现代地理学

浅谈GIS在现代地理学中的应用1.背景地理学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用与关系及其时空规律的科学。现代地理学不仅包括自然地理学和人文地理学，也涵盖了地理信息科学;在发展中它不仅加强了本学科内部的综合性，同时也与相关学科积极渗透与融合。目前，现代地理学研究的前沿重点是区域格局与动态过程及驱动力，全球变化与区域响应方面的理论创新，区域资源开发与生态环境保护及人地关系协调的应用创新，以3S为主体地球信息科学技术创新，由此而推动现代地理学快速发展。随着科学技术的进步和社会经济的发展，地理学不断扩大和深化其研究领域，在理论、方法和技术上都取得了前所未有的进展。在现代地理学发展中，其研究在基础理论和应用实践上都取得了显著成绩，并得到广泛应用和普及。现代地理学是继承和发展了近代地理学综合性、区域性的观念，形成一个涵盖了自然地理学、人文地理学和地理信息科学，包含众多分支学科的大学科体系。地理学在地域分异和区域系统、地表自然过程的综合研究，人地关系与区域发展，地理信息系统的建立和应用等多方面不断取得新的成就。地理科学在新的发展形势下，被赋予全新的内涵，它跨越一系列自然科学与社会科学，将全球尺度与区域尺度相融合，但要实现跨学科的综合集成也面临着新的挑战。这是需要众多地理学家努力研究和不断实践来完成的。为此，分析现代地理学研究趋势、明确地理研究的前沿问题，对我国地理研究发展有十分重要的意义。研究对象本身的复杂性及系统性决定了现代地理学从其产生之日起便需要广泛吸取其他学科的理论、方法和技术。多学科的交叉研究是现代地理学活力之源，因此，以交叉学科思想为出发点，拓展现代地理学的研究方法是现代地理学持续发展的重要保证。同样对于GIS来说，作为信息化社会的重要成员之一，GIS联系着地理空间和社会空间，是未来城市地理学研究的信息主要来源之一，也是现代地理学的主要分析工具之一和新的研究方法的技术支持之一。而GIS的建设需要相应领域学科理论的支撑，引导方向，才能更好地避免或减少信息基础设施的重复建设，充分利用信息资源。2.现代地理学的现状及特点2.1现代地理学的现状及存在的问题现代地理学是同科技社会或信息社会相适应的地理学发展的最新阶段，是现代科学技术革命的产物，以人类居住的地球表层，包括自然地理系统、生态系统和人类社会系统所组成的开放复杂巨系统为研究对象。第二次世界大战之后，科学技术进步及战后城市建设、经济发展、生产力布局等社会经济发展的需要，促进了地理学与其他学科的交叉，于是在理论建树和研究方法上都有所提高，使地理学跨入了现代地理学的发展阶段。但依然存在许多问题：(1)理论建树薄弱，缺乏创新意识。(2)各分支学科的发展很不平衡，偏重自然而忽视对人文过程的研究。(3)高新观测技术和信息处理技术应用不够普及，实地观测、获取第一手数据的能力有待提高。(4)现代地理学尚未建立对人地相互作用系统进行系统描述和分析的有效方法。(5)在研究思路、主要关注的问题、研究手段和方法、专门人才知识结构，以及社会对地理学的作用的认识等方面还有明显的差距。(6)专门研究人才的知识结构无法适应解决交叉性科学问题的客观要求，研究水平参差不齐，存在一定的低水平重复现象。2.2现代地理学的特点(1)强调地理学的统一性。20世纪60年代以后，面对全球性的人口剧增、资源危机、环境污染、城市化，以及区域开发等一系列问题，都不是任何部门地理学能单独承担的课题。地理学自身的发展和实践的需要，都要求它加强一体化，充分发挥地理学固有的综合性特点。(2)理论化和数量化。从20世纪50年代起，系统论、控制论和信息论等综合性科学方法论的兴起，对地理现象的解释由单纯的类型归纳，过渡到理论演绎、实验反馈和模式化的方法以及采用定性和定量相结合的方法，对纷繁复杂的地表机理进行确定性研究。(3)行为化和生态化。20世纪60年代行为科学的出现及其随后的大发展，让地理决策和预测更符合实际情况，从而使地理学研究行为化；随着全球问题的出现，地理学研究又逐步形成生态化的趋势。随着科学技术的进步，地理学将是一门在理论化和数量化基础上，进一步综合化、生态化、社会化的理论与应用并举的两栖科学。并且针对以往的研究基础，发展的优势与不足，现代地理学发展，应该打破长期以来形成的局面，有利于地理学与其他学科进行渗透、交叉，吸收各学科之长及新的理论与方法，从系统的角度研究人类对环境变化的影响、适应性、调控与改造，以及人地关系地域系统研究方法论等。在相互协作和渗透中，地理学还可以找出它的新的生长点。3.GIS在现代地理学中的应用思路现代地理学乃至整个地理学在人们的心目中一直难以摆脱“描述性”的色彩，而一门学科的效用最终表现在它对某些规律的把握，并且显示出较为准确的预测性。但模式的建立与规律的把握又依赖于定量化的数学方法，由于地理现象的复杂性和不确定性以及时空特异性，普通的定量化方法往往难以表达、模拟地理过程。因此，地理学的研究急需一个概念表达、数据分析和理论综合的平台。GIS的发展成熟即为此提供了一个契机。GIS是地理信息的载体，它“以处理与地理空间有关的信息为特长，以综合处理地理信息为方向，具有解决复杂问题的强大信息处理能力，是解决人文地理传统研究方法缺陷的有效工具。从以下几个方面具体探讨GIS在时间地理学中的应用途径。3.1数据获取方法的改进①时间地理学研究的空间尺度较小而比例尺较大，高空间分辨率的遥感影像1米空间分辨率的IKONOS卫星影象)可为这种研究提供详细的、现势性强的地理背景资料。②基于GIS的数据采集系统，以电子地图和遥感影像底图，GPS提供实时定位。其应用如居民日常生活行为调查，在GIS的支持下，居民活动的路径、时间和方式等内容就可以直接在GIS中标示记录。借助GIS还可以发现调查数据之间的矛盾和不实之处，剔除无效数据。③对于大学生或网民这样的特殊群体，还可以在GIS的支持下通过互联网采集数据，缘于网络的虚拟性，采集到的数据可能更真实。3.2时空表达形式的改进“随着GIS技术的发展，时空棱镜应用中一些关键问题，如数据操作与表达，可以有效地得到解决。GIS准确描述环境中出行特征的能力使之非常适合于时空棱镜的建立”。面向对象方法亦能很好地表达时间地理学中的三个制约条件。对象是一个抽象的概念，它可以表示客观世界中的一切实体，如一个人、一个家庭、一条街道、一所学校等等，而这些实体之间的相互作用与相互制约关系就表现为对象之间的相互作用与相互制约关系。制约都是相互的，它可作为同一个要素表示在主动与被动的双方对象中。在这一概念框架内，人的能力制约与物的权威制约可以一并表达为对象的属性值域，组合制约可以表达为多个对象在同一事件中的并发性规则或排斥性规则。例如某种高消费娱乐设施的收费标准与居民的可自由支配经济收入就是具有相同意义的可比较属性，该属性对于前者是权威制约，对于后者是能力制约，将“设施”对象与“人”对象的该属性作比较运算，就可以查询出哪些人能够自主利用这一设施。又如人作为一个对象时，可以定义他的行为规则、行为方式、其他事件对他的作用和他所做的事件对其他对象的影响。3.3数据处理方法的改进“在GIS的空间分析功能基础上，结合现代地理自身研究方向，构建新的智能化空间分析、推理模型是现代地理研究在采用新技术、定量化、精细化发展的必由之路”。对于现代地理学，一方面，“利用计算机的巨大存储能力表现多元化社会中多样化的生活方式和个性化的社会群体单元，能避免将人的活动平均化，缩小个人活动特殊性”；另一方面，在GIS平台上已开发了许多功能模块，如考虑空间自相关的数理统计方法、交通网络分析方法等等，空间数据挖掘技术也开始进入应用，这些都为现代地理学提供了丰富的研究手段。此外，还可以应用基于GIS的虚拟现实技术，把路径的概念放在具体的社会背景下，动态模拟时空模型过程，这作为观察数据的一个独特视角，能激发人的灵感。4.小结GIS作为建模工具的最大优越性是它可以在抽象与具体、定性与定量之间灵活的移动。GIS出现后，对现代地理学以前的那种认识“地图难以表现空间填充过程”的看法就应该改变了，GIS支持下的地图已能很好的表现空间动态过程。但这个还不够：①现代地理学与地理信息系统的结合还缺乏一个完善的接口，这需要跨学科的合作。现代地理学研究者要注意了解GIS的方法与原理，关注GIS的进展；反之GIS的研究者也要了解对方的需求，熟悉它的专业思路，为自己的成果寻求应用的市场。②要充分认识到地理学研究对象的复杂性与不确定性，不能过于理想的用简单的几个因素及其数量关系表达、模拟地理过程，因此，只有充分把握研究客体，并在正确的地理思想方法的指导下，数量化、模型化才有意义。