第一章绪论地理与环境学院山东师范大学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计量地理学,张晓青,山东师范大学人口资源与环境学院,引言：,问题1：七桥问题,问题2：济南一日游,问题,3,： 天气预报,七桥问题,哥尼斯堡七桥问题：18世纪在哥尼斯堡城(今俄罗斯，加里宁格勒)的普莱格尔河上有7座桥，将河中的两个岛和河岸连结。城中的居民经常沿河过桥散步，于是提出了一个问题：能否一次走遍7座桥，而每座桥只许通过一次，最后仍回到起始地点。,济南一日游,路线设计？,时间？成本？,天气预报,天气系统图,：(台风、高气压、低气压、冷锋、暖锋、准静止锋、高压脊、低压槽、槽线和切变线等)。,天气预报图,上述两个问题说明很多地理问题需要,数学方法,来加以解决。,将数学和电子计算机技术应用于地理学的一门新兴学科就是计量地理学。,讲授内容,1 绪论（4学时）,2 地理数据的采集及处理（4学时）,3 空间分布的测度（4学时）,4 地理要素间的相关分析与回归分析（12学时）,5 空间统计分析初步（4学时）,6 地理系统的聚类分析与判别分析（8学时）,7 地理系统的主成分分析（4学时）,8 地理系统的线性规划（8学时）,9 地理系统的投入产出模型（4学时）,10 地理系统的战略决策模型（4学时）,上机实习EXCEL、SPSS、ESDA、LINDO等统计分析软件（16学时） ；携带计算器和纸张,第一章 绪论,一、计量地理学的产生与发展,1地理学发展史,地理学在,中国战国前后的古希腊、古罗马时代,开始萌芽,，至今已有2000多年的发展历史,。地理学的发展可划分为三个基本阶段：,古代地理学,，以,记载地理知识,为主体；,近代地理学,，对各种地理现象进行,条理化归纳,，并对它们之间的关系进行,解释性描述,； (二战分界),现代地理学,，采用,定性与定量,相结合的方法，规范研究与实证研究并举，解释各种地理现象的内在机制并预测其未来演变。,近代地理学有3种主要学派,区域,学派,代表人物是赫特纳（A.Hettner）、哈特向（R.Hartshorne)。,主张地理应着重于空间分布体系与,区域差异,的研究。,人地关系学派，代表人物是洪堡（Alexander Von Humboldt）、李特尔（Karl Ritter）、李希霍芬（F. Richthofen）等。人类社会与地理环境的关系。,景观学派，代表人物是施吕特尔（O. Schlter）等。,将,自然景观,和,人文景观,的发生发展与演变规律作为地理学的研究宗旨。,区域学派,赫特纳的区域地理学思想：,地理学的研究领域是有差异的地球，,提出了区域研究规范-区域地理描述的传统纲要,主张地理学既要进行描述，又要寻求规律。,哈特向：,认为地理学就是研究地区差异的。,赫特纳,（18591941）,：,德国地理学家，近代地理学区域学派奠基人。,他的地理学：它的历史、性质和方法，叙述了地理学的历史、性质、任务、研究方法、概念和思想的构成、地图和图片、文字表达以及地理学教育，系统地阐明地理学理论，是其地理学思想的代表作。,赫特纳,中国地理学会2011,年学术年会 7月新疆,大会,主题,确定为“地理学核心问题与主线”,引导与会者和地理界同行更多地关注,地理科学研究对象、学科内涵、理论方法等问题,大会特邀报告：“全球变化研究中的地理学问题”、“环境地理学研究”、“,理解正在变化的星球美国地理科学发展的战略方向,”、“地理学思想与方法研究进展,人地关系学派（环境生态学派）,代表人物,拉采尔（,Ratzel，Friedrich,）,:,德国,自然科学家、地理学家和民族学家，地理环境决定论的代表人物之一。本来是学动物学、地质学和比较解剖学的，达尔文的进化论使他激动，并将其引入地理学方面来 ；偏向人类社会与地理环境的关系（,环境决定论,）；生存空间、文化景观、国家有机体、地缘政治说；著有人类地理学、人类史、政治地理学、地球与生命：比较地理学等。,P.维达尔白兰士,以法国的,P.维达尔白兰士,.（Paul Vidal de la Blache）,为代表的,法国,地理学派，对地理环境决定论提出异议，主张自然环境为人类活动提供了多种可能性，但这种可能性变为现实，则完全是由于人类方面的诸条件所决定。-,可能论,维达尔白兰士致力于人文地理学和区域地理学研究，认为地理学家的特殊任务是阐述自然和人文条件在空间上的相互关系。主要著作有法国地理学概貌(1903)、地理学的独特性质(1913)和法国的东部地区(1917)、人文地理学原理（1922，由E.de马东整理出版）等 。,洪堡（,Alexander von Humboldt ）,亚历山大冯洪堡生于1769年，卒于1859年，是,德国,著名的博物学家，也是自然地理学的先驱。他用了5年时间，行程近万里，对中南美洲的动植物及地理情况进行了详细的考察，此后又花费13年时间分析和整理考察结果，撰写了达30卷本的新大陆亚热带区域旅行记，这套巨著为后人开发中南美洲提供了翔实可信的第一手资料。,洪堡一生进行了许多科学研究，,涉及自然地理学、近代气候学、植物地理学、地球物理学、生物学以及地质学等许多领域。,他也完成了许多著述，如自然全貌、中部亚洲山系与比较气候学研究，还有驰名中外的自然地理学巨著宇宙。,首创等温线、等压线概念，绘声绘出世界等温线图 ，发现植物分布的水平分异和垂直分异性,洪堡奖是联邦德国政府1972设立的一项奖励，美国科学家 ， 25,00072,000马克的奖金，并为获奖者提供到联邦德国研究机构进行研究深造的机会及旅费 。数学、物理、化学、生物、医学、工程、计算机和地球学,李特尔（Karl Ritter）,李特尔（Ritter，Carl，17791859），,德国,地理学家。,创用“地学”一词。主张,地理学和历史学,结合。坚持目的论的哲学观点，认为上帝是建造地球的主宰。著有欧洲地理、地学通论等。,最早阐述了人地关系和地理学的综合性、统一性，奠定了人文地理学的基础,。认为地理学是一门经验科学，人是整个地理研究的核心和顶点。,景观学派,Landscape comprises the visible features of an area of,land, including the physical elements of,landforms,such as (ice-capped) mountains, hills, water bodies such as,rivers,lakes, ponds and the,sea, living elements of,land cover,including indigenous,本地的,vegetation, human elements including different forms of,land use, buildings and structures, and transitory,短暂的,elements such as,lighting,and,weather,conditions.,“景观”在德语中被解释为“风景”、“区域”。,整体性、地域性，形象性。,景观学说理论：,景观理解为,自然综合体,的一般概念。,将景观理解为,区域,，理解为,具体地段,。,景观是自然综合体的一级类型，区域是景观类型有规律的组合。,生物地理群落是景观的最小结构部分，即单元景观,During the 1920s and 1930s, attempts were made to construct methodologies that made landscape the essential if not exclusive task of,geography,. This stemmed from,Sauers,view that the role of geography was to systematically examine the ,phenomenology,of landscape.,Sauer viewed landscapes broadly as areas comprising distinct associations of forms, both physical and natural, and regarded landscape study as tracing the development of natural landscapes into,cultural landscapes,.,-,professor of geography at the University of California at Berkeley,By the 1940s, this emphasis had passed as geographers found that the,difficulties,associated with reconstructing the past were forbidding and at odds with意见不一致 their primary concern with the present world.,The concept of a,natural,landscape became increasingly questioned with knowledge of human impact on the environment.,More recent geographers have addressed the,subjective attributes of a place,within,humanistic geography,thus crossing the bridge between the objective and the subjective assessment of an area,The 1950s Crisis in Geography,During the late 1940s and early 1950s, the crisis occurred for several reasons:,The closing of many geography departments and courses in universities, e.g., the abolition of the geography program at,Harvard University,(a highly prestigious institution) in 1948.,Continuing division between human and,physical geography,- general talk of,human geography,becoming an autonomous独立存在的,subject.,Geography was seen (fairly or not) as overly descriptive and,unscientific,- there was, it was claimed, no explanation of,why,processes or phenomena occurred.,Geography was seen as exclusively专门地,educational - there were few if any applications of contemporary geography.,Continuing question of what geography is -,Science,Art, Humanity or,Social Science,?,After World War II, technology became increasingly important in society, and as a result,nomothetic,以法律为依据的,-based sciences gained popularity and prominence.,Debate raged predominantly (although not exclusively) in the U.S., where,regional geography,was the major philosophical school (European geography had never been uncomfortable with analytical methods).,All of these events presented,a great threat to geographys position,as an academic subject, and thus geographers began seeking new methods to counter critique. Under the (somewhat misleading) banner of the,scientific method, the,quantitative revolution,began.,Quantitative revolution,In the history of geography, the quantitative revolution (QR or Quantitative Revolution) was,one of the four major turning-points of modern geography,- the other three being,environmental determinism, regional geography and critical geography,).,The quantitative revolution occurred during the 1950s and 1960s and marked a rapid change in the,method behind geographical research, from regional geography into a spatial science. The main claim for the quantitative revolution is that it led to,a shift from a descriptive (idiographic) geography to an empirical law-making (nomothetic) geography.,(Note: The quantitative revolution had occurred earlier in economics and psychology and contemporaneously in political science and other social sciences and to a lesser extent in history.),-From Wikipedia,计量运动,quantitative revolution,的萌芽,Fred K. Schaefer,(7 July 1904 - 6 June 1953) was a,geographer,. He is considered as one of the pioneers of,quantitative revolution,.,德籍旅美地理学家舍弗尔1953年发表了一篇题为地理学中的例外论,Exceptionalism in geography: A Methodological Examination,的文章，抨击了哈特向的地域独特主义观点，即“例外主义”观点。,他认为，地理学应该是解释现象，而不应该是罗列现象。解释现象必须有法则，应该把地理现象看成是法则的实例。地理学的目的应该与其他科学有相似之处：,都是追求、探索法则,的,。,舍弗尔等人对区域学派的批评与否定，拉开了现代地理学发展史上的计量运动的帷幕。,He is well-known for his article in flagship American periodical, Annals, Association of American Geographers called,Exceptionalism in geography: A Methodological Examination.,It was both a repudiation,否认,of,Richard Hartshorne,s position in United States, and,a call for a scientific approach to,geography based upon the search for geographical laws (the ultimate form of a scientific generalization).,Schaefer died before his article even appeared in print, and so he was never able to elaborate his argument, nor defend himself from Hartshornes subsequent critique.,But the article became a rallying恢复 point for the younger generation of,economic geographers,who were intent on reinventing the discipline as a science, or,spatial science,as it was later dubbed.,The subject has now been revived by,economists,under the umbrella of the,new economic geography,.,2现代地理学发展史上的计量革命,衣阿华的经济学派,Deterministic models, e.g. Von Thnens and Webers location models.,威斯康星的统计学派,statistical techniques, in particular multivariate analysis,普林斯顿的社会物理学派,Basic mathematical equations and models, such as gravity model of social physics, or the Coulomb equation库仑土压力,早期计量运动的三种学派,计量运动主要是由美国地理学家发起的，形成了3大学派：,艾奥瓦的经济派,。代表人物是舍弗尔、麦卡尔蒂。受杜能、廖什、克里斯塔勒等区位论学者影响很深，极力倡导建立地理学法则，着重探讨经济区位现象间相互内在联系及其组合类型。,威斯康星的统计派,。代表人物是威弗尔、罗宾逊、东坎和仇佐里，以经典著作统计地理学为代表作，主要特征是发展和应用统计分析方法。,普林斯顿的社会物理学派,。代表人物是司徒瓦特(J.Q. Stewart)。该派,把物理学原理应用于社会现象的研究之中,，发展了理论地理学中的引力模型、位势模型、空间相互作用模式。,计量运动的飞速发展,加里森,(W. L. Garrison) 及其领导的华盛顿小组首次把地理学的理论和方法建立在定量的基础上，,编写了第一本计量地理学教材,，率先在华盛顿大学举办了地理计量方法研讨班，培养了大批现代地理学名家。,美国区域科学协会组织了大量的学术活动，编辑出版了区域科学年鉴，成为美国计量运动的源地之一。瑞典学者哈格斯特朗积极组织瑞典和美国的地理学家交流学术思想，大大促进了计量运动向全世界的扩散。,1960年，美国宾夕法尼亚大学教授W.艾萨德（W.Isard）出版的区域分析方法和区域科学导论两本书，系统地阐明了区域开发的理论和方法，并运用了,统计测度方法解释区域经济问题,，为区域经济学的建立奠定了基础，被后人称之为区域经济学的创始人,。,鲍顿,（Ian.Burton),计量革命 （1963年）,计量运动中涌现的著名学派、组织和学术刊物,英国以乔莱（R.J. Chorley）、哈格特(P. Haggett)和哈威(D. Harvey)等为代表的剑桥学派,；,1964年国际地理学联合会(IGU)设立的地理计量学方法委员会；,1967年英国地理学会设立的地理教学采用模型和计量技术委员会；,1968年日本成立的计量地理学研究委员会，1973年又改称理论、计量地理学委员会；,1963年英国出版的地理学计量资料杂志和1969年美国出版的地理分析国际理论地理学杂志。,Post-revolution Geography,The greatest impact of the quantitative revolution was not the revolution itself but the effects that came afterwards in a form of the spread of positivist,实证主义(,post-positivist) thinking and counter-positivist responses,.,The greater use of computers in geography also led to many new developments in geomatics, such as the creation and application of GIS and remote sensing.,The counter-positivist response from human geography was created in a form of behavioral, radical and humanistic geography,Post-revolution Geography,The quantitative revolution also changed the structure of geography departments in the USA, with many physical geographers being merged with geology departments or environmental science departments, leaving the geography departments to become solely human-geography oriented. Within the UK, there was a different response to the revolution, with an increase of specialisation within the subject, and ultimately the development of systematic geography with many subfields and branches.,3计量地理学的发展阶段,1）第一阶段，大致从20世纪50年代末到60年代末期，是计量地理学发展的初期阶段。,2）第二阶段，包括20世纪60年代末到70年代末期的十年时间，属于中期阶段。其特征是,多元统计分析方法和电子计算机技术,在地理学研究中的广泛应用。,3）第三阶段，从20世纪70年代末期开始到80年代末期，是计量地理学走向更加成熟和更加完善的阶段（,线性规划、风险型决策、网络分析、模型数学、系统科学,等的引入）。,4）第四阶段，从20世纪90年代初开始，由传统意义上的计量地理学开始向计算地理学发展。,第四阶段（20世纪90年代初至今）,按照英国著名地理学家、里兹大学S.奥彭肖(S. Openshaw)教授的提法，90年代初进入计算地理学(Geocomputational Geography)时代。,得益于计算机技术与计算理论和方法的巨大发展和3S技术在获取大容量、整体性地理数据信息中的成功应用，以向量或并行处理器为基础的超级计算机为工具，对“整体”、“大容量”资料所表征的地理问题实施高性能计算，探索构筑新的地理学理论和应用模型。,除继续应用20世纪80年代中叶以来在地理学模型研究中成功引入的突变、自组织、混沌、分支、分形等模型外，地理计算学又成功地引入了神经网络（neural network)、遗传算法模型（genetic programming）、细胞自动模型（cellar automata）、模式参数随机取样模型（random sampling of model parameter）、模糊逻辑模型(fuzzy logic)、改进了的地理加权回归（geographically weighted regression）等先进方法。,4计量地理学在中国的发展,数学方法在中国地理学中的应用虽然起步较晚，但是起点高。,一开始就进入多元统计分析阶段，而且线性规划、目标规划、网络分析、随即决策、模糊数学等方法也得到了广泛的应用。,20世纪80年代初，钱学森先生提出的“从定性到定量的综合集成”的科学研究方法，将中国数量地理学推上了一个新台阶。,到20世纪80年代中后期以来，数学方法的应用已经与系统科学、系统分析方法以及GIS技术有机结合起来。,张超 -,计量地理学基础,；,林炳耀-,计量地理学概论,二、计量地理学研究对象和内容,1. 研究对象,第一，空间与过程的研究。,第二，生态研究，主要是指人地关系的研究。,第三，区域研究。,2. 研究内容,相关分析（Correlation Analysis ）,气温与地温,孩子身高与父母身高,回归分析（Regression Analysis),时间序列分析(Time Series Analysis),就业量,实际有效汇率,实际有效汇率的波动率,国内市场需求规模,聚类分析（Cluster Analysis）,判别分析 (Discriminant analysis),假定这里只有两类。数据中的每个观测值是二维空间的一个点。这里只有两种已知类型的训练样本。其中一类有38个点（用“o”表示），另一类有44个点（用“*”表示）。,空间趋势面分析(,Trend-Surface Analysis,),最短路径(Shortest Path),简单的分形科赫雪花（Koch snowflake）,分形几何,三、计量地理学的研究方法,1. 地理系统分析,2 . 随机数学方法的应用,3 . 地理系统的模拟,四、计量地理学的发展趋势,进一步与生产实践结合,系统分析的应用,与地理信息系统相结合,计量方法的发展,五、计量地理学中的应用与评价,数学方法主要应用方面,应用中应该注意的几个问题,对计量地理学的三种不同评价,（一）数学方法主要应用方面,分布型分析对地理要素的分布特征及规律进行定量分析。,相互关系分析对地理要素、地理事物之间的相互关系进行定量分析。,分类研究对地理事物的类型和各种地理区域进行定量划分。,网络分析对水系、交通网络、行政区划、经济区域等的空间结构进行定量分析。,趋势面分析做出地理要素的趋势等值线图，展示所要分析的地理要素的空间分布规律。,空间相互作用分析定量分析各种“地理流”在不同区域之间流动的方向和强度。,系统仿真研究，步骤：,对复杂地理系统的各种系统要素之间的相互关系与反馈机制进行分析，构造系统结构；,建立描述系统的数学模型；,以适当的计算方法与算法语言将数学模型转化为计算机可以识别运行的工作模型；,运行模型，对真实系统进行模拟仿真，从而揭示其运行机制与规律。,过程模拟与预测研究： 通过对地理过程的模拟与拟合，定量地揭示地理事物、地理现象随时间变化的规律，预测其未来发展趋势。,空间扩散研究：定量地揭示各种地理现象，包括自然现象、经济现象、社会现象、文化现象、技术现象在地理空间的扩散规律。,空间行为研究：主要是对人类活动的空间行为决策进行定量的研究。,地理系统优化调控研究：运用系统控制论的有关原理与方法，研究人地相互作用的地理系统的优化调控问题，寻找人口、资源、环境与社会经济协调发展的方法、途径与措施。,地理系统的复杂性研究：地理系统是高度复杂的巨系统，其复杂系统研究已经引起了国际地理学界的高度重视。,（二）应用中应该注意的几个问题,地理数据的筛选与质量检验问题,地理数据在建模分析中的作用：,确定模型中的参数与初值；,检验模型的正确性、合理性和有效性。,模型的建造问题,建模程序（威尔逊 ，英国）,建造一个数学模型，首先必须明确建模的目标；,地理问题，,即所研究的对象系统；,在各类变量中必须明确哪些变量是可控变量，即通过对哪些变量的调控可以使系统的行为发生改变；,在模型中，如何处理时间概念，即认为被研究的对象系统是无记忆系统还是记忆系统，是建立静态模型还是建立动态模型；,所建模型将采用什么观点、解决哪些理论问题、与此问题有关的建立模型的基本假设，以及所依据的理论、将要解决的问题等都将直接或间接地体现在模型之中；,能用于建模的有关数据、资料是什么，可能性如何，应采用何种建模技术，有现成的技术方法可供借鉴还是需要建造新模型，采用什么方法确定模型的参数；,所建模型的精度及该模型的合理性和有效性如何，采用什么方法和手段检验所建模型。,数学方法和GIS的结合,研究一些复杂的地理问题，需要综合应用多种数学方法，建立一系列具有分析、模拟、仿真、预测、规划、决策、调控等多种功能的众多模型组成的模型系统。这些模型系统离不开GIS的支持。,GIS的基本技术及建造空间分析模型需要借助有关的数学方法来实现。,近几年来出现的基于知识的空间决策支持系统（苏理宏等，,2000,）就是数学方法、人工智能技术与,GIS,技术在地理学应用研究领域中相互结合的成功典范。,（三） 对计量地理学的三种不同评价,对于计量地理学，产生了三种观点：,“反定量化”反对地理学定量化研究，认为地理现象十分复杂，不能用简单的数学方法来解释，对数学方法采取拒绝和否定态度。代表人物：史密斯（D. Smith）、奥格登(P. Ogden)等。,“定量化”推崇地理学定量化，认为数学方法不仅是一种分析技术，而且能够导出普遍性规律，能够解决地理学传统研究方法所不能解决的理论问题。代表人物如克里斯塔勒（W. Christaller）、帮吉(W. Bunge) 乔莱(R. Chorley)、哈格特(P. Haggett)等。,“非定量化”认为数学方法只是地理学研究方法之一，只能用来研究地理要素之间的数量关系和地理事物的空间格局，不能用来描述和解释地理规律，不能导出地理学理论，但其观点摇摆不定。,对计量地理学的评价与认识,世界上的任何事物都可以用数值来度量。,在现代地理学中，传统方法是数学方法的基础，数学方法是传统方法的重要补充。,数学方法是人们进行数学运算和求解的工具，能以严密的逻辑和简洁的形式描述复杂的问题、表述丰富的实质性思想。,地理学研究中，数学方法有其局限性。,现代地理学中数学方法的形成和发展与计算机应用技术密切相关。,