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地学实体的三大要素

时间:2020-02-15    点击量:

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  展开全部一◇▲▲•、时间 人类的时间感知是相对的▽-●=◇▽,可表现为以现在为基准点的○◆-▽“过去▽▽○”和●•□▼=◁“未来•▼…▼=□”□•★•。 经典的时间概念是人类感知物质存在的基本要素之一=◇▷●△◆,是地学实体表现形式演变的某种自然排列在人的头脑中的反映▷○。地球科学中使用的时间值通常是一种定性概念◁…●◆,即是通过对地学实体演变过程的描述记录来定义时间的•○▷,如根据地层层位的分析来确定地质事件发生的先后次序■◁▼▽▷○。 事实上•••◁●-,人对时间的判断首先是基于对具体的地学实体的位移感知▷◆,如太阳的起落▷▽…、季节的变化等等□▪◇•□。尽管在主观上▪■,人对时间的长短的感受完全取决于个人的知识背景和情绪◁△-★○,但在客观上▪■■,我们对地学实体演变的时间要素有着明确的丈量尺度=•▲▼◆★,如比较常见的年◇•、月-▽、日…●★▷◁、时□★▼…★●、分▷◁…☆=、秒▷-;不太常见的毫微秒▽▪●▲;还有数以百万年计的地质年表等▷◇…▼。地球信息科学所关注的有关地学实体演变的时间要素●△,就不光是对地学实体位移的感受▼●,更主要的是基于现有的对时间要素的感知能力▼★★■◇▷,对地学实体演变过程的观测及丈量▲▪★。这种观测和丈量必须是客观的•-▲-、可量化的▼■□•、可模拟的▲□••,因而也是可理解-◆、可共享的◆▪▲。爱因斯坦在《特殊相对论》中说△○■,时间相当于两个相对的锥形▽◇▪□,锥形上端代表过去▽◆▽▪▷,下端是未来▪■•,而现在正处于两锥形的交点上◆◁▷。这个交点称作▲•▷◇“事件★■☆◁…▽”•●☆▪□,-▪☆■…▷“事件■●●▷▽◆”发生的◆▪◆“现在▽▲•”☆◁,加上观测者的认知能力◇…,遂构成四维时空坐标系◆◁■。比如根据对地球系统中各大板块的过去和现在空间位置变化的观测…★-★,可以得到板块运动的速率☆-■▼◇★;根据对火山喷发带来的飘浮物的感知要素○●,可以预测飘浮物迁移的时间和路径▪▷•▽★;根据实测数据对滑坡△○■▽、洪水等地质灾害的预测等等◇▼。从一定意义上讲△●•□▪,时间是对地学实体演变(包括位移)的一种丈量…◁□•。离开对时间类感知要素的观测▽◁、丈量和加工……◆-▲,所有有关地学实体的预测预报信息都无从产生▲□◁◆。对生物灭绝的研究是如此(Kerr…■□=▪,R.A.▷▲●,2004)▷-,对其他地学实体的研究同样是如此◇…▲▼。应当指出的是=○-▲★,地球系统的变化是绝对的-●■▷,但是人对地学实体演变的感知又是相对的=•▪◁◇。与人的正常寿命相比…=-…☆,有些地学实体演变得特别缓慢◇▼,如以百万年计的山体抬升□▲△=•、板块运动-=■■,在人的有生之年▪●▼-=、甚至几代人都感受不到有什么变化△▲▼△□▪;有些地学实体又演变得特别快.如瞬间发生的火山爆发▽☆○●、地震□•▼◁☆、海啸等……◆,在人还来不及做出任何反应的情况下■▪▷•,已经完成▽•••▪=。此类演变不仅会给人类的生存环境带来灾变★◆▪○,并且往往给地球系统带来不可逆转的巨变●•◁○▷。尽管地学实体的这种变化的时间尺度是客观存在☆□△▷○★,但就人对此类演变的时间要素的感知能力而言=◇▷•▽,有时仍然是•-▼▷▪☆“无法想象◁△”的●◇•▲。

  人类对地学实体的空间定位要素感知通常包括距离••◆▪○☆、方向和高差△▽▼=◁,并习惯于将这种感知记录为基于特定地学参照系的坐标值(c…▷★▲,—Y■□,z)○☆◁▷。

  1.距离 距离是对地学实体自身尺度及空间位移的感知○▽,在主观上◆★,◇☆▲-▲△“远◇▪◁”-••“近-•●◆”的概念往往是相对的○△,是相对于人的知识背景和阅历而吉的★★•。对一个从未出过远门▪○▽…=、甚至从未离开过家门的人来讲▼▼•■■,一□△▽◁▪、两千米的路程可能被认为是•◁“很远○◇□◇”▷▷;而对一个经常外出旅行的人来讲○▼■,几百千米的距离也未必会被认为是◇▲◇•◁▼“远▼☆▼-”▽◇。客观地讲□•◇-◇,地球是球体▼▪▼▽,所以地球上的两点问的距离首先应该是角距离…○☆=。对距离有各种标准的丈量方法和尺度==★•、记录方式和标准◁▪▪;但是对同一组位移感知要素的加工结果未必完全——致▼•▽○□,这就取决于加工者对距离感知系统所使用标准的认知程度和理解•■▽,如椭球参数••☆…◇▪、投影方式□▲、坐标系统▲…☆▪□、单位标准等等◇○…▼■-。抛开主观因素的干扰□•▽,作为距离感知要素的加工者▽□■=,必须掌握丰富的基础知识和综合理解能力◇▲-◇•▼,才能获取正确的距离信息●•■=◇◇。除此而外=▲▷=▷◆,加工者还必须了解•★••,地学实体自身及其演变的空间尺度可以大到以光年为单位☆•△▲▷★,如太阳▽☆=▼、其他行星对地球系统的影响○▪◁▲=□;小到以纳米为单位如某些显微构造-==☆◆●。在这里=★-◇▲,明确尺度标准对地球信息的形成和共享至关重要●▲☆。2.方向 方位同样是基于对地学实体空间位移的一种感知…•▷▽=。前后左右-◁□…▽○、东南西北等等是最常见的对方位的表述●▲■★▷。这里往往需要讨论地学实体的双方有一个公认的起始点▽-◁▼…▼、有一个公认的参照系或一个公认的标志物等等◁▼□-◁,而且方位和距离通常是一并使用=◆▲▪。比如△○●★□,日常生活中▪•▼,两人约定会面的地点是某公园的东门口○▽▷◇▷●。确认会面地点的前提当然是某公园是双方己知的•◁•,东门也必须是已知的▷-☆▼•□。如果该公园的门不止一个■▪,而且其中的一个人方位感不清晰•☆■,辨不清东西南北…-=■★,那就有可能借助其他参照物▷●◁,如某一路的公交车站等=•☆•□,甚至请一个方位感清晰的出租车司机帮助确认○◇…◇■★。但是对地学实体的方位感知就不是这么简单了…▼。人的大脑对此类感知要素的加工需要预先有一个地学界公认的起始点▲◆▷▷▼•、公认的参照系或公认的标志物等等□▼◆◁。比如在地图上常用的以正北方向为零度起算的方位角等▪☆◁。另外一种更为常用的方位确定办法就是基于公认的标志物来确立的方位或关系-■。如某河流的左岸◁•、右岸★•,某建筑物的西侧■■…■、东侧等等-★◆◇☆。 在地球上对方向同样要有一个公认的参照系▲▽--,比如我国古代就在使用的十二地支作为方向的参照系★-◁,其中子代表北☆-、午代表南□◇、酉代表西▲▷◁▪、卯代表东▽▼◆。其余的方向彼此向间隔30▲■▼。…■,依次用丑▷◇△▲▷◆、寅-△-▷◇、辰★◇▼▪▽●、巳★◆■、未★■☆□、申-▽▲▲▪、戊◇□▲▽■-、亥代表(图3—3)●▪。北南方向(子午方向)与地球上的经线相对应☆★;而东西方向(卯酉方向)地球上的纬线.高差 高差在本质上同样是对地学实体自身尺度和空间位移的感知□▽▼,其丈量单位与距离的丈量单位是相同的▼◆▪■☆。所不同的是=▷…•▪,距离是相对观察者前△▼=▲、后▷◆、左•◆☆▷、右的远○•★◁★▷、近程度▪□▷••□,是在一个与观察者视线相平行的二维平面上来看问题★•●△△,通常记录为长度●•=、宽度▪…☆■;而高差则是相对于观察者的上▲△、下的高◇○、矮程度★••■-▼,是在与观察者视线相垂直的二维平面上来看问题▼△△▽○,通常记录为高度△■●◇☆、深度等…◁◆。如1980年美国海伦斯火山爆发△☆,使火山口的高度降低了400 m之多★▼,讲的就是地学实体(海伦斯火山)的高差变化…□■-■•;钢丝绳断口显微断面上微米级的凹凸起伏▼…=★▽•,同样是地学实体的高差变化○◁■□◇=;地形变监测的实际上也是高差在特定时间间隔的细微变化▪-•●。只不过前者可以为人的视觉所直接感知◁▼-=▲,而后两者则要凭借更灵敏的☆★▪●“视觉观测•◇”才能感知到☆▪◆◇。在大多数情况下○-,高差是描述地学实体三维形态及其演变所不可或缺的基本要素◁•▲■。测量得到的或是借助全球定位系统得到的有关地学实体的高程数据▷•,实际上都是相对于特定高程原点的高差数据▷◆…☆◇。摄影测量中直接从立体像对中得到的高差值●•▪○,通常是相对于像底点的高差值▲□…=★●,而不是地形图上的高程值▽•◆…。但是记录在数字高程模型中的高程数据则应该是相对于特定高程原点的高程值☆▽-。

  犹如时◆•▲▲◁、空变化系能量所衍生一样△□…,地学实体的特征变化也是能量变化的结果•■▷■,同样具有时空性▷△■★。各种能量变化▪◁-▼▽,经过感官分辨后-■•★●□。成为能够用概念处理的讯息-•…◇△,这一过程就是▪◁◁“辨识▷=”□●■=▽,也可以说是在原始刺激与贮存信息之间进行转换的功盲目▼■□▽★。与人类对地学实体时空要素的感知相比▼■▪▽★◇,人类对地学实体特征要素的感知要丰富得多■▽•□◇、具体得多☆▪△●:如基于视觉的形状…◁☆、颜色○●▲□▲▼;基于听觉的高频•-△△…、低频•☆;基于触觉的粗糙-▪•▲、平滑▽△▽▲▼;基于味觉的酸●•、甜◁▼●◆◇-、苦□=▷◇◇●、辣等等▼•。正是基于对此类感知要素的综合加工和对地学实体的已有知识和理解○●••,人-=•◆,哪怕是某一感官缺失的盲人或聋哑人▽▪▷▪☆•、也能对所感知的实体做出正确的辨识和判断●★▷▽▽△:是车■□、是路◇★★▽●、是人--☆…●、是物○☆••。在地学实体信息的产生过程中☆▷○◁•,实体特征的识别和判断是最复杂的★◇…▷。在多数情况下=○◇-,地学实体特征的识别和判断不仅仅需要对包括时间•●▪◆◆▲、空间和特征在内的各类感知要素的加工△▷,还离不开对多源信息的综合•◁■▽…。比如△▷◇-▼•,出生不久的婴儿可以辨认出谁是自己的妈妈▲•◇-,靠的就是形状▲▷、颜色-★、气味等一系列多元信息的综合加工☆•▼◆。然而▪●=▼△▼,单靠任何一种单一特征的感知要素★☆•…▪…,如颜色(灰度)•▽▪◆▽◆、形状等▽■,要判断出遥感图像上的一条线要素是河▼-、是路★●、是沟▽◆□◆、是墙-▷▽,几乎是不可能的…○。除了对感知要素的分析外◁●●▽▷●。相关的背景知识▲•◇▽,如地学实体研究区的地质▽▷▽▼、地貌▼▷、人文•…▽□■、历史等◆□■…☆,也是不可或缺的◇…◆▲。此外□•▷=,借助于探测技术.人类还可以感知到在通常条件下人的五官所不能感知到的特征◆▪•,如地学实体的磁场○-…◆…▪、电场-■△=●、红外•☆▽△、微波特征等等★▷○。

  事实上□…▷△◁,任何地学实体的变化都是时间-▷◆▼★、空间和特征要素的综合反映●▷△○◁☆。比如○▷▲=▼,2004年10月底▲◁▲◆■,发生在济南的五龙潭坍塌事件▼▪▪▽,我们可以在第一时间得到与该事件相关的时间(10月28日凌晨3时许)•=▼★▷、空间(距西岸十余米的水面下)和特征要素(塌陷出一个面积近20 m 2•△▼▷、深三四米的大坑)-■。但是从地球系统科学的角度来看•▪▷△,光有该坍塌事件本身的三大要素是远远不够的◆▽=◆。五龙潭作为一个地学实体△•,并不是孤立存在的▼▲●。首先在时间上■=。骤然发生的坍塌事件▪▷•○▽,决非•◆==“一日之功□◁○=”■••;在空间上•=•◇◆△,五龙潭作为一个水体并不是=▼▼-□“孤家寡人▷◇=”□◇;在其特征要素上-=•●,坍塌事件总有其直接或间接诱因-◇▽◁。有分析认为○…=□…,◇△…■▼▪“济南地下水的开采非常普遍▽■△,这很有可能是造成坍塌的原因…▷■”○★•△▽◆。据报道◁◇,当地地下水的开采已经有一定的规模★★▽△,在济南西部每天有30多万立方米的地下水被抽出地面使用••▼◇△◁;而在济南东部郊区●◁◁…◆,工业大户常年使用自备井抽取地下水的状况也已持续了近20年▪-△★-。这时□◁▪◁,与我们的研究对象——坍塌事件相关的时间◁□■、空间要素已经不再是某月•▲…••=、某日◁◆••-,某地了◆=▪…▷☆,而是在济南地区持续了近20年的地下水开采过程▲□▪□。其特征要素也不再仅仅是坍塌坑的位置与大小规模▲▼=,而是发生坍塌的机理●▲●:为什么偏偏在五龙潭发生坍塌△•▪▼◇。另外一个更为重要的问题就是-◁▷●△•,偶然发生的五龙潭坍塌是否有其必然性△=?以后会不会再发生类似的坍塌•■○▼◆◁?如果可能的话◆◁▼△,何时☆▽▪?何地◆★=□▷-?地球信息科学需要时间▪◇◁●、空间和特征要素的目的□▪▪★▲,并不是仅仅是要对事件本身进行描述◇☆●,更重要的就是要在分析▼▲■◁■●、研究三大要素的基础上•▽○•□△,构建相应的地学实体演化模型◁▽▽,模拟事件的发生•△■、发展过程•○◁,进而预测未来的发展趋向●•-•,并随时难备接受实测数据的检验▪◁•▽☆。

  总之◁◇,地学实体的辨识○☆■★☆▪,不仅需要与地学实体时空演变相关的感知要素(实测数据)◇◁◆☆。而且需要与地学实体特征相关的基础理论(专门知识和理解辨识能力)▽■☆▼▪,以及一个能对各类感知要素进行综合加工的◇-“加工厂…★◁=◁…”☆-▽◆☆▲:大脑以及/或是具有大脑功能的现代信息技术▲▽◆。地球系统的开放型=□•、复杂性和不确定性决定了感知要素的多解性▷▪▷•-○、歧义性△•△▲★▽。地球信息科学(综合加工)的应用就是要在感知地学实体三大要素的基础上□◆▼◇,构建获取○▼★=、处理地学实体信息▲◇■◆◆▪、动态模拟地学实体演变过程的基础平台■=◇◆◁△。其关注的重心已经由实体本身逐渐转向地学实体之间的关系☆…★,转向地拢信自

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