论文摘要
地理科学研究的“人地关系地域系统”是一个由自然环境和人工环境有机组成的复杂开放巨系统,随着人类生产力的发展,人类活动对地球表层演化的作用力越来越强,人类社会对地理系统的期望开始左右区域的发展进程,人类活动缔造的人工环境已成为地理科学研究的重点。地理系统工程是要探索以人工环境为重点的区域人类社会与自然环境互动的演化规律,以及区域对外部输入的响应规律,对区域内部的要素进行更有效的组织,并通过高层次的社会组织对区域进行规划,促使区域系统朝期望状态的发展。有关地理系统工程的研究才刚刚起步,目前主要集中在概念框架层次,偶有科学计算层面的研究也是以直接引用一般的科学计算体系的方法为主,没有结合地理系统的本质进行消化与改进。本论文旨在建立一个融合了地理系统工程概念体系与一般科学计算体系的结合生产力发展阶段特点的地理系统工程科学计算框架,以及该框架思想指导下的区域地理系统工程研究流程,推动区域地理建设朝科学计算化、可操作性、合理性的方向发展。基于研究对象的本质决定计算框架并作用于具体应用的认识,本论文首先探讨了地理系统工程的研究模式;然后,通过有机结合地理系统工程的模式、地理系统的特质与既有的一般科学计算框架,发展了地理系统工程科学计算框架,探讨了主要的研究项目,以及针对实际应用的研究流程;最后,选择一个典型区域进行科学计算的应用实验,一方面是对框架中各项主要研究内容的可行性佐证,另一方面也是通过科学的可计量的结合实际的研究,为区域地理建设服务。地理的本质是“物质-能量-信息-空间-时间”决定的发展律,源于人类在可重用的信息引导下对物质-能量体系的优化过程,通过对地理发展律模式与系统工程模式的对比探讨,结合当前区域外部力量对区域地理系统进行输入的时代特征,引申出了“内生演化+外部输入→期望状态”这一地理系统工程模式。继承并发展的地理系统工程科学计算体系可以表述成“地理状态变量的提炼及度量-外在突变输入的量化-地理特征模型描述-针对地理本质特征的解算法与样本设计-软件化-可视化表达”,其中,在地理相似准则思想与从定性到定量综合集成法启发下,状态变量的提炼及度量采用“功能需求-变量选择-变量测度”的分析流程,并强调通过辅助手段保证参与模型解算的数据均为具有明显地理含义的比例数据类型,能够更好的获得描述人地关系地域系统要素之间关联的高层次状态描述;地理现象的本质特征就是相似性基础上表现出来的空间差异性和时间发展性,但这在前人的有关科学计算的研究中没有体现,本论文通过设置各自特征尺度的无后效马尔科夫过程方法解决了统一时间步长的传统方法不能有效体现地理特性的问题,通过对地理混合数据进行截面或时间序列提取的方式对模型数据集进行设计,从而在模型解算结果中体现出地理现象的本质规律;地理系统的演化体现出内生演化与系统对外在输入的响应相叠加的特征,本论文通过设置合适的系统状态变量阈值将样本分组的方式,提出了分离内生演化规律与系统对外在输入的响应规律的处理方法。东北地区是一个具有相对独立性的自然区域,近年来为解决资源耗竭等发展困境,中央政府规划实施了一系列交通运输体系的基础建设项目（具有典型的外部突变输入特征）,是一个研究区域地理系统工程科学计算的典型区域。结合对地理系统工程子系统划分的解读成果以及地理系统工程科学计算框架体系,确定了以区际交通建设为突变输入,探讨其可能影响的区域人口、产业和城镇为主的地理系统发展规律,提取了人口出生率、产值增长率等变率状态变量,和产业结构、人口聚集度、就业结构、区域联系等累积型状态变量,通过关联分析初步构建了系列发展模型。以市级行政单位为基本的空间粒度,收集整理了2000年、2003年、2006年度的相关测度指标数据,以及2009年可能完成的交通体系建设成果,探讨了东北地区地理系统工程科学计算中解释变量的作用时空尺度、地理特征模型系数与参数的空间差异性、时间发展性以及区域内生演化规律与系统对外在突变输入的响应规律的分离问题,对地理系统工程科学计算框架及主要内容进行佐证的同时,也评估了东北地区高等级交通体系建设对区域地理系统演化的影响,分析结果显示,交通体系建设在3年时间间隔尺度对累积型状态发展的影响不明显,而对经济增长率等变率型状态具有一定的正向作用,并依据前述的模型预测了东北地区“三个规划”的阶段实施（2009年）对系统演化轨迹的未来影响（2012年）,其将有效的促进以哈大线为轴的两翼（主要是松原、白城一带,通化、白山以及佳木斯等）的中长期发展。总之,本论文做出了如下的创造性成果——发展了一个适用于区域发展研究的更完善的地理系统工程科学计算体系,提出并实现了其基本流程（地理状态变量的提炼及度量-外在突变输入的量化-地理特征模型描述-针对地理本质特征的解算法与样本设计-软件化-可视化表达）,它是在对地理系统的本质内涵（发展律）与地理系统工程模式（内生演化+外部输入→期望状态）剖析的基础上,借鉴科学计算的一般体系（模型描述-模型解算法-软件化-可视化）,针对地理系统的独特性（相似性基础上体现的空间差异性与时间发展性）,着重研究了地理系统工程科学计算中的主要空白内容（状态变量的科学描述及度量、针对地理本质特征和地理系统工程模式的解算法与样本设计）而形成的体系,东北地区的实际案例表明该科学计算体系与基本流程具有科学性、合理性与可行性。本论文的研究成果将有效提升地理系统工程研究的科学计算性,为区域地理建设提供科学合理的决策支持。
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标签：地理系统工程科学计算体系论文; 时空变异系数模型论文; 地理发展律论文; 内生演化论文; 突变输入论文; 东北地区论文;