時空GIS下的人類聚焦
——記武漢大學教授方志祥

關雅雪

方志祥

世界是什么樣子的？我們看到的一切，我們所思考的一切，都與地理空間有關。隨著云計算、大數據、物聯網、人工智能等技術日新月異地持續發展，空間信息技術本身，也在不斷借鑒、融合的基礎上不斷創新。在這一背景之下，時空GIS技術應運而生。

隨著社會進程的更替，以人為本的時空GIS逐漸成了大數據時代地理信息科學研究的前沿，并和人類社會的發展及經濟、文化、環境、資源等領域的諸多需求產生了密切聯系。而武漢大學方志祥教授多年來就將研究聚焦在這一領域中，在與人們生活息息相關的人群動態觀測與時空服務、車輛與行人視覺導航研究中不斷探索。通過科學研究將時空GIS技術深入到更多領域，做出了多項具有社會價值的科研成果。

機緣巧合入測繪

方志祥與測繪科學的結緣還要追溯到其高中畢業的那個夏天。因為一些特殊原因，與目標院校——武漢理工大學失之交臂的他，來到了焦作工學院測量工程系，陰差陽錯與測繪結緣。但不服輸的他，從入學的第一天起，就暗暗下定決心，一定要考碩士回到武漢。因此，作為亞洲最強的測繪院校之一的武漢測繪科技大學就成了他的奮斗目標。

功夫不負有心人，1999年方志祥以優異的成績順利考入武漢測繪科技大學（現武漢大學），并在這一期間對測量自動化、專題地理信息系統有了深入的理解和深刻的實踐。

至此，方志祥的科研奮斗之路仍未停歇。2002年，他順利進入李清泉教授的團隊攻讀博士研究生，并在李必軍老師的領導下，從事車載激光數據處理，提取建筑物進行三維建模的研究。在研究過程中，由于樹木、車輛、路燈等遮擋，激光掃描無法完整覆蓋建筑物的整個立面，對研究工作造成了很大挑戰。當初還沒有電子期刊數據庫，只能去圖書館翻閱書籍以及學術期刊，卻無從考究?！皼]有借鑒，就只能自己創新了?！狈街鞠檎f。通過不斷攻關，他們在融合測量數據處理、計算機圖形學等知識基礎上，設計并實驗了一些數據過濾方法，實現了建筑物平面特征點提取，與李必軍老師聯合完成并將成果“從激光掃描數據中進行建筑物特征提取研究”發表在《武漢大學學報·信息科學版》上，這也成了方志祥的第一篇學報級學術論文，并在后來得到了眾多領域學者的引用。

創新開拓孜孜不倦

方志祥的人生理想一直是與科學研究緊密相連的。2005年7月，他以優異的表現，正式留在了測繪遙感信息工程國家重點實驗室當助教，開始了筑夢科研路的新階段。

從學生正式轉變為一名大學教師和科研人，起初方志祥對自己的研究方向感到十分迷茫。在一次契機之下，他有幸結識了來自美國田納西大學的蕭世教授，在國家留學基金委博士后項目的資助下，來到了美國田納西大學進行研究交流。在那里，他接觸到了武漢大學所不具備的外文資料環境，那段時間，他“瘋狂”地閱讀文獻著作，不僅擴大了其科研知識面，更提升了其知識結構中尋找創新點的能力，為他后續的科研工作打下了堅實的理論基礎。在此之后，他又于2015年2月—2016年2月再次前往田納西大學進行研究交流，這兩次的科研之旅，均成了方志祥科研成長的見證。

自2008年從美國訪學回來之后，方志祥就一直從事行人導航的研究。但是以往的研究基礎都是從GIS技術的角度來做，主要注重地圖的查詢與表達，忽略了如何充分利用人自主的空間認知能力，比如視覺空間感知?；谶@個考慮，方志祥開始了行人視覺導航關鍵技術研究。

12年來，他帶領一批又一批的研究生刻苦攻關，創建了基于地標顯著性認知的行人視覺導航理論與方法，構建了行人視覺導航“認知-表達-定位-規劃-評估”的完整技術鏈條。在這項技術的支撐下，他們積極展開與企業合作應用，以企業為主體重點支撐了蘇州博物館等智慧博物館建設以及數字文化遺產信息平臺運營；實現了古樹名木、生態林管護、森林防火、森林病蟲防治、應急維穩等為一體的護林巡山多功能的視覺導航和核查，在浙江省80余個縣市區統一推廣使用。2018年，其主持的研究項目“復雜室內外環境空間感知的行人視覺導航關鍵技術與應用”順利獲得了湖北省科技進步獎二等獎。

打破傳統地理信息系統的研究限制，實現創新性科研突破，一直是方志祥努力的方向。在他的介紹下，記者了解到：傳統測繪地理信息重點關注地理，缺乏與人相關的地理信息表達模型與分析方法；傳統城市人群活動獲取主要依賴人口普查、交通調查等，盡管數據可靠，但存在周期長、費用高、人工強度大等問題，難以捕捉高時間分辨率、全空間覆蓋的城市人群活動動態，難以有效支撐高動態情景下城市功能提升、基礎設施優化、交通運營組織優化、公共安全應急等智慧城市應用。基于之前的研究基礎，在國家自然科學基金重點項目等項目資助下，方志祥團隊與中科院地理所裴韜團隊、深圳先進研究院尹凌團隊等一起順利完成了“大數據支持下的城市人群出行活動探測與時空服務關鍵技術”項目。

在這一項目中，他們針對海量多源、多維空間、多時空分辨率的出行大數據時空建模與分析難點，創建了以人為中心的時空GIS理論與可視化分析方法，克服了傳統G I S在“物理-虛擬”集成空間下人群活動建模與分析技術的不足，實現了GIS從地理環境表達到人群活動時空分析的技術跨越。

針對不規則與稀疏采樣多源出行大數據的城市出行活動探測難點，他們構建了時空軌跡重構下的城市出行活動空間變化動態定量觀測方法，創建了軌跡大數據支持下的城市人群活動識別-功能發現-承載體時空動態的全流程探測方法，突破了復雜城市環境中人群活動探測及其承載體時變特性定量觀測等技術難點。研究成果不僅有助于剖析城市病的人群活動要素，還對城市精細化與智能“管、控、服”應用具有重要意義。在他們的不斷努力下，這一項目順利獲得了2019年高等學?？茖W研究優秀成果獎科學技術獎二等獎。

“作為工科背景的專業，我們科研的目的是要推動社會技術進步?！狈街鞠檎f。多年來，他們在車載導航電子地圖及其軟件系統（2002—2007）、視覺導航技術和時空軌跡大數據分析技術等方面的科研成果相繼申請了21項專利，目前已經授權10余項，并成功與全國十多家企業展開合作，提升了人們的出行品質、改善了生活環境、提高了精細化時空響應的“管、控、服”能力。

一往無前的科學研究路

“不知道自己下一步要做什么，才是我最慌張的?！狈街鞠榻栌檬捠澜淌诘脑捜绱苏f。十多年的科研人生路上，他也曾經歷了無數的挫折與壓力，而這些經歷也讓他真正體會到了“堅持”的意義和價值。

如今作為博士生導師，方志祥也想將自己的人生及科研經驗，傳授給更多的學生們。在方志祥看來，研究生階段，學生們初接觸科學研究，最需要的就是明確自己要做什么的能力，這個能力的培養，需要學會綜合取舍，能夠自己去修剪枝葉，留下樹干。通過飽讀文獻，跟蹤技術發展，明確什么是未來的前沿方向。除此之外，他還希望學生們無論是對科研還是生活都要有夢想，將每一次的挫折和打擊，當做自我修正的完美機會，要始終相信堅持的意義和能量。

因為喜歡，所以樂此不疲。如今，方志祥主持的國家自然科學基金面上項目以及參與的2項國家重點研發計劃項目也在有條不紊地進行當中。對于未來的規劃，方志祥坦言還將把自己的科研方向放在智能導航與精準服務中。在智能導航研究中，他還將圍繞行人、(無人)車輛、(無人)船舶、飛機等，重點做好地理空間中的導航信息與人的空間認知能力間無縫對接，達到智能化感知、敏捷地理解現實與恰當反應等狀態。在精準服務研究中，圍繞人群的時空需求，重點做好人群動態感知、資源配置優化、空間組織決策等方面工作，努力達到可持續、友好型的人群生存環境。研究之路任重而道遠，方志祥早已準備就緒。