计量地理学---绪论

1、第一章 绪 论p计量地理学的形成和发展p计量地理学的研究对象和内容p计量地理学的研究方法及应用1.1 1.1 计量地理学的形成和发展计量地理学的形成和发展新兴学科新兴学科计量地理学计量地理学现代地理学发展史上的计量运动现代地理学发展史上的计量运动 计量地理学的发展阶段计量地理学的发展阶段一、新兴学科计量地理学1、定义：、定义：n计量地理学计量地理学：是研究运用数学方法和计算机等：是研究运用数学方法和计算机等现代技术手段，对地理现象、地理过程进行定量现代技术手段，对地理现象、地理过程进行定量化研究，以揭示地理现象发生、发展的内在机制化研究，以揭示地理现象发生、发展的内在机制及演化规律，进行地理系

2、统预测及优化调控的学及演化规律，进行地理系统预测及优化调控的学科。科。Quantitative Geography也称Theoretical Geography理理论论分分析析应应用用研研究究地理事物的时空分地理事物的时空分布、相互关系和布、相互关系和地理区划地理区划地理系统预测、控地理系统预测、控制和规划制和规划地理现象的规律地理现象的规律地理事物发生发地理事物发生发展的过程展的过程数据数据整理整理实验数据实验数据调查数据调查数据统计数据统计数据2、计量地理学的特征：、计量地理学的特征：p以定量的精确判断来补充定性文字描述的不足p以抽象且能反映本质的数学模型去反映具体的庞杂的各种地理现象p以

3、地理过程的模拟和预测代替对现状的解释和对未来的主观推测p以内在机理推导代替简单的因果关系分析l地理学向定量化、精确化发展；l地理学不是Arts，而是Science。3、计量地理学是新新兴学科地理学发展阶段：地理学发展阶段：古代地理学古代地理学记载地理知识为主；记载地理知识为主；近代地理学近代地理学地理现象条理化归纳，地理现象之间地理现象条理化归纳，地理现象之间的关系解释性描述；的关系解释性描述； 现代地理学现代地理学定性与定量相结合，规范研究与实证定性与定量相结合，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。来演变。地理学定

4、量研究的显著进展是在20世纪50-70年代。二、现代地理学发展史上的计量运动二、现代地理学发展史上的计量运动 近代地理学有三种主要学派：人地关系学派；区域学派；景观学派。 20世纪40年代起区域学派是地理学的主要流派。其特点是注重实证研究，理论研究相对薄弱。 20世纪50年代，区域学派受到质疑。由此推动地理学的计量运动，现代地理学快速发展。1、计量运动的萌芽 1953年，舍弗尔（F.K. Schaefer）发表地理学中的例外论，批评哈特向的“地域独特主义” 。 其观点：n地理学是解释现象，而不应该是罗列现象；n解释现象必须有法则，应该把地理现象看成是法则的实例；n地理学的目的与其他科学有相似之

5、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。现代地理学发展史上的计量运动的帷幕。2、美国计量运动的三大学派地理学的计量运动主要由美国地理学家发起。地理学的计量运动主要由美国地理学家发起。（1 1）衣阿华的经济派：）衣阿华的经济派： 代表人物是舍弗尔、麦卡尔蒂。受杜能、韦伯、廖什、克里斯泰勒等区位论学者影响很深，着重探讨经济区位现象间相互内在联系及其组合类型。（2 2）威斯康星的统计派）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

6、计分析方法。2、美国计量运动的三大学派（续）（3 3）普林斯顿的社会物理学派）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。 此外，20世纪50年代，加里森(William L. Garrison) 领导的华盛顿小组首次编定了第一本计量地理学教材，率先在华盛顿大学举办地理计量方法研讨班。 三、计量地理学的发展阶段三、计量地理学的发展阶段第一阶段（20世纪50年代末60年代末） 把统计学方法引入地理学研究领域，构造一系列统计量来定量地描述地理要素的分布特征，应用各种概率

7、分布函数、方差等简单的统计特征和回归分析方法。第二阶段（20世纪60年代末70年代末） 多元统计分析方法和电子计算机技术广泛应用。地理学具备了分析多因素、复杂结构和动态特征等复杂地理问题的能力。第三阶段（20世纪70年代末80年代末） 系统理论、系统分析、系统优化、系统调控方法等被引进地理学研究领域；GIS技术的发展为其提供技术手段支持。第四阶段（20世纪90年代初至今）计算地理时代 计算机技术与计算理论和方法的发展和3S技术在获取大容量、整体性地理数据信息中的成功应用。 引入神经网络、遗传算法模型、细胞自动模型、模式参数随机取样模型、模糊逻辑模型、改进地理加权回归等方法。1.2 1.2 计量

8、地理学的研究对象和内容计量地理学的研究对象和内容一、研究对象地理系统1 地理空间与过程的研究2 生态研究3 区域研究二、研究内容1 空间分布规律性2 空间要素分析3 空间过程分析4 地理系统模拟、预测和规划一、研究对象1、地理空间与过程的研究 把空间和过程结合起来，强调区位因素分析，通过与相关因素的联系过程，探索地理事物之间规律性的空间关系，研究空间结构模式，预测其变化趋势。并以此为合理安排布局生产活动提供依据。n戴维斯：地貌是过程和时间的函数；戴维斯：地貌是过程和时间的函数；n杜能的土地利用模式；杜能的土地利用模式；n土地利用土地覆盖变化研究（土地利用土地覆盖变化研究（LUCCLUCC）；）

9、；n城市社会空间结构研究（功能区，居民出行行为，城市社会空间结构研究（功能区，居民出行行为，住宅价格的分布，商业网点的布局）。住宅价格的分布，商业网点的布局）。研究对象研究对象2、生态研究 研究人口、资源和环境的关系问题。 模拟区域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，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。系统仿真研究，如世界模型。系统仿真研究，如世界模型。土地利用结构与布局优化。土地利用结构与布局优化。研究对象研究对象3、区域研究n均质区域与功能区域n

10、强调区际之间的关系和区域空间组织如跨流域调水，城市圈研究，城市规划，区域合如跨流域调水，城市圈研究，城市规划，区域合作。作。二、研究内容二、研究内容 地理学应用中的各种数学方法地理学应用中的各种数学方法（一）数理统计与地统计学方法（一）数理统计与地统计学方法（二）系统分析方法（二）系统分析方法（三）其他数学方法（三）其他数学方法数学方法 用途 概率论 用于地理现象、地理要素的随机分布研究。 抽样调查 用于地理数据的采集和整理。 相关分析 分析地理要素之间的相关关系。 回归分析 拟合地理要素之间的数量关系、预测发展趋势。方差分析研究地理数据分布的离散程度；估计统计分析方法的可靠性。时间序列分析

11、用于地理过程时间序列的预测与控制研究。主成分分析用于地理数据的降维处理及地理要素的因素分析与综合评价。聚类分析用于各种地理要素分类、各种地理区域划分。判别分析用于判别地理要素、地理单元的类型归属。（一）数理统计与地统计学方法（一）数理统计与地统计学方法趋势面分析用于拟合地理要素的空间分布形态。协方差与变异函数用于研究地理要素的空间相关性及空间分布的数量规律。克立格法 用于地理要素分布的空间局部估计与局部插值。 马尔可夫过程 用于研究随机地理过程、预测随机地理事件。 风险型决策分析法用于各种风险型地理决策问题的分析。非确定型决策分析法用于各种非确定型地理决策问题的分析。（一）数理统计与地统计学方

12、法（续）（一）数理统计与地统计学方法（续）线性规划 研究有关规划与决策问题。 多目标规划 研究有关规划与决策问题。非线性规划 研究有关规划与决策问题。动态规划多阶段地理决策问题的求解耗散结构理论 地理系统、地理过程的组织与演化问题研究。协同学地理系统、地理过程自组织问题研究。系统动力学地理系统的仿真、模拟和预测。控制论用于地理过程、地理系统的调控研究。 信息论用于各种地理信息的分析、处理。突变论用于有关突发性地理现象、地理事件的研究。灰色系统方法 灰色地理系统的分析、建模、控制与决策研究。（二）系统分析方法（二）系统分析方法网络分析 用于交通网络、通讯网络、河流水系等地理网络的研究。层次分析法

13、 多层次、多要素、多目标的战略决策问题分析。模糊数学方法用于各种模糊地理现象、地理过程、地理决策和系统评价研究。分形理论用于有关地理实体的形态及要素分布形态的自相似机理研究。小波分析用于多层次、多尺度、多分辨率的地理时空过程的时频分析。人工神经网络用于有关地理模式的识别、地理过程机制的自学习及预测等。遗传算法用于复杂的非线性地理问题的计算。细胞自动机用于有关地理空间过程的计算机模拟。投入产出分析 用于产业部门联系分析、劳动地域构成分析、区域相互作用分析。（三）其他数学方法（三）其他数学方法1.3 1.3 计量地理学的研究方法及应用计量地理学的研究方法及应用一、空间分布规律性分布型分析-对地理要

14、素的分布特征及规律进行定量分析。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。二、空间要素分析分类分区研究-对地理事物的类型和各种地理区域进行定量划分。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。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。区域综合评价评价各地理区域的综合实力、生态环境质量。三、空间过程分析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。四、地理系统模拟、预测和规划地理预测对于系统某一要素或整体的未来进行预期，它以现状数据模拟为基础。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运用突变理论、混沌理论、分形理论、小波分析和人工神经网络等非线性方法研究地理系统中复杂的关系。 教材与参考书1.1.徐建华，计量地理