地理科學發(fā)展與新技術(shù)應(yīng)用研究

趙丹平

摘要：隨著時間的推移和地理學的變化發(fā)展，地理科學搜集了大量的知識和文獻。在20世紀初，研究方法主要體現(xiàn)在野外調(diào)查、制圖、簡要統(tǒng)計分析等方面，但是在其描述性等方面缺乏模型，而現(xiàn)代地理學的發(fā)展和完善對此進行了極大的豐富。并且，隨著以前資料的積累和研究領(lǐng)域的擴大，現(xiàn)代地理學的方法和資源已經(jīng)發(fā)展成為許多新的技術(shù)手段的參考資料，現(xiàn)代地理學的發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：地理科學;發(fā)展;新技術(shù)

現(xiàn)階段我們清楚地看到，地理學是一門綜合性的科學，在可持續(xù)發(fā)展和土地利用規(guī)劃方面發(fā)揮著積極的作用，在區(qū)域?qū)用嫔暇哂懈呖萍继卣骱蛽碛胸S富的數(shù)據(jù)資源[1]。地理學的研究方法和資源是圍繞空間統(tǒng)計、地球觀測、地理信息科學等新技術(shù)手段而發(fā)展起來的。由此可見，現(xiàn)代地理學的發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。

1? ? 促進地理研究新技術(shù)的發(fā)展

在認識自然的過程中，積累了許多與地理學有關(guān)的理論、方法和模型。隨著社會的進步和綜合需求的增長，人們對自然的認識越來越深刻復(fù)雜：一方面，傳統(tǒng)的簡化模型使資源環(huán)境問題更加緊迫，這些問題非常尖銳，需要借助新技術(shù)加以發(fā)展和改進;另一方面，許多理論、方法和模型都需要精確的邊界約束和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，高可靠性、多因素分析的結(jié)果往往與數(shù)據(jù)輸入直接相關(guān)[2]。到目前為止，在這一領(lǐng)域引進了新技術(shù)以后，極大地促進了地理研究，包括計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及環(huán)境恢復(fù)技術(shù)、環(huán)境保護技術(shù)等。

1.1 計算機技術(shù)

計算機技術(shù)的發(fā)展對地理學的影響是所有新技術(shù)中最基本、最深刻的，它可以用來評價和預(yù)測復(fù)雜地理信息和空間關(guān)系的發(fā)展趨勢，這標志著地理信息系統(tǒng)和地理信息科學的出現(xiàn)。而基于計算機和數(shù)字技術(shù)的地理空間信息的采集、存儲、處理、分析、控制和表達就是數(shù)字信息，同時，ArcGIS、SuperMap等GIS平臺在我國已經(jīng)逐步掌握和應(yīng)用;工業(yè)地理信息系統(tǒng)也得到大量的應(yīng)用，如警務(wù)地理信息系統(tǒng)，警務(wù)地理信息系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)的具體應(yīng)用[3]。經(jīng)過幾十年的積累，地理信息系統(tǒng)的理論和應(yīng)用有了堅實的基礎(chǔ)。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地理研究中的應(yīng)用也非常重要，其主要特點是“五個現(xiàn)代化”?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)支持的在線電子卡主要體現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的使用上?？蛻舳硕ㄖ频脑诰€卡片和終端會實時顯示，并通過互聯(lián)網(wǎng)將后端變成一個整體，促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在很大程度上豐富了地理研究的方法論，增加了地理研究的完整性和系統(tǒng)性。

1.3 自動化技術(shù)

隨著自動化技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，環(huán)境自動監(jiān)控工具也隨之出現(xiàn)。地理科學越來越普及，城市智能監(jiān)測傳感器智能檢測和大型陸地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是目前研究的主要應(yīng)用領(lǐng)域[4]。無人機的出現(xiàn)，極大地提高了動態(tài)數(shù)據(jù)采集和時空擴展數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)采集移動性，極大地提高了采樣頻率和數(shù)據(jù)可用性。

2? ? 應(yīng)用新技術(shù)促進地理科學跨越式發(fā)展

新技術(shù)的應(yīng)用提高了地理科學解決社會經(jīng)濟發(fā)展實際問題的能力。

2.1 支持區(qū)域和全球問題的空間地理研究

地理研究人與自然相互作用的空間結(jié)構(gòu)、時間過程、內(nèi)在機制和外在表現(xiàn)形式，以及數(shù)據(jù)的空間分辨率是非常重要的;數(shù)據(jù)間隔對時間過程非常重要;數(shù)據(jù)的光譜和紋理特征對地表特征具有重要意義，遙感使地理研究更加有效，可以提供自然地理和生態(tài)信息。60多年來，世界各國一直在收集全球和區(qū)域地球觀測數(shù)據(jù)，而幾百年來的航空影像和遙感（偵察機），在地理研究層面上發(fā)展很快，地面部隊的研究小組已經(jīng)有了空軍[5]。目前，空軍無人機遠程探測研究隊伍已向高技術(shù)、智能化、低成本、通用化方向發(fā)展，普通的研究實驗室甚至研究小組都可能擁有自己的無人機遙感系統(tǒng)，研究人員可以獨立做無人機遙感，在戰(zhàn)場生產(chǎn)實踐中，地理學的“戰(zhàn)斗力”明顯提高，綜合能力也有所提高。正因為環(huán)境科學研究范圍廣，遙感技術(shù)有限，無人機遙感已成為學術(shù)界的標準配置。

由于歷史文化的原因，中國對外國研究的興趣不斷受到限制。我國科學家主要依靠世界其他地區(qū)現(xiàn)有的國際環(huán)境和生態(tài)數(shù)據(jù)，缺乏大量的自然地理和人文地理的第一手數(shù)據(jù)，但衛(wèi)星遙感技術(shù)改變了這一現(xiàn)狀。從2012年開始，我國系統(tǒng)地倡導全球植被保護，并利用自身的技術(shù)和數(shù)據(jù)獲取產(chǎn)品和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。根據(jù)水資源和農(nóng)業(yè)條件，國家遙感中心為國家地理社區(qū)組織了一次全球環(huán)境遙感年度報告。這是國際地球觀測組織（GEO）的工作計劃之一。

2.2 自動化和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持大型地面觀測網(wǎng)和極端環(huán)境觀測網(wǎng)的建設(shè)

CERN、NEON、ICOS和TERN是高效的國家觀測網(wǎng)。CERN建立了一個基于景觀和空間規(guī)劃的大型國家科學實驗網(wǎng)。大規(guī)模自動數(shù)據(jù)采集提供了水、土、氣生產(chǎn)的高頻觀測數(shù)據(jù)，是科學野外觀測的重要依據(jù)，在中國進行的科學實驗和科學論證，已用于生態(tài)經(jīng)濟和全球變化的科學研究以及自然資源的利用和保護。CERN、NEON、ICOS和TERN共同致力于全球生態(tài)系統(tǒng)研究基金（GERI）的建設(shè)和發(fā)展。在過去，獲取極端和危險的環(huán)境數(shù)據(jù)一直是一個瓶頸。如今，包括中國在內(nèi)的許多國家都在南北極、海洋等地區(qū)建設(shè)自動觀測設(shè)施。美國和英國的研究小組利用無人機對火山噴發(fā)進行測量和建模，美國、中國和其他國家成功部署無人機探測颶風和臺風，并為此做出了貢獻，建立了一個精細的臺風系統(tǒng)。

2.3 服務(wù)改造大自然工程

新技術(shù)通過優(yōu)化樹種等環(huán)境恢復(fù)方法，促進了地球科學的發(fā)展，從靜態(tài)資源和環(huán)境研究到積極參與生態(tài)、土壤恢復(fù)和環(huán)境管理，為研究荒漠綠洲和干旱區(qū)荒漠化的生態(tài)過程和生態(tài)安全，我國完成并推進了塔里木沙漠公路森林保護工程中最長的生態(tài)工程，介紹了日光下葉綠素熒光數(shù)據(jù)。保持大氣中二氧化碳濃度和化學成分，為大氣污染實時監(jiān)測提供最新信息;綜合控制新技術(shù)，實施多年凍土工程，確保大型凍土工程穩(wěn)定安全運行;中國恢復(fù)了南沙群島的自然環(huán)境，完成了島礁重建。

2.4 大數(shù)據(jù)和時空流成為方向

全球陸地和海洋觀測網(wǎng)每天接收到成千上萬宇宙的大量數(shù)據(jù)。它包含了時空結(jié)構(gòu)信息，專業(yè)的圖像記錄和生成平臺構(gòu)建并集成在社交網(wǎng)絡(luò)（如GPS）中，體現(xiàn)了地理科學研究的巨大研究價值，地理空間數(shù)據(jù)的爆炸式增長，以及全球全景、地理分析和預(yù)測性，復(fù)雜環(huán)境決策的研究，遙感數(shù)據(jù)的快速增長，推動了從采樣到全球覆蓋和生長評估的逐步轉(zhuǎn)變?nèi)蛑参锷锪亢妥魑镞b感多變量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，時空和大尺度數(shù)據(jù)分析方法支持科學計算，以及物質(zhì)和能量的流動。

2.5 虛擬現(xiàn)實與擴展現(xiàn)實的結(jié)合

依托虛擬技術(shù)和先進的實用技術(shù)，促進地理空間場景和空間場景仿真研究的全面發(fā)展，已在工業(yè)界和公眾中得到應(yīng)用。在體驗過程中，一些城市管理者運用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)和現(xiàn)代現(xiàn)實技術(shù)，虛擬電子沙盒在國防和國際旅游中的應(yīng)用，將給虛擬設(shè)施與仿真技術(shù)的融合帶來新的教訓和挑戰(zhàn)，它與其他應(yīng)用技術(shù)一起，在無形地理模型和過程的研究中起著重要的作用，它包含了大量的人和虛擬元素。

2.6 互聯(lián)網(wǎng)電子地圖為地球科技成果提供了最好的指導

基于互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的電子地圖和遙感服務(wù)，其云資源高度集中，核心內(nèi)容隨時更新，支持客戶點擊最新遙感地圖/數(shù)據(jù)庫。目前的重點是提供城市主要道路和交通狀況的基礎(chǔ)遙感數(shù)據(jù)。傳感器和在線地圖，包括谷歌地圖、塔馬戈德地圖和百度地圖。具有空間位置屬性的動態(tài)信息可以疊加在地圖上，如今在這一領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是地球科學成就的最佳起點。

2.7 無人機技術(shù)有利于三維地形的詳細研究和遙感

無人機的廣泛應(yīng)用，意味著自然地理學和人文地理學為研究帶來了新的視角和方法。厘米分辨率的地球遙感影像可以在景觀層面重建三維空間環(huán)境，城市建筑和覆蓋森林的三維數(shù)據(jù)也可以得到精確測量。無人系統(tǒng)集成了認知和技術(shù)改造的主動性，它具有同步定位、低空滑翔等功能，并在自然界得到廣泛應(yīng)用，提高了地質(zhì)學家的跨學科能力和解決自身問題的能力。

3? ? 結(jié)語

本文簡要分析了新技術(shù)及其制約因素對地理科學發(fā)展的基礎(chǔ)性和深遠影響，以及利用新技術(shù)進行地學研究的諸如環(huán)境恢復(fù)和環(huán)境管理的跨學科發(fā)展，從靜態(tài)知識、機理分析和動態(tài)工作入手，取得了新的動力源泉。地球科學作為一門應(yīng)用科學，通過新技術(shù)的運用，地球科學“復(fù)活”了人們對世界的理解和適應(yīng)能力，它將在中國乃至全球的經(jīng)濟發(fā)展背景下，為資源和環(huán)境問題提供“全面”解決方案方面發(fā)揮重要作用。

參考文獻

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