计量地理学第一章绪论.ppt

1、计量地理学,课程重要性,方法论学科（工具） 理论联系实际的桥梁 眼前必备的技能,如何学好这门课,课前预习； 上课认真听讲，认真记笔记； 积极上机实践，熟悉和了解相关软件的操作； 课后多看一些地理期刊杂志； 练笔，找一个计量方法学写科技论文。,考核方法,笔试（70分） 平时成绩（30分） 含：作业（10分） 上机（10分） 考勤和课堂提问（10分）,课程安排,本课程共18讲，结构如下: 绪论（1讲） 地理数据的采集与预处理（1讲） 现代地理学中的计量分析方法（11讲） 上机实习（4讲） 课程回顾与总结（1讲）,课程特点,理论与应用并重。阐明理论为主，不过分强调理论的证明与推导。培养应用地理计量理

2、论解决实际问题的能力。 介绍本学科最新研究成果。,参考书目,1徐建华主编，现代地理学中的数学方法，高等教育出版社， 2004年第二版。 2张超，杨秉赓. 计量地理学基础. 高等教育出版社，1991. 3林炳耀. 计量地理学概论. 高等教育出版社，1985. 4伍德里奇.计量经济学导论（上下册）.中国人民大学出版社， 2007年第三版. 5秦耀辰. 区域模型系统及其应用. 河南大学出版社，1994. 6中国地理学会数量地理专业组编.数量地理学在生产布局中的应用. 科学出版社.1988. 7刘昌明，岳天祥，周成虎.地理学的数学模型与应用.科学出版社.2000. 8牛文元. 理论地理学.商务印书馆.

3、1992.,相关期刊,地理学报，地理科学，地理研究，山地学报， 经济地理 ， 人文地理 ，地理科学进展，地理与地理信息科学， 遥感学报，资源科学 自然资源学报，数量经济技术经济研究，中国软科学，管理世界，测绘学报，武汉大学学报（信 息版）等等。,第一章 绪 论,计量地理学的形成和发展 计量地理学的主要内容 对计量地理学的评价 计量地理学的应用,1. 掌握计量地理学中数学方法的内容,了解现代地理学史上的计量运动； 2掌握计量地理学数学方法的应用范围，了解计量地理学发展的阶段。,计量地理学,计量地理学(Quantitative Geography或者Quantitative Analysis in

4、 Geography)又称数量地理学。研究地理要素的描述统计和计量分析方法；研究地理系统分析方法和地理系统数学模型与数学模拟（仿真）技术；研究地理数据库和地理信息系统的设计及其应用；研究地理预测和决策的方法、程序和模型；研究地理学理论表述的数学形式。等等。 它是地理学中发展较快的新学科。它是从地理事物的空间侧面，运用计量分析的方法，以电子计算机为工具，根据生产实践的命题寻求地理事物空间规律性而建立起来的理论体系。 它强调地理事物的空间与过程研究、人地关系研究和区域研究。 它的任务就是寻找和探求计量分析方法来解决现实中的地理问题。 计量地理学最初萌芽于20世纪20年代。20世纪50年代末的计量运

5、动极大地推动了计量地理学的形成和发展。,地理学的发展阶段,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； 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。,地理学与数学的不解之缘,几何学、区位论 古代地理学和 近代地理学中的数学方法限于定量地描述、记载和解释。 现代地理学中运用数学方法，是为了深入地进行定量化研究，揭示地理现象发生、发展的内在机制及运动规

6、律，从而为地理系统的预测及优化调控提供科学依据。,1.1 计量地理学的形成和发展,现代地理学发展史上的计量运动 计量地理学的发展阶段 现代地理学的数学方法在中国的发展,一、现代地理学发展史上的计量运动,近代地理学有3种主要学派: 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。 景观学派，代表人物是施吕特尔（O. Schlter）等。 区域学派,代表人物是赫特纳（A.Hettner）、哈特向（R.Hartshorne)。 区域学派成主流,计量运动的萌芽,自50年代以来，区域学派的观点开始受

7、到质疑。向区域范式提出最尖锐、最直接批评的是德籍旅美地理学家舍弗尔（F.K. Schaefer）， 1953年发表了一篇题为“地理学中的例外论”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，区域学派忽略了地理事物的共性，因此难以形成知识，所以，在区域地理著作中没有引人注目的深刻见解；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、探索法则或规律的。 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。,在舍弗尔的学术思想的影响下，从20世纪50年代末期开

8、始，首先在美国掀起了建立地理学法则的热潮。一群年轻的计量学者严厉地批判了传统区域地理学是缺乏理论的, 指出它仅从事地表细节的描述与流水账式的纪录,只偏重地域及事物的独特性而不注意其共性，无法累积形成具有预测能力的知识, 因为知识和法则是必须建立在众多的相关事物上来提炼的。 这种法则其实就是强调理论的重要性, 如通过模型来分析人类空间活动的现状、预测人类空间活动的未来等。他们的目的,是要能够掌握规律, 以便预测未来。甚至有些学者认为传统的地理学不是一门科学，这些学者们要追求科学性的地理学; 或者说, 他们要地理学变成一种科学。 然而，究竟怎样建立地理学法则？不同学者从不同的角度作了探索，但一般都

9、是将数学、物理学、社会学、经济学的理论和方法引入地理学，探求地理事物的空间格局，其共同之处在于都是开展地理学定量化研究，建立定量模式。这种定量化研究之热潮，就是所谓的计量运动。,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，形成了三大学派： 衣阿华的经济派。代表人物是舍弗尔、麦卡尔蒂。受杜能、廖什、克里斯泰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. S

10、tewart)。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(William 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，编定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。,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.

11、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。,二、计量地理学的发展阶段,第一阶段（20世纪50年代末到60年代末期） 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，应用各种概率分布函数、方差等简单的统计特征参数

12、以及简单的两要素间的一元线性回归分析方法。 分布中心、区域形状、地理要素分布的集中和离散程度等都有了定量指标，许多地理要素间的相关关系，也可以进行定量地表示。,第二阶段（20世纪60年代末期到70年代末期） 多元统计分析方法和电子计算机技术在地理学研究中广泛应用。以电子计算机技术为手段，许多地理学家熟练地掌握了多元统计方法，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年代末期开始到80年代末期） 系统理论、系统分析方法、系统优化方法、系统调控方法等被引进了地理学研究领域，促进了运筹学中的规划方法、决策方法、网络分析方法，以及数学物理方法、模糊数学方法、分形

13、几何学方法、非线性分析方法等一系列现代数学方法的形成。同时GIS技术的发展为其提供了先进的技术手段支持。,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(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

14、的突变、自组织、混沌、分支、分形等模型外，地理计算学又成功的引入了神经网络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。,三、计量地理在中国的发展,20世纪50年代末，一些大学开设运筹学课程，地理学报等刊物上开始出现运用有关数学方法研究地理问题的论文。 70年代末80年代

15、初，计量地理学正式起步。1980年5月，计量地理学被列为全国综合大学地理系和高等师范大学地理系的专业课；中国地理学会于1983年召开数量地理研讨会；1984年和1985年，正式出版了教材计量地理学概论（林炳耀编）和计量地理学基础（张超、杨秉庚编）。 20世纪80年代后期以来，地理数学方法的应用与系统科学、系统分析方法以及GIS技术有机地结合起来。,1.2 计量地理学中的数学方法,经过40多年的发展，计量地理学不断完善、不断成熟。目前，计量地理学中的数学方法，已经涉及到数学及其相关学科的各个领域。它不但继承了计量运动的成果，而且还吸收了40多年以来数学、系统理论、系统分析方法、计算机科学、现代计

16、算理论及计算方法等领域内的有关成果，其内容是十分丰富而广泛的。,1.3 对计量地理学的评价,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（David Smith）、奥格登(Philip 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。

17、 “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。,对计量地理学应有的认识,在解决实际问题时，首先要有基于定性的理论基础，或要有一个想法或思想，然后再考虑如何将这种想法在实践中予以实施，用什么数学方法来解决，因此，定性分析是定量的基础，定量分析是定性的补充和深化。 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

18、。 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。,1.4 计量地理学的应用,数学方法主要应用方面 应用中应该注意的几个问题,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。如各种统计量的描述；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。 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。 网络分析-对水系、交通网络、行政

19、区划、经济区域等的空间结构进行定量分析。 类型或分类研究-对地理事物的类型和各种地理区域进行定量划分。,决策或空间行为研究，主要是对人类活动的空间行为决策进行定量的研究。 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。 系统仿真或系统优化研究 系统仿真的步骤： 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。,地理系统优化调控研究：运用系

20、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

21、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，往往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

22、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。,作业写一篇题目为“人文地理学中的数学方法” 的论文（不少于2000字）。要求：,内容至少包括：在人文地理学中，应用了哪些主要的数学方法，运用在什么领域，如何用的，解决了什么问题？ 通过阅读期刊杂志上的论文，总结5种以上的数学方法，并标注出源自的期刊名称，论文名称和页码。 交上来的论文若两篇一样，或仅顺序变一变，两篇都做“零分”处

23、理。 11月底交稿。,庖丁为文惠君解牛,良庖岁更刀，割也；族庖月更刀，折也。今臣之刀十九年矣，所解数千牛矣，而刀刃若新发于硎。彼节者有间，而刀刃者无厚，以无厚入有间，恢恢乎其于游刃必有余地矣。 好的厨师每年更换一把刀，因为他们用刀割筋肉；一般的厨师每月更换一把刀，因为他们用刀砍骨头；现在我这把刀已经用十年九年了，宰的牛有几千头了，可是刀刃还像刚刚磨过的一样。,理论联系实际,定量描述和分析地理、经济活动，验证经济地理理论； 寻找地理系统规律、建立地理计量模型，为地方制定政策服务； 做地理预测。,阿尔夫雷特赫特纳(Hettner,Alfred ,18591941) 德国著名地理学家,近代地理学区域

24、学派创始人，更以关注并系统阐述地理学方法论而著称。1895年他创办了地理杂志，不断撰文阐述地理学理论问题。1927年出版的地理学，它的历史、性质和方法一书，是其主要代表作。 该书共分九编，分别叙述了地理学的历史、性质、任务、研究方法、地理学概念和思想的构成、地理学的特殊手段、地图和图片、地理学的文字表述、地理学教育。贯串所有这些部分的中心思想是地理学的区域特性：地理学的历史表明其科学任务在于了解区域，地理学的对象是人类和自然的区域性，地理学的重要方法是区域比较方法，地理学作为区域科学而在科学体系中占有特殊的重要地位，地理学的价值就是从“三维”现实的区域空间角度来了解人类和自然。 该书涉及了地理

25、学基本理论的所有重要方面，是作者那个时代地理学方法论的主要文献。在国际地理学界产生了广泛而持久的反响，至今影响深远。,哈特向（R.Hartshorne)：美国著名地理学家，代表作1939年 地理学的性质 (The Nature of Geography)和1959年的地理学性质的透视(Perspective on the Nature of Geogsaphy) 。他总结了德国赫特纳及美国苏尔的理论，成为区域地理学理论的继承者。 地理学的性质一书从哲学高度上总结了区域学派的理论和方法，明确提出地理学的对象是区域分异：部门地理学是研究的起点，区域地理学则是研究的终端。 地理学性质的透视一书，重新对地理学性质作出评价，系统地阐述地理学的统一性和建立科学法则等问题，被广泛视为权威性著作。 “让我们谨慎地评论，但也不必胆