走进地理学-南京大学(精品课) 7.4.1-地理实验 #地理學 #知識 #課程

下面我們再來看看地理實驗 意大利科學家伽利略說過 一切推理都必須從觀察與實驗得來 可見實驗在科學研究中的重要性 通過對地理實驗過去的數據進行分析 我們可以探究地理現象的成因及發展規律 地理實驗的對象是地理要素 那麼什麼是地理要素? 它包括哪些內容呢? 地理要素包括自然地理要素和人文地理要素 藍天碧海間巍巍的冰山 連續起伏的液體 鬱郁沖沖的森林 蜿蜒曲折的水系 孕育萬物的投壤等 這些屬於自然地理要素 華東璀璨的城市 四通八達的路網 古樸典雅的村落等 這些構成了人文地理要素 地理實驗分爲兩類 第一是側重森林大學和物理過程研究的自然地理要素實驗 第二是側重經濟文化和社會過程探討的人文地理要素實驗 以下幾個具體的例子可以幫助我們瞭解什麼是地理實驗 植被光譜測量實驗對於植物特徵識別具有重要意義 該實驗一般在光照充足的鎮物實施 首先有標準參考板被光譜定標 優化相關參色 然後測量目標植物的光譜 並記錄光譜曲線 這些光譜數據是植被定量搖桿的基礎 是基於搖桿影像分析大尺度的植被深化走分 植被時空分佈與變化研究的前提 我們知道沉積物的力鬥力行受搬運動力和沉積環境的影響 力鬥分析實驗能夠精確測量沉積物的力鬥力行 是重建古氣候古環境的重要方法 我們看一段視頻來了解極光驗射力鬥分析實驗 首先需要安裝好儀器 調節樣品盤 加載樣品後即可開始測量 在測量過程中會出現實時的反饋報告 以保證測量在最佳的環境中進行 直到所有的樣品都測量完畢 最終我們可以在PC端直觀地看到力鬥測量的結果 人文地理實驗對於解釋人類活動與地理環境的相互作用變化規律 探討如何適應改造環境 協調人際關係方面意義重大 人文地理實驗主要以統計調查實驗爲主 通過制定研究計劃 收集整理資料 調查研究與實地考察 然後將採集的數據進行整理分析 得出結論 如問卷調查等 先要制定調查目標和方案 調查人員之間相互交流 設計問卷 發放問卷 回收問卷 然後進行數據處理 統計分析 最後得到調查結果 目前 無人機技術也被廣泛地應用於人文地理要素的採集 例如 用無人機在南京福字廟上空航拍 通過拍攝影像數據的分析 可以瞭解景區建築物道路的分佈格局 掌握客流量 暈鬥狀況等 通過地理實驗 我們可以獲得實測數據 文本資料 搖桿影像 等各種類型的地理數據 其中 實測數據 實地測量數據 都從觀測站點獲取 無氣象站獲取的風受 水文站點獲取的地下水位 文本資料 是指 以文字 頭表 數字格式保存的數據 包括考察記錄 以及各行業部門的普查統計數據 行業規範 技術標準的 搖桿影像 是一種大面積 動態 近實時的 數據源 有豐富的自然與人文地理要素信息 不同的地理數據 有不同的處理分析 方法和相應軟件 對實測數據 處理過程包括 錄入 轉換 建模 統計分析等 常用軟件有 氣象軟件 動力學模擬軟件 統計分析軟件 對文本資料 先要 整理 標準化 然後再分析處理 常用軟件有 對搖桿影像 處理過程包括 幾何校正 輻射校正 拼接以裁減 融合以增強 信息提取 專題應用等 代表性軟件有 以下兩段視頻 分別演示了 用相應軟件 處理地理數據的示例 先看建模軟件 CityAgent 是如何在線三維程式的 首先找出感興趣的研究區域 打開程式三維建模模塊 運行該模塊 得到研究區的建築道路信息 然後通過更新相關隨性 建立起程式三維模型 該實驗很好地 向我們展示了 建築林立的城市效果頭 再來看看 用Excel分析模網站 2004-2015年訪問量的 一個具體操作 首先建立統計項年訪問量 利用求和函數 計算出每年的總訪問量 再建立統計項月平均訪問量 利用平均值函數 計算出每年的月平均訪問量 最後繪製出訪問量變化的趨勢頭 進而分析網站的訪問情況 地理淨量分析 用數學語言對地理數據的特徵 數量關係和變化進行描述 建立數學模型 並分析地理要素的各項指標 及其素質的過程 那麼常用的地理分析方法 有哪些呢 1.相關分析法 用於揭示地理要素之間 相互關係的密切程度 主要通過對相關係數的 計算和檢驗來完成 2.迴歸分析法 是研究地理要素之間 具體數量關係的強有力工具 能夠建立反映要素之間 具體數量關係的迴歸模型 3.時間序列分析法 用於揭示地理要素 隨時間變化的發展過程 從而從統計學角度解決實際問題 4.決策數法 具有靈活直觀清晰強健 運算效率高等特點 在搖桿影像分類方面 有巨大優勢 此外還有 系統劇類法 主成分分析法 趨勢面分析法 馬爾科夫預測法等 如自然地理方面 以狼瓶路化域分析了 84個實測黃土不土壤泡麪 定量補算了黃土高原 25萬年以來 戈兵器和尖兵器的粉塵堆積和侵蝕 並對其驅動機制進行了研究 人文地理方面 百度遷徙通勤地頭 以區域和時間爲兩個維度 通過LBS開放平臺的 手機用戶定位信息 能夠分析手機用戶的遷徙軌跡 和日常出行行爲 地理信息科學方面 美國預防級的科學家 依據2005至2014年氣象衛星數據 製作發佈了全球霧霾地圖 進而可以分析不同地區和城市 空氣污染的時空變化 地理空間分析是指 以地理要素的空間位置和形態爲基礎 以空間數據運算爲特徵 提取生成新的空間信息的技術和過程 它是爲了解決地理空間問題 而進行的數據分析挖掘 是地理信息科學的核心和靈魂 主要包括 1.空間查詢 按屬性空間信息等查詢定位空間位置 對空間基本參數進行量算 是空間分析的基本功能之一 例如查詢哪個城市可以與北京聯合舉辦2022年冬奧會 如果根據北京周邊地級市 有海拔1000米以上的山地 5個及以上高標準室外滑雪場 這樣三個條件來查詢 得到結果爲張家口試 這就是空間查詢過程 2.地統計分析 通過對樣本屬性值的頻率分佈或均值 方差關係及相應規則的分析 確定其空間分佈格局與相關關係 冬奧會舉辦地需要滿足一定的氣象條件 比如氣溫、積雪滲透、積雪持續時間、風速等指標 如果我們需要了解北京張家口地區積雪日數的情況 就可以用地統計分析方法 對氣象站的積雪日數進行空間查詢 從而得到想要的結果 3.表面分析 通過生成諸如等值線、坡鬥、坡象、地表湊湊鬥 三體陰影等新數據集 獲得更多原始數據所暗含的空間特徵、空間格局等信息 例如冬奧會比賽項目高山滑雪 對場地要求比較高 不同的賽道要有不同的坡鬥 可以繼受制高層模型 通過表面分析方法中的坡鬥分析 獲取相關區域的坡鬥信息 從而更好地完成新建滑雪場的選址 以滿足比賽要求 4.疊加分析 將不同的數據層經過一定的疊加操作 生成一個新的數據層的過程 其結果綜合了原來兩層或多層要素所具有的熟性 例如爲了滿足冬奧會的交通需求 要新建京張高鐵 如果想了解線路的走向 每個行政區域內需要建設的線路長度 將高鐵線路規劃頭 京張地區行政界線頭進行疊加操作即可制效 5.網絡分析 對道路供排水管線 燃氣管線 通信線路等地理要素進行分析和模型化 使其按照一定目標達到最佳效果 例如從中關村去冬奧會冰球比賽場地國家體育館 如何選擇公交地鐵騎行自駕等不同出行方式的線路 就用到了網絡分析 此外地理空間分析還包括寬窗區分析 空間統計分析等 科學技術亦與互聯網的發展 適得大數據成爲一種重要的資源 對人類社會的發展產生了深遠的影響 日常生活中所產生的數據 有80%與空間位置有關 因此很多大數據具有地理空間的本質 移動互聯時代 電子商務 線上線下服務 社交網絡等產生的海量地理位置信息 虛擬城市 傳感器網絡 視頻監控系統 等構成的智慧城市數據 日積月累的長時間序列 不同時空分辨率的衛星影像等 適得地理信息數據 由TB級增長到PB級 地理大數據只有得到應用才能增值 才具有更大的意義 因此我們要深入挖掘地理大數據的信息價值 爲經濟社會各領域各層次的發展 提供智慧服務 比如宏觀方面 通過網絡搜索 移動通信 搖桿等大數據的綜合分析應用 可以動態揭示 區域城鎮化動態發展的特點和規律 微觀方面 通過將道路與汽車運行位置等大數據進行疊加分析 和綜合計算 藉助衛星定位導航 發佈實時最佳行駛路線信息 促進智慧交通 減少碳排放 地理大數據分析中涉及的關鍵技術有 一、雲計算 建立從基礎設施 數據平臺到服務的一體化時空信息雲平臺 將各類地理大數據進行有效管理 處理 分析和應用 二、物聯網 用智能傳感器感知物體和環境的狀態 並通過物聯網將智能傳感器連接起來 構建智慧的數據基礎設施 三、數據挖掘 地理大數據包括空間數據和熟性數據 數據量大且結構複雜 利用數據挖掘技術 可以獲取地理大數據中的信息與知識 充分發揮其價值 到這兒地理實驗部分我們就講完了