地理模型的概念功能和分类市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、 在当代地理学中，地理模型作用是十分主要，它是认识地理问题桥梁，是地理科学发觉和创新研究工具。在地理科学问题研究中，模型作用是不可替换。第1页本章主要内容地理模型概念、功效及分类地理建模思维导向与标准建立地理模型步骤与数学方法地理建模方法概述第2页第1节 地理模型概念、功效及分类地理模型概念 地理模型特点地理模型功效地理模型分类第3页（一）模型 在科学研究中，为了揭示客观对象本质，人们经常借助于实物、文字、符号、公式、图表等，对客观事物特征、内在联络、改变过程进行概括和抽象描述，这种描述即模型。一、地理模型概念 第4页模型分类 （1）百分比模型( scale model） （2）模拟模型（an

2、alogue Model，simulation Model） （3）符号模型（symbolic Model)第5页百分比模型百分比模型，是对真实系统小规模重现，也叫做图像模型（Iconic model）。比如，地理教学中所用地球仪就是一个百分比模型。另外，风沙模拟试验室里风洞，研究水土流失而设计人工降水径流试验场，基于遥感影像建立三维地貌模型，等都是百分比模型。)第6页符号模型符号模型，是将客观对象系统或过程特征用数学等专门符号语言表示一个模型。模型不一定是用公式表示，也能够是用符号、逻辑图形（图形、表格）表示。第7页模拟模型对于那些结构性质基本了解，但又难于直接用物理式数学模型表示系统,往往

3、采取另一系统去替换原系统，这种替换系统称为模拟模型。比如，在电路模拟模型中，用电压模拟机械运动中速度，电流模拟力，电容模拟质量；在计算机上，经过软件系统运行模拟一个实际对象系统或过程。第8页（二）地理模型地理模型，就是指真实地理对象（过程、系统）模仿物，它能够用实物、逻辑符号、图形、表格、文字、数学公式、计算机软件来表示。，广义地理模型包含： 语言模型（文字模型） 图形模型 模拟模型第9页地理模型研究方面著作 （1）Bunge（1962）理论地理学 （2）Haggett（1965）人文地理中区位分析） （3）Chorley和Haggett编著（1967）地理学中模型 （4） Haggett和C

4、horley（1969）地理学中网络分析 （5） Harvey（1969）地理学中解释第10页二、地理模型特点 地理模型主要含有以下几个特点：（1）抽象性 首先，地理模型是在一定假设条件下对现实地理系统（过程）简化。其次，地理模型不可能与真实地理系统（过程）完全对应，不过它必须包含真实地理系统（过程）中主要原因，而且只应该包含那些决定系统（过程）本质性主要原因。第11页（2）与原型相同性 地理模型与地理原型之间存在着一定对应关系。任何一个地理模型，都是基于一定目标对一个地理原型相同性描述。 地理模型作用，就是描述原型系统要素组成、要素之间相互关系及其动态演变过程。所以，地理模型与其所描述原型地

5、理系统（过程），在状态、结构、过程或者功效上，必须含有高度相同性。第12页（3）可验证性 假如一个模型不含有可验证性，就不是一个科学模型，是没有方法论意义。 普通说来，地理模型含有一定目标性和应用性，所以能够用于实际问题计算、分析、仿真和模拟，并得出详细结果。这么，我们就能够把模型运行结果与实际情况进行比较，以此验证模型有效性。第13页（4）目标性 地理学研究对象，不但包含地貌、气候、土壤、水文、植物等部门自然地理学，还包含农业、工业、交通、旅游、文化等人文地理学，同时也包含城市、乡村等区域地理学以及综合地理学。 不一样分支学科研究目标不一样，因而其建立和应用地理模型自然是不一样。既是在同一个

6、学科中，对应于同一个原型系统，为了不一样目标也能够建立各种不一样模型，各种不一样模型所反应内容也因其目标不一样而有所不一样。第14页比如，为了研究一个地域气候改变，能够依据不一样目标，建立若干个不一样模型。能够建立反应气温、降水、湿度等改变规律动态模型，也能够建立反应它们之间相互关系相关分析或回归分析模型。不过，在服务于不一样目标模型中，本质变量选择是不一样。如，为了研究降水量年际改变规律，模型就无须描述各月份降水量改变，但必须反应各年份降水量改变。也就是说，各月份降水量改变，对该模型来说是非本质。相反，假如研究降水量季节改变规律，那么，各月份降水量改变，对于该模型来说就是本质，模型必须对它进

7、行描述。第15页（5）多时空特征因为地理学研究对象含有各种时空尺度，所以描述研究对象地理模型也含有各种时空尺度性质。从空间尺度上来看，地理学研究对象地理区域，既能够是全球范围、洲际范围、国家范围，也能够是流域范围、地域范围、城市范围、小区范围。所以，描述地理区域各种地理数据，含有各种空间尺度。第16页其次，从时间尺度上来看，地理学研究对象地理过程，现有以地质年代和地层年代衡量古地理过程，也有以历史年代衡量历史地理过程，还有以天、月、季度、年等为时间单位衡量当代地理过程。所以，描述地理过程各种地理数据也含有各种时间尺度。第17页另外，从一定意义上讲，地理系统（过程）空间尺度与时间尺度有一定联络，

8、往往较大空间尺度对应较长时间周期，如全球范围内气候改变周期可能是几十或几百年；而城市地籍可能以年为改变周期。正是因为地理系统（过程）节律性，才决定了地理模型多时空尺度特征。在实际问题研究中，仅有单一时间尺度或空间尺度地理模型是不够，只有建立各种时空尺度地理模型系统，才能深入揭示地理系统（过程）内在规律。第18页（6）应用性 地理学是研究人类生存地理环境，以及人类活动与地理环境之间关系一门综合性学科，其研究内容广泛，应用性和实践性较强。 地理学应用性决定了地理模型应用性。地理学应用性决定了刻画人地关系、模拟和仿真地理系统演化过程，预测和协调人口、资源、环境与社会经济可连续发展地理模型应用性。第1

9、9页三、地理模型功效地理模型功效作用（1）认识地理问题桥梁（2）地理科学发觉工具（3）综合研究功效 第20页（1）认识地理问题桥梁 地理模型能够帮助地理学家从本质上认识问题、剖析问题，并最终处理地理问题。为了揭示地理系统内在机制及其演化规律，就需要从错综复杂地理现象中找出本质东西，以求得地理系统（地理过程）内在规律暴露，为此必须建立与应用地理模型。 第21页（2）地理科学发觉工具 地理模型建立与利用，不论在思想创新，还是方法技术创新方面都含有不可替换作用。模型是当代地理科学发觉和创新基本工具。实际上，对于一个复杂地理问题，能不能顺利地进行研究，其关键经常就在于能不能针对所要研究问题构建出一个科

10、学地理模型。 第22页（3）综合研究功效 综合性是地理学基本特征之一。地理学研究对象，是多个子系统、多要素相互作用地球表层系统，这决定了地理学研究综合性特点。地理学综合研究，不但仅局限于研究其各个要素或各个子系统，更主要是把地球表层系统作为统一整体，综合地研究其组成要素、各个子系统及它们空间组合。 第23页四、地理模型分类（一）静态模型与动态模型 静态模型是对静态系统描述。静态系统，亦称无记忆系统，即系统在任何一个时刻输出只与该时刻输入相关，而与该时刻之前或之后输入无关。 动态模型是对动态系统描述。动态系统亦称为记忆系统，这类地理系统，在任何一个时刻输出不但与该时刻输入相关，而且也与该时刻以前

11、输入相关。 第24页（二）线性模型和非线性模型 线性模型和非线性模型分别是对线性系统和非线性系统描述。 所谓线性地理系统，就是指系统内各个原因共同作用结果等于每一个原因单独作用结果机械叠加，用数学语言来说就是满足叠加原理。 第25页 用公式来描述线性地理系统： 设 为系统内部n个不一样作用原因， 为n 个常数，L代表作用算子，则线性地理系统就是满足 一类地理系统。反之，不满足叠加原理地理系统就是非线性地理系统。 严格来说，线性地理系统（过程）是不存在，任何一个地理系统（过程），普通都含有非线性作用原因存在。第26页（三）离散模型与连续模型 离散模型与连续模型，是按模型所包括变量连续性所作一个分

12、类。假如某一地理系统（过程）状态集X 、输入集U 以及输出集Y 是Rk ( R为实数集）中连续集合时，就称之为连续地理系统；当X 、U 及Y是离散集合时，就称之为离散系统。 第27页（四）确定性模型和不确定性模型 对于任何一个地理系统，我们都能够对它作普通性形式描述： S X , U , Y ， 式中，X ：状态空间；U ：输入空间；Y ：输出空间；：动态（状态）转移函数；：输出函数。 据此，描述地理系统模型可被分为两类，即确定性模型和非确定性模型。第28页 确定性模型描述是确定性系统行为，即系统实时输入和实时状态能明确唯一地要求下一个状态和实时输出。 非确定性模型描述是不确定性系统行为，即系

13、统实时输入和实时状态不能明确唯一要求下一个状态和实时输出，即被要求是一些可能状态集合或一些可能输出集合。 第29页（五）黑色模型、自色模型和灰色模型 黑色系统，是指人们掌握信息量最少一类地理系统。对这种系统，人们只知道系统输入输出关系，但不知道实现输入输出关系系统结构与过程。 白色系统，是指人们不但知道系统输入输出关系，而且知道实现输入输出关系系统结构与过程。 灰色系统则是介于“黑色”与“白色”之间一类系统。它是指人们对实现系统输入输出关系结构与过程只有部分地了解，尚无全方面地认识。就当前人们认识程度而言，大多数地理系统是灰色系统。第30页（六）集中参数模型和分布参数模型 集中参数模型中模型各变量与空间位置无关，而把变量看作在整个系统中是均一，对于稳态模型，其为代数方程，对于动态模型，则为常微分方程。 分布参数模型中最少有一个变量与空间位置相关，所建立模型对于稳态模型为空间自变量常微分方程，对于动态模型为空间、时间自变量偏微分模型。（七）非参数模型与参数模型 非参数模型是指模型中非显式地包含可估参数。它是直接或间接地从实际系统试验分析中得到响应。 参数模型目标就在于确定已知模型结构中各个参数第31页（八）单变量模型与多变量模型 只有一个变量模型称为