本文作者张晓祥，博士，河海大学地球科学与工程学院副教授，河海大学地理信息科学与工程研究所副所长，河海大学X-GIS研究组博客博主，主要从事GIS与专业模型的集成、水利行业数据模型、遥感与GIS的资源环境应用研究。
之前转载过一篇文章《空间分析的三个传统：从三份讣告谈起》，这篇文章是三份讣告之一。
从GIS-20到GIS-21: 地理信息系统的工程化趋势
过去20年，地理信息系统(GIS)最开始是在我国规划、国土等领域作为办公自动化工具进行推广，在这些部门由于需要大量的电子出图因而蕴含了庞大的应用需求，之后GIS作为行业信息化和空间数据基础设施建设的重要技术手段，获得国家的逐步重视与大量投入，也取得了巨大的成就。GIS前期投入巨大，发展初期可能也走了不少弯路，今天在数据资产逐渐丰富和专业人才大量储备的今天，如何发挥这些数据资产的优势，真正服务于各行各业的应用需求是我们一直在考虑的问题。
有识之士包括奥地利维也纳理工学院Andrew Frank教授(Frank and Raubal, 2001)强调了GIS教育要从的工程化趋势，巴西空间研究院院长Gilberto Câmara(2008a)认为GIS的工程化这是Andrew Frank教授重要学术贡献，Gilberto Câmara(2008b)进一步认为GIS要从20世纪(GIS-20)的地理信息科学(GI Sience)走向21世纪(GIS-21)的地理信息工程(GI Enineering)。作为地理信息系统乃至空间分析本身，蕴含着也是一个工程化的趋势，以解决实际问题、为客户创造价值为己任。Gilberto Câmara(2008a, 2008b)做了一个绝妙的类比，他认为地理信息科学与化学(Chemistry)、物理学(Physics)、计算机科学(Computer Science)一样都是学科的理论储备，这些学科在理论准备阶段不会为客户创造附加值，只有从化学发展到化学工程(Chemical Engineering)、从物理学发展到电子工程(Electrical Engineering)、从计算机科学发展到计算机工程(Computer Engineering)才会发挥原来的学科理论储备的价值。他坚定地同意Frank and Raubal(2001)的观点，认为GIS已经到了转折点，那就是从20世纪的地理信息科学(GI Sience)发展到21世纪的地理信息工程(GI Enineering)。
GIS的工程化应该说正在贯穿于GIS的整个产业链体系。目前数据获取(GIS与遥感、GPS的一体化数据采集)、数据管理(矢量、栅格、DEM等数据模型及其一体化数据管理技术Geodatabase)、地学传感器网络(GSN/VGI等信息采集)、数据输出与可视化(非关系型数据库NoSQL和大数据策略)等等方面，基本上都已经实现了GIS的工程化应用。特别是2000年以来，我们这个行业的飞快发展跟这种工程化的GIS发展趋势有着巨大的关系，因为支持这些工程化技术的数据、设备、软件我们中国都能大量地进口，如高精度卫星遥感数据、天宝的GPS、Leica的航摄遥感飞机和ESRI等软件，另外在巨大的需求面前，我们国产的数据、设备和软件也获得非常大的应用市场。类似于我国建立的基础设施(全国的高速公路网络和高速铁路网络)一样，我们在地理信息领域也基本建成了空间数据基础设施——CSDI,这是一个巨大的成就,为后续GIS的深入应用打下了坚实的基础。
在信息化起步阶段和信息化成熟阶段，关注的重点应该是不一样的。在起步阶段，我们会不顾一切求发展，但在成熟阶段，我们应该注重管理效能的提升。在上述GIS的整个产业链的工程化发展趋向中，我们会特别重视“硬”的实物，忽视“软”的的管理。我们过去老是强调地理信息系统(GIS)与管理信息系统(MIS)在是否有空间特性上的不同之处，但是却忽视GIS与MIS在管理上更多的相同之处。如何利用GIS做好设施、资源的管理，提升整个社会的运行效能，是我们未来应该格外重视的问题。我们国家经济发展很快，但是社会运行不畅造成的损失和浪费却极其惊人。举例来说，我国的交通道路建设投入巨大，但是交通堵塞非常严重;我们的大中城市教育、医疗资源富余闲置，小城市和农村的教育、医疗资源稀缺;商业连锁发展迅速，但是因为选址不科学带来的浪费惊人。凡此种种，这是都是需要靠作出合理决策、提升管理效能才能解决问题。GIS是一个复杂的系统，如何提高这个系统在工程上与管理上的效率，如何定量地对这个系统进行分析、优化与设计，提高GIS的运行效率和效益，为客户创造价值。过去，解决这类问题，因为基础资料和数据的欠缺，限制了这些管理功能的发挥，但是今天在GIS空间数据库越来越完善的今天，如何发挥这些数据资产的效益，进行更深入的空间分析与决策则成为下一阶段GIS发展的重要趋势。
Charles S. ReVelle教授就是这样一位为客户创建价值的专家，他开创了空间分析的工程学传统。
Charles S. ReVelle的学术贡献
Charles S. ReVelle(发音为ruh-VEL)教授是国际知名的区位论(Location Science)与空间优化(Spatial Optimization)专家，生于1938年，卒于2005年。ReVelle教授最早是学化工的，后来对位置分析(Location Analysis)领域发生兴趣，并于1967年获得美国康奈尔大学(Cornell University)博士学位，之后留在康奈尔大学任教至1971年。他博士论文的工作是针对国际疾病防治问题，讨论如何进行最佳的药物和资源配置，这个工作成功地应用于在发展中国家中间如何实现抗结核的药物和资源的最佳分配。1971年后，他来到盛誉卓著的美国约翰·霍普金斯大学地理学与环境工程系担任教授(http://engineering.jhu.edu/~dogee/)，他的同事中包括写出《地理学的解释(1969)》等许多著作的大卫·哈维(David Harvey)教授(http://davidharvey.org/)以及现美国卡耐基·梅陇大学校长的Jared Cohon教授(http://www.cmu.edu/about/leadership/president/)等杰出人物。
ReVelle教授的研究论文不但数量多、质量高，而且论文的多样性、影响力同样极为卓著，可以说是一个百科全书似的专家。整个职业生涯，他出版了超过200篇论文和专著，其中独著或协作完成了9部书。他的研究主题非常广泛，覆盖从优化粮食存储到建模环境的广泛领域。其中他研究最多的是“位置和交通网络分析(Location and Transportation Network Analysis)”，达106篇，其它研究论文的主题包括自然保护区设计、森林管理科学、水资源、人口建模、流行病建模、粮食模型、军备控制等许多领域……，这些论文发表在数十种国际一流的期刊上，其中在著名地理学期刊《Geographical Analysis》、《Environment and Planning》(EPA)、《Environment and Planning B：planning and design》(EPB)等期刊上的论文超过20篇，更多的发表在运筹学、交通、水资源、公共卫生等著名期刊上。
比较有影响的论文包括：1974年，ReVelle教授与他的研究生Richard Church(后来UCSB地理系主任、教授)合作发表了一篇“最大覆盖位置问题”(maximal covering location problem，MCLP)，这是一篇历史上引用率极高的论文(SCI引用已经超过1000次，非常传奇的文献!)。1984年，他与学生John Current和同事Jared Cohon合作的论文开创了最短路径覆盖模型。这篇论文开辟了一个新的方向，就是位置(location)和路径(path)被合并来进行交通系统以及服务系统设计的应用。Wright, Revelle,Cohon(1983)也是一篇在土地获取建模方面有突破性的论文，那篇论文被认为是优化土地资源保护的经典。
Church, R.& ReVelle, C.(1974). The maximization covering problem. Papers of Regional Science Assosiation,32,101-118.
Current, J., ReVelle, C., Cohon, J.(1984). The Shortest Covering Path Problem: An Application of Locational Constraints to Network Design. Journal of Regional Science 24, 161-185.
Wright, J., Revelle, C., Cohon, J.(1983). A multiobjective integer programming model for the land acquisition problem. Regional Science and Urban Economics, 1983, 13(1),31-53.
ReVelle教授的工作对环境政策有着广泛的影响，他开创性地利用数学模型帮助确定水库、污水处理厂、自然保护区、配电站以及各类应急服务设施的最理想的选址，并确定最佳规模，比较有影响的一个研究案例发生在20世纪70年代，ReVelle的模型被用来帮助美国巴尔的摩市(Baltimore)科学地作出关闭冗余消防局的决定。在工程优化领域，他的空间优化算法还成功地应用于交通和电网的有效选线。
ReVelle教授研究视野开阔，他与合作者一起甚至大胆地将优化模型应用于历史问题研究，成功地应用于古罗马帝国的军事分布分析。另外，在战略层面，ReVelle博士成功地将优化模型应用于现代核军备控制问题。在可持续发展与自然保护方面，他开发了数学模型用于实现森林物种保护与林木砍伐的生态效益和经济效益的平衡。
ReVelle教授曾经任管理科学杂志的副主编。在1996年，他因为他的位置分析领域的研究获得INFORMS的终生成就奖(美国运筹学和管理科学研究协会INFORMS，http://meetings2.informs.org/phoenix2012/), 1998年他获得
David E. Boyce区域科学奖。2006年在其逝世后，获得北美区域科学学会(NRASC)的Walter Isard终生成就奖(http://www.narsc.org/newsite/?page_id=30)。
ReVelle的学术传人
ReVelle教授的科研合作以及对博士生的培养值得大书特书，他是一位非常好的导师和合作者，跟他合作的人后来绝大部分都取得了非凡的成就。ReVelle教授非常愿意与同行和学生合作，他先后与工程学、数学、地理学、经济学、管理学的专家一起合作发表论文，前后合作的论文作者超过100名。
在同行合作上，ReVelle教授有很多合作者，他先后跟荷兰鹿特丹大学(Erasmus University Rotterdam,EUR)的经济地理学家Kenneth Rosing以及约翰·霍普金斯大学的数学家Jack Elzinga分别合作发表了13篇和7篇论文。ReVelle教授最重要的合作者是他在地理与环境工程系的同事Jared Cohon教授，他们在一起合作了30篇论文，Jared Cohon教授在约翰·霍普金斯大学与ReVelle共事了19年，并任过约翰·霍普金斯大学工学院院长以及学校的科研副校长，后Jared Cohon教授转到美国耶鲁大学任教，1997年至今为美国著名大学卡耐基·梅陇大学的第8任校长,先后当选为美国国家工程院院士(National Academy of Engineering)和美国人文与科学院院士(AAAS)(http://www.cmu.edu/about/leadership/president/biography.shtml)。
ReVelle教授本人以及与他的博士生合作完成的著作(部分)
1.ReVelle, C., E. Whitlach, and J. Wright. (2004). Civil and Environmental Systems Engineering Second Edition. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
2.ReVelle, C. (1999). Optimizing Reservoir Resources: Including a New Model of Reservoir Reliability. Hoboken, NJ: Wiley.
3.ReVelle, C., and A. McGarity co-editors, (1997). Design and Operation of Civil and Environmental Engineering Systems. Hoboken, NJ: Wiley.
在博士生培养上，从1971开始2005年逝世，在30多年的时间里，ReVelle教授在约翰·霍普金斯大学一共培养了33名博士。这些学生中包括很多学界出类拔萃的学者：在工学院任教的Justin Williams(约翰·霍普金斯大学JHU教授),Earl Whitlatch(俄亥俄州立大学工学院教授)、Jeffrey Wright(原普度大学工学院教授，后任加州大学Merced分校工学院院长)、Arthur McGarity(Swarthmore College教授，工学院全美很王牌)、Vladimir Marianov(智利天主教大学电子工程学教授)等;在商学院和公共政策学院任教的John Current(俄亥俄州立大学OSU商学院教授), David Schilling(俄亥俄州立大学OSU商学院教授),Daniel Serra(西班牙巴塞罗那UPF大学教授)、David Eaton(得克萨斯大学奥斯汀分校UT Austin公共政策教授)等;在地理系任教的Richard Church(美国加州大学圣芭芭拉大学UCSB地理系教授，1984-1988年任系主任),Samuel Ratick(原波士顿大学Boston教授，后任克拉克大学Clark地理系教授)等等。一个教授的学生如此厉害，如此跨界真的非常不多见，ReVelle是少见的多栖人物。
我们无意评价也难以评价ReVelle及其学生在工学院、商学院、公共政策研究方面的贡献，我们只简单介绍，我们后文重点将集中介绍ReVelle和他的弟子在地理系特别是在空间决策与优化领域的贡献。
空间优化的学术传承
在地理界，Charles ReVelle教授的影响主要是通过他带过的博士生来进行传承，比较有影响的就是他的Richard Church。Richard Church教授生于1947年，1974年博士毕业于美国约翰·霍普金斯大学地理与环境工程系，师从ReVelle教授做空间优化(Spatial Optimization)研究。1974年至1980年在田纳西大学任教。1980年，被当时著名地理学家David Simonette教授挖到UCSB任地理系教授，1984-1988年任UCSB地理系主任，后任美国国家地理信息分析中心(NCGIA)车辆智能与交通分析实验室(VITAL)主任，主要从事运筹学、GIS、决策论和启发式搜索技术在交通、定位、环境资源等方面的应用研究，现为UCSB特级(above-scale)教授，2011年起任UCSB文理学院从事创新研究的数学、生命科学、物理科学跨学科研究机构(MLPS)的副主任(Associate Dean of MLPS, UCSB)。发表论文和研究报告接近200篇，他是区位论、交通地理信息系统、环境资源决策领域的国际知名学者。他的个人主页是：http://www.geog.ucsb.edu/people/faculty/richard-church.html
1974年，Richard Church初出茅庐，即与导师Charles ReVelle教授合作完成了一篇极为经典的论文，非常经典地解决了“最大覆盖位置问题”(maximal covering location problem，MCLP)，这是一篇单篇SCI引用超1000次的传奇论文。【Church, R.& ReVelle, C.(1974). The maximization covering problem. Papers of Regional Science Assosiation,32,101-118.】Richard Church年少成名，后来到UCSB很快任终身教授、系主任，学术生涯也培养了十多位博士，他的学生之中最出名的就是Alan Murray，作为Church告别学术生涯的扛鼎之作，Alan Murray与其导师Richard Church合著了有关GIS与空间优化的两部书(1部2009年已出版，1部2013年出版)。
Alan Murray教授，生于1967年，1995年在Richard Church指导下获得UCSB地理系博士学位，博士毕业10年之内即晋升为美国俄亥俄州立大学(OSU)地理系正教授、城市与区域分析中心主任，2002-2008任地理学理论刊物《Geographical Analysis》主编。2008年Alan被美国科学院院士Luc Anselin教授挖到美国亚利桑那州立大学(ASU)地理学院任教授，现为GeoDA空间分析与计算中心教授，并任ASU工学院工业工程系兼任教授。他可能是美国GIS与空间分析领域50岁以下学者中发表论文最多的人，主要研究领域为空间分析与空间优化，近年论文平均20篇/年，他几乎在所有的GIS与地理学主要刊物上都发表过论文，是美国GIS界的Paper Machine，非常聪明睿智的一位学者，也非常有个性的一位学者，深得导师Richard Church教授喜欢。
Church教授和Alan Murray教授以及再传弟子等合作完成的著作
1、2013 R.L. Church and A.T. Murray. Location Covering Models: History, Applications, and
Advancements (under contract with Springer).【本书2013年即将出版，由Church和Murray合作】
2、2009 R.L. Church and A.T. Murray. Business Site Selection, Location Analysis and GIS (New York: Wiley).
3、2007 A.T. Murray and T.H. Grubesic (editors). Critical Infrastructure: Reliability and Vulnerability (Berlin: Springer).
2012年10月，美国运筹学和管理科学研究协会INFORMS在美国亚利桑那州菲尼克斯举行年会
Richard Church(左)和Alan Murray(右)每年都会在INFORMS上举行空间优化的专场汇报会(博主摄)
Alan Murray在2010年的北美区域科学年会(NARSC)上做报告
有责任的学者都有作为学术传承和社会服务的义务，在空间优化领域，Richard Church和Alan Murray都选择了坚守与传承，除了出版两本专著(Church and Murray, 2009;Church and Murray, 2013)传播ReVelle的衣钵以外，他们还特别注意培养人才培养，他们两位培养的博士生很多在北美地理界获得了教职。为团结同道众人，特别注意组织空间优化领域的学术会议。他们主要组织的会议有:
(1) Richard Church和Alan Murray每年都会在美国运筹学和管理科学研究协会(INFORMS)年会上举行空间优化的专场汇报会(http://meetings2.informs.org/phoenix2012/)，早年两个学会合并组建的学会。
(2) 每年的北美区域科学年会(NARSC)上都会组织相应的为位置与空间建模(Location and Spatial Modeling)的专场报告会(http://www.narsc.org/newsite/)，这是从1956年就开始举办的国际会议。
(3)每三年一次的国际位置决策研讨会(ISOLDE),2012年ISOLDE XII在日本举行，这是从1978年就开始举行的国际学术会议，在日本为第12届，http://www.ms.nanzan-u.ac.jp/uor/isolde/index.html。
前排坐者左数第四为Richard Church教授，前排坐者右数第二位为Alan Murray教授(2012.7 日本，ISOLDE XII)。(照片来自网络:http://www.ms.nanzan-u.ac.jp/uor/isolde/index.html)
作为学术责任的一部分，2005年Charles ReVelle教授过世以后，Richard Church教授和Alan Murray教授分别在《Geographical Analysis》杂志和《Socio-Economic Planning Sciences》杂志组织了专刊，来几年这位解除的科学家，也是学科领军人物。具体信息如下：
【1】ReVelle教授纪念专刊1：发表在《Socio-Economic Planning Sciences》杂志，总共7篇纪念论文
专刊名：The contributions of Charles S. Revelle(Charles S. Revelle的贡献)
客座主编：Timothy C. Matisziw, Alan T. Murray and Jeffrey P. Osleeb
出版信息：Volume 43, Issue 2, Pages 89-140 (June 2009)
网页链接： http://www.sciencedirect.com/science/journal/00380121/43/2
【2】ReVelle教授纪念专刊2：发表在《Geographical Analysis》杂志，总共8篇纪念论文
专刊名：In Honor of and in Memory of Charles S. ReVelle(表彰与怀念Charles S. Revelle)
客座主编：Mark S. Daskin, John R. Current, and Richard L. Church
出版信息：Volume 41, Issue 1，Pages 1–126(January 2009)
网页链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gean.2009.41.issue-1/issuetoc
运筹学与GIS
1.从2012年诺贝尔经济学奖说起：一个运筹学的诺贝尔奖
2012年美国运筹学和管理科学研究协会(INFORMS)年会于2012年10月13日至17日在美国亚利桑拉州的菲尼克斯会展中心举办。会议举办当中的10月15日，2012年诺贝尔经济学奖揭晓，得主为运筹学专家Alvin E. Roth教授和Lloyd S. Shapley教授。获奖理由是“稳定分配理论和市场设计实践(for the theory of stable allocations and the practice of market design)”。正在召开的INFORMS会议以最快速度写了一篇文章“An Operations Research Nobel(一个运筹学的诺贝尔奖)?”
运筹学专家王军强博士在<科学网>上写了一篇文章《运筹学研究也能出诺贝尔奖》,介绍2012年的诺贝尔经济学奖的获奖成果,他认为此次获奖不仅是经济学的顺利，更是博弈论、运筹学或者工业工程的顺利，也是INFORMS学会的顺利,因为这两位学者都是业内著名的运筹学专家，INFORMS曾授予两人重要的成就奖项。
王军强博士进一步认为，当今世界，诸如制度的设计、政策的制定、资源的分配、结构的调整、政府和个人的博弈、公平保障、公共卫生、重大项目上马等等无不是运筹学或者工业工程所涉及的领域。实际上，运筹学的诞生于70年前的1942年，正式的学术交流活动则肇始于1952年的美国运筹学会的成立。
2. 运筹学的历史与现状
运筹学(Operation Research，OR)的创始人是美国物理学家Philip M. Morse(1903-1985)，他在美国被尊称为运筹学之父，他于1929年获得普林斯顿大学物理学博士，1931-1969年期间在美国MIT任教，二战期间为美国海军工作，创立了海军的运筹学小组，并成功地提高了军队的战斗力。他因此在战后的1946年获得你美国总统功勋奖章，1952年，他创立美国运筹学会(ORSA)并任创会主席，另外他还帮助组织了第一届国际运筹学会议以及创建了国际运筹学会联合会(IFORS)。1951年战后他重返MIT任教，他一人兼任三种角色，既是物理学教授，1953年他与Herman Feshbach合写了他们的名著《Methods of Theoretical Physics》。由于意识到数字计算机的巨大威力，他创立了MIT的计算机中心，并担任该中心主任直到1967年。他还创建了MIT运筹学中心，并开始培养运筹学博士生。 Morse教授后因其多个领域的重大成就先后当选美国科学院院士和美国工程院院士。
Morse和Kimball(1951)定义“运筹学是给行政管理部门提供的一种量化的科学方法，以便在它们的控制下作出有关管理运行的决策”。60年来，包括数据、模型和决策在内的运筹学方法论也获得飞速发展。目前，在西方国家，运筹学属于工业工程(Industrial Engineering)专业的一个研究方向，我国清华大学等高校也于近年建立了工业工程专业。这个专业培养的学生需要系统学习数学规划、优化算法、系统仿真、随机过程、马尔可夫链和马尔可夫决策过程、排队论、存储论、决策分析、博弈论等系列理论与方法。
在学术会议组织方面，目前世界上该领域最有影响的学术会议为美国运筹学和管理科学研究协会(INFORMS)，INFORMS是由美国运筹学会(ORSA)和美国管理学会(TIMS)于1995年合并而成，是全世界公认的运筹学(OR)、管理科学(MS)和商业分析领域最具影响力的专业学会，致力于提高系统运作的效率和效益，并做出更好的管理决策，为促进、推动运筹学和管理学的学术交流、学科发展、人才培养做出了杰出贡献，本领域全球最顶级的学术期刊《OR》、《MS》均出自INFORMS。
Morse, P.M., Kimball, G.E.,1951. Methods of Operations Research. John Wiley, New York.
Morse, P.M., 1958. Queues, Inventories and Maintenance. John Wiley, New York.
Morse, P.M., 1968. Library Effectiveness: a system approach. MIT Press, Cambridge, MA.
Morse, P.M., 1977. In at the beginnings: a physicist’s life. MIT Press, Cambridge, MA.
Little, J.D.C., 2002. Philip M. Morse and the beginnings. Operations Research 50,146-148.
3. 加入空间约束的运筹学
在我读书的武汉大学和南京大学，GIS及相关专业的本科课程都开设了运筹学课程，我记得在武汉大学遥感院是郑肇葆教授开课，在南京大学地理系是都金康教授开课，两位老师都教得非常认真、也非常好。这说明我们的GIS前辈在制定学生教学计划时都意识到这门学科的重要性。但是一个非常重要的问题是，这些运筹学的基础知识后面很多年我们在实际工作中甚少碰到，那就是说，运筹学理论和方法的讲授跟GIS的实际需要之间有很大的脱节。
因此，迫切需要有人能够将运筹学与GIS紧密联系起来，以Charles ReVelle教授、Richard Church教授、Alan Murray教授三代学人的持续努力让这个冷门的研究方向逐步走向成熟。他们创造性地将空间约束引入经典的运筹学模型组建联合方程，统一求解，取得了非常意想不到的效果。Richard Church教授、Alan Murray教授在各自的博士论文研究以后后续的研究生涯中都坚持空间优化的研究方向，传承了非常有特色的一个空间分析研究分支，2009年他们Richard Church教授、Alan Murray教授《Business Site Selection, Location Analysis and GIS》一书，2013年，他们两位还将出版一部专著，总结这一研究领域的经典研究成果。
空间优化的学科内涵
1. 计量革命与空间优化
空间优化实际上与地理学有着千丝万缕的联系，在经典的经济地理学研究中，von Thunen地租关系理论(农业区位论)、Weber的耗费最小化(工业区位论)，Christaller and Losch的中心地理论等是经典的基础地理学理论,这些区位论研究迫切需要空间优化，以解释和理解地理格局，并设定最佳位置。空间优化建立在丰富的学科传统和现实意义基础上，1959年，William Garrison首次在文献中讨论了空间优化，建构了明确的优化问题，这个研究基本上与早期运筹学发展同步。1950-1960年代的地理学计量革命中的先驱如William Garrison, Peter Haggett, Richard Chorley, Alan Wilson, William Bunge, Brian Berry, Peter Gould, Waldo Tobler, Richard Morrill, Duane Marble, Reginald Golledge, and Gerard Rushton等都广泛应用空间优化方法，另外诸如David Harvey, Allen Scott, Eric Sheppard, and Kevin Cox等当代杰出的人本主义地理学、新马克思主义地理学、后现代地理学等思潮的学界先锋人物，他们在早期科学生涯中也经常使用空间优化(Tong and Murray,2012)。
地理学中的空间优化研究来源于实际应用的需求，随着GIS的发展和扩散获得越来越大的空间，目前空间优化已经成了GIS的重要功能。我们这里讨论范围限制为明确的地理背景(explicit geographic contexts)的空间问题，这种明确的地理背景有着空间限制(space constraints)。
2. 空间优化的应用领域
空间决策是GIS应用的重要目标。Malczewski(1999)出版了《GIS and Multicriteria Decision Analysis(GIS与多准则决策分析)》一书，其中，将空间决策分空间多属性决策与空间多目标决策。实际上，多属性决策现在通过软件求解基本上就可以完成，如ArcGIS等GIS软件可以完成数据的叠加处理，其背后的原理是地图代数(Map Algebra)方法。但是，多目标决策特别是加上空间限制的多目标决策对于当前的GIS软件则几乎无法求解。这种加上空间约束的多目标决策方法通常可以认为是空间优化。
空间优化与数学和工程很类似，空间优化问题包括三个组成部分：目标、所要作出的决策、限制条件。这三者在某种程度上有时混杂在一起，或明确或隐含地反映感兴趣的地理问题，具体求解可以采用精确解或近似解。研究目标通常与问题的背景相关，需要满足一定的限制条件，如要确保费用最小或收益最大等。各类应用问题的目标通常以一个或多个目标函数来表达。决策变量与决策本身密切相关，需要根据实际问题，确定参加求解的决策变量。
空间优化是地理学的一个重要分支，对于交通建模、位置建模(Location Modeling)、商业地理学、医学地理学、政治地理学、学区划分、土地利用规划、城市规划、经济社会发展规划等有着重要应用价值。
3. 空间约束：空间关系与空间属性
空间约束实际上把空间关系和空间属性作为限制条件加入原有的优化方程，以共同组成方程组求解。Tong and Murray(2012)总结了空间优化的约束条件，包括四种空间属性约束和四种空间关系约束。其中，空间属性约束包括:空间距离约束(distance)、空间形状约束(shape)、空间分区约束(districts)、空间格局约束(pattern);空间关系约束包括：空间邻接性约束(adjacency)、空间连通性约束(connectivity)、空间包含性约束(containment)、空间相交性约束(intersection)。这些空间约束依赖于空间对象直接的分割与组合，特别是跟空间尺度密切相关。
具体各类约束的常见应用如下：
[A] 空间距离约束(distance): 服务设施或服务中心的选址，距离灵敏性选址(如离污染物要有一定距离)。
[B] 空间形状约束(shape)：对于相同面积的几何图形，圆的周长最小。如廊道建设需要距离最短，但是覆盖面积最大，可用于土地利用规划、自然保护区设计、服务区评价。
[C] 空间分区约束(districts)：学区划分、选取划分、统计单元划分。
[D] 空间格局约束(pattern)： 设施分散选址、居民地格局设置、特殊设施(核电站、化工厂、垃圾站)的选址、自然保护区、救助设施选址。
[E]空间邻接性约束(adjacency):特许连锁经营网点分析、城市增长建模、森林资源管理、自然保护设计、土地利用规划、城市形态模拟、犯罪位置分析、野生动物管理。
[F]空间连通性约束(connectivity):交通网络规划、土地利用规划、自然保护区设计、安保监控设施、逃生风险分析等。
[G]空间包含性约束(containment):应急设施选址、卫生服务保障、地下水监测网设计、储备库选址、警报器选址(warning siren sitting)、应急医疗服务规划、警察巡逻区域划分。
[H]、空间相交性约束(intersection):救援服务保障、加油站选址、自然保护区设计、安保监控、交通流量评估、紧急医疗服务保障等。
4. 如何求解空间优化问题
优化问题的建模并不是一个简单的工作，尤其是在空间背景下的建模更为困难。这些建模有些情况下是一种艺术，需要技巧与创造力(church and murray, 2009)。Armstrong(2000)认为地理模型本质上需要大量计算，这对于空间优化来说特别正确。现在，数据的精度越来越高，空间数据也越来越大，未来在大数据背景下如何动态实时求解是一个巨大的挑战。未来的空间数据表达问题是一个关键，高效的数据表达是空间优化的基础，可以大大减低空间优化的难度。
空间优化并不总能得到精确解，有时候近似解也是可以接受的，启发式算法(heuristics)在空间优化领域有着广泛的应用。对于一些问题，可以限制条件有多种，空间优化问题本身可能更为复杂。
在空间优化问题的求解方面，当前的GIS软件还很难达到实用，但是也有不少软件开发用来进行空间优化，如ESRI的ArcLogistics 10扩展模块(http://www.esri.com/software/arclogistics-10)，但是空间优化问题因为本身的复杂性和多样性，与GIS的集成还有很大的难度。
5.GIS与空间优化的未来
实际上在各行各业，优化问题随处可见。我们国家目前走的是外延式的粗犷型发展道路，但是我们最终肯定会走内涵式的精致型发展道路。未来的发展需要向管理要效益，杜绝"跑冒滴漏",这样一样可以创造价值。我们经常习惯了“挣来的钱才是钱”，而意识不到“省下的钱也是钱(A penny saved is a penny earned)”。
随着国外Google、Yahoo、Microsoft、ESRI以及我国天地图等空间数据API的开放，大数据时代，未来数据瓶颈会逐渐消失。目前，在美国有不少咨询企业如麦肯锡等从事空间选址研究，相信我国未来也会有很多小的创业型公司将会不断涌现，专门专注GIS的细分市场，从事GIS咨询增值业务。空间优化与GIS的集成作为一个可以省钱的方向，相信应该有着比较广阔的未来。
这里我们也应该缅怀Charles S. ReVelle教授这样的天才，他的筚路蓝缕、独具创见开辟了一个新的方向，也开创了空间分析的工程学传统。（文|张晓祥）
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