Курсовая работа на тему Новейшие методы исследования в географии

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………. 3
Глава 1.Современные географические исследования……………………… 5
  1. Современныеисследованиявгеографии…………………………….
5
  1. Роль методов в современной географии……………………………………………………………….
 

8

Глава 2.Новейшие методы исследования…………………………………… 13
2.1.    Сущностьпрогнозирования и

математического моделирования……………………………………………

 

13

2.2.    Аэрокосмический и геоинформационный метод…………………… 18
Глава 3. Основные направления использования новейших

методов исследования………………………………………………………..

 

22

3.1.   Современные направленияи проблемы использованияматематического моделирования и прогнозированияв географии………………………………………………………………………  

 

22

3.2.    Перспективы ГИС-технолгийи аэрокосмических методов…………………………………………….………………………….  

26

Заключение…………………………………………………………………….. 29
Литература…………………………………………………………………….. 30

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Современная география – это сложная разветвленная система, или «семья» наук — естественных (физико-географических) и общественных (экономико-географических), связанных общим происхождением и общими целями. До тех пор пока существовали неоткрытые земли, перед географией не стояла остро задача объяснения мира. Поверхностного описания различных территорий было достаточно, чтобы исследование считалось географическим. Но бурный рост хозяйственной деятельности человека потребовал проникновения в тайны природы.

Одна из важнейших задач современной географии – изучение процессов взаимодействия природы и общества в целях научного обоснования рационального использования природных ресурсов и сохранения благоприятных условий для жизни человека на нашей планете. Новые задачи, поставленные перед наукой, потребовали совершенствования принципов и методов получения и обработки информации о географических явлениях, способов теоретических обобщений и прогнозирования. В связи с этим внедряются такие методы, как математическое моделирование и прогнозирование. Помимо этого современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации. Это способствовало появлению таких методов исследование как аэрокосмический и геоинформационный.

Актуальность темы обусловлена необходимостью использования новейших методов исследования, позволяющих значительно расширить возможности человечества и границы непознанного.

Цель работы: выявить основные направления развития новейших методов географии.

Объектом исследования являются новейшие методы.

Предмет исследования: изучение  применения  новейших  методов  при  решении  задач, поставленных современной географии.

Основные  задачи:

  • Проанализировать перечень современных географических методов исследований;
  • Охарактеризовать метод математического моделирования и прогнозирования;
  • Раскрыть сущность аэрокосмического и геоинформационного метода;
  • Определить роль и основные направления использования и развития новейших методов географии.

При написании работы использовались следующие методы: литературный обзор, метод анализа и обобщения научной и методической литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1.Современные географические исследования

  1. Современные исследования в географии

 

Географы долгое время занимались главным образом описанием природы земной поверхности, населения и хозяйства стран. Сейчас на Земле нет таких мест, о природе и населении которых люди совершенно ничего не знают. Исследователи поднялись на высочайшие горы, спустились на дно глубочайших океанических впадин, увидели Землю из космоса и сделали космические снимки ее поверхности. В настоящее время значительная часть земной поверхности освоена человечеством. Природа и человек, его жизнь и деятельность тесно связаны и зависят друг от друга.

Но и сейчас есть на Земле ждущие своего открытия белые пятна. Правда, теперь непознанное относится больше к сфере объяснения, а не описания объектов и явлений. Если в прошлом географическое открытие означало первое посещение того или иного объекта (материка, острова, пролива, горной вершины и др.) представителями народов, которые имели письменность и смогли охарактеризовать этот объект или нанести его на карту, то теперь под географическим открытием понимают не только территориальное, но и теоретическое открытие в области географии, установление новых географических закономерностей.

Современная  география играет очень важную роль для решения задач развития нашей планеты. Целостная система географических наук обеспечивает постоянный контроль за текущим состоянием природы, принимает участие в разработке системы мероприятий для борьбы с негативными последствиями человеческого воздействия на природу, а также дает прогнозы изменения и развития территориальных производственных комплексов [9]. Составить реальный прогноз изменения природы, не учитывая данные о хозяйственной деятельности людей, ее влиянии на природу совершенно невозможно. Также невозможно определить политику развития региона, не учитывая особенностей его населения и природы. Решение этих задач обязательно требует внедрение современных методов исследования.
Наше человеческое общество вступило в период господства микроэлектроники, биотехнологии и информатики, в корне преобразующих все сельскохозяйственное и промышленное производство.

Хозяйственная деятельность людей так выросла, что стала ощутимой на всей Земле. Использование природных богатств стало очень быстрым и в огромных размерах. Шагая по планете, человек часто оставляет неприятные следы: вырубленные леса, истощенные почвы, отравленные реки, загрязненный воздух. Зато условия жизни человека становятся неблагоприятными, а иногда и вредными для здоровья.

Поэтому сейчас первоочередной задачей географии есть предсказания изменений в природе в результате разнородного вмешательства в нее людей.

В наше время география уже отнюдь не прежняя, по преимуществу описательная наука, где главным объектом исследования были неведомые тогда земли и страны. «Ушли безвозвратно времена, так называемой, «романтической» географии. Человек исходил, изъездил, проплыл почти всю нашу, как выяснилось не очень большую планету и к тому же теперь постоянно осматривает ее из космоса. Поэтому современная география как бы переживает свое новое рождение. Место прежней описательности в ней прочно заняла, если можно так сказать, конструктивность и прогнозированность, т.к. развитие производства и глубокие социально-экономические преобразования в мире заставили ученых кардинально пересмотреть свои взгляды на саму суть этой науки, ее цели, задачи, методы исследовательских работ.»1

Перед нашей наукой стоят теперь новые задачи: познать взаимодействие природы и человеческой деятельности. Ныне география изучает природу и с целью ее сохранения в процессе хозяйственного использования, что особенно важно в период научно-технической революции.

Усилия многих географов в наше время направлены на изучение экологических проблем.

Современная география всё более превращается в науку экспериментально-преобразовательного характера. Ей принадлежит важная роль в разработке крупнейшей общенаучной проблемы взаимоотношения природы и общества. Научно-техническая революция, вызвавшая резкое усиление воздействия человека на природные и производственные процессы, настоятельно требует взять это воздействие под строгий научный контроль, что означает прежде всего умение предвидеть поведение геосистем, а в конечном счёте — способность управлять ими на всех уровнях, начиная с локального (например, территории больших городов и их пригородов) и регионального, кончая планетарным, т. е. географической оболочкой в целом [6].

Итак, задачи и цели современной географии определяют необходимость дальнейшей разработки теории природных и производственных территориальных комплексов и их взаимодействия с привлечением новейших достижений и методов исследование, среди которых на первый план выходят такие методы, как математическое моделирование и прогнозирование, аэрокосмический и геоинформационный методы.

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Роль методов в современной географии

 

Роль методов в географических исследованиях значимо, так как методы составляют методологию географической науки. Географические исследования концентрируются вокруг значимых проблем.

Методы исследования в географии на сегодняшний день остаются все теми же, что и раньше. Однако это вовсе не означает, что они не претерпевают изменения. Появляются новейшие методы географических исследований, позволяющие значительно расширить возможности человечества и границы непознанного. Но прежде, чем рассмотреть эти новшества, необходимо разобраться, в привычной классификации.

В течение многих столетий географами были проведены исследования, которые проводились с помощью определенных методов и методик.

Можно рассматриваются разные классификации методов географических исследований, например, по Максаковскому В.П., Жекулину В.С. Классификация методов В.П. Максаковского включает в себя такие методы как общегеографические (описание, картографический, сравнительно-географический, количественный, математический, моделирование, аэрокосмический (дистанционный), геоинформационный) так и частногеографические (методы физической и экономической географии). Другой автор – В.С. Жекулин рассматривает не группы методов, а частные методы географических исследований: объяснение на основе моделирования, эксперимента, анализа и синтеза и другие.2

Также существуют и другие классификации методов, применяемые в географических исследованиях: классификация методов по существу, по времени возникновения и принципу применения. По времени возникновения выделяют: традиционные, новые и новейшие [2].

Именно новейшие методы исследования – математическое моделирование и прогнозирования, аэрокосмический и геоинформайионный метод выходят на первый план. Это связано с тем, что перед нашей наукой стоят теперь новые задачи: познать взаимодействие природы и человеческой деятельности. Современная география всё более превращается в науку экспериментально-преобразовательного характера. Ей принадлежит важная роль в разработке крупнейшей общенаучной проблемы взаимоотношения природы и общества.

Вряд ли правомерно приступать к разработке рекомендаций по оптимизации природной среды на более или менее длительную перспективу, не представив себе заранее, как поведут себя в будущем геосистемы в силу присущих им естественных динамических тенденций и под влиянием техногенных факторов. Иными словами, необходимо составить географический прогноз, цель которого заключается в разработке представлений о природных географических системах будущего. В способности научного предвидения должно состоять, пожалуй, наиболее весомое свидетельство конструктивного характера географии [8].

В самом общем виде географическое прогнозирование – это специальное научное исследование конкретных перспектив развития географических явлений. В его задачу входит определение будущих состояний интегральных геосистем, характера взаимодействий природы и общества.

При этом в географическом исследовании используются, прежде всего, преемственные связи временного, пространственного и генетического характера, так как именно для этих связей характерна причинность – важнейший элемент прогнозирования событий и явлений даже высокой степени случайности и вероятности. В свою очередь, сложность и вероятностный характер являются специфическими чертами геопрогнозирования.

В настоящее время для разработки прогнозов все шире переменяется моделирование, в частности математическое. Оно необходимо для создания адекватных прогнозных моделей изучаемых объектов, явлений и процессов.

Моделирование позволяет выявить причинную обусловленность параметров системы и дать функциональную, точечную и интервальную их оценку.
Применение моделирования для целей прогнозирования чрезвычайно сложный процесс. Оно основано на большом массиве информации, требует адаптации существующего математического аппарата для конкретных целей прогнозирования и привлечения специалистов разного профиля (математиков, программистов, географов, экономистов, социологов и др.).

«Математико-географическое моделирование – важное средство в подходах к решению одной из наиболее актуальных проблем современной географии – проблеме изучения и управления окружающей средой.»3 Эта проблема требует формализованного представления об окружающей среде и такую формализацию дает моделирование, основанное на системном подходе. При этом окружающая среда обычно отображается в виде моделей геосистем, выраженных языком математики. Наиболее эффективны модели, созданные на базе информационного моделирования, которое предполагает параметрическое представление геоинформации с целью ее дальнейшей автоматизированной обработки в системах управления.

Сущность метода моделирования и прогнозирования заключается в исследовании каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей [17]. Следовательно, при моделировании изучаемый объект, явление, процесс заменяется другой вспомогательной или искусственной системой. Закономерности и тенденции, выявленные в процессе моделирования, затем распространяются на реальную действительность. Моделирование облегчает и упрощает исследование, делает его менее трудоемким иболее наглядным. Кроме того, оно дает ключ к познанию таких объектов, которые не поддаются непосредственному измерению (например, ядро Земли).

К числу аэрометодов относятся визуальные методы наблюдения, ведущиеся с летательных аппаратов. Но гораздо большую роль играет аэросъемка. Основной ее вид — аэрофотосъемка, которая широко применяется уже с 30-х годов и поныне остается основным методом топографической съемки. Она используется также в ландшафтных исследованиях. Помимо обычной, применяется тепловая, радиолокационная, многозональная аэрофотосъемка.

К числу космических методов относятся прежде всего визуальные наблюдения — прямые наблюдения за состоянием атмосферы, земной поверхности, наземных объектов, которые проводились и проводятся с началом космической эры.

Вслед за визуальными наблюдениями началась космическая фотосъемка и телесъемка, а затем получили распространение и более сложные виды космической съемки — спектрометрическая, радиометрическая, радиолокационная, тепловая и др.

К числу главных особенностей и достоинств космической съемки относят прежде всего огромную обзорность космоснимков, большую скорость получения и передачи информации, возможность многократного повторения снимков одних и тех же объектов и территорий, что позволяет анализировать динамику процессов [11].

Что касается обработки информации, то сначала это производилось с помощью перфокарт, затем появились первые ЭВМ, возникли банки данных географической информации, основанные на использовании запоминающих устройств ЭВМ, стали внедряться совершенно новые геоинформационные технологии, а выдача информации стала осуществляться в текстовой, графической, картографической формах, в том числе и с использованием электронных сетей, электронной почты, электронных карт и атласов.

Развитие геоинформатики привело к созданию геоинформационных систем. Географическая информационная система (ГИС) представляет собой комплекс взаимосвязанных средств получения, хранения, переработки, отбора данных и выдачи географической информации. Ныне в мире работают уже сотни и тысячи геоинформационных систем, и тем не менее это только начальный период их становления. На базе ГИС развиваются и вводятся в научный оборот новые виды текстов и изображений [20].
Поскольку все методы, которые будут нами рассматриваться, используются для целей географических исследований, то все они изучают пространственные или пространственно-временные отношения. Иногда это делается не явно, как, например, применение математических методов для изучения взаимосвязей между географическими явлениями.

Итак, можно сказать, что весь разнообразный комплекс новейших методов исследования географической оболочки значительно способствуют продвижению наших знаний о процессах, протекающих в ней, способствует развитию теории географической науки, познанию законов, управляющих  структурой и динамикой оболочки. Это дает возможность географической науке подняться на новую, более высокую ступень развития.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Новейшие методы исследований

 

2.1. Сущность прогнозирования и математического моделирования

 

С общенаучных позиций прогноз чаще всего определяют как гипотезу о будущем развитии объекта. При этом имеется в виду, что прогнозировать можно развитие самых разнообразных объектов, явлений и процессов: развитие науки, отрасли хозяйства, социального или природного явления. Особенно распространены в наше время демографические прогнозы увеличения численности населения, социально-экономические прогнозы возможности удовлетворения растущего населения Земли продуктами питания и экологические прогнозы будущей среды жизни человека. В случае если человек не может воздействовать на объект прогнозирования, такой прогноз называют пассивным.

Прогноз также может заключаться в оценке будущего хозяйственного и природного состояния какой либо территории на 15–20 лет вперед. Предвидя, например, неблагоприятную ситуацию, можно своевременно изменить ее, запланировав экономически и экологически оптимальный вариант развития. Именно такой активный прогноз, подразумевающий обратные связи и возможности управления объектом прогнозирования, свойствен географической науке. При всем различии целей прогноза для современной географии и географов нет более важной общей задачи, чем разработка научно обоснованного прогноза будущего состояния географической среды на основе оценок ее прошлого и настоящего. Именно в условиях высоких темпов развития производства, техники и науки человечество особенно нуждается в такого рода опережающей информации, так как из-за отсутствия предвидения наших действий и возникла проблема взаимоотношений человека с окружающей средой [8].

В самом общем виде географическое прогнозирование – это специальное научное исследование конкретных перспектив развития географических явлений. В его задачу входит определение будущих состояний интегральных геосистем, характера взаимодействий природы и общества.

При этом в географическом исследовании используются, прежде всего, преемственные связи временного, пространственного и генетического характера, так как именно для этих связей характерна причинность – важнейший элемент прогнозирования событий и явлений даже высокой степени случайности и вероятности. В свою очередь, сложность и вероятностный характер являются специфическими чертами геопрогнозирования [20].

Основные операционные единицы географического прогнозирования – пространство и время – рассматриваются в сопоставлении с целью и объектом прогноза, а также с местными природно-хозяйственными особенностями конкретного региона. Успешность и надежность географического прогноза определяются многими обстоятельствами, в том числе правильностью выбора главных факторов и методов, обеспечивающих решение проблемы. Географическое прогнозирование состояния природной среды многофакторно, и эти факторы физически разные: природа, общество, техника и т. д. Надо проанализировать эти факторы и выбрать те из них, которые в какой-то степени могут контролировать состояние среды – стимулировать, стабилизировать или ограничивать неблагоприятные или благоприятные для человека факторы ее развития. Эти факторы могут быть внешними и внутренними. Внешние факторы – это, например, такие источники воздействия на природную среду, как карьеры и отвалы вскрышных пород, полностью уничтожающие природный ландшафт, дымовые выбросы из заводских труб, загрязняющие воздух, промышленные и бытовые стоки, поступающие в водоемы, многие другие источники воздействия на среду. Размеры и силу воздействия таких факторов можно заранее предусмотреть и заблаговременно учесть в планах охраны природы данного региона. К внутренним факторам относятся свойства самой природы, потенциал ее компонентов и ландшафтов в целом. Из компонентов природной среды, вовлекаемых в процесс прогнозирования в зависимости от его целей и местных географических условий, главными могут стать рельеф, горные породы, водные объекты, растительность и т. д.  Относительная устойчивость этих факторов во времени позволяет использовать их как фон и каркас прогноза. В конкретных условиях сила их воздействия на ландшафт и процесс хозяйственной деятельности будет зависеть не только от них самих, но и от устойчивости природного фона, на который они воздействуют. Поэтому прогнозируя, географ оперирует, например, показателями расчленения рельефа, растительного покрова, механического состава почв и многих других компонентов природной среды. Зная свойства компонентов и их взаимные связи, различия в реакции на внешние воздействия, можно заблаговременно предусмотреть ответную реакцию природной среды, как на ее собственные параметры, так и на факторы хозяйственной деятельности. Но, даже отобрав не все, а лишь главные природные компоненты, наиболее отвечающие решению задачи, исследователь все же имеет дело с очень большим числом параметров взаимоотношений каждого из свойств компонентов и видов техногенных загрузок. Поэтому географы ищут интегральные выражения суммы компонентов, т е. природной среды как целого. Таким целым является естественный ландшафт с его исторически сложившейся структурой. Последняя выражает как бы «память» развития ландшафта, длинный ряд статистических данных, необходимых для прогнозирования состояния природной среды.

В настоящее время для разработки все шире переменяется моделирование, в частности математическое. Оно необходимо для создания адекватных прогнозных моделей изучаемых объектов, явлений и процессов [19]. Моделирование позволяет выявить причинную обусловленность параметров системы и дать функциональную, точечную и интервальную их оценку.

Применение моделирования для целей прогнозирования чрезвычайно сложный процесс. Оно основано на большом массиве информации, требует адаптации существующего математического аппарата для конкретных целей прогнозирования и привлечения специалистов разного профиля (математиков, программистов, географов, экономистов, социологов и др.).
Среди существующих моделей для целей прогнозирования применяются следующие:

  • Функциональные, описывающие функции, которые выполняются отдельными компонентами системы и системой в целом;
  • Модели физического процесса, определяющие математические зависимости между переменными этого процесса. Они могут быть непрерывными и дискретными во времени, детерминированными и стохастическими;
  • Экономические, определяющие зависимость между различными параметрами изучаемого процесса и явления, а также критерии, позволяющие оптимизировать экономические процессы;
  • Процедурные, описывающие операционные характеристики систем, необходимые для принятия управляющих решений;
  • Прогностические модели могут быть концептуальные (выраженные словесным описанием или блок-схемами), графические (представленные в виде кривых, чертежей, карт), матричные (как связующее звено между словесным и формализованным представлением, математические (представленные в виде формул и математических операций), компьютерные (выраженные описанием, пригодным для ввода в ЭВМ).

Особое место занимают имитационные прогностические модели. Имитационное моделирование представляет собой формализацию эмпирических знаний о рассматриваемом объекте с использованием современных ЭВМ. Под имитационной моделью понимается модель, воспроизводящая процесс функционирования систем в пространстве в фиксированный момент времени путем отображения элементарных явлений и процессов с сохранением их логической структуры и последовательности. Это позволяет, используя исходные данные о структуре и главных свойствах территориальных систем, получить сведения о взаимосвязях между их основными компонентами и выявить механизм формирования их устойчивого развития [17]. Процесс разработки прогнозов на основе математического моделирования включает следующие этапы:

  1. Формулировка цели и задач исследования. Качественный анализ прогнозируемого объекта в соответствии с целью исследования.
    Определение предмета и уровня моделирования, зависящие от задач прогнозирования;
  1. Выбор основных признаков и параметров модели. В модель должны быть включены только существенные для решения определенной цели параметры, так как увеличение числа переменных увеличивает неопределенность результатов и усложняет расчеты по модели;
  1. Формализация основных параметров модели, т. е. математическая формулировка цели и задач исследования;
  1. Формализованное представление взаимосвязей между параметрами и характеристиками прогнозируемого объекта или процесса;
  1. Проверка адекватности модели, т. е. точности отражения математической моделью признаков оригинала;
  1. Определение информативных возможностей модели путем установления количественных связей закономерностей и синтезирования.

Итак, географическое прогнозирование и математическое моделирование имеет особое значение, так как оно является комплексным и предполагает оценку динамики природных и природно-хозяйственных систем в будущем с использованием как компонентных, так и интегральных показателей.

 

 

 

2.2.Аэрокосмический и геоинформационный метод

 

Под аэрокосмическими методами принято понимать «совокупность методов исследования атмосферы, земной поверхности, океанов, верхнего слоя земной коры с воздушных и космических носителей путем дистанционной регистрации и последующего анализа идущего от Земли электромагнитного излучения».4 Аэрокосмические методы обеспечивают определение географического положения изучаемых объектов или явлений и получения их качественных и количественных биографических характеристик.

Аэрокосмический снимок – это прежде всего информационная модель изучаемого объекта или  явления. Аналоговые и цифровые аэрокосмические снимки имеют десятки разновидностей, несут разнообразную информацию о географических объектах и явлениях, о их взаимосвязях и пространственном распределении, состоянии, изменении во времени. Для результативного использования этих снимков исследователь должен знать их информационные свойства и владеть специальными способами и приемами эффективного извлечения из снимков требуемой информации [11].

При аэрокосмических методах исследования информация об удаленном объекте  передается с помощью электромагнитного излучения, которое характеризуется такими параметрами, как интенсивность, спектральный состав, поляризация и направление распространения. Зарегистрированные параметры излучения, функционально зависящие от биогеофизических характеристик, свойств, состояния и пространственного положения объекта исследования, позволяет изучать его косвенно. В этом заключается сущность аэрокосмических методов.

Ведущее место в аэрокосмических методах занимает изучение объекта по снимкам, поэтому главная их задача заключается в целенаправленном получении и обработке снимков. Принцип множественности, или комплексности, аэрокосмических исследований предусматривает использование не одного снимка, а их серий, различающихся по масштабу, обзорности и разрешению, ракурсу и времени съемки, спектральному диапазону и поляризации регистрируемого излучения [3].

Несмотря на различие в снимках, способах и приемах их обработки, аэрокосмические методы позволяют решать в физической и экономической географии такие общие задачи, как инвентаризация различного рода территориальных систем, оценки их состояния и возможностей использования, изучении динамики, географическое прогнозирование. Аэрокосмический метод очень полезен при различных видах районирования территории.

Аэрокосмические методы позволяют прямо или косвенно получать только ту географическую информацию о местности, которая заложена в особенностях излучения, идущего от объекта съемки. Уже давно доказано, что 80-90 % всех данных составляют геоданные, т. е. не просто абстрактные, безличные данные, а информация, имеющая свое определенное место на карте, схеме или плане.

Дистанционного зондирования является источником данных для  ГИС.

ГИС появились  благодаря компьютерным картам, которые обладают множеством дополнительных и полезных свойств. Существуют десятки определений геоинформационных систем. Но большинство специалистов склоняются к тому, что определение ГИС должно базироваться на понятии СУБД. Поэтому можно сказать, что ГИС – это системы управления базами данных, предназначенные для работы с территориально-ориентированной информацией [12]. Важнейшей особенностью ГИС является способность связывать картографические объекты (т. е. объекты, имеющие форму и местоположение) с описательной, атрибутивной информацией, относящейся к этим объектам и описывающей их свойства.

Как было отмечено выше, в основе построения ГИС лежит СУБД. Пространственные данные специальным образом организованы, и эта организация не базируется на реляционной концепции. Напротив, атрибутивная информация объектов (семантические данные) вполне удачно может быть представлена реляционными таблицами и соответствующим образом обрабатываться. Объединение моделей данных, лежащих в основе представления пространственной и семантической информации в ГИС, образует геореляционную модель.

Для использования в ГИС данные должны быть преобразованы в подходящий цифровой формат. Процесс преобразования данных из бумажных карт в компьютерные файлы называется оцифровкой. Для совместной обработки и визуализации все данные удобнее представить в едином масштабе и одинаковой картографической проекции. ГИС-технология предоставляет разные способы манипулирования пространственными данными и выделения данных, нужных для конкретной задачи. В небольших проектах географическая информация может храниться в виде обычных файлов [15]. Но при увеличении объема информации и росте числа пользователей для хранения, структурирования и управления данными эффективнее применять СУБД, специальные компьютерные средства для работы с интегрированными наборами данных. При наличии ГИС и географической информации можно получать ответы, как на простые вопросы, так и на более сложные, требующие дополнительного анализа, запросы. Процесс наложения (пространственного объединения) включает интеграцию данных, расположенных в разных тематических слоях. Для многих типов пространственных операций конечным результатом является представление данных в виде карты или графика. ГИС предоставляет новые удивительные инструменты, расширяющие и развивающие искусство и научные основы картографии. С ее помощью визуализация самих карт может быть легко дополнена отчетными документами, трехмерными изображениями, графиками, таблицами, диаграммами, фотографиями и другими средствами, например, мультимедийными.

Дистанционное зондирование является одним из основных методов оперативного получения сведений о земной поверхности. Исключительно богатая информация и высокая точность цифрового изображения в сочетании с универсальностью и экономичностью обеспечили широкое внедрение ее в различные отрасли науки. А появление компьютеров, являющихся инструментами обработки информации, и развитие ГИС значительно помогли географам и многим другим, использующим пространственные данные, в их работе. Эти новые инструменты широко внедряются в географическую науку и практику. Повышается качество задаваемых вопросов и решаемых задач, расширяются сферы и масштабы применения методов пространственного анализа. Это позволяет глубже вникать в пространственные переменные, рассматривать факторы и взаимосвязи, которые иным образом не были бы исследованы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Основные направления использования новейших методов исследования

 

3.1. Современные направления и проблемы использования  математического моделирования и прогнозирования в географии

 

«Главная цель моделирования в географических исследованиях – выявление условий формирования, функционирования и развития территориальных систем, их взаимодействия с природной средой в связи с прогнозированием дальнейшего развития.»5

Географические объекты и явления представляет собой обширнейший плацдарм для приложения самых разнообразных моделей. Однако при их моделировании возникают существенные трудности, связанные с тем, что модель представляет собой упрощение реальной системы. Поэтому она не может полностью описать поведение реальных объектов, а в лучшем случае объясняет лишь некоторую малую часть действительного функционирования систем в целом. Другая сложность заключается в выборе правильного способа построения модели, который с одной стороны, был бы как можно проще, с другой – позволял лучше интерпретировать полученные результаты. Значительные затруднения связаны с большим количеством исходной информации, используемой при построении математических моделей и ее неоднородностью. В результате этого многие модели обладают рядом недостатков.

Главным объектом изучения географии являются территориальные природные и социально-экономические системы, которые в соответствии с кибернетическим понятием относятся к сложным системам. Сложность системы определяется количеством входящих в нее элементов, связями между этими элементами, а также взаимоотношениями между системой и средой. Территориальные комплексы обладают всеми признаками очень сложной системы. Они объединяет огромное число элементов, отличается многообразием внутренних связей и связей с другими системами (природная среда, хозяйство, население и т.д.). Сложные объекты представляют наибольший интерес для моделирования; именно здесь моделирование может дать результаты, которые нельзя получить другими способами исследования. Потенциальная возможность математического моделирования любых географических объектов и процессов не означает ее успешной осуществимости, а зависит и от уровня развития географических и математических знаний, имеющейся конкретной информации и вычислительной техники. Кроме того, всегда останутся проблемы, которые не поддаются формализации и в этом случае математическое моделирование недостаточно эффективно. Длительное время главной трудностью практического применения математического моделирования в географии было наполнение разработанных моделей конкретной и качественной информацией. Точность и полнота первичной информации, реальные возможности ее сбора и обработки во многом определяют выбор типов прикладных моделей.

Другая проблема порождается динамичностью географических процессов, изменчивостью их параметров и структурных отношений [19]. Вследствие этого они должны постоянно находиться под наблюдением, чтобы иметь устойчивый поток новых данных. Поскольку наблюдения за географическими процессами и обработка эмпирических данных обычно занимают довольно много времени, то при построении математических моделей экономики требуется корректировать исходную информацию с учетом ее запаздывания.

Познание количественных отношений географических процессов и явлений опирается на соответствующие измерения. Точность измерений в значительной степени предопределяет и точность конечных результатов количественного анализа посредством моделирования. Поэтому необходимым условием эффектного использования математического моделирования является совершенствование системы географических показателей. Применение математического моделирования заострило проблему измерений и количественных сопоставлений различных аспектов и явлений социально-экономического развития, достоверности и полноты получаемых данных, их защиты от намеренных и технических искажений.
Важная задача географического прогноза — поиск устойчивых связей (структурных, функциональных, пространственных, временных и др.) между компонентами геосистем. Это обусловлено многомерностью объекта прогнозирования – территориальной системы определенного региона.

Проблемы географического прогнозирования достаточно сложны и многообразны в силу сложности и многообразия самих объектов прогнозирования – геосистем различных уровней и категорий. В точном соответствии с иерархией самих геосистем оказывается и иерархия прогнозов, их территориальных масштабов. Можно утверждать, что сложность задач прогнозирования нарастает по мере перехода от низших ступеней геосистемной иерархии к высшим.

Как известно, всякая геосистема относительно более низкого иерархического уровня функционирует и развивается как составная часть систем высших рангов. Практически это означает, что разработка прогноза «поведения» в будущем отдельных урочищ должна осуществляться не иначе как на фоне вмещающего ландшафта с учетом его строения, динамики, эволюции [20]. А прогноз для всякого ландшафта следует разрабатывать еще на более широком региональном фоне. В конечном счете географический прогноз любого территориального масштаба требует учета глобальных тенденций (трендов).

Участие географической науки в процесс исследования глобальных проблем видится не только в разработке путей оптимизации взаимоотношений природы и человеческого общества, географического прогнозирования воздействия человеческой деятельности на природную среду, отслеживании механизмов этого воздействия в глобальных масштабах с использованием современных геоинформационных технологий, т.е. в том, что относится к сфере интересов самой этой науки.

Применение математического моделирования и прогнозирования заострило проблему измерений и количественных сопоставлений различных аспектов и явлений, достоверности и полноты получаемых данных, их защиты от намеренных и технических искажений. Данные методы необходимы, потому что будущее необычно и эффект многих решений, принимаемых сегодня, на протяжении определённого времени не ощущаются. Поэтому точное предвидение будущего повышает эффективность процесса принятия решения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Перспективы ГИС-технолгий и аэрокосмических методов

ГИС-технологии объединены с другой мощной системой получения и представления географической информации – данными дистанционного зондирования Земли из космоса, с самолетов и любых других летательных аппаратов. Космическая информация в сегодняшнем мире становится все более разнообразной и точной. Возможность ее получения и обновления — все более легкой и доступной. Десятки орбитальных систем передают высокоточные космические снимки любой территории нашей планеты. За рубежом и в России сформированы архивы и банки данных цифровых снимков очень высокого разрешения на огромную территорию земного шара. Их относительная доступность для потребителя (оперативный поиск, заказ и получение по системе Интернет), проведение съемок любой территории по желанию потребителя, возможность последующей обработки и анализа космоснимков с помощью различных программных средств, интегрированность с ГИС-пакетами и ГИС-системами, превращают тандем ГИС-ДЗ в новое мощное средство географического анализа. Это первое и наиболее реальное направление современного развития ГИС.

Второе направление развития ГИС – совместное и широкое использование данных высокоточного глобального позиционирования того или иного объекта на воде или на суше, полученных с помощью систем GPS (США) или ГЛОССНАС (Россия). Эти системы, особенно GPS, уже сейчас широко используются в морской навигации, воздухоплавании, геодезии, военном деле и других отраслях человеческой деятельности. Применение же их в сочетании с ГИС и ДЗ образуют мощную триаду высокоточной, актуальной (вплоть до реального режима времени), постоянно обновляемой, объективной и плотно насыщенной территориальной информации, которую можно будет использовать практически везде [3].

Третье направление развития ГИС связано с развитием системы телекоммуникаций, в первую очередь международной сети Интернет и массовым использованием глобальных международных информационных ресурсов. В этом направлении просматривается несколько перспективных путей.

Первый путь будет определяться развитием корпоративных сетей крупнейших предприятий и управленческих структур, имеющих удаленный доступ, с использованием технологии Интернет. Этот путь подкреплен серьезными финансовыми ресурсами этих структур и теми проблемами и задачами, которые приходится решать им в своей деятельности с использованием пространственного анализа. Данный путь скорее всего будет определять развитие технологических проблем ГИС при работе в корпоративных сетях. Распространение же отработанных технологий на решение вопросов мелких и средних предприятий и фирм, даст мощный толчок к их массовому использованию.

Второй путь зависит от развития самой сети Интернет, которая распространяется по миру огромными темпами, вовлекая каждый день в свою аудиторию десятки тысяч новых пользователей. Этот путь выводит на новую и пока неизведанную дорогу, по которой традиционные ГИС из обычно закрытых и дорогих систем, существующих для отдельных коллективов и решения отдельных задач, со временем приобретут новые качества, объединятся и превратятся в мощные интегрированные и интерактивные системы совместного глобального использования.

При этом такие ГИС сами станут: территориально распределенными; модульно наращиваемыми; совместно используемыми; постоянно и легко доступными [15].

Поэтому можно предполагать возникновение на базе современных ГИС, новых типов, классов и даже поколений географических информационных систем, основанных на возможностях Интернет, телевидения и телекоммуникаций.

Суммирование же возможностей ГИС – ДЗ – GPS – Интернет составит мощнейший квартет пространственной информации.

Все охарактеризованные выше тенденции, перспективы, направления и пути развития приведут в конечном итоге к тому, что география и геоинформатика будут представлять собой единый комплекс наук, опирающийся на пространственную идеологию и использующий самые современные технологии по переработке огромного объема любой пространственной информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разрыв страницы

Заключение

 

В ходе выполнения работы, был рассмотрен ряд географической литературы и проанализирован перечень современных географических методов исследований. Дана характеристика метода математического моделирования и прогнозирования, раскрыта сущность аэрокосмического и геоинформационного метода исследования. Выявлены особенности их применение в современной географии, направления и перспективы развития.

Роль методов в географических исследованиях значимо, так как методы составляют методологию географической науки. Географические исследования концентрируются вокруг значимых проблем.

Новые задачи, поставленные перед наукой, потребовали совершенствования принципов и методов получения и обработки информации о географических явлениях, способов теоретических обобщений и прогнозирования.

В последние десятилетия целенаправленно применяются такие методы исследования, как прогнозирование и моделирование, т.е. активные способы исследования. Данные методы позволяют изучать поведение объектов в широком диапазоне воздействия внешних факторов. В результате информатизации активно используются ГИС-технологии и дистанционное зондирование, позволяющие обрабатывать и  анализировать большой объем информации.

Появившиеся новейшие методы географических исследований, позволяют значительно расширить возможности человечества и границы непознанного, познать взаимодействие природы и человеческой деятельности, изучить природу с целью ее сохранения в процессе хозяйственного использования, что особенно важно в период научно-технической революции. Это дает возможность географической науке подняться на новую, более высокую уровень развития.

 

Литература

 

  1. АрмандА.Д. География информационного века // Изв. АН. 2002. — № 1. – С.10-14.
  1. Дьяконов К.Н., Касимов Н.С., Тикунов В.С. Современные методы географических исследований. М.: Просвещение, 2000. – 117 с.
  1. Гарбук С.В. Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Издательство «А и Б», 2003. – 296 с.
  1. Голубчик М.М., Евдокимов С.П., Максимов Г.Н., Носонов А.Н. Теория и методология  географической науки: Учебник ля вузов. М.: ВЛАДОС, 2005 – 464 с.
  1. Гук А.П. Автоматический выбор и идентификация характерных точек на разновременных разномасштабных аэрокосмических снимках. / ГукА.П., Йехиа Хассан Мики Хассан // Известия вузов «Геодезия и аэрофотосъемка». 2010. — №2. – С. 63-68.
  1. Екеева Э.В. Методы географических исследований: Учебное пособие.

Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2010. – 48 с.

  1. Жекулин В.С. Введение в географию: Учеб. пособие. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. – 272 с.
  1. Звонкова Т.В. Географическое прогнозирование. М.: Просвещение, 2003. – 216 с.
  1. Исаченко А.Г. География сегодня: Пособие для учителей. М.: Просвещение, 2000.  – 92 с.
  1. Книжников Ю.Ф. Основы аэрокосмических методов исследований. М.: МГУ, 2003. – 137 с.
  1. Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы географических исследований. / Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 333 с.
  1. Крейдер О.А. Информационная среда использования ГИС-технологий. // Геоинформатика. 2005. — №4. – С.49-52.
  1. Максаковский В. П. Географическая культура: Учебное пособие для студентов вузов. М.: ВЛАДОС, 1998. – 416 с.
  1. Сайт «GeoMan.ru: Библиотека по географии». URL: http://geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000056/st026.shtml (дата обращения 06.12.2013).
  1. Сайт «Gistechnik: все о ГИС» URL: http://gistechnik.ru/publik/git.html (дата обращения 8.12.2013).
  1. Саушкин Ю.Г. Географическая наука в прошлом, настоящем, будущем: Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1999. – 269 с.
  1. Тикунов В.С. Моделирование в географии. М.: Изд-во МГУ, 1999. – 137 с.
  1. Трофимов А.М. Моделирование геосистем. Казань: Экоцентр, 2000. 321 с.
  1. Трофимов А.М., Игонин Е.И. Концептуальные основы моделирования в географии. Развитие основных идей и пути математизации и формализации в географии. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2001. – 241 с.
  1. Трофимов А.М., Панасюк М. В. Геоинформационные системы и проблемы управления окружающей средой. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2005. – 450 с.