栽(-0.150 9)，草地(-0.131 7)等視覺(jué)要素在可視域中的面積與個(gè)體壓抑感有較顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

表1場(chǎng)景壓抑感和場(chǎng)景視覺(jué)要素關(guān)系的多重線性回歸分析結(jié)果

Tab.1Resultsofmultivariateregressionanalysisbetweensensesofdepressingandpresenceofvisualelements

視覺(jué)要素(visual elements)回歸系數(shù)β天空(sky)0.2119…墻體(wall)0.1431…建筑(building)0.1291…階梯(floor)0.1153…圍欄(fence)0.0985…橋(bridge)0.0828…土地(field)0.0696…??河流(river)-0.0345…汽車(car)-0.044…房屋(house)-0.0548…步行道(sidewalk)-0.0561…小徑(path)-0.0942…草地(grass)-0.1317…盆栽(plant)-0.1509…樹(shù)木(tree)-0.3368…

事實(shí)上，試驗(yàn)結(jié)果整體上與在環(huán)境心理學(xué)、生態(tài)景觀學(xué)等領(lǐng)域的理論相呼應(yīng)[35，39]?？梢曈蛑械木G色植被，如樹(shù)木、盆栽、草地等可以顯著地降低個(gè)體壓抑感。值得注意的是，人行道與小徑對(duì)壓抑感的降低也有一定的貢獻(xiàn)，這個(gè)結(jié)果與文獻(xiàn)[40]主張的街道設(shè)計(jì)理念相呼應(yīng)。而視野中汽車與小房屋的出現(xiàn)某種程度上增加了場(chǎng)景中的生機(jī)感，從而降低了壓抑感。另一方面，可視域中的墻體、建筑、階梯、圍欄等人造地物往往使得人們感到壓抑。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，如何建設(shè)人造地物來(lái)減少人造地物對(duì)個(gè)體情感感知的影響是一個(gè)需要城市設(shè)計(jì)等領(lǐng)域長(zhǎng)期關(guān)注的問(wèn)題；控制城市景觀中的人造地物和自然景觀的比例是構(gòu)建“可治愈環(huán)境(healing environment)”的關(guān)鍵要素。

圖1 大數(shù)據(jù)背景下的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架Fig.1 Framework of virtual geographic cognition experiment in big data era

圖2 MIT Place Pulse眾包數(shù)據(jù)采集平臺(tái)界面Fig.2 User interface of MIT Place Pulse data collection platform

圖3 試驗(yàn)框架：基于街景壓抑感評(píng)分和場(chǎng)景視覺(jué)要素分割的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)方法Fig.3 Cognitive experiment based on depressing score of street view image and scene semantic segmentation

在與個(gè)體壓抑感呈正相關(guān)的視覺(jué)要素中，天空在可視域中的比例呈現(xiàn)了最高的相關(guān)性。天空作為自然景觀的一部分，往往給人帶來(lái)開(kāi)闊而舒適的感受，相對(duì)而言，這個(gè)結(jié)論與直覺(jué)相違背。事實(shí)上，城市場(chǎng)景中大面積天空的出現(xiàn)的場(chǎng)景往往是高速公路和城際快速通道，這類場(chǎng)景伴隨著較少的植被和一定的人造地物，往往會(huì)使人感到壓抑。類似的，需要指出的另一個(gè)問(wèn)題是，場(chǎng)景的構(gòu)成受到了很多自然的約束，場(chǎng)景中各個(gè)視覺(jué)要素的出現(xiàn)以及可視域中的比例并不相互獨(dú)立，這使得試驗(yàn)在進(jìn)行回歸分析的過(guò)程中伴隨著解釋變量共線性的問(wèn)題。這一點(diǎn)需要在未來(lái)的研究中得到關(guān)注。

3 總結(jié)與討論

針對(duì)如何在數(shù)據(jù)密集型科學(xué)研究范式下開(kāi)展虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，本研究提出了大數(shù)據(jù)背景下的新一代虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架。傳統(tǒng)的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)參照心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等領(lǐng)域的試驗(yàn)方法，通過(guò)構(gòu)建虛擬環(huán)境，主動(dòng)地進(jìn)行上下文環(huán)境參數(shù)控制，進(jìn)而利用多次重復(fù)試驗(yàn)觀測(cè)個(gè)體的不同行為反應(yīng)。與此不同，新一代的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)將在環(huán)境心理學(xué)和認(rèn)知計(jì)算的理論支持下，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境的物理、社會(huì)空間作為一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，從對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境描述的大數(shù)據(jù)來(lái)獲得地學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的基本配置信息。與此同時(shí)，通過(guò)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)時(shí)記錄著的海量人類活動(dòng)行為大數(shù)據(jù)，來(lái)提取微觀個(gè)體、宏觀群體和空間、場(chǎng)所之間的相互影響模式，挖掘其在不同尺度上相互作用的機(jī)理，為系統(tǒng)地構(gòu)建地理知識(shí)工程提供方法支持。

與此同時(shí)，同樣需要在未來(lái)的研究中充分考慮利用大數(shù)據(jù)開(kāi)展虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的問(wèn)題。例如，大數(shù)據(jù)在采樣過(guò)程中帶來(lái)的有偏性、數(shù)據(jù)代表性、尺度依賴性、不確定性等問(wèn)題，在新一代的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中需要認(rèn)真對(duì)待。如何從多源異構(gòu)的、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的、局部與全局的大數(shù)據(jù)中構(gòu)建合理模型，來(lái)挖掘人機(jī)物三元空間的交互模式，是在未來(lái)開(kāi)展具體的研究中需要處理的具體問(wèn)題。

本文同樣介紹了在提出的虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架下的一項(xiàng)案例研究。研究為了探索個(gè)體情感與城市視覺(jué)環(huán)境的相關(guān)關(guān)系，通過(guò)分析十萬(wàn)張街景影像數(shù)據(jù)，以及來(lái)自于眾包的上百萬(wàn)次街景的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)影響個(gè)體對(duì)場(chǎng)景壓抑感的視覺(jué)要素進(jìn)行了挖掘和量化。事實(shí)上，如何在最大化城市街道功能的前提下進(jìn)行城市街道布局，來(lái)保持街道活力、提高居民慢行環(huán)境可出行性、提高視覺(jué)環(huán)境舒適度等是城市規(guī)劃和城市設(shè)計(jì)一直關(guān)心的問(wèn)題，本案例的研究結(jié)果可為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供一定的參考。

本研究的案例一定程度上支持了本文提出的大數(shù)據(jù)背景下虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)框架的合理性和有效性。案例利用海量個(gè)體情感數(shù)據(jù)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析模型對(duì)城市視覺(jué)環(huán)境影響個(gè)體的認(rèn)知問(wèn)題進(jìn)行了探索。事實(shí)上，大數(shù)據(jù)一方面可以從不同的視角、不同的尺度重訪和驗(yàn)證學(xué)科的先驗(yàn)知識(shí)；另一方面，基于數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)、復(fù)雜性理論的認(rèn)知計(jì)算技術(shù)將為地學(xué)大數(shù)據(jù)的處理提供更多的手段，對(duì)虛擬地理認(rèn)知實(shí)驗(yàn)提供更有力的方法支持，為人地關(guān)系的表達(dá)、建模、模擬等提供更高效的解決方案。

值得一提的是，本研究在針對(duì)“人地關(guān)系”的問(wèn)題上，強(qiáng)調(diào)的是理解個(gè)體、群體與實(shí)體空間之間的相互作用模式，如居民與城市環(huán)境之間的相互影響模式等。在未來(lái)的研究中，同樣需要關(guān)注個(gè)體與社會(huì)虛擬空間之間的交互。例如，不同城市環(huán)境背景下的居民在社交媒體網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知、情感和行為可能表現(xiàn)出一定的差異性，而虛擬社交媒體網(wǎng)絡(luò)空間的結(jié)構(gòu)、模式、格局同樣可能影響用戶在其實(shí)體城市環(huán)境的認(rèn)知、情感和行為。探索個(gè)體、群體與實(shí)體自然環(huán)境間和虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間的關(guān)系將進(jìn)一步幫助人們從更多的視角和更深的層次理解地理學(xué)中的“人地關(guān)系”。