地理科學(xué)發(fā)展與新技術(shù)應(yīng)用研究

趙丹平

摘要：隨著時(shí)間的推移和地理學(xué)的變化發(fā)展，地理科學(xué)搜集了大量的知識(shí)和文獻(xiàn)。在20世紀(jì)初，研究方法主要體現(xiàn)在野外調(diào)查、制圖、簡(jiǎn)要統(tǒng)計(jì)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(xué)的發(fā)展和完善對(duì)此進(jìn)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(kuò)大，現(xiàn)代地理學(xué)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(xué)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(xué);發(fā)展;新技術(shù)

現(xiàn)階段我們清楚地看到，地理學(xué)是一門綜合性的科學(xué)，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(xué)的研究方法和資源是圍繞空間統(tǒng)計(jì)、地球觀測(cè)、地理信息科學(xué)等新技術(shù)手段而發(fā)展起來的。由此可見，現(xiàn)代地理學(xué)的發(fā)展與新技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。

1? ? 促進(jìn)地理研究新技術(shù)的發(fā)展

在認(rèn)識(shí)自然的過程中，積累了許多與地理學(xué)有關(guān)的理論、方法和模型。隨著社會(huì)的進(jìn)步和綜合需求的增長(zhǎng)，人們對(duì)自然的認(rèn)識(shí)越來越深刻復(fù)雜：一方面，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)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(jìn);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(jìn)了新技術(shù)以后，極大地促進(jìn)了地理研究，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)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(hù)技術(shù)等。

1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展對(duì)地理學(xué)的影響是所有新技術(shù)中最基本、最深刻的，它可以用來評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)復(fù)雜地理信息和空間關(guān)系的發(fā)展趨勢(shì)，這標(biāo)志著地理信息系統(tǒng)和地理信息科學(xué)的出現(xiàn)。而基于計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)的地理空間信息的采集、存儲(chǔ)、處理、分析、控制和表達(dá)就是數(shù)字信息，同時(shí)，ArcGIS、SuperMap等GIS平臺(tái)在我國(guó)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(jiān)實(shí)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(diǎn)是“五個(gè)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的使用上?？蛻舳硕ㄖ频脑诰€卡片和終端會(huì)實(shí)時(shí)顯示，并通過互聯(lián)網(wǎng)將后端變成一個(gè)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(dòng)化技術(shù)

隨著自動(dòng)化技術(shù)和傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控工具也隨之出現(xiàn)。地理科學(xué)越來越普及，城市智能監(jiān)測(cè)傳感器智能檢測(cè)和大型陸地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)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(jī)的出現(xiàn)，極大地提高了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和時(shí)空擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)采集移動(dòng)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(jìn)地理科學(xué)跨越式發(fā)展

新技術(shù)的應(yīng)用提高了地理科學(xué)解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)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(shí)間過程、內(nèi)在機(jī)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(duì)時(shí)間過程非常重要;數(shù)據(jù)的光譜和紋理特征對(duì)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(guó)一直在收集全球和區(qū)域地球觀測(cè)數(shù)據(jù)，而幾百年來的航空影像和遙感（偵察機(jī)），在地理研究層面上發(fā)展很快，地面部隊(duì)的研究小組已經(jīng)有了空軍[5]。目前，空軍無人機(jī)遠(yuǎn)程探測(cè)研究隊(duì)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(shí)驗(yàn)室甚至研究小組都可能擁有自己的無人機(jī)遙感系統(tǒng)，研究人員可以獨(dú)立做無人機(jī)遙感，在戰(zhàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐中，地理學(xué)的“戰(zhàn)斗力”明顯提高，綜合能力也有所提高。正因?yàn)榄h(huán)境科學(xué)研究范圍廣，遙感技術(shù)有限，無人機(jī)遙感已成為學(xué)術(shù)界的標(biāo)準(zhǔn)配置。

由于歷史文化的原因，中國(guó)對(duì)外國(guó)研究的興趣不斷受到限制。我國(guó)科學(xué)家主要依靠世界其他地區(qū)現(xiàn)有的國(guó)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?jǐn)?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(guó)系統(tǒng)地倡導(dǎo)全球植被保護(hù)，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(guó)家遙感中心為國(guó)家地理社區(qū)組織了一次全球環(huán)境遙感年度報(bào)告。這是國(guó)際地球觀測(cè)組織（GEO）的工作計(jì)劃之一。

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

CERN、NEON、ICOS和TERN是高效的國(guó)家觀測(cè)網(wǎng)。CERN建立了一個(gè)基于景觀和空間規(guī)劃的大型國(guó)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。大規(guī)模自動(dòng)數(shù)據(jù)采集提供了水、土、氣生產(chǎn)的高頻觀測(cè)數(shù)據(jù)，是科學(xué)野外觀測(cè)的重要依據(jù)，在中國(guó)進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)論證，已用于生態(tài)經(jīng)濟(jì)和全球變化的科學(xué)研究以及自然資源的利用和保護(hù)。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(xiǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)一直是一個(gè)瓶頸。如今，包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在南北極、海洋等地區(qū)建設(shè)自動(dòng)觀測(cè)設(shè)施。美國(guó)和英國(guó)的研究小組利用無人機(jī)對(duì)火山噴發(fā)進(jìn)行測(cè)量和建模，美國(guó)、中國(guó)和其他國(guó)家成功部署無人機(jī)探測(cè)颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng)，并為此做出了貢獻(xiàn)，建立了一個(gè)精細(xì)的臺(tái)風(fēng)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(jìn)了地球科學(xué)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(guó)完成并推進(jìn)了塔里木沙漠公路森林保護(hù)工程中最長(zhǎng)的生態(tài)工程，介紹了日光下葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)。保持大氣中二氧化碳濃度和化學(xué)成分，為大氣污染實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供最新信息;綜合控制新技術(shù)，實(shí)施多年凍土工程，確保大型凍土工程穩(wěn)定安全運(yùn)行;中國(guó)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(shí)空流成為方向

全球陸地和海洋觀測(cè)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(shí)空結(jié)構(gòu)信息，專業(yè)的圖像記錄和生成平臺(tái)構(gòu)建并集成在社交網(wǎng)絡(luò)（如GPS）中，體現(xiàn)了地理科學(xué)研究的巨大研究?jī)r(jià)值，地理空間數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，以及全球全景、地理分析和預(yù)測(cè)性，復(fù)雜環(huán)境決策的研究，遙感數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)，推動(dòng)了從采樣到全球覆蓋和生長(zhǎng)評(píng)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(shí)空和大尺度數(shù)據(jù)分析方法支持科學(xué)計(jì)算，以及物質(zhì)和能量的流動(dòng)。

2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)與擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的結(jié)合

依托虛擬技術(shù)和先進(jìn)的實(shí)用技術(shù)，促進(jìn)地理空間場(chǎng)景和空間場(chǎng)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(yàn)過程中，一些城市管理者運(yùn)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和現(xiàn)代現(xiàn)實(shí)技術(shù)，虛擬電子沙盒在國(guó)防和國(guó)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(xùn)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(dǎo)

基于互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)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(shí)更新，支持客戶點(diǎn)擊最新遙感地圖/數(shù)據(jù)庫(kù)。目前的重點(diǎn)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(dòng)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(xué)成就的最佳起點(diǎn)。

2.7 無人機(jī)技術(shù)有利于三維地形的詳細(xì)研究和遙感

無人機(jī)的廣泛應(yīng)用，意味著自然地理學(xué)和人文地理學(xué)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(cè)量。無人系統(tǒng)集成了認(rèn)知和技術(shù)改造的主動(dòng)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(xué)家的跨學(xué)科能力和解決自身問題的能力。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了新技術(shù)及其制約因素對(duì)地理科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)性和深遠(yuǎn)影響，以及利用新技術(shù)進(jìn)行地學(xué)研究的諸如環(huán)境恢復(fù)和環(huán)境管理的跨學(xué)科發(fā)展，從靜態(tài)知識(shí)、機(jī)理分析和動(dòng)態(tài)工作入手，取得了新的動(dòng)力源泉。地球科學(xué)作為一門應(yīng)用科學(xué)，通過新技術(shù)的運(yùn)用，地球科學(xué)“復(fù)活”了人們對(duì)世界的理解和適應(yīng)能力，它將在中國(guó)乃至全球的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)

[1] 孟波.測(cè)繪與地理信息新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用與展望[J].環(huán)球市場(chǎng)，2016（32）：60.

[2] 李俊義.測(cè)繪與地理信息新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用[J].智能城市，2021，7（6）：61-62.

[3] 李曉磊，鄭世超.測(cè)繪與地理信息新技術(shù)在礦山測(cè)量中的應(yīng)用及展望[J].世界有色金屬，2017（21）：32-33.

[4] 馮顏博.測(cè)繪新技術(shù)在測(cè)繪與地理空間信息獲取中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2019，38（34）：195-197.

[5] 沈凌輝.測(cè)繪新技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用與發(fā)展[J].神州，2019（18）：297.