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1、第六章 地理学研究方法 第一节 地理科学的方法论 第二节 一般科学方法 第三节 地理科学研究方法 第一节 地理科学的方法论 一 地理科学方法论评析 一 例外主义与逻辑实证主义 例外主义认为地理学的方法论区别于一般的科学方 法论 是研究区域的个性差异 而不是共性 逻辑实证主义认为一切科学都必须遵从统一的方法 论 即经过观察 实验来验证 建立法则和理论 强调理论标准的明晰性 简单性 普遍性 精确性 和可预测性 地理学研究对象的复杂性所决定 不可能像物理 数学 化学那样发现定律 法则 衍生具体技术 在探求各种地理规律的同时 要特别重视现实的 具体的区域研究 二 人本主义 结构主义与后现代主义 人本主
2、义认为人对环境或空间的感知受人的主观世界的 影响 地理科学应该把研究的主题对象放在主观的经验 世界上 提出 行为环境 行为 认知环境 等新 的学术概念 反对逻辑实证主义的追求规律 法则的共 性研究 结构主义认为事物的表象由事物的内在联系决定 把历 史唯物主义 阶级分析的观点应用于地理科学研究 为 现代地理科学研究提供一个新的视角 后现代主义强调事物多元的 个性的 随机的特性 一 定程度揭示了事物的本来面貌 对生态多样性 文化多 样性 环境多样性 景观多样性 思维多样性等现代意 识的形成有促进和保护作用 三 大科学思维的一元地理观与多元方法论 现代地理科学应该是统一的 统一是科学体系和研究总目标
3、的统一 而不是具体分支 学科和知识集合的统一 必须承认研究无机环境 生物环境 人类社会在方法论 上存在差别 把地理学方法划为物理学方法 生物学方 法 人文科学方法 都是行不通的 也是不科学的 自然地理学必须重视社会人文对环境的影响的研究 人 文地理必须重视环境对社会经济影响的研究 但不意味 人文地理学与自然地理学方法论与认识路线的完全划一 二 现代地理科学方法论的新思维 整体思想 反馈思想 等级层次思想 自组织理论 非线性理论 群体事物的统计决定论思想 第二节 一般科学方法 一 科学思维方法 1 归纳法 一般是从事实到 概念 从观察到总结 从 局部到整体 换句话说 就是根据全部事实确定规 律性
4、 2 演绎法 演绎法是从概念 到事实 从总体到局部 从总括到观察 即预想的 概念经过验证而得出结论 地理学在论述描述时代 即古代地理学和 近代地理学阶段多用归纳法 到现代地 理学阶段应用演绎法逐渐增加 从而结 论的严密性 预测性也随之增强 二 科学研究的一般过程 课题设想 调查分析 课题论证 实践 研究 假说没想 检验验证 理论法则 调查 分析 课题 设想 实验 研究 验证 检验 理论 法则 假说 设想 课题 论证 理论 思维 实践 第三节 地理科学的研究方法 一 传统地理学方法 一 地图方法 地图是地理思想的表现手段 地图是地理学家分析问题的手段 现代地图制作与表现方法的新发展 二 地理调查
5、 地理调查的意义 现代地理科学中地理调查的新发展 地理调查的基本方式 野外考察 访问调查 意向调查 史籍调查 数据统计调查 计划制定工作 结论 综合分析 整理 野外调查 野外工作准备 内业整理阶段 野外工作阶段 准备 阶段 地理调查的一般过程 二 地理学的现代研究手段 一 遥感 RS remote sensing 地理学中的遥感是指通过传感器接受地表物 体的电磁波揭示其性质及变化动态的技术 遥感构成 遥感对象 传感器 电磁波 遥 感平台 信息处理与分析系统 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 12 遥感的工作流程 遥感技术应用领域 区域地质调查与研究 生态环境遥感调查与研究
6、矿产资源遥感调查与研究 根据2002年8月6日环境遥感卫星MODIS数据 淮河中下游地区水情遥感监测图 大兴安岭地区森林火灾遥感监测图 根据2002年8月26日环境遥感卫星MODIS数据 二 地理信息系统 GIS Geographic Information System 地理信息系统是处理地理信息的系统 地理信息是指 直接或间接与地球上的空间位置有关的信息 又常称 为空间信息 地理信息系统是为某种目标而建立 在 计算机硬软件设备支持下 对有关空间数据按地理坐 标或空间位置进行预处理 输入 存贮 查询检索 运算 分析 显示 更新和提供应用的技术系统 地理信息系统的构成 地理要素的编码输入 数据
7、的管理和检索 数据处理分析 数据 的传输和显示 GIS的应用系统由五个主要部分构成 即硬件 软件 数据 人员和方法 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 18 GIS的组成 GIS发展简史 地理信息系统萌芽于上世纪的60年代 1962年 加拿 大的Roger F Tomlinson提出利用数字计算机处理和分 析大量的土地利用地图数据 并建议加拿大土地调查局 建立加拿大地理信息系统 CGIS 以实现专题地图的 叠加 面积量算 自然资源的管理和规划等 与此同时 美国的Duane F Marble在美国西北大学研究利用数 字计算机研制数据处理软件系统 以支持大规模城市交 通研究 并提
8、出建立地理信息系统的思想 70年代是地理信息系统走向实用的发展期 美国 加拿大 英国 西德 瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了 大量人力 物力和财力 到1972年CGIS全面投入运行与 使用 成为世界上第一个运行型的地理信息系统 在此 期间美国地质调查局发展了50多个地理信息系统 用于 获取和处理地质 地理 地形和水资源信息 1974年日 本国土地理院开始建立数字国土信息系统 存储 处理 和检索测量数据 航空像片信息 行政区划 土地利用 地形地质等信息 瑞典在中央 区域和城市三级建立 了许多信息系统 如土地测量信息系统 斯德哥尔摩地 理信息系统 城市规划信息系统等 但由于当时的GIS 系统多
9、数运行在小型机上 涉及的计算机软硬件 外部 设备及GIS软件本身的价格都相当昂贵 限制了GIS的应 用范围 80年代是GIS的推广应用阶段 由于计算机技术的飞 速发展 在性能大幅度提高的同时 价格迅速下降 特别是工作站和个人计算机的出现与完善 使GIS的 应用领域与范围不断扩大 GIS与卫星遥感技术相结 合 开始用于全球性问题的研究 如全球变化和全球 监测 全球沙漠化 全球可居住区评价 厄尔尼诺现 象及酸雨 核扩散及核废料等 从土地利用 城市规 划等宏观管理应用 深入到各个领域解决工程问题 如环境与资源评价 工程选址 设施管理 紧急事件 响应等 在这一时期 出现了一大批代表性的GIS软 件 如
10、ARC INFO GENAMAP SPANS MAPINPO ERDAS等 其中ARC INFO已经愈来愈 多地为世界各国地质调查部门所采用 并在区域地质 调查 区域矿产资源与环境评价 矿产资源与矿权管 理中发挥越来越重要作用 90年代后为GIS的用户时代 随着地理信息产业的建立 和数字化信息产品在全世界的普及 GIS成为了一个产 业 投入使用的GIS系统 每2 3年就翻一番 GIS市 场的增长也很快 目前 GIS的应用在走向区域化和全 球化的同时 己渗透到各行各业 涉及千家万户 成为 人们生产 生活 学习和工作中不可缺少的工具和助手 与此同时 GIS也从单机 二维 封闭向开放 网络 包括We
11、b GIS 多维的方向发展 三 全球定位系统 GPS Global Positioning System 全球定位系统泛指利用卫星技术 实施提供全球性定位服务的技 术 GPS发展背景 1957年世界上第一颗人造卫星发射成功后 利用 卫星导航定位的研究提到了议事日程 1973年12月 美国陆 海 空三军继 海军导航卫星系统 简称 NNSS 1958年开 始研制 1964年正式运行 后 开始联合研制新一代空间卫星导 航定位系统 历时20多年 耗资300亿美元 其目的主要是为陆 海 空三大领域提供实时 全天候和全球性的导航服务 并用 于情报收集 核爆监测和应急通讯等军事目的 是美国独霸全球 战略的重
12、要组成部分 GPS的工作原理 GPS是目前世界公认最先进 的被动式卫星导航定位系统 即卫星全天时 地发射包含自身三维速度 三维坐标和准确 时间等信息的导航电文 设在代定点上的接 收机通过接受导航电文进行测时 测距 利 用空间后方距离交会技术反算出代定点的三 维速度和三维坐标 实现导航定位的目的 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 25 GPS的定位原理 GPS的组成部分 空间部分 由分布在6个轨道面上的24颗卫星组成 21 颗工作卫星和三颗备用卫星 卫星上安置了精确的原 子钟 发射和接受系统等装置 地面控制部分 由主控站 负责管理 协调整个地面系 统的工作 注入站 即地面天线
13、 在主控站的控制下 向卫星注入导航电文和其他命令 监测站 数据自动 收集中心 和通讯辅助系统 数据传输 组成 用户装置部分 由天线 接收机 微处理机和输入输出 设备组成 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 27 GPS设备 SA和AS技术及对策 美国为了维护其军事利益和国家安全 分别对GPS实施了AS和SA 技术 AS Anti Spoofing 技术也叫反电子欺骗技术 他是一种 GPS保护技术 是为了防止敌方和黑客对GPS信息的破坏和干扰 以及防止非授权用户 民用用户 使用精密导航信息 军用码 SA Selective Availability 技术即选择可用技术 是通过在
14、非 精密导航信息 民用码 里人为地加入高频干扰信号和降低卫星 星历精度 从而降低了普通用户的定位精度 使民用单点定位误 差达到100米 SA政策是影响民用定位精度的主要原因 为了应对美国SA政策 提高定位精度 世界各国纷纷采用差分技 术 即利用多台接收机同时接受同一颗卫星信号 采用一次或多 次求差的方法 抵消同一颗卫星的各种人为干扰误差和大气误差 从而提高定位精度 在此基础上又发展了的广域差分 实时差 分等定位技术 有效的减弱了SA和AS政策的影响 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 29 GPS的运用 3S集成与数字地球 数字地球 这一概念是美国副总统戈尔于1998年1月3
15、1日在加利福 尼亚科学中心所作的关于 数字地球 认识21世纪我们这颗星 球 演讲中首次提出的 数字地球 不仅仅是一个有关地球数据的综合信息系统 而且是 站在知识经济的高度 从更高层次 用系统的观点来组合与运用 已有的和正在发展的理论和技术建立起来的一个信息化的地球 实现 将世界放在掌中 信息就在手头 的理想 数字地球推动了 3S 技术向着更深更广的领域发展 3S 技术成 为数字地球的核心技术和基础技术之一 四 地理实验与地理模拟 地理实验 通过各种不同探测手段 追踪和 了解地理过程的规律 将地理过程人为地以 不同方式再现 通过实验对比分析 找出其 地理规律 其特点是大面积同时定点综合实 验 区
16、别于一般的化学 物理实验 地理模拟是地理实验的一种形式 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 39地理实验工作框图 人工调控试验 实验运用 实验方案设计 对能流 物流及 地表过程观察 找出问题的原因 实际或理论问题 适宜模型建立 模型建立 空间尺度转换 区域分析与区域运用 五 数学方法 第二次世界大战以后开始引进地理学研究 地理学利用它们来解释地理现象及其变化 用定量指标来表达地理结构 提高了地理学 研究的严谨性 系统性和精确度 并由此产 生了地理数量方法 用数学方法和电子计算机技术进行地理学研 究的领域 是地理学的方法之一 又称数量 地理学 曾称计量地理学 1 地理数量方法简史 地理数量方法发轫于20世纪30年代 1930年 日本村田贞藏和吉村信吉应用统计方法和 普阿松分布探讨居民点人口与农田面积的关系和居民 点类型 1933年德国W 克里斯塔勒和1939年美国M 杰弗逊分 别应用数量指标研究城市地理问题 此后 一些常用 的统计特征数开始用于分析地理问题 1955年美籍挪威学者W L 加里森在美国华盛顿大学地理 系举办地理研究中应用数理统计方法的研究班 培养了 一批地
