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院士论坛|王家耀:地理国情与复杂系统

2016-11-07 王家耀 院士 测绘学报

        研究地理国情复杂系统的意义在于合理表达“资源—环境—生态—经济—社会”系统的综合复杂关系。针对我国地理国情统计分析工作所面临的研究内容不统一、范围不一致、目标不明确等问题,本文基于复杂系统理论和协调度分析方法,分别从概念、理论与方法的角度探讨并设计了相应的解决途径。通过对地理国情、地理国情普查、地理国情统计分析的概念以及三者间的关系分析,明确和界定了地理国情的统计内容和分析范围,具体化了地理国情统计分析目标;对比分析了地理国情与复杂系统的基本特征,以及协调度分析与地理国情统计分析的目标一致性,提出了地理国情复杂系统的概念,并对其进行了定量描述;复杂系统理论为地理国情统计分析提供了新的理论指导,协调度为地理国情统计分析提供了新思路。在此基础上设计了地理国情复杂系统的测度方法和决策分析方案。通过地理国情复杂系统协调度从宏观上分析总体趋势,结合各子系统间协调度和单系统协调度从微观上确定修复方向,并制定具体改进策略,从而实现地理国情统计分析的宏观目标。

地理国情主要是指地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系[]。狭义来看,地理国情是指与地理空间紧密相连的自然环境、自然资源基本情况和特点的总和;广义来看,地理国情是指通过地理空间属性将包括自然环境与自然资源、科技教育状况、经济发展状况、政治状况、社会状况、文化传统、国际环境和国际关系等在内的各类国情进行关联与分析,从而得出能够深入揭示经济社会发展的时空演变和内在关系的综合国情[]

地理国情普查是指对一个国家的陆地国土范围内的地表自然和人文地理要素进行普查。它是全面获取地理国情信息的重要手段之一,是掌握地表自然、生态以及人类活动基本情况的基础性工作[]。我国地理国情普查要素包括地形地貌、植被覆盖、荒漠与裸露地、水域、交通网络、居民地及设施和地理单元七大类[]。其中,地形地貌、植被覆盖、荒漠与裸露地和水域等属于自然地表要素;交通网络、居民地及设施和地理单元等属于人文地理要素。

地理国情统计分析是指通过建立多尺度地理空间单元划分标准体系,形成地理国情统计单元,以地理国情普查数据为基础,融合其他专业部门的统计数据,采用有效的(适当的)统计分析方法,从不同的维度综合分析资源、环境、生态、经济、社会等要素的内在空间特性及其在地理空间上的相互作用和关系,揭示它们的分布规律和发展趋势,从而提取有用的地理国情信息并形成结论,为科学决策提供依据或建议。

从以上概念可以看出:我国目前所开展的地理国情普查的对象和研究内容属于狭义角度的地理国情,而地理国情统计分析对象则为广义的地理国情。地理国情、地理国情普查以及地理国情统计分析概念间的相互联系如所示。无论是单从概念的角度分析,还是结合三者之间的联系,不难看出地理国情普查是地理国情研究工作的基础,其目标是摸清我国地理国情家底。地理国情统计分析是核心,是地理国情普查数据向地理国情信息转化和提升的必要手段之一。

地理国情概念分析


现阶段我国承担或从事地理国情统计分析任务的科研院所和研究人员大多将地理国情统计分析作为工程项目,无论从方法、过程还是成果发布上,基本上是参照基础测绘、传统地图制图、空间分析、GIS系统开发等思想和模式进行实施,而未对地理国情统计分析的研究对象进行前期的理论分析和探讨。显然这种以工程技术方法解决复杂系统问题并不是地理国情所对应的理论框架,因为地理国情是一个关系复杂、多维、兼具多理论和多技术背景的复杂课题。理论研究滞后于应用研究导致了目前研究成果难以整合,在具体实践过程中存在着以下问题:

(1) 内容不统一。目前地理国情普查的要素内容已统一,但对于需结合的其他要素(如资源、环境、经济、人口、社会、政治、文化)的研究内容不统一。

(2) 范围不一致。由于内容的不统一直接导致了研究范围的不一致,目前的研究成果大多体现了大而全的特点,而未从概念出发充分分析和挖掘地理国情的本质特征。

(3) 目标不明确。一方面,现阶段研究方法考虑了单要素的综合成果(如各要素的综合指数),而未针对地理国情提出具体的总体目标和成果形式;另一方面,由于没有理论的指导,在方法的选择上目的性不明确。

概念是反映客观对象本质属性的思维形式,地理国情统计分析的前提是弄清地理国情的概念,分析地理国情的内涵和实质,明确和界定地理国情需要统计和分析的内容和范围,并制定具体的地理国情统计分析目标。关于地理国情普查内容,国外一些测绘机构都有各自的定位和侧重[]。例如:美国地质勘探局(United States Geological Survey,USGS)将地理分析与监测内容定位于生态环境、气候变化、土地利用、能源矿产、环境评估、自然灾害和水资源等方面;澳大利亚地学署侧重资源开发、环境管理、重要基础设施安全、灾害应急管理与评估等方面的研究;英国军械测量局(Ordnance Survey,OS)、德国联邦制图与大地测量局(Bundesamt fuer Kartographie und Geodaesie,BKG)和法国法国地理院(Institut Géographique National,IGN)等测绘部门仍主要关注对基础地理信息数据库的管理和维护;日本测绘的重点在于对土地利用的管理。整合和借鉴国外测绘机构所从事的地理分析与监测的内容和经验,根据概念分析、普查要素规定及采集内容和现有研究成果,以及国务院下达的相关文件和通知精神,笔者认为我国地理国情统计分析内容应该包括资源、环境、生态、经济和社会要素。其中,资源要素由水、土地和森林资源构成;环境要素由环境保护和环境质量构成;生态要素主要研究生态基本状况,包括生物丰度、生态脆弱性、生态弹性等;经济要素研究整体发展和城镇和交通网络等发展情况;社会要素研究主要包括社会条件和社会现象。地理国情统计分析的具体目标为分析、表达和度量各要素在地理空间上的相互作用和内在关系,客观反映我国的资源利用程度、环境承载能力、生态平衡状态、区域经济发展潜能和社会事业发展水平。

如何继承和发挥传统测绘的优势,在地理国情研究工作中实现思想和技术的双重转型,从而避免用基础测绘的思维方式解决地理国情普查与监测的问题,避免地理国情普查与监测可能出现的“数据海量,知识贫乏”等问题,是摆在我们面前迫切需要解决的问题。

(1) 思想上转型:吸纳地理学、统计学、社会经济学、系统论、协同论等其他学科思想,做到思想先行,理论指导行动。

(2) 技术上转型:发挥测绘部门在地图制图、空间分析等方面的优势,借鉴和结合地理分析、统计分析、系统分析、协同分析等方法,纳百家之长,补己之短。


地理国情与复合系统的相互联系和内在关系


地理国情单系统和系统间协调度计算

理论研究不足是造成现阶段地理国情统计分析面临各种问题的根本原因。文章在对地理国情、地理国情普查、地理国情统计分析的概念进行深入分析的前提下,明确和界定了地理国情需要统计和分析的要素内容和研究范围,确定了具体的统计分析目标;通过对地理国情和复杂系统的关系剖析,提出了地理国情复杂系统的概念,并对其进行了定量表达;在此基础上,提出了复杂系统支持下的地理国情统计分析方法和决策分析框架。复杂系统为地理国情的统计分析提供了理论指导,同时,协调度分析为地理国情各组成要素的关系度量提供了新的思路。实现地理国情复杂系统中资源、环境、生态、经济和社会子系统的协调发展是地理国情研究的重要课题,也是当前解决地理国情统计分析面临的各种问题的有效途径。

完全掌握系统的所有信息,由于系统的复杂而变得不可能或由于获取信息代价太大而变得不可行,这表明只能在不完全掌握信息和不确定性的条件下探索地理国情复杂系统演化规律[]。测绘部门作为基础地理数据生产和管理的核心部门,过去的工作目标是基础测绘,包括地图制图、基础地理数据的维护、更新和处理分析,转型后的测绘部门除了提供基础测绘地理信息产品外,应将目标定位在服务于国家当前和未来资源合理开发利用、环境健康、生态文明、经济和社会可持续发展,包括为国土资源利用、环境承载能力、生态文明程度、区域经济发展潜能以及社会发展水平等方面的科学决策提供可靠的、公正的地理国情研究报告和监测信息等。在借鉴国外已有地理国情统计分析经验的基础上,循序渐进地将地理国情复杂系统的协调发展融入资源节约型、环境友好型、生态文明的可持续发展的社会建设各方面和全过程。

第一作者简介:王家耀(1936—),男,教授,中国工程院院士,从事地图制图学与地理信息工程学科的教学与科研。

通信作者:谢明霞, xmx0424@aliyun.com


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