Система географических знаний

СИСТЕМА
географических
знаний
А.К. Черкашин
Лаборатория аэрокосмических методов
исследования
Институт географии СО РАН, Иркутск
Направления исследований
Географические основы устойчивого
развития природы и общества
Современные методы получения, отображения и
анализа данных
► Теория
и методы полигеосистемного
моделирования географических объектов
различной сложности
► Разработка методов пространственновременного анализа и картографирования
структуры и динамики природных и природнотехнических комплексов на основе космических
геоизображений и новых информационных
технологий
Поддержано РФФИ (15 проектов) и международными грантами
Задачи исследований
► Формирование
системы современных
данных и знаний предметной области
► Включение данных и знаний в систему
географических исследований
► Разработка новых моделей представления
географической информации
► Учет местных особенностей территории в
расчетных схемах
► Решение конкретных географических
проблем пространственного анализа и
прогнозирования
Создание системы географических
знаний
Научные публикации
о
б
о
б
ще
н
и
я
База
моделей
База
теорий
Процедуры
математическ
ого анализа
Процедуры
обработки
данных
Математический аппарат
База
знаний
База
констант
База
данных
Процедуры
логического
вывода
К
л
а
с
с
и
Ф
и
к
а
ц
и
я
Натурные и дистанционные исследования
Внешний контур образуют традиционные этапы
формирования знания, внутренний контур – новые
технологии организации знания. Ставится задача на основе
разработанных методов перевести знания из внешнего во
внутренний контур, используя возможности современной
Методы исследований
► Комплексный
географический анализ
территории
► Создание аксиоматических теорий
географической науки
► Математическое моделирование
► Обработка космической информации
► Геоинформационное картографирование
► Статистический анализ данных
► Создание алгоритмов и компьютерных
программ обеспечения научных
исследований и инженерных расчетов
Средства
теоретического
описания и
моделирования
Разработана
методология построения
сквозных
аксиоматических теорий
путем интерпретации
(замены понятий) в
законах общей теории
систем
Разработана методика
проективного
расслоения
географических знаний
И полигеосистемного
моделирования
Выводы:
1. Невозможно построить
научную
теорию
исключительно
географического
содержания.
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
2.
Нет
собственно
географических
законов – все они
являются
конкретизацией общих
законов
сквозных
теорий.
3.
Для
объяснения
географических
процессов и явлений
необходимо множество
теорий
и
типов
моделей.
-8
Схема перераспределения (расслоения)
знаний по системным теориям
Условные обозначения: 1 – пересекающиеся области исследования современных наук;
2 – непересекающиеся системы сквозных теоретических знаний; 3 – основные понятия
и аксиомы; 4 – специальные научные знания разных предметных областей
исследования (производные понятия и математические модели); 5 – интерпретация
понятий и аксиом одной теории в базовых терминах другой теории; 6 4.
–
последовательность вывода знаний из аксиом; 7 – распознавание знаний в
современных науках разных тематических направлений, их перераспределение по
системным теориям; 8 – дедуктивный вывод новых знаний и их использование для
разработки теории современных научных направлений и их использование на
практике.
Все
географические
знания расслаиваются
на
базе
сквозных
теорий.
Основные системные теории
► Общая
теория систем (основные
► Теория
динамических систем
законы строения и изменения систем
различного рода)
(изучение закономерностей смены
элементами состояний, теория
геосистем, модели экосистем)
► Теория сложных систем (задачи
синтеза многообразия систем в
целостное представление об объекте
- геокомплексирование)
Системные теории
► Теория
механизмов взаимодействия
► Теория гармонических систем - георитмология
► Теория макродинамических систем
► Теория функциональных систем
► Теория пространственно-векторных систем
► Теория структурно-геометрических систем
► Теория общественных систем
► Теория информационных систем
►Теория
единой системной науки
Единство знания
► Все
географическое знание – одно и то же,
но по разному выраженное на разных
системных языках.
► Новое географическое знание возникает
как форма переопределения старого знания
путем интерпретации системных понятий
теорий, гомотопического преобразования
параметров моделей, переклассификации
картографических легенд, прогнозного
обновления базовой информации.
Математический анализ геоизображений
Определитель Якоби
(якобиан D) – критерий
функциональной
гомогенности
территории и
автоматизированного
выделения границ
фаций
 x1
x
x
D 2
x
 x3
x
 x1  x1
 y t
 x2  x2
0
 y t
 x3  x3
 y t
Географические границы объективно
существуют и не зависят от способа
системной интерпретации природных
объектов – типа модели описания
Выделение границ
однородных областей с
использованием
различных снимков: а
– исходный снимок
(инфракрасный канал),
б – инфракрасный и
красный каналы
спектра, в –
инфракрасный и
зеленый, г – синтез
всех сочетаний
каналов
а
б
в
г
Знания,
основанные на
классификации
О
В
А


1
2
3

С
Пространство
представления
географических знаний
обладает инвариантвариантными
свойствами – это
многоуровневая
фрактальная система
локальных координат
Схема классификационного представления легенды карты целей
устойчивого территориального развития.
Типы целей: 1 - заповедные земли; 2 - сохранение современного состояния с отказом от отдельных видов
использования; 3 - сохранение существующего экстенсивного использования; 4 - экологический каркас
территории; 5 - экстенсивное развитие с локальным сохранением и оздоровлением нарушенных ландшафтов; 6 регламентированное экстенсивное развитие; 7 - регламентированное интенсивное развитие; 8 - улучшение с
последующим переводом в категорию экстенсивного развития; 9 - улучшение с переводом в категорию
регламентированного экстенсивного использования;
Отказ от10 - коренное улучшение (восстановление).
использования
0
3
1
1
3
2
Улучшение
2
Сохранение
2
9
1
5
4
3
0
Преимущественное
улучшение
10
0
8
6
1
2
Использование
7
3
Интенсивное
использование
Ландшафты района
дельты р. Селенги.
0 – населенные
пункты. Геосистемы
– группы фаций 1-87
километр
ы
Интегрированные
цели
территориального
развития.
Экологические
ориентированное
землепользование. 0 – населенные
пункты. Типы целей: 1 – запрещение
использования;
2
сохранение
современного состояния с отказом от
отдельных видов использования; 3 сохранение
существующего
экстенсивного использования;
4 –
региональный экологический каркас
территории (зона сбалансированного
устойчивого
развития);
5
экстенсивное развитие с локальным
сохранением
и
оздоровлением
нарушенных
ландшафтов;
6
регламентированное
экстенсивное
развитие; 7 - регламентированное
интенсивное развитие; 8 - улучшение
с
последующим
переводом
в
категорию экстенсивного развития; 9 улучшение с переводом в категорию
регламентированного
экстенсивного
использования.
Гомологические и гомотопические
закономерности
Модели географических
систем гомологически и
гомотопически
эквивалентны, т.е.
допускают преобразование
друг в друга путем замены
единственного
количественного
параметра
5
0
1
-5
ра
сс
че -10
тн
ый
ln
-15
y
-20
-25
-30
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13
Публикации лаборатории последних лет