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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 人本主义认
2、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的统一，而不是具
3、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。2.演绎法 演绎法是从概念到事实，从总体
4、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,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 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,二、地理学的现代研究手段（一）遥感（RS，r
5、emote 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。,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 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
6、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。,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
7、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
8、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
9、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ARCINFO、GENAMAP、SPANS、MAPINPO、ERDAS等，其中ARCINFO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23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
10、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Web 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
11、、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。,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
12、、协调整个地面系统的工作）、注入站（即地面天线，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。,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，是通过在非精密导航信息（民用
13、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。,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31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。“
14、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。,地理实验工作框图,(五)数学方法 第二次世界
15、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
16、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,培养了一批地理数量方法研究者。1963年加拿大I.伯顿在加拿大地理学家杂志著文将数学方法和计算机技术在地理学研究中的应用称为地理学的数量革命。1964年国际地理联合会(IGU)成立地理数量方法委员会。地理数量方法作为专门的术语，开始出现在60年代地理文献中，它促进了地理学向定性与定量相结合的方向发展。,60年代以后，地理数量方法研究以研究地理系统的数学模型和数学模拟技术、应用计算机和多元分析方法为主要特点，产生了理论性研究和应用性研究的分工。理论性研究侧重于地理系统数学模型的建立，应用性研究侧重于多元统计方法和电子计算机技术的应用。70年
17、代末，数据处理技术被引进地理数量方法，地理数据库和地理信息系统是地理数量方法的重要内容。工业发达的国家按区域、城市或每一平方公里的领土，建立了地理数据库，地理信息系统也由一般提供统计数据、资料文献的系统，即面向供应的地理信息系统发展为面向决策的高级地理信息系统。80年代以来，为适应于地理学由探讨静态结构特征转向动态过程的研究，地理数量方法的主要内容转为探讨动态系统研究的数学模型和计算机模拟方法。,2.地理数量方法的主要方法和模型 概率分布。应用于城市与人口分布以及商业设施分布的研究。其中，以正态分布、二项分布、泊松分布的应用较常见。一般统计特征，如均值、方差、变异系数等用于各种地理要素时间与空
18、间差异的分析，专门构造的统计指数用于各专门分析领域（如洛伦兹曲线与基尼指数用于专业化程度的分析等）。空间类型的统计分析方法。针对地理要素的点状、线状和面状（区域的）分布的特点，设计各种统计特征参数，如最近邻点指数、区域形状指数等。,回归分析。简单回归分析，应用于两个地理要素之间数量关系的持析与预测；多元回归分析和逐步回归分析，应用于被观测的地理要素受两个或两个以上要素影响下地理系统要素之间关系的分析与预测。趋势面分析。它是多元回归技术的特殊应用，把地理要素数值视为地理坐标的函数，用于地理要素分布规律的数学模型的建立和各种趋势面图的制作。主坐标分析。利用坐标的正交变换，对多指标测度的地理要素进行
19、分类。主成分分析与因子分析。利用多维空间坐标轴的旋转，计算地理要素的主成分载荷、因子载荷和得分，分析地理要素之间存在的关联性，从而达到简化系统的表示，对地理系统进行数值分类。,典型相关分析。利用轴旋转方法分析地理要素之间的相互对应关系及关联程度。判别分析。用于地理区界线的确定与地理类型区划的数字分类技术。二级判别分析根据两类地区的经验判断，构选判别函数，检查经验判断的合理性，从而划分两类地区之间的界线。多级判别分析则根据多种类型地理区的经验判断，构选一组判别函数，检查经验判断的合理性，从而达到更合理的区划与分类。聚类分析。地理类型划分的数字分类技术，以“距离”和“相似系数”确定地理类型或地理区
20、之间的差异性和相似性，通过计算每一类型间的距离进而计算各级类型组合之间的距离，达到分区或分类要求。,投入-产出模型。应用于人文地理研究中各经济部门间关系的平衡与预测，也应用于生态系统各要素的平衡关系分析。线性规划模型。这是数量地理学中应用最广的最优化模型，它用线性不等式和线性目标函数描述地理要素之间的物质与技术关系，通过单纯形法求解数学模型，得到在一定条件下符合最佳目标的地理要素规模与结构，多用于资源开发、经济要素布局及经济发展和生态环境的关系的最优规划。整数规划。又称分配问题模型。当某些需要规划的地理要素必须取整数值才有意义时采用整数规划模型,其中应用最广的是0-1规划，这种模型中地理要素只
21、取0或1，用以代表不实施或实施某种方案，常用于资源分配、生产布局等的最优规划。,混合规划。在一定的空间决策问题中，若干决策要素是以实型数值表示的（如国民收入），另一些决策要素则以整数值表示（如企业个数），处理此类问题的规划模型称为混合（整型与实型）规划。非线性规划模型。地理要素的相互关系及目标函数用非线性方程描述时即为非线性规划模型，其中以目标函数为二次函数，约束条件为线性不等式的数学模型应用较广，又称二次规划。多目标模型，即目标函数有一个以上时的数学规划模型。由于地理系统设计的最优目标往往是多目标的，因此，70年代以来多目标规划颇受重视。网络分析。利用网络分析技术分析交通运输状况与线路布局,
22、利用PERT技术（规划评审技术）和CPM方法（关键线路方法）分析地理系统各要素的安排顺序与关键环节，主要应用于区域规划与城市规划。,马尔可夫链模型。利用地理系统状态转移频率对地理系统的未来状态作预测，应用于人口社会移动、沉积过程的分析。控制论模型。应用微分方程和偏微分方程分析地理系统的演变规律，以人口过程的控制论模型最为成熟。大系统理论与方法。由于地理系统是因素复杂、层次结构多、子系统间关系错综复杂的动态系统，因此引进了大系统理论与方法。1972年在维也纳成立国际应用系统分析研究所(IIASA),从事地球资源开发、能源问题、人口问题、生态系统、世界经济模型的研究。,系统动力学模型。这类模型是美国W.福雷斯特创造的、用于处理大系统动态过程的数值模拟方法。它避开了求高价非线性系统解析解的困难，用一组流率方程、水平方程和辅助方程模拟系统动态和反馈过程，在许多复杂区域系统的研究方面取得重要成果，广泛应用于区域和城市发展的动态研究。其他方法与模型。根据专门地理问题应用的方法和模型，如各类重力模型用于模拟地区间经济联系的数量，最大熵模型用于研究人口与地理要素的扩散过程，中心位置理论与等级规模模型用于分析城市与工业枢纽的格局，Q-分析应用于定性关系的分析与分类。,1.科学研究的一般过程2.地理科学的研究方法3.地理考察的基本方式,
