论地理科学的理论研究与新技术手段，本文主要内容关键词为：理论研究论文,新技术论文,手段论文,地理论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提 要 本文在论述现代地理科学发展特点的基础上，讨论了加强地理科学理论研究和将理论研究的成果运用于社会主义建设的迫切性及有关的若干问题。本文指出，钱学森教授倡导的地理系统学说是地理科学理论研究的基础，从定性到定量的综合集成法是分析地理系统行之有效的方法。并强调GIS技术和地理系统分析相结合。
关键词 现代地理科学 地理系统 地理建设 GIS
现代地理科学发展的主要特点，一是综合性，二是实践性。21世纪的地理科学将是一门在数量化和理论化基础上进一步综合化、生态化和社会化，理论与应用并举的科学，将发展成为一门具有坚实的基础理论、应用理论和应用技术的科学。为此，应按钱学森教授所倡导的系统科学思想，建立地球表层学[1]，加强地理科学的理论研究，并为解决当今世界所面临的人口增长、资源短缺、环境恶化和区域发展等问题作出贡献。
1 加强地理科学的理论研究
地理科学是复杂的科学体系。随着地理学分支学科的迅速发展，切实加强综合，研究社会经济的整体优化和持续发展问题，构建新的学科体系——地球表层学，是非常重要和迫切的问题。社会实践表明，一个地区的发展规则及区域治理，需要综合考虑自然、人文、社会、经济发展和技术进步等各种因素。要构建具有中国特色的现代地理科学体系，关键就是从整体上解决长期以来地理科学部门分割的局面，形成一门高度综合的能指导国家制定宏观规划且具有理论基础和技术支持的科学体系，使地理科学成为自然科学和社会科学的桥梁，发挥其它学科不能替代的作用。钱学森教授倡导建立地理科学体系的出发点正在于此。地理科学基础理论薄弱，运用兄弟学科最新理论和方法不够，已使其在解决实际问题时受到极大限制，因此对加强地理科学的基础理论建设、强调新技术方法的应用以及加强地理理论的哲学思考，应给予充分重视。我们应该围绕地学的重点领域及前沿课题，从不同方向如人地关系空间系统、人地关系能量系统、环境演化变迁、区域发展规划和优化模式等方面，发展地理科学的基础理论，为国际地理科学的发展，作出我们应有的贡献。
加强地理科学的理论研究，首先要对人地关系有一个全面的认识[2]。人地关系地域系统是地理学研究的核心，也是地理学理论研究的一项工作。地理环境是人类赖以生存的物质基础和空间场所，它制约着人类活动的深度、广度和速度。地理环境对于社会和人的影响是一个变量，随着生产力的发展，人类认识、利用和改造地理环境的能力将发生变化，人和地就会产生新的关系。地理学研究人地关系是以地域为基础，研究人地关系地域系统的结构和机制，重视它的空间变化和时间变化关系，探求系统内各要素的相互作用及系统整体行为与调控机理，从空间结构、时间过程、组织序变、整体效应、协同互补等方面去认识和寻求全球的、全国的或区域的人地关系的整体优化、综合平衡及有效调控的机理。可以预言，21世纪地理科学中人文地理学的比重将会增大，地理学研究中重视人的趋势将会加强。在众多的研究课题中，人地关系地域系统的形成过程、结构特征、发展趋向和优化调控的研究，将是涉及面最广的理论和应用意义最为重大的主题。
其次，要正确的认识人地关系，必须要有系统思维，建立地理系统是一个开放的复杂巨系统的理论[3,4]。这是地理学理论建设关键所在。地理系统是指地球表面的岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类相互作用的物质、能量、信息运动系统。它与周围环境有物质、能量和信息的交换，它是多要素多级别的系统，因而具有“开放”、“复杂”、“巨系统”三个特征。通常各级地理系统所对应的就是各级地理区，因此多层次结构是地理系统的第四个特征。这些特征是地理科学理论研究的基础。例如在经济地理学研究中发现，一些发达国家随着经济的发展，将一些劳动密集型产业，转移到亚洲“四小龙”，现在亚洲“四小龙”又向东南亚发展中国家转移，最后要向中国大陆找出路。所以中国的社会主义建设，必须考虑国际的影响。从开放、复杂巨系统的角度去认识并解决问题，只有对一个一个的开放复杂巨系统进行研究，当这些具体研究的成果多了，才能从中提炼出地理系统这一开放复杂巨系统的理论，进一步发展地理科学。事实上，近20多年来，国际学术界也较为重视地理系统的研究，一些国家把“地理系统空间与时间组织和社会与自然的相互作用”，列为重点的研究项目。
第三，加强地理科学的理论研究，必须有正确的思想指导，这就是马克思主义哲学思想的指导。因为在人地关系地域系统中，地理环境虽然是重要的，但人具有能动的功能，地理环境可以被人类认识、利用、保护、改变和调控。人地关系协调发展，不决定于地，而取决于人。再说，人地关系是在一定的生产、社会关系中建立的，可以把它理解为一种具有社会和历史特性的辩证关系。实践证明，正是在人类活动与自然环境协调发展的实践中，逐步提炼，上升到思维学的理论，最后上升到思维科学的哲学——认识论，从而形成地理学理论。从唯物主义的观点来看，人靠实践来认识客观世界，每次认识，只是地理系统很小的一部分，所以要再实践再认识，才能不断扩大对地理系统的认识，这个过程是无穷无尽的。因此，地理系统是开放复杂巨系统的观点，不仅对地理科学理论的建立是十分重要的，而且对国际学术界关于人地关系的“悲观论”、“乐观论”等观点，会有清醒的认识。它关系到地理学本身的生存与发展，是地理学的立足点和地理工作者的用武之地，又是促使我们向前发展的最大的动力。回顾地理学的发展历程，如果在哲学思考上发生偏差，地理学理论建设的步伐就会减慢，甚至有步入歧途的危险。
我们在我国南方山地综合考察的科研实践中，就是从人地关系区域系统的原理出发，在讨论区域系统特征、区域系统的结构与功能、区域系统的动态变化和稳定性、区域系统的调节与控制的基础上，结合区域经济的微观研究、区域经济发展理论，建立起经济区划论、区域规划论、区域系统模型、地理信息系统等，为地理学的理论建设做了一些新的探索。这些内容在作者最近出版的《区域科学论》（华中理工大学出版社，1991年）和《地理系统工程》（科学出版社，1993年）两本书中，有较为详细的叙述。
2 现代化方法和新技术手段的应用
长期以来，地理科学的研究方法基本上是定性描述，资料整理后归纳出某些结论，很难深入事物的内部联系，进行本质分析。如前所述，地球表层是一个组成极为复杂的巨系统，其特点是多层次、多关联，既涉及诸多自然科学要素，也涉及大量的社会科学内容。对此用简单的归纳法，是很难理清地理系统的内在规律。由于方法、手段的落后，必然影响地理科学理论思维的发展和在生产实践中的应用。
解决地理系统的问题，可采用钱学森教授提出来的“从定性到定量的综合集成法”[3,4]。最近作者收到钱老的来信，信中再次明确指出“因地理系统是一个开放的复杂巨系统，用一般的系统工程方法处理地理系统恐怕不够，要用专门的方法：从定性到定量综合集成法。”这一方法的特点是将科学理论、经验知识和专家判断力有机地结合起来。它是研究开放复杂巨系统的基本方法。方法本身也是个系统工程，是软件工程和知识工程的结合，也即是综合集成工程，其要害是综合集成。因此，从定性到定量综合集成技术是思维科学的一项应用技术，实质是从定性出发，将专家群体、数据和各种信息与计算技术有机结合起来，把地理科学的学科理论和人的经验知识结合起来，从而发挥地理系统的整体优势和综合优势。
为了开拓地理科学研究的深度和广度，必须不断地引进和应用新技术手段，它们包括地理信息获取的遥感技术、物质能量信息的测试和分析技术、模拟与实验技术、信息计算与处理技术等。现在由计算机与空间技术相结合而建立的地理信息系统(GIS)，已成为地理科学强大的技术手段。它为资源与环境的管理和规划以及地理学研究提供了一个革命性的工具，是地理学研究方法上一次质的飞跃。地理信息系统是计算机软硬件支持下，为了解决各种复杂的规划与管理问题而设计的将空间相关数据按其地理坐标或空间位置输入计算机，并在其中存贮、更新、查询、检索、量测运算、分析处理、综合应用、显示制图和输出的一种技术手段。
我国GIS奠基人陈述彭教授指出，地理信息系统最根本的特点是“每个数据项都按地理坐标来编码，即首先是定位，然后才是各种定性（分类）、定量的属性。”“地理信息系统是有多层次数据结构，多功能综合分析能力的空间型信息系统。已成为综合利用遥感信息、自动制图功能研究地理系统的一种高技术手段”。[5]处理空间数据是地理信息系统的最大特点，是区别于其它信息系统的标志，同时也是它的技术难点和关键所在。
地理信息系统技术的兴起，代表了地理学发展的一个重要方向。GIS作为一门新兴高技术，它发展之快、应用之广、影响之深刻是其它地理学科无法比拟的。正如国外一些学者指出的那样，地理信息系统的时代已经到来。[6]
GIS的应用可以深入到各行各业、千家万户，形成诸如资源与环境GIS、灾害监测和防治GIS、农林牧副渔GIS以及工商业经营管理GIS、国民经济运营、交通管理和规划GIS、城市管理、运行和规划GIS、工矿生产管理GIS及各部门的办公室GIS等等。GIS的应用范围极广，它已作为商业产品创造了企业在空间上的竞争优势。例如我国南方沿海开放特区和有关省份，为了有偿使用和转让土地使用权、引进外资和企业，开发新的产业，自下而上地、主动地投资来建立GIS和LIS（土地信息系统），充分显示了GIS的商业价值。在开发信息资源服务四化建设方针指引下，一个发展和推广GIS的新高潮正在我国掀起，为了满足国家各级政府部门和各厂矿企业、各行各业对GIS的要求，地理工作者正在承担建立GIS的重任，并与相邻学科工作者携手合作，大力推动GIS的理论和实用技术的研究。
在地理系统分析中必须将GIS与综合集成技术结合起来。首先是由地理学家、经济学家、管理学家、系统工程专家等，依据他们掌握的科学理论、经验知识和对实际问题的了解，共同对地理系统的运行机制和管理机制进行讨论和研究，明确问题的症结所在，对解决问题的途径和方法作出定性判断（经验性假说），并用系统思想和观点把上述问题纳入系统框架，界定系统边界，明确那些是状态变量、环境变量、控制变量（政策变量）和输出变量（观测变量），这对确定系统建模思想，模型要求和功能具有重要意义。与此同时，建立地理信息系统的空间数据库。
系统建模是指将一个实际系统的结构、功能、输入－输出关系，用数学模型、逻辑模型等描述出来，用对模型的研究来反映对实际系统的研究，建模过程既需要理论方法，又需要经验知识，还需要有关的统计数据和有关资料。通过系统建模，在GIS中建成模型库。
有了系统模型，再借助GIS中的图形库和知识库（专家系统），在计算机上实现系统仿真，研究在不同输入下的反应、系统的动态特征以及未来行为的预测等等。这就是系统分析，在分析的基础上进行系统优化。优化的目的是要找出为使系统具有我们所希望的功能的最优、次优或满意的政策和策略。
实现GIS与综合集成技术的结合，其关键技术是在GIS中建立数据库、图形库、模型库和知识库，并实现四库的联结。经过以上步骤获得的定量结果，再由地理学家、经济学家、管理专家、系统工程专家共同再分析、讨论和判断，这里包括理性的、感性的、科学的和经验知识的相互补充，其结果可能是可信的，也可能是不可信的。在后一种情况下，还要修正模型和调整参数，重复上述工作。这样的重复可能有许多次，直到各方面专家都认为这些结果是可信的，再作出结论和政策建议，这时既有定性描述，又有定量根据，是有足够科学根据的结论。
近年来，我们在“上海市人口地理系统分析”的研究中，首次建立了上海市人口地理信息系统，以人口、社会、经济统计资料和航空遥感资料为信息源，把模型分析和地理信息系统有机地结合起来，实现了人口地理信息的输入、存贮、管理、检索、更新、分析处理和输出，监则和跟踪了城市人口、住房、土地利用和产业发展的空间过程，实现了人口地理分析的自动化。该系统作为整个城市规划信息系统的组成部分，可为城市规划和决策提供详尽的信息。该项研究是把专家经验、数据和各种信息与计算机技术结合起来，是在总结人口地理学家、计划生育工作者、城市规划专家、城市地理学家、城市经济学家等知识经验的基础上，利用人口普查资料、人口户籍统计资料、住房普查资料、航空遥感土地利用资料、采用模型化方法和地理信息系统技术，对上海市人口分布及其动态变化、人口增长与产业发展的空间过程以及中心城人口的空间社会结构，进行了系统研究，从而为上海市人口发展、城市规划决策提供了科学依据，同时也丰富和发展了我国人口地理学的理论和研究方法，是钱学森教授倡导的“从定性到定量综合集成法”的一次成功的实践。
近年来，作者访问过美国、日本、英国、香港等不同国家和地区的有关高校，他们在RS、GIS、GPS技术和GIS教育等方面，都有很大发展。
随着GIS向标准化、多层次和分布式方向发展，以及专家系统的建立和发展，智能分析水平的提高，必将为地理学研究和地理决策带来新的突破。
3 更好地为现代化建设和社会发展服务
人口、资源、环境和发展是当今全球性和地区性的重大问题，要求地理科学在解决实际问题方面发挥积极的作用。因而地理研究愈来愈走向应用的道路，只有不断地为社会实践服务，满足社会实践的要求，才能促进地理科学自身的发展。在近期应用地理学(Applied Geography)将得到快速发展。也只有不断地提高地理科学的研究手段，完善其理论体系，才能更好地为社会发展服务。
钱学森教授提出了地理系统和地理建设的问题，说明社会主义建设离不开地理环境，凡是和地理环境有关的一切建设都可以叫地理建设。根据钱学森教授的建议，社会主义地理建设包括资源系统建设、能源系统和能量系统建设、环境保护及绿化、灾害预报和防治、城镇及居民点建设、人口控制等。地理学家应该在社会主义地理建设中作出贡献。为了适应这个要求搞好地理建设，因而提出了地理系统工程的思想。地理系统工程就是组织、管理地理建设，使社会系统和地理系统协调发展的工程技术。
地理建设的提出充分反映了地理科学应用研究的范围、为社会服务的领域更趋多元化。传统地理学的主要服务对象为农业。现在，非农业应用领域受到越来越多的重视，开始向城市建设、建筑业、房地产、旅游业、采矿业、交通运输、生态环境、区域开发等领域扩展。其研究内容更加多样化，如工程评价规划、优化设计、站场选址、环境评价、地理预测预报等。此外，在自然灾害研究方面，如风暴、地震、雪崩、洪水、泥石流等以及全球和地区自然灾害分布规律、灾害区划等方面也都比较活跃。如此众多的领域，既涉及自然地理又涉及人文地理，其研究对象明显的具有复杂性变动性和区域特点，会给地理科学的理论建设和应用实践带来一定的困难（也是机遇和挑战），这里需要注意的是加强应用理论的研究，事实上从基础研究到应用，通常需要应用理论作桥梁，前苏联的建设地理学，实际上就是一门把地理科学基本理论与地理环境的定向改造、保护等一系列实践问题衔接起来的应用理论学科。
地理系统工程则是地理学与系统工程相互交叉形成的一门应用技术学科。它是从系统理论出发，运用现代科学方法、模型技术和先进的计算工具，通过对地理系统的数量化、模型化，进行定量分析。与此同时，注意到定量分析与定性分析紧密集合，相互印证，从质和量的两个方面，深刻地揭示地理系统的运动规律和机制，为研制地理区域发展战略和规划提供依据。
作者在实际研究工作的基础上，对浙江省开化县的人口、种植业、工业、交通、能源等地理要素，进行定量的区域分析，运用系统工程方法，制定了该县区域发展的宏观规划，同时，为在我国建立地理系统工程这一学科，作了探索[7,8]。
目前，我国西部的铁路建设、长江三峡工程、环渤海区域的开发、东部沿海的开发区建设等，都应是我们地理工作者考虑的问题。作为地理工作者应提出我国2000年、2020年我国地理环境和地理建设的目标，从而根据地理科学的特点，发挥优势，选好主攻方向，积极参与宏观决策的论证和制定，和生产部门紧密结合，通过地理界的共同努力，一定能为国家建设和社会发展作出切实的贡献。
ON THE THORETICAL RESEARCH AND NEW TECHNIQUES IN THE GEOGRAPHY SCIENCE
Zhang Chao
(East China Normal University,Shanghai 200062)
Key words Modern Geography Science,Geography System,The Geogra phical Construction,GIS
Abstract
Geography Science is a complicated scientisic system,and the importance of theoretical research of geography science is pointed out in this paper.With the rapid development of the branches of geography,it becomes important to strengthen the comprehensive research,to seek the optimization and sustainable development of the social ecnomy,and to set up a new scientific system--the Science of the Earth Surface.In the theoretical research,the relationship between man and environment should be firstly emphasized.And the regional system of the relationship between man and the earth is the core of the geographical research,and also a long-term task.During the research work,systematic thoughts are needed.As an open,complicated and large-scaled system,the establishment of geographical system is crucial for the theoretical construction of geography.This paper also emphasizes the application of morden methods and new techniques in geography.To solve the problem of the geographical system,″ the metasynthesis from the qualitative to quantitative analysis″,which is presented by Prof.Qian Xue--sen can be adopted,GIS,a key breakthrough in the research method of geography,has also become the powerful technical method for morden geography science.At last this paper points out that nowadays the population,natural resourses,the environment and development are the great global and local problems.Geography and geographers should serve the social practice,satisfy the continuous social demands,develop the geography science itself simultaneously.
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