DOI:10.11821/dlxb201401010 修订日期：2013-10-21 1 引言 随着地理学研究的深入，其研究关注点正经历着从静态格局到动态过程的发展[1]，包括面向动态过程的理论方法[1，2]、地理数据模型设计[3-5]、地理过程模拟[6]及表达分析[7]等。与此同时，地理学语言也经历了从地图(空间表达)到地理信息系统(空间表达+空间分析)再到虚拟地理环境(空间表达+空间分析+空间模拟)的发展[8]。 虚拟地理环境自2001年被提出以来，国内外学者在虚拟地理环境的理论、概念、框架结构及系统设计、软件实现、分布协同等方面，做了大量的研究工作，不断推进这一研究方向的发展。在理论方法层面，林珲等讨论了虚拟地理环境的结构[9，10]，重点阐述了虚拟地理环境的概念、基本方法和关键技术，并指出虚拟地理环境突破了地理信息系统以数据管理及共享为核心的框架，实现了以数据库和模型库为双核心的知识共享，进而形成新知识的生成环境[11]；刘锐等讨论了协同虚拟地理环境理论与框架[12]；在以往研究基础上，龚建华等进一步阐述了虚拟地理环境研究进展与理论框架[13]；闾国年从现代地理学研究与发展前沿需求出发，探讨了可支持地理分析与模拟的虚拟地理环境的框架、结构与功能[14]等。在系统实现层面，胡明远等讨论了三维虚拟地理环境与建模[15]；陈旻等阐述了面向虚拟地理环境的多源异构数据集成及概念建模方法[16-17]；Paris等研究了虚拟地理环境的多重语义信息，用于导航和检索[18]；Mekni等基于虚拟地理环境，面向多智能体系统，设计了层次路径规划方法[19]；Wen等提出了基于云平台共享的开放式虚拟地理环境模型共享框架[20]。可见，在理论方法和系统实践方面，虚拟地理环境作为面向动态地理环境和过程的研究手段越来越得到认可和发展。 虽然虚拟地理环境发展了“双核概念”(即数据库和模型库)以支持动态地理过程的研究和表达，但是地理过程研究的多尺度特性及尺度适宜性还有待进一步研究。首先，地理过程是地理环境得以形成与发展的动力，其表现为发生于各大圈层之间的过程以及过程之间的相互作用，即不同地理过程间的“叠加”效应[21-22]；同时，发生在不同尺度上的地理过程也会相互作用，如高层次过程对低层次过程的制约作用，以及低层次系统为高层次系统提供机制和解释[23]。其次，地理格局和过程在不同尺度上的表现也不尽相同，这导致了数据、模型方法和决策管理等也存在尺度依赖性，例如吴大千等研究了黄河三角洲植被指数与一系列地形要素间的尺度依赖关系[24]；李军等围绕地理数据讨论了数据的适宜尺度问题[25]；Goodchild等讨论了实验数据与模型的匹配问题，指出实验数据与模型的不匹配可能给模拟结果带来偏差，而这一偏差可能并非由模型模拟能力带来的[26]；Cash等讨论了环境过程与决策管理的尺度匹配性问题，如政府管理以及相关的社会活动，并不与生态系统或是地形等尺度完全一致，如果这些不匹配问题没有得到有效处理，那么决策管理很难产生实效[27]。第三，虚拟地理环境框架中子环境模块，即数据环境、模型环境、表达环境和协同环境，都涉及到多尺度问题[28]，例如多尺度地理数据(全球、区域等)、多圈层模型、多模式表达与感知等[13]。所以，考虑到地理过程自身及虚拟地理环境结构的尺度依赖性，如何在适宜的尺度，采用尺度适宜的数据、模型、表达等开展研究和应用，成为虚拟地理环境构建及运行的关键问题。本文将以地理学语言的演变为主线来讨论尺度概念；面向虚拟地理环境的研究和应用，讨论尺度适宜性问题，并结合案例加以说明，这对于虚拟地理环境的发展将起到推动作用。 2 尺度概念随地理学语言演变的变化过程 为讨论尺度适宜性，需要对尺度概念有清晰的认识；在此基础上，依据地理学语言从地图到地理信息系统再到虚拟地理环境的发展，详细分析尺度概念的演变与发展。 2.1 尺度概念的定义 地理学中的尺度效应研究自20世纪30年代就已经开始[29]，随着“可变区域单位问题”(MAUP:Modifiable Areal Unit Problem)[30]的提出，尺度成为地理学研究中的重要因素。地理学研究不断发展，尺度概念也不断丰富，从最基本的地图比例尺到时空尺度、观察尺度、语义尺度等。但由于不同学科的差异，尺度概念会有不同的理解和定义。例如Goodchild等讨论了地理数据和表达的尺度含义；孟斌等讨论了尺度的相关概念；Wu等分析了尺度概念的维度、类别等，并梳理了它们之间的联系；Crawford等分析了尺度的含义；Schulze等面向应用分析了尺度概念[26，31-34]。在上述研究基础上，参考Wu等对尺度概念的定义框架[35]，下面对尺度概念进行了丰富和补充，即维度中语义维度的加入和尺度类别的梳理。 Scale=S(dimension，kind，component) 其中，维度(dimension)指时间、空间、等级层次及语义维度；类别(kind)包括观察尺度、测量尺度、操作尺度、过程尺度四个方面；组成因素(component)包括分辨率(粒度)、范围、窗口(zone window)、采样间隔、制图比例尺等。 上述三个参数共同定义了尺度的概念，其中维度是进行尺度研究时需要考虑的角度，包括有明确认识的时间维和空间维，以及等级层次维度，指拥有不同过程速率并相互作用的地理实体的方向性排序而形成的不同层次[35]，和语义维度，即通过概念和属性蕴含的语义形成的等级组织，说明地理现象和实体是什么，具有什么样的性质特征[36]。表1中列出了尺度类别的概念，并备注了类似的概念以便于理解。组成因素是实际研究和应用中可操作的，而尺度维度和类别是如何确定组成因素的指导。 2.2 尺度概念的演变过程 高俊院士讨论了地图的语言功能[39]，林珲等讨论了地理学语言的演变，即传统地图、地理信息系统及虚拟地理环境[40]，表明三者关系上后者包含前者，但又各有侧重，进而详细分析了虚拟地理环境的地理学语言特征[41]。下面将基于这个侧重点的不同，来讨论尺度概念的演变。
