9.2. Общегеографические методы

К общегеографическим методам, которые находят применение практически во всех подсистемах географических наук, мы относим как более традиционные (описания, сравнительно-географический, количественные), так и более новые, даже новейшие (математические, моделирования, аэрокосмические и геоинформационные) методы.

Метод описания. Метод описания — древнейший из всех методов географии, к тому же наиболее соответствующий расшифровке самого названия этой науки. Но разумеется, что на протяжении более чем двух тысячелетий он не оставался неизменным.

В периоды древнего мира, средних веков, раннего нового времени, да и в начале собственно нового времени в географии преобладало эмпирическое описание, соответствовавшее принципу «что вижу, о том и пишу». Яркими примерами такого рода могут служить описания Геродота, Страбона, Плиния Старшего, Козьмы Индикоплова, Ибн-Батгуты, Марко Поло и десятков других путешественников тех времен. Положение мало изменилось и с началом Великих географических открытий, описания которых самими первооткрывателями по большей части были такими же фактологичны-ми и к тому же нередко весьма субъективными.

Переход от эмпирического к научному описанию фактически начался только в XVIII веке, когда в кругосветных и других крупных экспедициях стали участвовать ученые-ес-

203

тествоиспытатели. В России к числу подобных примеров можно отнести произведения В. Н. Татищева, знаменитое «Описание земли Камчатки» С. П. Крашенинникова, материалы Великой Северной экспедиции. В XIX веке научное описание получило еще более широкое распространение. Достаточно сослаться на труды Александра Гумбольдта, Карла Риттера, Элизе Реклю, Видаль де-ла-Блаша, К. И. Арсень-ева, П. П. Семенова-Тян-Шанского, Н. М. Пржевальского, Н. Н. Миклухо-Маклая, В. В. Докучаева, А. И. Воейкова. То же относится и к первой половине XX века, когда только на российской почве выросли такие мастера научных географических описаний как Д.

Однако уже в середине XX века положение в отечественной географии начало изменяться к худшему. В 1950 году Н. Н. Баранский с большой тревогой и горечью писал о постепенной утрате мастерства географического описания, о высокомерном и пренебрежительном отношении к нему со стороны ученых-географов, о том, что «география, длительное время не дающая комплексных описаний ни своей страны, ни чужих стран, а ограничивающаяся аналитическими исследованиями отдельных элементов природы, тем самым сокращает свою аудиторию, сводя ее к очень узкому кругу лиц, специально работающих в области той или иной частной географической дисциплины» [10, с. 91].

Здесь же Н. Н. Баранский объяснил резкое сокращение хороших географических описаний двумя причинами: во-первых, переходом от описательного стиля к аналитическому, отражающему процесс внутренней дифференциации в системе географических наук, и, во-вторых, недооценкой литературной формы географических описаний.

К сожалению, этот призыв не был услышан. Напротив, по мере нарастания «количественной революции» страницы географических книг стали все более пестреть формулами и цифрами в ущерб географическим описаниям, искусство которых старались сохранить и передать сравнительно немногие географы. Среди этих «последних могикан» упомянем Д. Л. Арманда, Ю. Г. Саушкина, Н. Н. Михайлова, И. М. Забелина, В. В. Покшишевского, Ю. К. Ефремова, Э. М. Мурзаева, Б. Б. Родомана. Так, Д. Л. Арманд не только выступал против псевдоноваторства и наукообразия, критикуя тех авторов,

204

которым, кажется, доставляет удовольствие, что читатели их не понимают, но и сам представил такие образцы научной популяризации, как широко известная книга «Нам и внукам» [141].

Впрочем, в последнее время, кажется, началось возрождение метода географического описания, столь важного для учебной географии. Такой его ренессанс в значительной мере объясняется новым повышением интереса к страноведению, в том числе и комплексному, развитием внутреннего и международного туризма, общим повышением «охоты к перемене мест».

Картографический метод. Этот метод в общем такой же старый как географическое описание. Изучению карт древнего мира, средних веков, нового времени посвящены многие работы А. Б. Дитмара, К. А. Салищева, Н. Г. Фрадкина, А. М. Берлянта, а по России — А. В. Постникова, В. С. Кусова и др. В XIX — начале XX веков картографический метод исследования получил дальнейшее развитие благодаря деятельности А. А. Тилло, П. П. Семенова-Тян-Шанского, Д. Н. Ану-чина, Ю. М. Шокальского и многих других ученых. Альфред Вегенер использовал его при разработке своих идей тектоники литосферных плиг и дрейфа материков, а Вальтер Кристаллер и Август Лёш выдвинули свою теорию центральных мест на основе использования картометрии. Так складывался, обогащался и усложнялся картографический метод. О его значении для географии писали многие, но, наверное, ярче и убедительнее других это сделал Н. Н. Баранский. Из всех его высказываний по данному поводу приведем лишь одно: «1) карта — альфа и омега географии, начальный и конечный момент географии; 2) карта — стимул к заполнению пустых мест; 3) карта — средство к выявлению географических закономерностей; 4) карта — необходимый посредник между крайне ограниченным в охвате своего непосредственного наблюдения человеком и громадным по своим размерам объектом географического исследования — поверхностью земного шара; 5) карта — «второй язык» географии; 6) карта — один из критериев географич-

205

ности» [8, с. 286]. А Э.Б.Алаев предложил еще более лаконичную формулировку: «Географично то, что картируется» [ПО, с. 112].

Понятно, что общая задача картографического метода заключается в использовании карт для познания изображенных на них явлений. Не вызывает сомнения, что современный картографический метод исследования располагает большим числом приемов для изучения самых разнообразных объектов, определения их количественных характеристик, размещения в пространстве.

По К. А. Салищеву, картографический метод включает такие приемы использования карт, как их визуальный анализ, заключающийся в глазомерной оценке по ним размещения явлений; картометрию (в узком смысле) или измерения по картам расстояний, площадей и других величин; графический анализ карт, используемый при составлении разного рода пространственных профилей; статистический анализ карт, который позволяет сопоставлять различные явления и исследовать их связи; анализ карт при помощи изменения их проекций; математический анализ карт; автоматизированный анализ карт.

А. М. Берлянт характеризует свойства карты, как наиболее распространенной географической модели — абстрактность, избирательность, синтетичность, метричность, однозначность, непрерывность, наглядность, обзорность, геометрическое подобие и географическое соответствие [145, с. 39]. Он выделяет четыре основные группы приемов анализа карт: 1) описание по картам как способ качественной характеристики явлений, изображенных на карте; 2) графические приемы анализа карт, включающие построение по ним разного рода двухмерных и трехмерных графиков и диаграмм; 3) графоаналитические приемы — картометрию и морфометрию, которые предназначены для производства по картам измерений и количественных определений; 4) мате-матико-картографическое моделирование [308, с. 108—109]. Наконец, он же определяет главные предпосылки становления и развития картографического метода, заключающиеся в создании громадного фонда топографических и темати-

206

ческих карт, в разработке и совершенствовании приемов анализа карт, в автоматизации картографии, в потребностях науки и практики в быстром и экономичном средстве исследования [145, с. 19—20].

Картографический метод получил широкое распространение в физической географии, где на первом месте стоит ландшафтное картографирование.

Как и другие, картографический метод находится в состоянии постоянного развития и совершенствования. Например, в последнее время географы проявляют все больший интерес к анаморфированным картам, масштаб которых трансформируется и варьирует в зависимости от количественных показателей изображаемого явления, например, размеров территории или численности населения (рис. 34), к картоидам, ментальным («мысленным») картам и т. д.

Сравнительно-географический метод. Этот метод можно также отнести к числу традиционных для географии. Его основоположниками обычно считают Карла Риттера и в особенности Александра Гумбольдта, прежде всего благодаря его «Картинам природы». В этой же работе Гумбольдт дал следующую характеристику сравнительного метода: «Сравнивать между собой отличительные особенности отдельных стран и представить в кратких чертах результаты этих сравнений — благодарная, хотя и трудная задача общего землеведения» [233, с. 78].

207

Рис. 34. Анаморфоза стран мира на основе численности населения (по В.С.Тикунову)

Впоследствии сравнение стало поистине одним из универсальных методов географии, помогающих осуществлению индивидуализации и типизации, дифференциации и обобщению изучаемых объектов и явлений.

По И. М. Маергойзу, в сравнительном методе нужно различать две операции: операцию отождествления и операцию различения. Сравнение может быть полным и неполным. При первом из них осуществляются обе эти операции, при неполном одна из них. Естественно, что для географии большее значение имеет полное сравнение. Далее, И. М. Маер-гойз условно разделил сравнения на качественные и количественные, причем качественное сравнение, по его мнению, должно проводиться до количественного. Наконец,

И. М. Маергойз сформулировал и основные принципы сравнения в географии: возможность сравнения только одномас-штабных объектов и только однопорядковых признаков объектов, явлений и процессов; необходимость сравнения сначала существенных, а затем уже второстепенных признаков; учет тех объективных условий, в которых сравниваемые объекты развивались и существуют [220, с. 120—121].

Особая ценность сравнительно-географического метода заключается в том, что он помогает лучше выявить и уяснить многообразие географических типов человеческой деятельности в различных природных и социально-экономических условиях.

Количественные методы. Такое понятие применяется довольно часто, но содержание его слишком нечетко, размыто. Нам кажется, что к числу количественных следует отнести те методы, которые имеют опору на статистико-математи-ческий аппарат, но в более традиционной трактовке. Большинство из них возникло задолго до начала НТР и «количественной революции», с нею связанной.

Очевидно, к таким методам можно отнести картометрию, которая уже упоминалась выше. Картометрия означает измерение по картам координат, высот, глубин, длин и расстояний, площадей, объемов, горизонтальных и вертикальных углов и направлений и др. В этом смысле картометрией занимался еще Эратосфен в III веке до н. э., выполнивший удивительно точное градусное измерение Земли, не говоря уже о де ла Кондамине, измерявшем дугу меридиана в Андах в XVIII веке. Картометрические измерения первоначально использовались главным образом в геоморфологии и гидрологии, затем получили широкое применение в океанологии, почвоведении, социально-экономической географии, геодемографии. К задачам картометрии относится также оценка надежности и точности измерений с учетом масштаба и картографических проекций.

К группе картометрических методов принято относить и центрографический метод, предложенный Д. И. Менделеевым и развитый в 20-х годах Е. Е. Святловским и его школой. Этот метод представляет собой совокупность аналити-

Впрочем, недавно Б. Б. Родоман удачно сравнивал такие, отнюдь не однопорядковые территории, как Московская область и Камчатка.

208

209

ческих и графических приемов изучения характера распространения различных объектов и явлений на конкретной территории (акватории) путем нахождения соответствующих центров размещения и анализа траекторий их смещений во времени. К числу таких центров могут относиться центры распространения различных типов почв, центры влажности, тепловой поверхности, населенности и др. Они определяются с помощью расчетов, аналогичных способам нахождения центров тяжести в механике. Более подробно центрографический метод описывали Б. Н. Семевский [95, с. 158—172], Л. И. Василевский, П. М. Полян, А. И. Трейвиш.

К относительно простым количественным методам можно отнести метод баллов, который подразумевает цифровую оценку географических объектов и процессов, подобно оценке поведения и успеваемости учащихся, результатов спортивных состязаний и т. п. Примерами применения этого метода могут служить работы А. А. Минца по экономической оценке естественных ресурсов [69, с. 250—251], О. Р. Наза-ревского по оценке природных условий жизни населения, Ю. Д. Дмитревского по определению природно-ресурсного потенциала территории [42], А. Т. Хрущева по характеристике факторов размещения промышленности [237, с. 82—83], Е. Н. Перцика по районной планировке, М. К. Бандмана по моделированию ТПК.

Рискнем отнести к этой же категории и балансовый метод, точнее группу расчетных методов, применяемых для анализа, прогнозирования и развития динамических систем с установившимися потоками ресурсов и продукции («затраты—выпуск», «производство—потребление», «ввоз-вывоз», в общем виде «приход—расход») и с детерминированными зависимостями между приходной и расходной частями [ПО, с. 149—150]. Наибольшее распространение балансовый метод получил в экономических науках, но он давно уже нашел довольно разностороннее применение и в географии.

Назначение метода балансов в физической географии — количественная характеристика динамических явлений по перемещению вещества и энергии в ландшафтных комплексах. Это один из методов, сближающих физическую географию с точными науками. Он начал применяться еще в 30-х годах акад. А. А. Григорьевым, а в послевоенный

210

период получил развитие в работах Д. Л. Арманда, акад. М. И. Будыко и других физико-географов. Этот метод находит применение в геоморфологии (баланс твердого стока и дефляции), в гидрологии (водный баланс), в гляциологии (баланс массы ледника, баланс снежного покрова), в почвоведении (водный и солевой баланс почвы), в биогегорафии и ландшафтоведении (баланс постоянной растительной массы в геосистеме, радиационный и тепловой баланс леса). Он же лежит в основе изучения круговорота веществ, прихода и расхода вещества и энергии (рис. 35).

Рис. 35. Баланс углерода ландшафтной сферы Земли (по П. Дювиньо и М.Тангу)

211

В социально-экономической географии используются в основном различные виды балансов, применяемых в конкретной экономике. Это прежде всего общий баланс народного хозяйства, межотраслевой баланс производства и распределения общественного продукта, межрайонный баланс. Это также балансы денежных доходов и расходов населения, доходов и расходов предприятия, основных фондов, топливно-энергетический, трудовых ресурсов, внешней торговли, платежный, расчетный и другие виды балансов.

И все же основу количественных методов составляют, по-видимому, статистические методы, представляющие собой совокупность количественных методов сбора, обработки и анализа массовых исходных данных. Стаж применения этих методов уже довольно велик. Достаточно упомянуть о так называемой камеральной статистике, которая сформировалась в Германии еще в XVIII веке. Основная задача камеральной статистики заключалась в сборе и систематизации справочной информации для нужд управления феодально-крепостническим государством и подготовки чиновников государственного аппарата.

В наши дни в зависимости от цели исследований и характера изучаемых объектов в географии применяются как методы математической статистики, так и методы социально-экономической статистики. Методы математической статистики позволяют оценивать надежность и точность выводов, сделанных на основе ограниченного статистического материала. В географии наиболее употребительны лштема-тико-стаяшстичеаше методы проверки гипотез, корреляционный и регрессивный анализ, методы многомерной статистики (факторный анализ, метод главных компонент), статистическое моделирование и др. А социально-экономическая статистика применяется прежде всего при изучении различного рода социальных, экономических и других явлений и процессов, в том числе и в территориальном разрезе [114, с. 290].

В качестве примеров применения статистических (мате-матико-статистических) методов в физической географии можно привести выведение этим методом среднегодовых и среднемесячных показателей температуры воздуха, количества осадков, расчеты рассеяния, дисперсии показателей, их группировки с использованием различных видов корреляции. В социально-экономической географии широко приме-

212

няется экономическая и социальная статистика, характеризующая количественную сторону явлений и процессов размещения и территориальной организации производительных сил и шире — общества. Большую роль играет многофакторный анализ, сущность которого состоит в замене большого числа показателей, варьирующих по странам или районам, меньшим набором комплексных параметров. А изучение географии населения фактически целиком и полностью основывается на использовании статистических материалов, с применением прежде всего метода группировок — как первичной основы научной обработки всех данных о сети поселений. Это материалы демографической статистики, которая являет собой самостоятельную обширную область исследований [124, с. 484—486].

Математические методы. Математические методы в современной трактовке данного понятия — это во многом принципиально новые методы исследований, являющиеся порождением НТР, связанные с кибернетикой, электронно-вычислительной техникой и обусловившие «количественную революцию» не только в технических, но и в естественных и гуманитарных науках. Все они восприняли математическую логику, кибернетику, теорию информации, семиотику, общую теорию систем и т. д.

В СССР математизация естественных и гуманитарных наук началась в 50-х годах с экономики. Большую роль в этом процессе сыграли работы академиков Л. В. Канторовича, В. С. Немчинова, Н. П. Федоренко. Затем математика стала внедряться в геологию, биологию, философию, социологию, психологию, лингвистику, а также в географию. Уже неоднократно отмечалось, что математизация географии была вызвана стремлением к большей четкости мышления, к методологической собранности, к абстрагированному и упрощенному отображению действительности логико-математическими формулами — в сочетании с системным подходом. Теория и методы математической логики оказались необходимыми также для проверки систем понятий самой науки, для создания логических основ системы географических наук, для усиления в ней интеграционных процессов.

Математизация географии в своем развитии прошла несколько этапов. Ранее других стали математизироваться те отрасли географии, которые были ближе к физике (океанология, метеорология, гидрология) и к статистике — экономи-

213

ческая география. Затем начали появляться публикации по использованию математических методов в других географических науках. А своего пика математизация географии достигла в 60-х — начале 70-х годов. Именно в этот период было издано наибольшее число работ в данной области, появились переводы книг Вильяма Бунге [18], Питера Хаггета [103], Дэвида Харвея [105], начали созываться специальные всесоюзные семинары и совещания, организовываться летние математические школы, а на географических факультетах нескольких университетов были введены новые курсы по применению математических методов. Среди инициаторов этого математического «взлета» были Ю. Г. Саушкин, Д. Л. Арманд, В. М. Гохман, А. Н. Смирнов, Л. И. Василевский, Б. Л. Гуревич, Н. И. Блажко, А. С. Девдариани, В. С. Михеева, А. С. Матлин, В. С. Преображенский, Ю. В. Медведков, Ю. Г. Симонов, А. М. Трофимов, С. Я. Ныммик, А. Г. Топчиев, Ю. Г. Липец и многие другие географы. Хотя некоторые наиболее ярые сторонники математизации допускали заметные перегибы, едва ли не обожествляя математические методы при одновременном умалении роли всех остальных. Естественно, это вызвало ответную реакцию, в частности со стороны академиков С. В. Калесника и К. М. Маркова, Б. Н. Се-мевского, А. Е. Пробста, В. А. Анучина, А. М. Колотиевского и ряда других ученых.

Современное отношение к математическим методам в географии более взвешенное. Ясно, что они не могут и не должны заменить собой все другие методы исследований. Но и использование математических методов совершенно необходимо. Оно вооружает географическую науку одним из общих, сквозных методов научного знания, помогая решать задачи типологизации, классификации, районирования и др. Синтез географии и математики означает в то же вре-

В. А. Анучин писал, что математика в географии часто сильно искажает научные определения. По мнению А. М. Колотиевского, из-за излишней математизации в теоретической географии уже стал проявляться абстракционизм, который по форме мало чем отличается от абстракционизма в искусстве. В печати можно было встретить более раннее высказывание акад. А. Н. Крылова, который сравнивал математику с мельницей: какое зерно насыплешь, такую муку и получишь. Если жернова математического метода применять к глупости, то получится глупость, как правило, еще большая. Уже в 1995 году Ю. К. Ефремов назвал безоглядное увлечение математическими методами «математическим снобизмом».

214

мя синтез географического и математического мышления, делая первое из них более четким и менее противоречивым.

Ныне и в физической и в социально-экономической географии применяются математическая логика, теории множеств, элементарной и аналитической геометрии, численных методов математического анализа, линейной алгебры. Широко используются квадратные и прямоугольные матрицы, линейное программирование, построение графов. В еще большей мере математизировалась современная картография, где применение числа и меры открыло принципиально новые возможности для решения по картам научных и практических задач.

Метод моделирования. Моделирование - одна из основных категорий теории познания. Сущность его заключается в исследовании каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. Следовательно, при моделировании изучаемый объект, явление, процесс заменяется другой вспомогательной или искусственной системой. Закономерности и тенденции, выявленные в процессе моделирования, затем распространяются на реальную действительность. Моделирование облегчает и упрощает исследование, делает его менее трудоемким и более наглядным. Кроме того, оно дает ключ к познанию таких объектов, которые не поддаются непосредственному измерению (например, ядро Земли).

Наиболее универсальными принципами моделирования являются подобие (аналогия) и системность, которые диалектически увязаны друг с другом. Системность предполагает также аналитический и синтетический подходы к моделированию. Среди других принципов следует отметить выделение в изучаемом объекте главного, наиболее существенного, а также постоянное соотнесение модели с конкретным объектом. С моделью можно экспериментировать, изучая различные варианты, пути воздействия. Это значит, что можно составлять много моделей одного и того же объекта.

Все разнообразие применяемых в науке и практике моделей можно свести к двум основным типам или классам. Во-первых, это материальные модели, к которым относятся пространственно-подобные модели (макеты, компоновки, муляжи и пр.), физически подобные модели, обладающие различными видами подобия с оригиналом (модели самолетов, судов, турбин и пр.) и математически подобные модели (ана-

215

логовые и цифровые машины и пр.). Во-вторых, это мысленные (идеальные) модели, которые в свою очередь подразделяются на образные модели (зарисовки, фотографии, так называемые гипотетические модели — различные отображения реальной действительности в сознании исследователя), знаковые или символические модели (математические, кибернетические) и смешанные образно-знаковые модели (карты, чертежи, схемы, графики, блок-диаграммы и др.).

В литературе иногда называют последнюю четверть XX века эпохой моделирования. Это выражение в полной мере относится и к географии, где широкое применение находят физические (натурные) модели, карты, аэрофотоснимки, космические снимки, профили, таблицы, графики, диаграммы, блок-диаграммы, блоковые схемы и, наконец, математические модели, которые — на правах новейшего метода — привлекают повышенное внимание.

По А. М. Трофимову, современное математика-географическое моделирование — это особая методология, характеризующаяся определенной структурой и последовательностью исследовательского процесса. С его помощью решаются или могут быть решены такие вопросы как: а) обработка исходной географической информации, б) оценка и моделирование однородности и неоднородности географического пространства, в) оценивание структурных характеристик этого пространства, способов оценки связей и взаимосвязей, г) построение адаптивных систем и их имитационное моделирование, д) построение геоинформационных систем и получение с их помощью конкретно ориентированных по цели результатов, е) автоматическое районирование и автоматическая классификация, ж) разработка теории согласования интересов (компромиссных решений), з) автоматическое картирование, и) географическое прогнозирование

и управление.

В современной физической географии наибольшее применение находят блоковые (графические) и математические модели. Моделированию подвергаются геоморфологические процессы, морские течения, изменения климата, но в особенности природно-территориальные комплексы. Типы географических моделей, применяемых в физической географии, подробно характеризует В. С. Преображенский, который подразделяет их на объектные, объект-объектные и субъект-объектные, а также на моно- и поли-

216

системные [326, с. 68—74]. Важно заметить, что в последних работах акад. В. М. Котлякова определенный акцент делается на наиболее сложные глобальные модели физико-географических процессов. Так, речь идет об усовершенствовании глобальной модели климата и о том, чтобы на основе общей циркуляции атмосферы восстановить глобальный гидроклиматический режим для нескольких временных срезов за последние 18 тыс. лет. И даже о глобальной модели географической оболочки.

В сфере географии населения применяется моделирование сетей и систем населенных пунктов, систем городов, да и самих городов и агломераций, которые также рассматриваются как сложные системы. Составляются математические модели миграций населения, включая миграционные потоки, факторы миграции, миграционную структуру. Широкое распространение получили различные модели воспроизводства населения, в особенности прогнозные, исходящие из той или иной гипотезы в отношении динамики процессов рождаемости и смертности, браков и разводов. Впрочем, здесь географическое моделирование тесно стыкуется с большим и сложным классом собственно демографических моделей [124, с. 242—245].

В сфере экономической географии, начиная с 70-х годов, ведущим направлением стало системное моделирование, в рамках которого удалось — по мнению Ю. Г. Липеца — органично сочетать применение математических методов и системного подхода. В арсенале такого моделирования логические, блоковые, матричные, картографические модели. В свою очередь по характеру и назначению среди них можно различить отраслевые, региональные и комплексные (межотраслевые и межрайонные) модели. В теории и практике 70-х годов отраслевые модели были представлены моделями единой энергетической системы СССР, грузопотоков, транспортных систем и т. д., региональные — прежде всего моделями ТПК, а комплексные — моделями межотраслевых и межрайонных балансов. К числу комплексных моделей можно отнести и модели районной планировки как сложной динамической системы управления. О математическом моделировании в социально-экономической географии недавно с достаточной степенью подробности написал С. Е. Ханин [241, с. 332—349].

217

Особый вид социально-экономического моделирования составляет глобальное моделирование, получившее наибольшее распространение в широко известных глобальных моделях «Римского клуба» и некоторых других международных организаций. В СССР в 80-х годах составлялись модели «ядерной зимы», мирохозяйственных связей и др.

Когда говорят о моделировании в картографии, то большей частью имеют в виду уже не столько сами карты (как пространственные образно-знаковые модели действительности), сколько математико-картографическое моделирование, характеристика которого неоднократно давалась А. М. Берлянтом, А. А. Лютым, В. С. Тикуновым, другими специалистами в этой области. Под математико-карто-графическим моделированием понимается органическое комплексирование математических и картографических моделей для целей конструирования или анализа тематического содержания карт. В процессе такого моделирования можно создавать не только элементарные модели, состоящие из одного звена, но и гораздо более сложные цепоч-кообразные, сетевые и древовидные комбинации. В свою очередь, оно стимулировало разработку специальных средств машинной графики и приспособления к ним способов картографического изображения. Построение карт на экране дисплея позволяет сравнивать различные варианты содержания карт и способов их оформления, причем такая методика особенно удобна для демонстрации динамики процессов и явлений. В качестве наглядного примера построения математико-картографической модели В. С. Тикунов приводит сложную цепочкообразную модель исследования пространственной дифференциации Атлантического океана с точки зрения хозяйственной освоенности его акваторий [326, с. 162—175].

Особое значение для географии имеют обшегеографи-ческие математико-картографические модели, отличающиеся наиболее сложным синтетическим содержанием. В первую очередь к ним следует отнести разные виды моделей, затрагивающих проблему взаимодействия общества и природы. Но и эти блоковые модели класса «население — хозяйство — природа» могут быть общими и частными. Общая, базовая модель имеет глобальный аспект. На ее основе могут быть созданы частные, в том числе региональные, модели, отражающие специфику той или иной территории.

218

Наиболее яркий пример региональных моделей — модели разного рода геосистем. Обосновывая учение о геосистемах, акад. В. Б. Сочава еще в 70-х годах предложил выделять функционально-компонентные, функционально-геомерные и структурно-динамические модели геосистем. Конструированием геосистем много занимались физико-географы Института географии РАН (В.С.Преображенский, Т.Д.Александрова, Л. И. Мухина и др.). Конкретные примеры моделей разных типов геосистем (рис. 36) приводились в работах В. С. Преображенского [355, с. 79]. Что же касается научно-практического эксперимента, то он осуществлялся прежде всего в так называемых «модельных областях».

Аэрокосмические (дистанционные) методы. Дистанционными эти методы называются потому, что Земля (или другие космические тела) изучаются с их помощью на значительных дистанциях, расстояниях. А аэрокосмическими — потому, что для этой цели используются летательные воздушные или космические аппараты. Соответственно различают аэрометоды и космические методы.

К числу аэрометодов относятся прежде всего визуальные методы наблюдения, ведущиеся с летательных аппаратов. Но гораздо большую роль играет аэросъемка. Основной ее вид — аэрофотосъемка, которая широко применяется уже с 30-х годов и поныне остается основным методом топографической съемки. Она используется также в ландшафтных исследованиях. Каждый аэрофотоснимок, обладая стереоскопическими свойствами, представляет собой как бы готовую объемную модель ландшафта, позволяя проследить его границы и структуру. Помимо обычной, применяется тепловая, радиолокационная, многозональная аэрофотосъемка.

К числу космических методов также относятся прежде всего визуальные наблюдения — прямые наблюдения за состоянием атмосферы, земной поверхности, наземных объек-

В период существования Совета Экономической Взаимопомощи система «модельных областей» имела интернациональный характер, поскольку международные коллективы ученых работали в таких областях на территории Чехословакии, ГДР, Польши, Болгарии. В СССР подобной модельной областью была (и остается в России поныне) Курская биосферная станция Института географии РАН.

219

Рис. 36. Модели разных типов геосистем (по В. С. Преображенскому).

Язык блоковых схем геосистем: 1 — система в целом; 2 — управляемая часть (блок) системы; 3 — «среда»; 4 — воздействие на систему (потребности и т.д.); 5 — воздействие системы (эффективность и т.д.); 6 — связи между элементами системы; элементы системы: 7 — природные; 8 — технические; 9 — субъект; 10 — группа обслуживающего персонала; 11 — орган управления; 12 — шкала времени; 13 — направления эволюции моделей.

тов, которые с начала космической эры проводили и проводят фактически все космонавты и астронавты. Также вслед за визуальными наблюдениями началась космическая фотосъемка и телесъемка, а затем получили распространение и более сложные виды космической съемки — спектрометрическая, радиометрическая, радиолокационная, тепловая и др. К числу главных особенностей и достоинств космической съемки относят прежде всего огромную обзорность космоснимков (при высоте 250—500 км космоснимок с корабля «Салют» может охватить территорию 450x450 км и более), большую скорость получения и передачи информации, возможность многократного повторения снимков одних и тех же объектов и территорий, что позволяет анализировать динамику процессов (рис. 37).

Так возникло космическое землеведение — совокупность исследований Земли из космоса с помощью визуальных наблюдений и космической съемки. Главные цели космического землеведения — познание закономерностей географической оболочки, изучение разнообразных природных и социально-экономических явлений и процессов. Его истоки относятся к началу 60-х годов, но уже вскоре началось поистине триумфальное шествие космического землеведения, нашедшее отражение в работах академиков А. В. Сидоренко, К. Я. Кондратьева, а также Б. В. Виноградова, А. А. Григорьева, Ю. Ф. Книжникова, Ю. П. Киенко и многих других ученых.

220

221

Вклад космического землеведения в изучение литосферы выражается прежде всего в огромной новой информации, связанной с изучением закономерностей формирования и развития земной коры. Основные новые геологические знания, полученные по космическим снимкам, относятся к структурной геологии, изучению тектонического строения территории (разрывные нарушения, рифтовые зоны, кольцевые структуры и т. д.) и поискам месторождений полезных ископаемых. Для геоморфологии космоснимки особенно ценны тем, что позволяют по-новому взглянуть на образование морфоструктурных и морфоскульптурных форм рельефа, в первую очередь в условиях флювиальных, эоловых, карстовых образований, морфологии побережий, областей ледниковой аккумуляции, вулканизма и др. О конструктивном характере всех этих исследований свидетельствует использование космических снимков для геологосъемочных и геолого-поисковых работ, для инженерно-геологических исследований, для сейсмического, гидрогеологического, геоморфологического и других видов районирования.

Вклад космического землеведения в изучение атмосферы заключается прежде всего в том, что оно дает обширную информацию для составления прогнозов погоды, включающую сведения о температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении, скорости и направлении ветра, облачном покрове, движении циклонов и антициклонов, содержании и распределении аэрозолей. Но космическая информация используется и для изучения общепланетарных климатических процессов, тем более, что следить за ними с помощью обычных средств наблюдений практически почти невозможно. В 1979 году удалось осуществить Глобальный метеорологический эксперимент (ГМЭ), позволивший впервые получить обширную информацию, использованную затем для проверки теоретических моделей общей циркуляции атмосферы.

Вклад космического землеведения в изучение гидросферы также очень велик. Что касается вод суши, то космические снимки помогают рассчитывать и прогнозировать формирование стока и термического режима рек, определять выходы подземных вод, расположение и глубину залегания артезианских бассейнов и др. В океанологии они используются для определения температур водной поверхности, изу-

222

чения морских течений, волнения и ветров, дна мелководий. В гляциологии — для наблюдений за горным и покровным оледенением, изменениями площади снегового покрова, ледников, перемещением айсбергов.

При изучении биосферы космические снимки помогают определить влажность, засоленность, эродированность почвенного покрова, влияние на него мелиоративных работ. С их помощью исследуются также распространение различных типов растительности (в условиях широтной зональности и вертикальной поясности), их биологическая продуктивность, распространение и состояние лесов, зоо- и фитопланктона в океанической среде.

В арсенале методов социально-экономической географии роль космических снимков пока не столь значительна. Тем не менее они находят применение и в этой области, прежде всего при изучении сельского хозяйства — структуры земельных угодий, состава и состояния сельскохозяйственных культур, их потенциальной урожайности, болезней и повреждений посевов вредителями и др. В области географии населения разработаны методические приемы переосмысления космической информации для изучения характера использования территории и развития сети населенных мест, для определения видов использования городских земель, включая планировку жилых районов, производственной специализации сельских населенных пунктов. В области географии промышленности такая информация позволяет лучше распознать размещение добывающих (например, нефтедобывающих) и обрабатывающих производств, в области транспорта — направления и интенсивность транспортных (например, автотранспортных) потоков.

Космические методы позволяют решать не только отраслевые, но и комплексные географические проблемы. Это относится как к отдельным природным и антропогенным ландшафтам, так и к крупным регионам (например, Арал, Каспий), а иногда и ко всей географической оболочке.

Особо следует сказать об использовании космических изображений Земли для слежения за развитием разного рода природных катастроф — наводнений, обширных лесных пожаров, пылевых бурь, извержений вулканов, тайфунов. В не меньшей, если не большей степени, это относится и к получению сведений о различных видах загрязнения окружающей среды, вызванных деятельностью человека:

223

дымовых облаках, пятнах смога, районах концентрации парниковых газов в атмосфере, эвтрофикации водоемов и нефтяных разливах в гидросфере, процессах опустынивания, обезлесения и т. п.

Наконец, следует упомянуть о том, как благотворно сказалось космическое землеведение на развитии картографии. В ее структуре сложились или складываются: 1) космофото-геологическое картографирование, имеющее целью изучение недр, планирование поиска топливных, рудных и нерудных полезных ископаемых; 2) почвенное и геоботаническое картографирование, используемое для оценки состояния земель, инвентаризации естественных кормовых ресурсов, учета земельного фонда, выявления эрозионной опасности и охраны земель; 3) картографирование лесного фонда, включая инвентаризацию резервных лесов и планирование лесоохранных мероприятий; 4) картографирование водоемов с учетом запасов поверхностных и подземных вод, режима стока, ледовых ресурсов и проектирования водохозяйственных мероприятий; 5) картографическая оценка инженерных условий местности, селевой и лавинной опасности в связи с проектированием инженерных сооружений и коммуникаций.

В последнее время экологическое картографирование на основе космической информации приобретает все большее распространение. Космическая информация в отличие от наземной и даже аэрофотосъемочной позволяет континуально охарактеризовать экологическую обстановку обширных территорий. Тематика экологических карт, составляемых с учетом или на основе космической информации, включает частные карты отдельных компонентов природной среды и различные комплексные карты. В 90-х годах на той же основе в России началось создание фундаментальных комплексных атласов.

Геоинформационный метод. Роль информатики в современном мире хорошо известна; достаточно вспомнить хотя

Примером такого рода может служить атлас «Природа и ресурсы Земли» (1996), в котором впервые в атласном картографировании космические фотоизображения составляют с картами большие блоки, связанные единой концепцией. В частности, космическое обеспечение к подразделу атласа «Структура и ресурсы биосферы» включает 75 космических снимков.

бы о том, что синонимом термина «постиндустриальное общество» служит термин «информационное общество». Информатика — это отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах деятельности. Соответственно теория информатики — это раздел кибернетики, в котором математическими методами изучаются способы измерения количества информации и ее передачи.

В последние десятилетия происходит переход от традиционной бумажной к машинной информации, вызванный, с одной стороны, информационным взрывом, а с другой -применением ЭВМ. В этом переходе можно выделить отдельные стадии, этапы. Но уже ясно, что с информатизацией общества в его жизнь вошли принципиально новые формы и средства накопления и использования самой разнообразной информации в виде магнитных, лазерных, оптических носителей. Электронная среда их функционирования революционизировала процессы работы со знаниями, информацией, включая и средства их распространения с помощью электронной коммуникации. А на новейшем этапе информатики стоит вопрос уже о создании экспертных систем и моделировании искусственного интеллекта. Именно поэтому в условиях все большей информатизации общества овладение информационным методом становится важным элементом общей культуры и, соответственно, общего образования.

На этом фоне следует рассматривать и появление г е о -информатики. Геоинформатика в современном ее понимании возникла не на пустом месте, а явилась результатом длительной эволюции таких традиционных способов географической информации как описания, справочники, библиографические указатели, реферативные журналы, атласы и др. Сначала обработка информации производилась с помощью перфокарт, затем появились первые ЭВМ, возникли банки данных (БД) географической информации, основанные на использовании запоминающих устройств ЭВМ, стали внедряться совершенно новые геоинформационные технологии, а выдача информации стала осуществляться в цифровой, текстовой, графической, картографической фор-

224

К Лак

225

мах, в том числе и с использованием электронных сетей, электронной почты, электронных карт и атласов.*

Как наука геоинформатика разрабатывает принципы, методы и технологии получения, накопления, передачи, обработки и представления географической информации. Как область практической деятельности, она включает создание, обеспечение текущего функционирования, обновление и развитие способов такой информации. С точки зрения интересов географии геоинформатика может рассматриваться в одном ряду с математическими, картографическими, дистанционными методами.

Развитие геоинформатики привело к созданию геоинформационных систем. Географическая информационная система (ГИС) представляет собой комплекс взаимосвязанных средств получения, хранения, переработки, отбора данных и выдачи географической информации [114, с. 114]. Исходя из целей ГИС, их подразделяют на многоцелевые и специализированные (в том числе научно-справочные, кадастровые, картографические, инженерно-планировочные, территориально-управленческие и др.). Исходя из тематической ориентации, среди ГИС выделяют общегеографические, отраслевые (в том числе водных ресурсов, использования земель, лесопользования, рекреации и др.). А по пространственному масштабу и охвату они делятся на региональные, общегосударственные и глобальные.

Ныне в мире работают уже сотни и тысячи геоинформационных систем, и тем не менее это только начальный период их становления. На базе ГИС развиваются и вводятся в научный оборот новые виды текстов, изображений,

Разработка концепции электронных карт и технологий их изготовления была осуществлена в России в первой половине 90-х годов. Ныне ставится задача объединить разрозненные электронные карты в единую систему, которая позволила бы создать единую компьютерную модель Земли, имеющую унифицированные условные знаки, содержание и математическую основу. А первым российско-американским комплексным электронным атласом стал упоминавшийся уже атлас «Наша Земля», который тиражируется и распространяется в форме компакт-диска.

Примером глобальной геоинформационной системы может служить Глобальный ресурсный информационный банк данных или ГРИД (СШВ). Система ГРИД была создана в рамках глобального мониторинга окружающей среды под эгидой программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП). Ее задача заключается в улучшении доступа ученых и лиц, принимающих решения, к интегрированным сетям данных о ресурсах и среде и современным технологиям их обработки.

сцен — комбинированных, многомерных, объемных, динамических. Возникло геоинформационное моделирование, в основе которого лежит своего рода симбиоз географа-исследователя с компьютером. Появились и эксплуатируются несколько разновидностей экспертных систем или систем искусственного интеллекта.

Массовое внедрение ГИС в географию охватило многие ее отрасли, но в особенности картографию, которая благодаря ГИС претерпела перестройку, сравнимую разве что с переходом от рукописного изготовления карт к картопечата-нию. Эта перестройка нашла свое выражение в г е о и н -формационном картографировании. Суть его, по А. М. Берлянту, состоит в информационно-картографическом моделировании природных и социально-экономических геосистем на основе цифровых баз данных, ГИС-тех-нологий и географических знаний. К числу главных факторов, способствующих развитию геоинформационного картографирования, он же относит: развитие геоинформатики; практическую потребность в оперативном картографическом обеспечении принятия решений управленческого характера; внедрение в картографию компьютерных методов и автоматических картографических систем, таких как ядра ГИС; возникновение новой геоинформационной концепции, в основу которой положены представления о системном информационно-картографическом моделировании и познании геосистем; включение в научно-практический оборот большого числа новых видов и типов геоизображений.

Геоинформационное картографирование формируется как узловая дисциплина на пересечении автоматизированного картографирования, аэрокосмических методов и геоинформационных систем (рис. 38). В его рамках происходит сращивание двух ветвей научной картографии — создания и использования карт. ГИС-технологии позволяют свободно трансформировать картографические проекции, варьировать масштабами и компоновкой карт, вводить новые географические переменные и изобразительные средства. Геоинформационное картографирование может быть отрасле-иым и комплексным, аналитическим и синтетическим, различным по пространственному охвату, масштабу, назначению, степени синтеза. Но во всех случаях в его основе лежит системный подход, а его главная целевая установка заключается в создании прикладных оценочных и прогнозных материалов.

226

227

Рис. 38. Модели соотношения картографии (К), дистанционного зондирования (ДЗ) и геоинформационных систем (ГИС) (по А. М. Бер-лянту).

1 — линейная модель; 2 — доминирование картографии; 3 — доминирование геоинформационных систем; 4 — модель тройного взаимодействия

По мнению акад. В. М. Котлякова, в ближайшие годы географические исследования будут находиться под сильным воздействием дальнейшего совершенствования геоинформационных технологий, компьютерного анализа и обработки гигантских объемов информации, повсеместного расширения использования глобальных средств коммуникаций. При этом произойдет переход от предметно-ориентированных частных ГИС к пространственно-ориентированным интегральным ГИС, в рамках которых станет возможным совместное использование данных для конкретных территорий по всему спектру географических дисциплин.

В этом свете вполне объяснимо то повышенное внимание, которое было уделено геоинформатике и ГИС в 1995 году на X съезде Русского географического общества и в особенности в 1996 году на XXVIII Международном географическом конгрессе. На этом конгрессе геоинформатика и ее методическое и техническое оснащение фигурировали в качестве

магистральных направлений, которые должны способствовать соединению всей системы географических наук с достижениями современного этапа НТР.