當前位置:首頁 » 歷物理化 » 地理動態系統

地理動態系統

發布時間: 2021-08-05 17:18:48

A. 地理信息系統原理中動態映射是否比靜態映射提供更多的信息為什麼

可以到《中國國家地理》、《博物》當編輯啊,哈哈哈哈。

我大學學的地理,畢業前不知道干什麼好,找工作,確實也沒什麼實用技能。同學里,會編程的去當程序員了,也有不少找了關系去學校當了地理老師,也有個別找的完全不相關的工作。我當時很很迷茫,沒事兒去泡圖書館,找到當時還叫《地理知識》的雜志,一看,覺得這本雜志還不錯啊。看得多了,就直接按雜志上印的電話打給編輯部,問能不能實習。

後來就進了雜志社實習,因為我是學地理的,專業也算是對口,之後就留下來工作了。

除了媒體,去GIS公司也是一大出路。

現在地理信息系統還是很火的,應用也很廣泛。我有不少同學都在這個行業里。地理信息系統,其實有個很偉大的願景,希望能實現,可以隨時、隨地,可以查到任何的各種地方的信息。我們現在的高德地圖,裡面信息就很多了,可以隨時查身邊附近有什麼飯館、賓館什麼的。相信未來這方面的應用會更多。當然,這裡面也更加細分,有涉及地理的,也有很多涉及計算機技術、數據技術什麼的。

當地理老師,也是一個出路。

我有不少同學當了地理老師,而且奇怪的是,很多之前學生物的朋友,最後也去當了地理老師……現在高考很多地方要選科目,有些孩子文科選地理,所以地理也算是重要科普了。當然,不重要的科目,也是需要老師的。不過值得吐槽的是,高中地理是文科,而大學地理是理科……

最後,我覺得最重要的是,學好地理好玩啊!大千世界,好玩的東西很多,學好地理,能了解很多有意思的事。學完地理很高興,這不就是最大的好處么?

B. 遙感和地理信息系統有什麼區別嗎 它們分別有什麼作用

一、特點不同

1、遙感

獲取信息的速度快,周期短。由於衛星圍繞地球運轉,從而能及時獲取所經地區的各種自然現象的最新資料,以便更新原有資料,或根據新舊資料變化進行動態監測,這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。例如,陸地衛星4、5,每16天可覆蓋地球一遍,NOAA氣象衛星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鍾獲得同一地區的圖像。

2、地理信息系統

1)公共的地理定位基礎。

2)具有採集、管理、分析和輸出多種地理空間信息的能力。

3)系統以分析模型驅動,具有極強的空間綜合分析和動態預測能力,並能產生高層次的地理信息。

二、分類不同

1、遙感

根據工作平台層面區分:地面遙感、航空遙感(氣球、飛機)、航天遙感(人造衛星、飛船、空間站、火箭)。

根據記錄方式層面區分:成像遙感、非成像遙感。

根據應用領域區分:環境遙感、大氣遙感、資源遙感、海洋遙感、地質遙感、農業遙感、林業遙感等。

2、地理信息系統

按功能分類:專題地理信息系統(Thematic GIS)、區域地理信息系統(Regional GIS)、地理信息系統工具(GIS Tools)

按內容分類:城市信息系統、自然資源查詢信息系統、規劃與評估信息系統、土地管理信息系統等、GIS中使用的技術

三、應用不同

1、遙感

遙感技術已廣泛應用於農業、林業、地質、海洋、氣象、水文、軍事、環保等領域。在未來的十年中,預計遙感技術將步入一個能快速,及時提供多種對地觀測數據的新階段。

遙感圖像的空間解析度,光譜解析度和時間解析度都會有極大的提高。其應用領域隨著空間技術發展,尤其是地理信息系統和全球定位系統技術的發展及相互滲透,將會越來越廣泛。

2、地理信息系統

在科學、政府、企業和產業等方面更廣泛的應用,應用包括房地產、公共衛生、犯罪地圖、國防、可持續發展、自然資源、景觀建築、考古學、社區規劃、運輸和物流。地理信息系統也分化出定位服務(LBS)。

C.  地理信息系統

地理信息系統(GIS)出現於20世紀60年代。它作為地學領域專家的有力工具受到越來越普遍的關注,開始在多個領域得到應用。

GIS是對地球空間數據進行採集、存儲、檢索、分析、建模和表示的計算機系統。它不僅可以管理數字和文字(屬性)信息,而且可以管理空間信息(圖形),並能提供各種空間分析的方法,對多種不同的空間信息進行綜合分析解釋,解決空間實體之間的相互關系,分析在一定地理區域內發生的各種現象和過程。GIS為地質學家提供了在計算機輔助下對地質、地理、地球物理、地球化學和遙感等多源信息進行綜合分析和解釋的有力工具。由於GIS具有互動式處理能力和快速運算能力,通過反復嘗試,使地質學家能夠比較容易地完善自己的知識模型。

GIS按其研究開發的目的可以分為國家基礎地理信息系統、城市地理信息系統和企業地理信息系統等等;按其研究開發針對的范圍可分為全球的、區域的和局部的地理信息系統;按其時空模型可分為二維(位置模型)、三維(位置模型+數字高程模型)和四維(三維+時間模型)地理信息系統或動態地理信息系統。

除了軟體和硬體外,數據是地理信息系統的關鍵。GIS獲取數據的主要手段有GPS(Global Positioning System:全球定位系統)、DTS(數字全站儀)、DPS(數字攝影測量系統)和RS(遙感技術)。

GIS於20世紀80年代中期開始在地學界得到應用。美國地質調查局在1985年建立了GIS實驗室,鼓勵專業人員應用新技術。僅僅幾年時間在基礎地質、環境與災害、礦產資源評價和區域地質調查方面的信息管理項目即達幾十個。

GIS在地學中的應用前景很廣。信息經GIS分析處理,可繪出用常規測繪難以到達的地區如戈壁、沙漠、高原、雪山等的地形圖。目前GIS在地學中的應用主要包括:

(1)地質找礦及礦產資源預測評價

德國發射的SPOT衛星主要用於石油、天然氣及其他礦產的調查。它可對地貌進行立體觀測,產生高解析度、高精度的圖像。使用該圖像,在前期勘探階段能准確、迅速查明地形、地表露頭、岩性組合和覆蓋區地下構造的基本形態。

(2)國土資源管理

我國於1990年利用GIS建立了1:100萬全國國土資源信息系統和1:400萬全國自然資源綜合開發決策信息系統及某些省、市、縣的國土規劃與管理信息系統,用於國家與區域的經濟建設和規劃。

(3)自然災害的評估與防治

我國於1990年建立了洪水險情預報系統。在1991年我國江淮地區發生的特大洪災和1994年閩江和珠江流域等地發生的大洪災中,太湖流域的1:25萬GIS信息系統和1:20萬GIS土地規劃信息庫結合遙感圖像分別對洪水進行了監測,對災情進行了准確的評估,使洪災損失降到了最低限度。日本應用GIS分析1995年大阪神戶地震引起的滑坡也是一個突出的例子。

在抗震設防區劃和抗震防災規劃方面,利用GIS編制的抗震防災規劃具有應用方便、資料實用性強和能夠實現資源共享等特點。

(4)建立地學信息庫和編制地學圖件

目前,不少國家,如美國、德國、法國、加拿大和中國等均已利用GIS進行了這方面工作。

D. 地理信息系統是干什麼的

GIS 在不同的應用領域、不同的專業,對它的理解是不一樣的,目前國內外
對GIS有許多定義。通常對GIS定義有:
a. 地理信息系統是用於採集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機系統。
b. 地理信息系統是由計算機系統、地理數據和用戶組成,通過對地理數據的集成、存儲、檢索、操
作和分析,生成並輸出各種地理信息。
c. 地理信息系統是在計算機軟體和硬體支持下,運用系統工程和信息科學的理論,科學管理和綜合
分析具有空間內涵的地理數據,以提供對規劃、管理、決策和研究所需信息的空間信息系統。
d. 地理信息系統是以地理空間資料庫為基礎,採用地理模型分析方法,適時提供多種空間的和動態
的地理信息,為地理研究和地理決策服務的計算機技術系統。
地理信息系統從外部來看,它表現為計算機軟硬體系統;而其內涵是由計算機程序和地理數據組織
而成的地理空間信息模型,是一個邏輯縮小的、高度信息化的地理系統。
上述定義均比較科學地闡明了GIS的對象、功能和特點。總之,地理信息系統是在計算機軟硬體支持
下,以採集、存儲、管理、檢索、分析和描述空間物體的定位分布及與之相關的屬性數據,並回答用戶問題等為主要任務的計算機系統

E. 地理信息系統發展動態

GIS的興起得益於計算機輔助地圖制圖的研究和應用。1963年,加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先提出「地理信息系統」這一術語,並建立了世界上第一個地理信息系統。如今,地理信息系統已進入全面應用與產業化階段,隨著產業的形成和數字化信息產品在全世界的普及,GIS深入到各行各業、千家萬戶,成為人們不可缺少的工具和助手。據不完全統計,目前能夠提供市場的商業化GIS相關軟體產品已達200多種,在我國用戶眾多、知名度較高的主要軟體有:ESRI公司的ArcInfo、ArcView,Intergraph公司的MGE、GeoMedia,Maplnfo公司的Maplnfo,Genasys公司的GENAMAP,中國地質大學的MAPGIS、武漢大學的Geostar、中國科學院資源與地理研究所的Supermap等,而其中又以ArcInfo軟體功能最為強大。ARCGIS是應用最廣泛的一種大型GIS軟體,我國早期開發的GIS幾乎都是以ArcInfo作為平台。其主要特點為:採用地理關系數據模型,提供極強制圖功能、空間操作功能和分析功能;採用模塊式結構,提高靈活度並易於擴充;提供宏命令語言AML實現快速編程;提供38種地圖投影方式,可在不同投影之間實現坐標轉換;開放式的結構,提供直接與多種資料庫的介面;兼容性很好,能與25種不同系統的數據格式之間相互轉換;獨立於硬體,運行於不同的平台;廣泛支持當今各種工業標准。但它沒有DEM和插值計算,TABLES屬性數據處理功能有限,且不具備統計圖表分析功能(鄒月,2000)。

近年來,隨著計算機技術的快速發展,以及遙感技術、數字測繪技術、數據倉庫技術、虛擬實景、多媒體技術、三維圖形晶元及寬頻光纖通訊技術的突破性進展,地理信息系統技術總體上呈現網路化、組件化、集成化、開放性等發展趨勢(龔健雅,2004)。

1.基於資料庫技術的海量空間數據管理

GIS技術的瓶頸之一就是如何解決海量空間數據管理問題。對於一個區域的GIS系統,其數據量極其巨大,一般達到GB或TB的數據量級。和傳統的基於文檔的管理方式相比,利用面向對象的大型資料庫技術能夠有效地解決這一問題。

在面向對象的空間資料庫中,海量地圖數據的使用變得更加簡單,只需建立單一圖層,不必再進行分幅處理。如果用戶原來的數據源是分幅的,可將其全部存儲到一個圖層中,資料庫將自動對其進行拼接和索引處理,可形成一個完整的圖層。應用時,在客戶端只需極少量的編程(實際上只是指定數據源),就可實現對資料庫里數據的動態顯示。資料庫會根據當前地圖客戶端的顯示視野,自動將此范圍內的圖形檢索出來,送到客戶端顯示。因此,即使在伺服器端的數據是GB級的,在客戶端的數據量卻僅是幾十到上百K的數量級,大大減輕了客戶端系統的配置需求,並減輕了網路流量,可通過一般的網路(甚至遠程)客戶端進行訪問。

2.網路GIS

信息高速公路的建立極大地方便了世界各地用戶之間的信息交換與信息查詢。由於GIS系統具有豐富的空間查詢、空間分析及屬性管理功能,而人們對Internet和GIS系統的需求不斷深入,因此把GIS系統與網路技術相融合,利用Internet在Web上發布空間數據,為用戶提供空間數據瀏覽、查詢和分析的功能,形成一種網路化的地理空間集成平台,就成為當前GIS系統發展的必然趨勢。與傳統的GIS相比,WebGIS具有以下特點:

適應性強:WebGIS是基於互聯網的,因而也是全球的,能夠在不同的平台上運行。

應用面廣:網路功能將使WebGIS應用到整個社會,真正實現GIS的無所不能,無處不在。

現實性強:地理信息的實時更新在網上進行,人們能得到最新信息和最新動態。

維護社會化:數據的採集、輸入,空間信息的分析與發布將是在社會協調下運作。

使用簡單:用戶可以直接從網上獲取所需要的各種地理信息,直接進行各種地理信息的分析,而不用關心空間資料庫的維護和管理。

目前,網路GIS正在逐步普及,但還處於空間數據查詢、瀏覽、發布與下載階段,缺少強大的空間分析功能,而且受網路帶寬的限制,影響了網路GIS的應用(龔健雅,2004)。

3.組件GIS

GIS基礎軟體可以定性為應用基礎軟體,它一般不作直接應用,而是根據某一行業或某一部門的特定需求進行二次開發。目前,大多數地理信息系統都已經過渡到基於組件的體系結構,一般都採用COM/DCOM技術。組件化GIS基於標準的組件式GIS平台,各組件之間不僅可以自由、靈活地重組,而且具有可視化的界面和標準的介面(於向鴻,2005)。組件軟體的可編程和可重用特點為系統開發商提供了方便的二次開發手段,在很大程度上推動了GIS軟體的工程化開發和大眾化應用。組件GIS的特徵主要體現在:

(1)高效無縫的系統集成:允許將專業模型、GIS控制項、其他控制項緊密地結合在統一的界面下。

(2)無須專門的GIS開發語言:只要掌握基於Windows平面的通用環境以及組件式GIS各控制項的屬性、方法和事件,就能完成應用系統的開發。

(3)大眾化GIS:用戶可以像使用其他ActiveX控制項一樣使用GIS的控制項,使非專業的GIS用戶也能勝任GIS應用開發工作。

(4)開發成本低:非GIS功能可以利用非專業控制項,降低了系統的成本。

4.集成化GIS

一方面,以GIS為核心的「3S」(RS,GIS,GPS)集成,使得人們能夠實時地採集數據、處理信息、更新數據以及分析數據。遙感是實時獲取、動態處理和分析空間信息的先進技術系統,是為GIS提供准確可靠信息源和實時更新數據的重要保證。全球定位系統(GPS)為遙感實時數據定位,提供空間坐標,建立實時資料庫。另一方面,地理信息系統技術與其他主流商務應用的集成,並能集成多種空間數據基礎,使各種計算機軟體彼此溝通、集成應用。GIS已發展成為具有多媒體網路、虛擬現實技術以及數據可視化的強大空間數據綜合處理技術系統。

5.開放式GIS

開放式地理信息系統(OpenGIS),是指在計算機網路環境下,根據行業標准和介面所建立起來的GIS,是為了使不同的地理信息系統之間具有良好的互操作性,以及實現在異構分布式資料庫中的信息共享,克服傳統GIS軟體之間的相互封閉性(黃杏元,2004)。

為了研究和開發OpenGIS技術,1996年在美國成立的開放地理信息聯合會研究和建立了開放式地理數據交互操作規程(OGIS,Open Geodata Interoperable Specification)。OGIS是為了尋找一種方式,將地理信息系統技術、分布處理技術、面向對象方法、資料庫設計及實時信息獲取方法更有效地結合起來。基於OGIS規范制訂的開放系統模型,是一種軟體工程和系統設計方法,這種方法應用於GIS領域,側重於改變當前GIS模型中特定的應用系統及其功能與它內部數據模型及數據格式緊密捆綁的現狀。OpenGIS技術將使GIS始終處於一種組織開放式的狀態,真正成為服務於整個社會的產業以及實現地理信息全球范圍內的共享與互操作,是未來網路環境下GIS技術發展的必然趨勢。

F. 地理信息系統的基本功能都有什麼

空間分析能力是(地理信息系統)的主要功能,也是GIS與計算機制圖軟體相區別的主要特徵。空間分析是從空間物體的空間位置、聯系等方面去研究空間事物,以及對空間事物做出定量的描述。

空間分析需要復雜的數學工具,其中最主要的是空間統計學、圖論、拓撲學、計算幾何等,其主要任務是對空間構成進行描述和分析,以達到獲取、描述和認知空間數據;理解和解釋地理圖案的背景過程;空間過程的模擬和預測;調控地理空間上發生的事件等目的。

移動GIS是通過與流動裝置結合,地理資訊系統可以為用戶提供即時的地理信息。一般汽車上的導航裝置都是結合了衛星定位設備(GPS)和地理資訊系統(GIS)的復合系統;在香港曾經很流行的地圖王,則是一套可以安裝在PDA或手提電話上的即時地圖系統。

汽車導航系統是地理資訊系統的一個特例,它除了一般的地理資訊系統的內容以外,還包括了各條道路的行車及相關信息的資料庫。這個資料庫利用矢量表示行車的路線、方向、路段等信息,又利用網路拓撲的概念來決定最佳行走路線。

地理數據文件(GDF)是為導航系統描述地圖數據的ISO標准。汽車導航系統組合了地圖匹配、GPS定位和來計算車輛的位置。地圖資源資料庫也用於航跡規劃、導航,並可能還有主動安全系統、輔助駕駛及位置定位服務等高級功能。汽車導航系統的資料庫應用了地圖資源資料庫管理。

(6)地理動態系統擴展閱讀

地理信息系統發展歷史

古往今來,幾乎人類所有活動都是發生在地球上,都與地球表面位置(即地理空間位置)息息相關,隨著計算機技術的日益發展和普及,地理信息系統以及在此基礎上發展起來的「數字地球」「數字城市」在人們的生產和生活中發揮著越來越重要的作用。

1.5萬年前,在拉斯考克(Lascaux)附近的洞穴牆壁上,法國的獵人畫下了他們所捕獵動物的圖案。與這些動物圖畫相關的是一些描述遷移路線和軌跡的線條和符號。這些早期記錄符合了現代地理資訊系統的二元素結構,即一個圖形文件對應一個屬性資料庫。

18世紀地形圖繪制的現代勘測技術得以實現,同時還出現了專題繪圖的早期版本,例如:科學方面或人口普查資料。約翰•斯諾在1854年,用點來代表個例,描繪了倫敦的霍亂疫情,這可能是最早使用地理方法的位置。

他對霍亂分布的研究指向了疾病的來源——一個位於霍亂疫情爆發中心區域百老匯街的一個被污染的公共水泵。約翰•斯諾將泵斷開,最終終止了疫情爆發。

20世紀60年代早期,在核武器研究的推動下,計算機硬體的發展導致通用計算機「繪圖」的應用。1967年,世界上第一個真正投入應用的地理信息系統由聯邦林業和農村發展部在加拿大安大略省的渥太華研發。

羅傑•湯姆林森博士開發的這個系統被稱為加拿大地理信息系統(CGIS),用於存儲,分析和利用加拿大土地統計局收集的數據,並增設了等級分類因素來進行分析。

20世紀80年代和90年代產業成長刺激了應用了GIS的UNIX工作站和個人計算機飛速增長。至20世紀末,GIS在各種系統中的迅速增長使得其在相關的少量平台已經得到了鞏固和規范。並且用戶開始提出了在互聯網上查看GIS數據的概念,這要求數據的格式和傳輸標准化。

G. 地球系統科學的發展對地理信息的動態獲取有什麼要求

GIS的興起得益於計算機輔助地圖制圖的研究和應用。1963年,加拿大測量學家R.F.Tomlinson首先提出「地理信息系統」這一術語,並建立了世界上第一個地理信息系統。如今,地理信息系統已進入全面應用與產業化階段,隨著產業的形成和數字化信息產品在全世界的普及,GIS深入到各行各業、千家萬戶,成為人們不可缺少的工具和助手。
其主要特點為:採用地理關系數據模型,提供極強制圖功能、空間操作功能和分析功能;採用模塊式結構,提高靈活度並易於擴充;提供宏命令語言AML實現快速編程;提供38種地圖投影方式,可在不同投影之間實現坐標轉換;開放式的結構,提供直接與多種資料庫的介面;兼容性很好,能與25種不同系統的數據格式之間相互轉換;獨立於硬體,運行於不同的平台;廣泛支持當今各種工業標准。但它沒有DEM和插值計算,TABLES屬性數據處理功能有限,且不具備統計圖表分析功能。
以GIS為核心的「3S」(RS,GIS,GPS)集成,使得人們能夠實時地採集數據、處理信息、更新數據以及分析數據。遙感是實時獲取、動態處理和分析空間信息的先進技術系統,是為GIS提供准確可靠信息源和實時更新數據的重要保證。全球定位系統(GPS)為遙感實時數據定位,提供空間坐標,建立實時資料庫。另一方面,地理信息系統技術與其他主流商務應用的集成,並能集成多種空間數據基礎,使各種計算機軟體彼此溝通、集成應用。GIS已發展成為具有多媒體網路、虛擬現實技術以及數據可視化的強大空間數據綜合處理技術系統。

H. 地理信息系統動態可視化方式有哪些

  1. 地理信息抄系統中襲的空間信息可視化從表現內容上來分:

  2. 有地圖(圖形)、多媒體、虛擬現實等,從空間維數上來分有:二維可視化、三維可視化、多維動態可視化等。

  3. 地理信息可視化是運用圖形學、計算機圖形學和圖像處理技術,將地學信息輸入、處理、查詢、分析以及預測的結果和數據以圖形符號、圖標、文字、表格、視頻等可視化形式顯示並進行交互的理論、方法和技術。

  4. 在地理信息系統中,可視化則以地理信息科學、計算機科學、地圖學、認知科學、信息傳輸學與地理信息系統為基礎,並通過計算機技術、數字技術、多媒體技術動態,直觀、形象地表現、解釋、傳輸地理空間信息並揭示其規律,是關於信息表達和傳輸的理論、方法與技術的一門學科

I. 地理信息系統軟體有哪些

軟體主要包括以下幾類:操作系統軟體 、資料庫管理軟體 、系統開發軟體 、GIS 軟體,等等。 GIS軟體的選型,直接影響其它軟體的選擇,影響系統解決方案,也影響著系統建設周期和效益。

地理信息系統是能提供存儲、顯示、分析地理數據功能的軟體。主要包括數據輸入與編輯、數據管理、數據操作以及數據顯示和輸出等。作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具、技術和學科,得到了廣泛關注和迅猛發展。

(9)地理動態系統擴展閱讀

開發方法:

1、集成式GIS,優點是各項功能已形成獨立的完整系統;缺點是系統復雜、龐大,成本較高,並且難於與其他應用系統集成。

2、模塊化GIS,具有較強的工程針對性,便於開發和應用。

3、組件式GIS,具有標準的組件式平台,各個組件不但可以進行自由、靈活的重組,而且具有可視化的界面和使用方便的標准介面。

4、WebGIS,未來的WebGIS將是基於COM/AetiveX或COBRA/Java開發的分布式對象GIS系統。

J. 地理系統

(1)地理系統是一個開放系統

地理科學研究地理系統的模型有孤立系統、封閉系統、開放系統三類。相比之下開放的地理系統具有「活」性,更具有普遍意義。開放性是地理系統的首要特性,耗散結構理論引入「地理熵」(geography entropy)剖析地理系統的這一特性。假定地理系統各要素間有n種組合,第i種組合的概率為Pi,則地理熵S定義為:

。式中K為波爾茲曼常數。如果地理系統內各要素有組合的最大任意性,則每種組合的概率相等,Pi=1/n,地理熵取最大值,這時地理系統最無序,最對稱;若組合有最小任意性,則地理熵取最小值,地理系統最有序。然而,真實的地理系統熵值並非定取最大或最小值,而是表現出極為復雜的總熵變dS=diS+deS。式中diS表示地理系統的熵產生,diS>0,deS表示地理系統與外界交換能量物質和信息引起的熵流,其值可正可負。當deS<0,且∣deS∣>diS時,dS<0,只要系統的負熵流逐漸增加,總熵變就逐漸減少,地理系統就會逐漸地由無序轉向有序。可見,地理系統耗散結構的形成及進化過程正是靠因開放而不斷地向其內輸入低熵能量物質和信息,產生負熵流而得以維持。這里低熵能量物質和信息的傳輸和流轉藉助「麥克斯韋爾」(Maxwell demon)來調控和獲得。只要留神便可注意到,地理系統中無論是非生物過程,還是生物過程,都疊加著人文過程,立即就可發現地理系統諸因素中的人是調控功能最強的「麥克斯韋爾」。人具有識別和獲取食物、燃料、礦物等低熵物質和各種低熵信息、並將其集中形成更有序、熵更低的地理系統的能力,人通過社會生產和消費,從地理系統內獲得大量「積蓄」(資源和能源等),又不斷向其中輸入更多的低熵能量、物質和信息,促使系統耗散結構的形成,促使低級階段的耗散結構進化成為高級階段的耗散結構。具體到地理系統的城市進化過程,處於適應的區位、內部結構合理且自組織能力強的城市,在「麥克斯韋爾」的作用下,不斷地從周圍地區吸收負熵流(人才、資金、技術、信息、能源、物資等)增加自身的有序性(良好的城市生態、合理的功能分區、優異的生產能力、健全的行政機構與管理、先進的科學技術與教育、和諧的社會生活等)促使城市不斷向更高級方向進化及城市經濟的繁榮。不難看出,從開放系統到形成「麥克斯韋爾」,再由「麥克斯韋爾」來調控,這或許正是開放的地理系統的總體「發展戰略」。地理系統的熵變,創造了一個自然、資源、人口、經濟與環境諸要素間相互依存、相互作用、復雜有序的巨系統,人只有順應地理系統進化發展的規律,順應地理系統的熵變規律,穩妥把握地理系統開放的適度,才能成功地調控地理系統,並成為地理系統的真正主人。

(2)地理系統是一個非平衡系統

在地理系統中,耗散結構的所謂地理時空有序,就是地理時空對稱的破缺,所謂地理組織和結構性的產生,實質上是地理對稱性減少。完全的地理系統就意味著沒有任何地理秩序,沒有任何地理結構和信息,這正是孤立的地理系統處在平衡態的特點。開放的地理系統則越出地理平衡區到達非平衡態的區域,向有序、復雜、高級的進化正是地理對稱性的破缺(包括地理時空、結構和功能對稱性的破缺),系統不斷地通過引入外界的負熵流,抵消系統本身的熵產生,維持對稱性破缺後形成的動態有序結構的相對穩定性;不斷地進行「新陳代謝」、「加強營養」,而不至於因返回地理平衡態而瞬息窒死。

按耗散結構理論,地理系統遠離平衡態是由於系統內部存在的各種「地理梯度」產生「地理梯度力」(簡稱地理力),導致了「地理流」的出現。地理流

與地理力

有如下正相關關系,

。式中Lki是由於

決定的比例系數,由公式可看出,地理力越大,產生的地理流越多,輸入到系統內的負熵越多,系統越遠離平衡態,因而越有序。但是熱力學中的最小熵產生原理不能保證地理系統在平衡區、非平衡線性區發生自組織產生新的有序結構,還必須引出里昂倒易關系和局域平衡假設的概念作理論基礎。這個假說指出,地理系統從整體上看是非平衡的,但可採用一定的方式把系統分為無數個宏觀上足夠小、微觀上足夠大的均勻平衡單元,這正如一條曲線化為無數段短直線、一個圓化為無限個邊的正多邊形一樣。據此引入「局域地理熵」研究地理系統的非平衡態。局域地理的熵產生為局域地理與地理力積之和,即:

由於熵是一個廣延量,對單個的局部熵求和即可得到整個地理系統的總熵產生。運用這種化整為零和集零為整的方法,注意到平衡與非平衡態、非平衡線性區與非線性區矛盾的轉化,即可保證地理系統在非平衡態達到有序結構。

總之,地理系統內地理力的存在,就意味著「非平衡」,地理系統維持著這種促使其有序的非平衡,並在不斷打破內部各自「平衡」的基礎上創造新的非平衡。從系統進化的定義看,平衡就是地理系統中每一個要素在系統內部的地位、作用、性質和功能上都沒有多少差異,耗散結構使地理系統內部的各個要素「高度分工協作」,要素間的對稱性不復存在,要素對系統的責任更明顯,各要素間的關系更密切,各要素功能於系統的整體功能大大強化。

(3)地理系統是要素間有非線性相互作用的系統

地理系統是由各個組成要素或各個組成部分相互作用,並具有一定結構,能完成一定功能的整體。地理系統是一個等級系列,其要素就是指氣候、地貌、水文、土壤、植被、動物以及人類活動等單項的「條條」要素。這些「條條」要素本身就可以成為地理系統的子系統。

地理系統是一個具有整體性和倏忽性等重要特性的復雜系統,因此在地理系統中,作為輸出能量物質的「營養源」的自然地理系統和作為輸入營養的「營養匯」的人文地理系統之間相互促進又相互制約,彼此間存在著極復雜的非線性相互作用(反饋、自催化、自組織、自我復制等),同時自然、人文地理系統內部的各要素間的非線性聯系更為密切。這種非線性相互作用使無數個地理要素的微觀行為得到「協同」和「合作」,產生出宏觀的「序」,其結果形成了錯綜復雜的層次結構系統,如農業與氣象氣候、礦產資源與採掘工業、人口與生產和生活資料等,各個自然要素、人文要素、非線性子關系、子層次的有機集合組成了地理系統的結構和功能。其結構和功能的性質取決於人文地理系統開發利用方向與自然地理系統所提供的物質、能量的潛在利用方向之間的非線性協同關系,若二者不存在重大偏離,則協同效應顯著,協同系數大時,地理系統視為耗散結構,否則為非耗散結構。良性的耗散結構具有極強的協同力(自調節能力和抗干擾能力),系統功能的發揮利用耗散結構的進一步良化,其結果降低了系統的熵值,鞏固和革新了地理系統的耗散結構。惡性的非耗散結構則使系統的不穩定性增大,熵值升高,結構遏制功能的良好發揮,功能的反作用進一步惡化結構,其結果只能加速地理系統耗散結構的消亡。

地理系統內自然和人文地理要素的協同和合作具有異常巨大的良化能力。如果系統內某一地理要素發生擾動(這一擾動可由人類有目的地誘發,也可由人類盲目開發或其他原因引起),引起關聯因子的擾動,而要素群體的共同擾動產生比線性疊加遠為巨大的協同效應,從而使地理系統產生各子系統前所未有的有序結構和「特異」功能。地理要素的擾動改變了地理系統差異的內容,變更了地理系統演變的軌跡,良化了系統的結構與功能。但擾動在產生協同效應的同時,同樣會產生消極效應破壞有序結構,惡化系統功能。由此可見,人類在對地理要素有目的的誘發產生擾動的同時,盡可能地控制擾動幅度和方向,方可更有效地發揮要素間非線性相互作用產生的協同效應對地理系統結構與功能的異常巨大的良化能力。

(4)地理系統是一個動態漲落系統

地理系統的時間組織性決定了地理系統是一個演變的動態系統,其演變的重要機制是偶然性的隨機漲落,它的產生與放大取決於系統熵的二階超量的貢獻,即系統的超熵產生:

。式中δ2S可看作是描寫地理系統微分方程的李雅普諾夫函數。由局域平衡,假設恆有δ2S≤0,當系統處於近平衡態時,

,這時地理系統處於漸近穩定態。當系統處於遠離平衡態時,δxp可正可負。如果

,則地理系統處於漸近穩定態,系統內部產生的微不足道的漲落不可能放大,因而對系統的演化無甚作用;如果

,地理系統處於臨界穩定態;如果

,則地理系統處於不穩定態,系統內部產生的微漲落通過相干效應迅速放大成宏觀整體上的「巨漲落」,並得以穩定,系統由一種不穩定的定態躍變為另一種新的有序態,出現耗散結構分支。可見,在系統處於遠離平衡時,δ2S可看作是一個李雅普諾夫函數,它對時間的全導數

成了遠離平衡的地理系統穩定性的重要判據,稱一般熱力學穩定性判據。

與此同時,由於地理系統具有等級性和包容性的特點,一個有限大小的基本地理系統的環境要素總處在不停地隨機變動之中,從而形成對基本地理系統宏觀狀態的各種隨機擾動,即地理系統的「外部漲落」或「外部雜訊」。地理系統的內漲落與外漲落互相疊加、同步和共振,造成系統漲落特性的復雜性,構成了其本身形成耗散結構的觸發機制和破舊立新達到有序結構的先行官,進而加劇了地理系統演化規律的復雜性。

1)眾多漲落的並存,決定了地理系統進化是個由環境選擇的過程。對於在具體時空條件下的地理系統進化來說,地理系統耗散結構的形成,並非由舊狀態中的任何一個漲落放大而來。實際上能成為一次具體進化內部根據的,只是眾多漲落中某一個或很少的幾個,其餘的只能被淘汰。具體哪個漲落被放大或淘汰,歸根到底由環境選擇決定。環境在眾多同時並存的漲落中選擇某一個或少數幾個與自身產生的「外漲落」步調一致的漲落,將其放大並穩定下來形成新的有序結構,即耗散結構,從而決定了地理系統進化的實際方向。

2)漲落形成過程的隨機性,決定了地理系統進化方向的偶然性。由於地理系統內每一個子系統或每一個要素的運動本質上都是隨機的,不可能從原則上完全預言。在某一特定的時刻,系統在所有形成的數目驚人的漲落類型中,實際上恰好形成這種或那種特定類型的漲落只具有概率的確定性,這就決定了地理系統演化的方向不可能純屬必然,而是帶有偶然性。正如普利高津指出的「系統進化的最終狀態決定於微小漲落產生的幾率,在這種意義上,演變變成為一個隨機的過程了」。

3)幾個漲落的合作與競爭,導致了地理系統進化過程的復雜性。對於地理系統的進化來說,能夠被放大的漲落往往不是一個,而是一個以上。在這種情況下,系統進化最終出現哪一種特定的有序結構,由這幾個漲落間的合作和競爭結果決定。在合作與競爭過程中,隨著某一參量達到新的臨界值,合作的基礎不復存在,競爭機制不斷加強,具有旺盛生命力和遠大發展前途的漲落在競爭中獲勝,單獨主宰整個系統的有序結構。這無疑加大了地理系統進化的復雜性。

熱點內容
漢樂府詩有哪些 發布:2025-07-01 08:41:05 瀏覽:409
短篇小說班主任 發布:2025-07-01 05:53:13 瀏覽:140
陽春教師待遇 發布:2025-07-01 04:22:37 瀏覽:201
山東教師招聘考試信息 發布:2025-07-01 04:21:50 瀏覽:167
地理高二輔導 發布:2025-07-01 03:38:34 瀏覽:280
阿波羅在哪裡 發布:2025-07-01 03:16:36 瀏覽:868
高考前班主任 發布:2025-07-01 02:52:57 瀏覽:591
如何封印 發布:2025-07-01 02:47:36 瀏覽:726
船長3連教學 發布:2025-07-01 02:27:57 瀏覽:2
小學班主任工作計劃表 發布:2025-07-01 01:22:31 瀏覽:136