王家耀,謝明霞
1. 信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院,河南 鄭州 450052; 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430079
Geographical National Condition and Complex System
WANG Jiayao1,XIE Mingxia2
1. Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China; 2. School of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University,Wuhan 430079, China
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地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)
王家耀1,謝明霞2
1. 信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院,河南 鄭州 450052; 2. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430079
摘要:研究地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的意義在于合理表達(dá)“資源—環(huán)境—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”系統(tǒng)的綜合復(fù)雜關(guān)系。針對(duì)我國(guó)地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析工作所面臨的研究?jī)?nèi)容不統(tǒng)一、范圍不一致、目標(biāo)不明確等問(wèn)題,本文基于復(fù)雜系統(tǒng)理論和協(xié)調(diào)度分析方法,分別從概念、理論與方法的角度探討并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決途徑。通過(guò)對(duì)地理國(guó)情、地理國(guó)情普查、地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的概念以及三者間的關(guān)系分析,明確和界定了地理國(guó)情的統(tǒng)計(jì)內(nèi)容和分析范圍,具體化了地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo);對(duì)比分析了地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)的基本特征,以及協(xié)調(diào)度分析與地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的目標(biāo)一致性,提出了地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的概念,并對(duì)其進(jìn)行了定量描述;復(fù)雜系統(tǒng)理論為地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析提供了新的理論指導(dǎo),協(xié)調(diào)度為地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析提供了新思路。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)度方法和決策分析方案。通過(guò)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度從宏觀上分析總體趨勢(shì),結(jié)合各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度和單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度從微觀上確定修復(fù)方向,并制定具體改進(jìn)策略,從而實(shí)現(xiàn)地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的宏觀目標(biāo)。
關(guān)鍵詞:地理國(guó)情;復(fù)雜系統(tǒng);統(tǒng)計(jì)分析;協(xié)調(diào)度
1概念分析
地理國(guó)情主要是指地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關(guān)系[1-2]。狹義來(lái)看,地理國(guó)情是指與地理空間緊密相連的自然環(huán)境、自然資源基本情況和特點(diǎn)的總和;廣義來(lái)看,地理國(guó)情是指通過(guò)地理空間屬性將包括自然環(huán)境與自然資源、科技教育狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、政治狀況、社會(huì)狀況、文化傳統(tǒng)、國(guó)際環(huán)境和國(guó)際關(guān)系等在內(nèi)的各類國(guó)情進(jìn)行關(guān)聯(lián)與分析,從而得出能夠深入揭示經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的時(shí)空演變和內(nèi)在關(guān)系的綜合國(guó)情[3]。
地理國(guó)情普查是指對(duì)一個(gè)國(guó)家的陸地國(guó)土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理要素進(jìn)行普查。它是全面獲取地理國(guó)情信息的重要手段之一,是掌握地表自然、生態(tài)以及人類活動(dòng)基本情況的基礎(chǔ)性工作[3]。我國(guó)地理國(guó)情普查要素包括地形地貌、植被覆蓋、荒漠與裸露地、水域、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地及設(shè)施和地理單元七大類[4]。其中,地形地貌、植被覆蓋、荒漠與裸露地和水域等屬于自然地表要素;交通網(wǎng)絡(luò)、居民地及設(shè)施和地理單元等屬于人文地理要素。
地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析是指通過(guò)建立多尺度地理空間單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)體系,形成地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)單元,以地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),融合其他專業(yè)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),采用有效的(適當(dāng)?shù)?統(tǒng)計(jì)分析方法,從不同的維度綜合分析資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等要素的內(nèi)在空間特性及其在地理空間上的相互作用和關(guān)系,揭示它們的分布規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì),從而提取有用的地理國(guó)情信息并形成結(jié)論,為科學(xué)決策提供依據(jù)或建議。
從以上概念可以看出:我國(guó)目前所開展的地理國(guó)情普查的對(duì)象和研究?jī)?nèi)容屬于狹義角度的地理國(guó)情,而地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象則為廣義的地理國(guó)情。地理國(guó)情、地理國(guó)情普查以及地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析概念間的相互聯(lián)系如圖1所示。無(wú)論是單從概念的角度分析,還是結(jié)合三者之間的聯(lián)系,不難看出地理國(guó)情普查是地理國(guó)情研究工作的基礎(chǔ),其目標(biāo)是摸清我國(guó)地理國(guó)情家底。地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析是核心,是地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)向地理國(guó)情信息轉(zhuǎn)化和提升的必要手段之一。
圖1 地理國(guó)情概念分析Fig.1 Conceptual analysis of geographical national conditions
現(xiàn)階段我國(guó)承擔(dān)或從事地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析任務(wù)的科研院所和研究人員大多將地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析作為工程項(xiàng)目,無(wú)論從方法、過(guò)程還是成果發(fā)布上,基本上是參照基礎(chǔ)測(cè)繪、傳統(tǒng)地圖制圖、空間分析、GIS系統(tǒng)開發(fā)等思想和模式進(jìn)行實(shí)施,而未對(duì)地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的研究對(duì)象進(jìn)行前期的理論分析和探討。顯然這種以工程技術(shù)方法解決復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題并不是地理國(guó)情所對(duì)應(yīng)的理論框架,因?yàn)榈乩韲?guó)情是一個(gè)關(guān)系復(fù)雜、多維、兼具多理論和多技術(shù)背景的復(fù)雜課題。理論研究滯后于應(yīng)用研究導(dǎo)致了目前研究成果難以整合,在具體實(shí)踐過(guò)程中存在著以下問(wèn)題:
(1) 內(nèi)容不統(tǒng)一。目前地理國(guó)情普查的要素內(nèi)容已統(tǒng)一,但對(duì)于需結(jié)合的其他要素(如資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人口、社會(huì)、政治、文化)的研究?jī)?nèi)容不統(tǒng)一。
(2) 范圍不一致。由于內(nèi)容的不統(tǒng)一直接導(dǎo)致了研究范圍的不一致,目前的研究成果大多體現(xiàn)了大而全的特點(diǎn),而未從概念出發(fā)充分分析和挖掘地理國(guó)情的本質(zhì)特征。
(3) 目標(biāo)不明確。一方面,現(xiàn)階段研究方法考慮了單要素的綜合成果(如各要素的綜合指數(shù)),而未針對(duì)地理國(guó)情提出具體的總體目標(biāo)和成果形式;另一方面,由于沒(méi)有理論的指導(dǎo),在方法的選擇上目的性不明確。
概念是反映客觀對(duì)象本質(zhì)屬性的思維形式,地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的前提是弄清地理國(guó)情的概念,分析地理國(guó)情的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì),明確和界定地理國(guó)情需要統(tǒng)計(jì)和分析的內(nèi)容和范圍,并制定具體的地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo)。關(guān)于地理國(guó)情普查內(nèi)容,國(guó)外一些測(cè)繪機(jī)構(gòu)都有各自的定位和側(cè)重[5]。例如:美國(guó)地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey,USGS)將地理分析與監(jiān)測(cè)內(nèi)容定位于生態(tài)環(huán)境、氣候變化、土地利用、能源礦產(chǎn)、環(huán)境評(píng)估、自然災(zāi)害和水資源等方面;澳大利亞地學(xué)署側(cè)重資源開發(fā)、環(huán)境管理、重要基礎(chǔ)設(shè)施安全、災(zāi)害應(yīng)急管理與評(píng)估等方面的研究;英國(guó)軍械測(cè)量局(Ordnance Survey,OS)、德國(guó)聯(lián)邦制圖與大地測(cè)量局(Bundesamt fuer Kartographie und Geodaesie,BKG)和法國(guó)法國(guó)地理院(Institut Géographique National,IGN)等測(cè)繪部門仍主要關(guān)注對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和維護(hù);日本測(cè)繪的重點(diǎn)在于對(duì)土地利用的管理。整合和借鑒國(guó)外測(cè)繪機(jī)構(gòu)所從事的地理分析與監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和經(jīng)驗(yàn),根據(jù)概念分析、普查要素規(guī)定及采集內(nèi)容和現(xiàn)有研究成果,以及國(guó)務(wù)院下達(dá)的相關(guān)文件和通知精神,筆者認(rèn)為我國(guó)地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容應(yīng)該包括資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要素。其中,資源要素由水、土地和森林資源構(gòu)成;環(huán)境要素由環(huán)境保護(hù)和環(huán)境質(zhì)量構(gòu)成;生態(tài)要素主要研究生態(tài)基本狀況,包括生物豐度、生態(tài)脆弱性、生態(tài)彈性等;經(jīng)濟(jì)要素研究整體發(fā)展和城鎮(zhèn)和交通網(wǎng)絡(luò)等發(fā)展情況;社會(huì)要素研究主要包括社會(huì)條件和社會(huì)現(xiàn)象。地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的具體目標(biāo)為分析、表達(dá)和度量各要素在地理空間上的相互作用和內(nèi)在關(guān)系,客觀反映我國(guó)的資源利用程度、環(huán)境承載能力、生態(tài)平衡狀態(tài)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)撃芎蜕鐣?huì)事業(yè)發(fā)展水平。
如何繼承和發(fā)揮傳統(tǒng)測(cè)繪的優(yōu)勢(shì),在地理國(guó)情研究工作中實(shí)現(xiàn)思想和技術(shù)的雙重轉(zhuǎn)型,從而避免用基礎(chǔ)測(cè)繪的思維方式解決地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)的問(wèn)題,避免地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)可能出現(xiàn)的“數(shù)據(jù)海量,知識(shí)貧乏”等問(wèn)題,是擺在我們面前迫切需要解決的問(wèn)題。
(1) 思想上轉(zhuǎn)型:吸納地理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)論、協(xié)同論等其他學(xué)科思想,做到思想先行,理論指導(dǎo)行動(dòng)。
(2) 技術(shù)上轉(zhuǎn)型:發(fā)揮測(cè)繪部門在地圖制圖、空間分析等方面的優(yōu)勢(shì),借鑒和結(jié)合地理分析、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)分析、協(xié)同分析等方法,納百家之長(zhǎng),補(bǔ)己之短。
2地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)系剖析
從廣義上看,地理國(guó)情包括資源、生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等眾多要素,雖然各要素都是不同性質(zhì)的系統(tǒng),都有各自的結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)展規(guī)律,但其各自的存在和發(fā)展又受其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的制約,要素間具有廣泛的非線性作用機(jī)制,各要素間的聯(lián)系和制約呈現(xiàn)了地理國(guó)情的本質(zhì)屬性——復(fù)雜性和綜合性。隨著“資源—環(huán)境”、“環(huán)境—經(jīng)濟(jì)”、“資源—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)”、“資源—環(huán)境—生態(tài)”、“資源—環(huán)境—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”等二元、三元和四元等系統(tǒng)[6-16]研究的不斷深入,在研究地理國(guó)情時(shí)不能將資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要素割裂開來(lái),而必須將它們視為一個(gè)統(tǒng)一的整體,否則很難開展更加全面、深入、系統(tǒng)的分析工作。地理國(guó)情除了本身的整體性、復(fù)雜性和綜合性外,還具有以下特征:
(1) 地理國(guó)情的多維結(jié)構(gòu)特征。一是地理國(guó)情信息的多維性;二是地理國(guó)情的綜合分析研究是一個(gè)多維決策過(guò)程。地理國(guó)情信息在同一坐標(biāo)位置上會(huì)具有多個(gè)專題和屬性的信息結(jié)構(gòu)。例如在一個(gè)地面點(diǎn)位上,可取得高度、噪聲、污染、交通等多種信息。地理國(guó)情的綜合分析是對(duì)地理國(guó)情及其組成要素的相關(guān)性、有序性、目的性的綜合評(píng)判、規(guī)劃和協(xié)調(diào)[9]。
(2) 地理國(guó)情的非線性特征。地理國(guó)情的組成要素是由無(wú)限多個(gè)自然和社會(huì)因子(指標(biāo))構(gòu)成的函數(shù),各要素通過(guò)相互作用耦合成一種全新的整體,這一整體功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出各要素功能之和。非線性的思維方式力圖把資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的矛盾與利益加以整合,探求資源開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡、經(jīng)濟(jì)有序增長(zhǎng)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[16]。
(3) 地理國(guó)情的時(shí)序特征。地理國(guó)情反映的是客觀變化的物質(zhì)世界和社會(huì)現(xiàn)實(shí),這就要求對(duì)地理國(guó)情涉及的相關(guān)要素進(jìn)行及時(shí)采集和更新,并根據(jù)多時(shí)相的數(shù)據(jù)和信息來(lái)尋找隨時(shí)間變化的地理國(guó)情變化趨勢(shì),進(jìn)而對(duì)未來(lái)作出預(yù)測(cè)或預(yù)報(bào);地理國(guó)情各要素間和要素內(nèi)部本身都存在著物質(zhì)、能量和信息的流轉(zhuǎn),要素間的協(xié)調(diào)度和地理國(guó)情的整體功能是隨時(shí)間的變化而變化的。
(4) 地理國(guó)情的協(xié)同共生特征。既包括各要素組成指標(biāo)之間的協(xié)同共生性,即資源內(nèi)部分布格局與開發(fā)利用水平的協(xié)同共生,環(huán)境內(nèi)部保護(hù)水平與質(zhì)量狀態(tài)的協(xié)同共生,生態(tài)內(nèi)部生態(tài)功能與生態(tài)平衡的協(xié)同共生,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和發(fā)展質(zhì)量的協(xié)同共生,社會(huì)條件、人民生活狀況與社會(huì)體制的協(xié)同共生,又包括資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要素間的協(xié)同共生,即經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展通過(guò)技術(shù)手段的提升和社會(huì)制度的進(jìn)步改變資源的結(jié)構(gòu)、環(huán)境的存在狀態(tài)以及生態(tài)的物質(zhì)和能量流轉(zhuǎn)。同樣,資源、環(huán)境和生態(tài)在為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的穩(wěn)定提供物質(zhì)支持的同時(shí),也通過(guò)資源結(jié)構(gòu)的合理性、環(huán)境的承載力、生態(tài)的文明程度制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定。由此可見(jiàn),資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)之間存在著彼此共生、相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展是既要求它們之間的彼此協(xié)調(diào),也要求它們具有發(fā)展的持續(xù)性。
綜上所述,地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)的基本特征是一致的。在研究方法和相應(yīng)的研究目標(biāo)方面,協(xié)調(diào)度作為研究復(fù)雜系統(tǒng)的重要方法之一,其宗旨是全局協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì),使復(fù)雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、彼此配合,共同完成復(fù)雜系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù),實(shí)現(xiàn)總目標(biāo),這與地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的具體目標(biāo)在方向上是一致的。地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和內(nèi)在關(guān)系如圖2所示。因此,地理國(guó)情本質(zhì)上是一個(gè)集資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)要素于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。具體目標(biāo)就是定量反映和表達(dá)“資源—環(huán)境—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)系,而這種關(guān)系到底以何種方式進(jìn)行度量在以往的研究中未得到充分重視。復(fù)雜系統(tǒng)理論為地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析提供了新的理論指導(dǎo),作為復(fù)雜系統(tǒng)測(cè)度分析的重要方法,協(xié)調(diào)度為地理國(guó)情要素間的關(guān)系度量提供了新思路。地理國(guó)情的統(tǒng)計(jì)分析工作可以在復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)視角下進(jìn)行理論轉(zhuǎn)型。在此基礎(chǔ)上,地理國(guó)情的統(tǒng)計(jì)分析理論基礎(chǔ)將會(huì)得到極大的豐富和完善,在理論指導(dǎo)下的地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析工作將會(huì)使研究?jī)?nèi)容更合理、目標(biāo)更明確、成果更具說(shuō)服力。
3地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)
地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)是由資源(resources)、環(huán)境(environment)、生態(tài)(ecology)、經(jīng)濟(jì)(economy)、社會(huì)(society)5個(gè)子系統(tǒng)(要素)相互交織、相互作用、相互滲透而構(gòu)成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的開放復(fù)雜的動(dòng)態(tài)大系統(tǒng),其組成及各子系統(tǒng)的相互聯(lián)系如圖3所示。地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)可定量描述為
圖2 地理國(guó)情與復(fù)合系統(tǒng)的相互聯(lián)系和內(nèi)在關(guān)系Fig.2 Correlations and internal relations between geographical national conditions and the complex system
(1)
式中,Srescource、Senvironment、Secology、Seconomy、Ssociety分別表示構(gòu)成地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)中的資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng);Irescource、Ienvironment、Iecology、Ieconomy、Isociety分別表示上述子系統(tǒng)的指標(biāo)(復(fù)雜系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)序參量);Crescource、Cenvironment、Cecology、Ceconomy、Csociety分別表示各子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);Frescource、Fenvironment、Fecology、Feconomy、Fsociety分別表示組成各子系統(tǒng)的指標(biāo)計(jì)算函數(shù)或方法。地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)都是多指標(biāo)(多因子)的系統(tǒng),都包含著許多具有復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系的指標(biāo)。Ra為關(guān)聯(lián)系統(tǒng),是地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)中相關(guān)關(guān)系的集合,其中既包括各子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,也包括子系統(tǒng)內(nèi)部各指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,這種關(guān)聯(lián)關(guān)系是各子系統(tǒng)間直接的深層結(jié)構(gòu)的多重關(guān)聯(lián)和借助相關(guān)因子而形成的復(fù)雜的多向性效應(yīng)關(guān)系,它具有多元性,交互性、層次性和動(dòng)態(tài)性等基本屬性[17-22]。T為時(shí)間,體現(xiàn)了地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)序性。
圖3 地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)要素組成及其相互聯(lián)系Fig.3 Constituent elements of the complex system of geographical national conditions and their correlations
(1) 資源子系統(tǒng)。資源子系統(tǒng)的物流、能流是環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)物流、能流的來(lái)源,環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)是資源子系統(tǒng)物流、能流持續(xù)流動(dòng)的保證。一個(gè)區(qū)域內(nèi)資源的開發(fā)程度影響著該區(qū)域環(huán)境的承載容量、生態(tài)的文明程度,也決定著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展程度。
(2) 環(huán)境子系統(tǒng)。資源的優(yōu)化、生態(tài)的文明對(duì)環(huán)境具有客觀依賴性;環(huán)境是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ),經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于環(huán)境的改變是不可避免的,但這種改變必須保持在環(huán)境本身的承載容量?jī)?nèi);健康的環(huán)境是社會(huì)穩(wěn)定的必要條件之一,環(huán)境質(zhì)量的衰退和環(huán)境系統(tǒng)的功能失調(diào),不僅威脅到社會(huì)良性運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ),而且會(huì)導(dǎo)致社會(huì)系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦和沖突。
(3) 生態(tài)子系統(tǒng)。區(qū)域生態(tài)子系統(tǒng)的修復(fù)不能突破資源和相關(guān)聯(lián)的外部環(huán)境承載力的限制;生態(tài)子系統(tǒng)在服務(wù)功能上要與經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)發(fā)展相一致;生態(tài)子系統(tǒng)的發(fā)展要與社會(huì)體制和政策相互協(xié)調(diào),生態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡和良性循環(huán)是社會(huì)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
(4) 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)。資源結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用的合理能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能超過(guò)環(huán)境的承載容量,且經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的污染物需在環(huán)境的自凈能力范圍之內(nèi);經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展有助于維持良好的生態(tài)環(huán)境;經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的良性循環(huán),能夠持續(xù)滿足人們物質(zhì)和文化的需求。
(5) 社會(huì)子系統(tǒng)。社會(huì)子系統(tǒng)是有一定聯(lián)系、相互依存的各種要素的集合。這些要素主要有3類: 一是影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的社會(huì)體制, 比如政治體制、經(jīng)濟(jì)體制以及教育體制等;二是影響環(huán)境健康、生態(tài)文明的社會(huì)條件,比如基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)情況、社會(huì)保障福利體系情況、文化教育衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展情況等;三是說(shuō)明人們生活現(xiàn)狀的社會(huì)現(xiàn)象,比如消費(fèi)水平、文化形式、生活方式、貧富差距等。
這些要素相互作用、相互影響,形成了復(fù)雜的系統(tǒng)。
地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容是探索地理國(guó)情各組成要素(子系統(tǒng))間的內(nèi)在聯(lián)系。復(fù)雜系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)是絕對(duì)的,協(xié)調(diào)是相對(duì)的,復(fù)雜系統(tǒng)追求的總目標(biāo)是使總體優(yōu)化。地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的研究目標(biāo)是使資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)復(fù)合后盡量趨于理想?yún)f(xié)調(diào)狀態(tài),因此,需要根據(jù)構(gòu)成地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)間相互聯(lián)系、復(fù)雜耦合的特點(diǎn),按照系統(tǒng)協(xié)調(diào)的思路,進(jìn)行全局協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì),使各個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、彼此配合[22-23]。
4復(fù)雜系統(tǒng)理論支持的地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析
這是指以地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)作為統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象,利用協(xié)調(diào)度分析“資源—環(huán)境—生態(tài)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”復(fù)雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)間和子系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)關(guān)系,并以此作為依據(jù)對(duì)地理國(guó)情的整體協(xié)調(diào)狀況進(jìn)行決策分析,確定地理國(guó)情修復(fù)和完善的方向,制定相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)策略,實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)最優(yōu)化。
4.1地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)度分析
對(duì)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)度分析是決策分析工作的前提。復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性是體現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)各子系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系的一個(gè)重要特征,協(xié)調(diào)度是度量系統(tǒng)或系統(tǒng)內(nèi)部要素之間在發(fā)展過(guò)程中彼此和諧一致的程度,體現(xiàn)了系統(tǒng)由無(wú)序走向有序的趨勢(shì),是協(xié)調(diào)狀況好壞程度的定量指標(biāo)[23-27]。筆者認(rèn)為,地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)度應(yīng)采用協(xié)調(diào)度進(jìn)行度量。地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度包括:地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)綜合協(xié)調(diào)度,簡(jiǎn)稱地理國(guó)情協(xié)調(diào)度;地理國(guó)情各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度,簡(jiǎn)稱系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度;地理國(guó)情各子系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)調(diào)度,簡(jiǎn)稱單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度。系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度和單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度表達(dá)如表1所示,其中
(2)
表1地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度和單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度
Tab.1Inter-system and single-system degree of coordination of the complex system of geographical national conditions
子系統(tǒng)SrescourceSenvironmentSecologySeconomySsocietySrescourcecdrescourcecdres_envcdres_ecolcdres_econcdres_socSenvironmentcdenv_rescdenvironmentcdenv_ecolcdenv_econcdenv_socSecologycdecol_rescdecol_envcdecologycdecol_econcdecol_socSeconomycdres_econcdecon_envcdecon_ecolcdeconomycdecon_socSsocietycdsoc_rescdsoc_envcdsoc_ecolcdsoc_econcdsociety
地理國(guó)情協(xié)調(diào)度是描述系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)狀態(tài)的綜合性指標(biāo)。假設(shè)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的狀態(tài)空間為X,任意狀態(tài)x∈X,由協(xié)調(diào)性定義可知,地理國(guó)情協(xié)調(diào)性實(shí)際上是刻畫系統(tǒng)狀態(tài)的一種標(biāo)量函數(shù),則對(duì)應(yīng)于狀態(tài)x,有
(3)
式中,CDx表示系統(tǒng)在狀態(tài)x的協(xié)調(diào)程度,即為地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度,cd(·)是定義在X上的實(shí)函數(shù)。整體性原則是系統(tǒng)論的一個(gè)重要原則。研究地理國(guó)情時(shí)要始終將其看作一個(gè)有機(jī)整體。整體的功能不等于各部分功能的簡(jiǎn)單相加,而是等于各子系統(tǒng)功能之和加上各子系統(tǒng)相互作用形成結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的功能[26]。
(1) 單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計(jì)算。單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度內(nèi)在表現(xiàn)為組成子系統(tǒng)的各指標(biāo)間的相互協(xié)調(diào)程度,外在反映為在多指標(biāo)綜合作用下的各子系統(tǒng)的發(fā)展與復(fù)雜系統(tǒng)的整體發(fā)展?fàn)顟B(tài)的協(xié)調(diào)程度。因此,地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的計(jì)算可通過(guò)計(jì)算單系統(tǒng)各指標(biāo)(多因子)與地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)整個(gè)指標(biāo)體系(多因子)的關(guān)聯(lián)關(guān)系的求解獲得。在構(gòu)建單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度計(jì)算方法時(shí),首先選擇能解決多因子與多因子關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法,如離差系數(shù)分析、隸屬函數(shù)模型、基尼系數(shù)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析工具等。其中,對(duì)于各子系統(tǒng)及復(fù)雜系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)可用多元回歸分析、典型相關(guān)分析、主成分分析等方法。然后根據(jù)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的特征確定和設(shè)計(jì)合理的計(jì)算方法。
(2) 系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度計(jì)算。本質(zhì)上就是多因子(子系統(tǒng)指標(biāo))對(duì)多因子(子系統(tǒng)指標(biāo))的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析,因此,其計(jì)算原理同單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度,僅計(jì)算對(duì)象不同。圖4為地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的單系統(tǒng)和系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度計(jì)算的具體流程。
(3) 地理國(guó)情協(xié)調(diào)度計(jì)算方法為
(4)
地理國(guó)情協(xié)調(diào)度計(jì)算的前提是假設(shè)資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)于地理國(guó)情的整體發(fā)展具有同等重要程度,其中,n為地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)個(gè)數(shù),即n=5。
圖4 地理國(guó)情單系統(tǒng)和系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度計(jì)算Fig.4 Calculation of the single-system and inter-systemdegree of coordination of the geographical nationalconditions
4.2地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的決策分析
首先分析地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)x0;然后確定地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)期望達(dá)到的協(xié)調(diào)狀態(tài)xt;最后通過(guò)控制、調(diào)整和優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)由狀態(tài)x0→xt的轉(zhuǎn)移,這一狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的決策支持[18,27-28]。其中,具體的控制、調(diào)整與優(yōu)化方法和策略則通過(guò)協(xié)調(diào)度的計(jì)算結(jié)果判斷和確定。根據(jù)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)序特征,對(duì)不同階段的地理國(guó)情協(xié)調(diào)度、系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度以及單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進(jìn)行計(jì)算和分析,從而指導(dǎo)后續(xù)地理國(guó)情的修復(fù)和完善,以及決策的制定。圖5為地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的決策分析框架。
從圖5可看出,地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)度是從宏觀上分析總體趨勢(shì),結(jié)合各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度和單系統(tǒng)協(xié)調(diào)度從微觀上確定修復(fù)方向,并制定具體改進(jìn)策略。
5總結(jié)
理論研究不足是造成現(xiàn)階段地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析面臨各種問(wèn)題的根本原因。文章在對(duì)地理國(guó)情、地理國(guó)情普查、地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析的概念進(jìn)行深入分析的前提下,明確和界定了地理國(guó)情需要統(tǒng)計(jì)和分析的要素內(nèi)容和研究范圍,確定了具體的統(tǒng)計(jì)分析目標(biāo);通過(guò)對(duì)地理國(guó)情和復(fù)雜系統(tǒng)的關(guān)系剖析,提出了地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的概念,并對(duì)其進(jìn)行了定量表達(dá);在此基礎(chǔ)上,提出了復(fù)雜系統(tǒng)支持下的地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析方法和決策分析框架。復(fù)雜系統(tǒng)為地理國(guó)情的統(tǒng)計(jì)分析提供了理論指導(dǎo),同時(shí),協(xié)調(diào)度分析為地理國(guó)情各組成要素的關(guān)系度量提供了新的思路。實(shí)現(xiàn)地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)中資源、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是地理國(guó)情研究的重要課題,也是當(dāng)前解決地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析面臨的各種問(wèn)題的有效途徑。
圖5 地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)決策分析框架Fig.5 Decision-making analysis framework for the complex system of geographical national conditions
完全掌握系統(tǒng)的所有信息,由于系統(tǒng)的復(fù)雜而變得不可能或由于獲取信息代價(jià)太大而變得不可行,這表明只能在不完全掌握信息和不確定性的條件下探索地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)演化規(guī)律[29]。測(cè)繪部門作為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)生產(chǎn)和管理的核心部門,過(guò)去的工作目標(biāo)是基礎(chǔ)測(cè)繪,包括地圖制圖、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的維護(hù)、更新和處理分析,轉(zhuǎn)型后的測(cè)繪部門除了提供基礎(chǔ)測(cè)繪地理信息產(chǎn)品外,應(yīng)將目標(biāo)定位在服務(wù)于國(guó)家當(dāng)前和未來(lái)資源合理開發(fā)利用、環(huán)境健康、生態(tài)文明、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,包括為國(guó)土資源利用、環(huán)境承載能力、生態(tài)文明程度、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)撃芤约吧鐣?huì)發(fā)展水平等方面的科學(xué)決策提供可靠的、公正的地理國(guó)情研究報(bào)告和監(jiān)測(cè)信息等。在借鑒國(guó)外已有地理國(guó)情統(tǒng)計(jì)分析經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,循序漸進(jìn)地將地理國(guó)情復(fù)雜系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展融入資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、生態(tài)文明的可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)建設(shè)各方面和全過(guò)程。
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(責(zé)任編輯:宋啟凡)
修回日期: 2015-10-20
First author: WANG Jiayao(1936—), male, professor, academician of Chinese Academy of Engineering, majors in teaching and scientific research of cartography and geographic information engineering.
E-mail: wrongpu@163.com
Corresponding author: XIE Mingxia
E-mail: xmx0424@aliyun.com
Geographical National Condition and Complex System
WANG Jiayao1,XIE Mingxia2
1. Institute of Surveying and Mapping, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China; 2. School of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University,Wuhan 430079, China
Abstract:The significance of studying the complex system of geographical national conditions lies in rationally expressing the complex relationships of the “resources-environment-ecology-economy-society” system. Aiming to the problems faced by the statistical analysis of geographical national conditions, including the disunity of research contents, the inconsistency of range, the uncertainty of goals, etc.the present paper conducted a range of discussions from the perspectives of concept, theory and method, and designed some solutions based on the complex system theory and coordination degree analysis methods.By analyzing the concepts of geographical national conditions, geographical national conditions survey and geographical national conditions statistical analysis, as well as investigating the relationships between theirs, the statistical contents and the analytical range of geographical national conditions are clarified and defined. This investigation also clarifies the goals of the statistical analysis by analyzing the basic characteristics of the geographical national conditions and the complex system, and the consistency between the analysis of the degree of coordination and statistical analyses. It outlines their goals, proposes a concept for the complex system of geographical national conditions, and it describes the concept. The complex system theory provides new theoretical guidance for the statistical analysis of geographical national conditions. The degree of coordination offers new approaches on how to undertake the analysis based on the measurement method and decision-making analysis scheme upon which the complex system of geographical national conditions is based. It analyzes the overall trend via the degree of coordination of the complex system on a macro level, and it determines the direction of remediation on a micro level based on the degree of coordination among various subsystems and of single systems. These results establish specific improvement strategies and achieve the goals of the statistical analysis of the geographic variables.
Key words:geographical national condition; complex system; statistical analysis; coordination degree
通信作者:謝明霞
作者簡(jiǎn)介:第一 王家耀(1936—),男,教授,中國(guó)工程院院士,從事地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的教學(xué)與科研。
收稿日期:2015-07-06
中圖分類號(hào):P208
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-1595(2016)01-0001-08
DOI:引文格式:王家耀,謝明霞.地理國(guó)情與復(fù)雜系統(tǒng)[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2016,45(1):1-8.10.11947/j.AGCS.2016.20150350.
WANG Jiayao,XIE Mingxia.Geographical National Condition and Complex System[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(1):1-8.DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20150350.