- •Методы географических исследований Системный подход - как методологическая основа географии
- •Разнообразие методов географических исследований
- •Методы получения и первичной обработки географической информации
- •Методы анализа, систематизации и обобщения географической информации
- •Методы систематизации географической информации.
- •Математическое моделирование в географии
Математическое моделирование в географии
Математико-географическое моделирование - это метод формализации географиче-ских представлений на основе создания логико-математических конструкций, отражающих количественные отношения реальных географических объектов.
Процесс моделирования включает три элемента: 1) субъект (исследователь), 2) объект исследования, 3) модель, выражающую отношения субъекта и познаваемого объекта. Этап построения модели предполагает наличие некоторых знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются тем, что модель отражает какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимости и достаточной мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как в случае тождества с оригиналом, так и в случае чрезмерного во всех существенных отношениях отличия от оригинала.
Множественность определения моделей и их функций приводит к появлению большого количества подходов к их классификации и типологии. По форме представления информации модели делятся на материальные и идеальные. Материальные модели (субстратно подобные, геометрические, аналоговые, изоморфные) традиционны в географии. Это различные карты и макеты, воспроизводящие природные и социально-экономические объекты. Идеальные модели отличаются высокой степенью абстракции и использованием богатейшего аппарата прикладной математики.
В середине ХХ века в географию активно проникают математические методы исследования, что получило название «количественная революция» и было связано с тем, что на современном этапе своего развития традиционные методы уже не могли обеспечить решение важнейших задач географии. Проникновению математических методов в географию способствовало также развитие новых технических приемов прикладной математики, которые развивались в соответствии с потребностями частных наук, в том числе и географии. «Математизация» географии стала возможной в результате применения ЭВМ, которые позволили существенно сократить время на обработку огромных объемов информации.
Объект изучения географии - территориальные природные и социально-экономические системы, которые в соответствии с кибернетическим понятием относятся к сложным системам. Важным свойством любых систем, в том числе территориальных, является эмерджентность - наличие таких качеств, которые не присущи ни одному из элементов, входящих в систему. Поэтому для понимания особенностей функционирования этих систем недостаточно рассмотрения только отдельных элементов.
Длительное время главной трудностью практического применения математического моделирования в географии было наполнение разработанных моделей конкретной и качественной информацией. Точность и полнота первичной информации, реальные возможности ее сбора и обработки во многом определяют выбор типов прикладных моделей. В то же время исследования по моделированию территориальных систем выдвигают новые требования к системе информации. В зависимости от моделируемых объектов и назначения моделей используемая в них исходная информация имеет существенно различный характер и происхождение. Она может быть разделена на две категории: о прошлом развитии и современном состоянии объектов и о будущем развитии объектов, включая данны еоб ожидаемых изменениях их внутренних параметров и внешних условий (прогнозы). Вторая категория информации является результатом самостоятельных исследований, которые также могут выполняться посредством моделирования. Для многих географических процессов выявление закономерностей возможно только на основе достаточно большого количества наблюдений.
Другая проблема порождается динамичностью географических процессов, изменчивостью их параметров и структурных отношений. Вследствие этого они должны постоянно находиться под наблюдением, обеспечивающим устойчивый поток обновляемых данных. Поскольку наблюдения за географическими процессами и обработка эмпиpичecкиx данных обычно занимают довольно много времени, то при построении математических моделей экономики требуется корректировать исходную информацию с учетом ее запаздывания.
Математические модели географических процессов и явлений называют математика-географическими. Для классификации этих моделей используются разные основания. По целевому назначению математико-географические модели делятся на теоретико-аналитические, используемые в исследованиях общих свойств и закономерностей географических процессов, и прикладные, применяемые в решении конкретных задач (модели пространственного анализа, прогнозирования, управления).
Математико-географические модели могут предназначаться для исследования разных сторон народного хозяйства (в частности, его природно-ресурсного и ландшафтного планирования, производственно-технологической, социальной, территориальной структур).
Имитационные эксперименты состоят из многократных расчетов по заданной модели при изменении входных параметров и предполагают целенаправленный поиск оптимальных решений, в частности касающихся рациональности взаимодействия природных и хозяйственных территориальных систем. Использование этих моделей позволяет качественно и количественно оценить варианты функционирования геосистем при различных уровнях антропогенного воздействия с учетом естественной способности к самоочищению и самовосстановлению.
В имитационном исследовании большое значение имеет этап оценки модели, который включает в себя следующие шаги: 1) верификация модели (модель ведет себя так, как это было задумано исследователем); 2) оценка адекватности (проверка соответствия модели реальной системе); 3) проблемный анализ (формирование статистически значимых выводов на основе данных, полученных в результате экспериментов с моделью).
Большой интерес представляет концепция системной динамики в имитационном моделировании, разработанная одним из крупнейших специалистов в теории управления профессором Дж. Форрестером. Начало глобальному моделированию положил его труд «Мировая динамика», в котором он рассматривает мир как единое целое, как единую систему различных взаимодействующих процессов: демографических, промышленных, исчерпания природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, производства продуктов питания. Расчеты показали, что при сохранении современных тенденций развития общества неизбежен серьезный кризис во взаимодействии человека и окружающей среды, он объясняется противоречием между ограниченностью природных ресурсов, конечностью пригодных для сельскохозяйственной обработки площадей и все растущими темпами потребления увеличивающегося населения. Рост промышленного и сельскохозяйственного производства приводит к быстрому загрязнению окружающей среды, истощению природных ресурсов, упадку производства и повышению смертности. На основании анализа этих результатов делается вывод о необходимости стабилизации промышленного роста и материального потребления.