中图分类号：P91文献标识号:A文章编号:1001-8166(2000)06-0679-05 进入90年代以来，地理科学研究方法论的一个重要进展是数量地理学迅速向全新的地理计算学发展。对于这一发展，英国里兹大学著名地理学家Rees等[1]提供将其它定义为：应用计算技术求解地理问题的理论、方法和过程。Rees认为，地理计算的历史与计算机在科学研究中的引进和应用一样悠久，至少可以追溯到50年代末、60年代初（即地理学中的“计量革命”初期）标准主计算机(standard main-framecomputer)可被应用开始，就有了科学意义上的地理计算。只是由于受当时计算机的内存和中央处理器的运算速度的限制，面对现实地理世界的特殊规模和复杂性，当时的地理计算仅仅应用了统计的或是其他数学的方法，而这些方法早在计算机应用之前就已经存在。60年代以后，由于标量计算机(scalarcomputer)运算速度的不断提高、并行计算结构的应用，极大地提高了计算机求解地理问题的能力，推动了数量地理学向地理计算学的发展。 1 Geocomputation的词义解析 从构词来看，Geocomputation由前缀"Geo"和主词"Computation"组合而成，前者指地理计算要做什么，后者则指如何去做。但"Geo"是指“地理”、“地质”或是泛指“地学”，甚难作出定论，但可以数量地理学80年代以来发展的几个重要事件得到一些较为确切的启示。1983年，随着GIS技术在地理学中应用的不断扩展，Dobson[2]首次提出了“自动地理学”(Automated Geography)，并将其定义为“描述空间性质，解释地理现象，求解地理问题的计算方法和计算技术的合理与成功应用”；90年代初，在著名理论与数量地理学家Wilson教授领衔的英国里兹大学地理学院成立了全球第一个地理计算中心(TheCenter of Computational Geography)，正式启用了计算地学的词语[3.4]；1994年，Openshwa[5]在应用人文地理学(Applied Human Geography)的基础上，综合提出了计算人文地理学(Computational Human Geography)的概念和研究议程；1996年，里兹大学召开了第一次国际地理计算大会，并正式定名为"Geocomputation96"，或许这是“地理计算”全成新词语的第一次出现，会议组织者将会议的宗旨和新词语应用定义为“利用不断发展中的高性能计算机和计算方法，对各种求解地理问题的研究努力进行聚合”[1]1998年，在"Geocomputation98"的会议公告中，则作了进一步定义，“地理计算学代表了计算机科学、地理学、地信息学(Geomatics)、信息科学、数学和统计学的聚合和趋同”[6]。看来，Geo-computation的前缀"Geo"更多的是地理的意义而不一定是泛指意义上的“地学”概念。历次会议的组织者和与会者，如美国的Goodchild、O'Kelly，英国的Batty、Openshaw、Rees，奥地利的Fischer等都是当今最负盛名的理论和数量地理学家，他们把握了Geocomputation的发展主流地理计算的地理学色彩更加明显。 在科学意义上讲，"Comprtation"这个词可有两层意义，广义上泛指利用计算工具（计算机）。因此，任何类型的分析，无论其是定量化分析或其它形式的分析，如果以计算机为工具，都可以被描述为“计算的”(computational)。地理计算即是这种凭借计算机工具对地理学问题进行定量或非定量分析的抽象概括和综合研究。狭义上讲，计算指的是一组具体有序的“计数”(counting)、“计算”(calculating)，“估算”(reckoning)或“估计”(estimating)等所有产生量化分析结果的操作运算，是一种自建设模至获取求解结果这一过程中模型运行的手段。因此，地理计算的内涵可定义为对地理学时间与空间问题所进行的基于计算机的定量化分析。 计算所描述的任何模型，无论其是广义或是狭义上的，都包含有特殊的运算对象(即运算域operand)和运算算子(operator)集合而成的某种数学表达式。对于以时空演变为特征的地理现象，其运算涉及到的运算域和算子都可以是空间的或是非空间的。空间与非空间的运算域，与运算算子所包容的空间态与非空间态相互配合与依存，构成整个地地理计算的对象与方法体系[7]。如空间运算域，可以是几何的影像地图、体积或形状；也可能是拓扑的图、单纯复形。而空间算子，可以是经典的几何变换（平移、旋转、反射、比例等），也可以是拓扑变换（伸缩、挠曲、卷迭等）。它们的组合，体现在地理模型的类型与结构上，地理计算的模型将涉及到细胞自动机、分形、形状语法(shape grammars)，渗流(percolation)、L—系统，以及其它一些包含有递归模式生成的模型；而在技术方法上将体现在地理影像的几何变换、拓扑变换、地理主题的虚拟现实表现，以及包含了基本空间算子的所有基于GIS的方法。所有这些，正如Tur-ton 和 Openshaw所说，对大多数地理学家来说，很多还不太熟悉，但正是它们，构成了作为计算机科学、地理学、地信息学、信息科学、数学、统计学聚合与趋同而成的地理计算的根本。 2 高性能计算——地理计算的基础 高性能计算(High-Performance Computing)是利用基于向量或并行处理器为基础的超级计算机硬件对大容量资料，对需要进行实时分析与控制的系统，对那些复杂而又不能用其他手段来处理的现实世界（包括地理的时间、空间世界）所实施的计算。到20世纪末，超级计算机的容量与运算速度有可能是地理学60年代“计量革命”时期所用计算机的10[9]倍，是70年代初期“数学模型革命”时期的10[8]倍；比80年代中期“GIS革命”时期高10[6]倍，比基于Pentium处理器的工作站快10[3]倍，有可能比90年代初、中期以拥有521个并行处理器的Cray T3D为代表的第一代超级计算机快10[2]～10[3]倍[3]。正是以这种高性能为基础，地理环境中具有全球性或大区域性的、空演变特征的地理现象（数值天气预报、全球气候变化、GIS和RS图像解译等）模拟才有可能真正实现，原有的一些受计算机条件限制而难以模拟的模型得以完善、改进和运行，进而开始探索地理环境新的认知、新的概念。基于高性能计算的模拟成为创新、认知的工具；高性能计算成为理论、实验具有同样重要性的科学工具[3]，在或是理论模型复杂，甚至尚未建立，或是因费用昂贵，而使实验无法进行的情况下，高性能计算成为求解问题的唯一有效手段。
