Географическое пространство

Геодезия(в переводе с греч. «деление земли») — это наука, предметом познания которой является фигура Земли (форма ее поверхности в целом) и ее размеры, изображение земной по­верхности на планах и картах.

На сегодняшний день геодезисты достоверно определили размеры и фигуру Земли, создали государственную геодезическую сеть (см. 4.2), что позволяет, в свою очередь, иметь адекватно отражающие действительность карты, моделировать географическое пространство.

Геодезические измерения производятся специальными высоко­точными приборами (теодолитами, светодальномерами, нивелира­ми) на поверхности Земли, в ее недрах, атмосфере и космосе. Ре­зультаты геодезических измерений подвергаются обработке с помощью ЭВМ.

Можно сказать, что геодезия изучает уровенную поверхность Зем­ли, т. е. изучает целое. Но это целое состоит из частей — неболь­ших по площади участков физической поверхности, на которой жи¹-ве'т и работает человек. Их изучение, изображение на планах и картах в результате специальных работ, которые называются съемками, яв­ляется предметом топографии («топо» — место, «графо» — пишу).

Топографией называется дисциплина, изучающая способы и методы изображения незначительных по площади участков мест­ности на топографических картах (планах).,₄,

Топографические съемки представляют собой комплекс работ по созданию оригинала топографической карты, плана.

Было время, когда топографию некоторые называли низшей ге­одезией. Это так же нелепо, как называть арифметику низшей ал­геброй. К нашему времени сложилось правильное представление о высшей геодезии как о научной дисциплине, призванной разраба­тывать методы и способы определения размеров Земли и ее фор­мы. В ее компетенцию входит также изучение горизонтальных и вертикальных движений земной коры.

Хорошо сказал о связи геодезии и топографии профессор В. В. Вит-ковский: «Обширность суши принуждает изучать ее по частям, а исследование частей требует знания целого: это целое, т. е. общий вид и размеры Земли, изучается в геодезии».

Таким образом, все три науки — геодезия, топография и карто­графия — тесно связаны между собой. Из геодезии известно пред­ставление о целом — о фигуре Земли и ее размерах; топография позволяет создавать карты местности небольших по площади тер­риторий (отметим, что эти карты существуют для обширных про­странств страны); картография владеет методами графического изображения этого земного пространства во всем его разнообра­зии и любой размерности.

Карты позволяют одновременно увидеть пространство любой величины — от небольшого участка местности до земной поверх­ности в целом. Они содержат необходимые качественные и коли­чественные характеристики, позволяют получать различные карто-метрические параметры, т. е. картографическую информацию, пригодную для дальнейшего анализа. Только с помощью картогра­фической информации можно установить некоторые природные и социальные закономерности распространения явлений, дать нагляд­ное представление о размещении объектов и явлений, их сочетании, взаимодействии как в прошлом, так и в настоящее время. Карта «хранит» пространство и время в модельном графическом виде.

Карта на уроках географии, истории, биологии и др.— средст­во научного познания, активизации мышления. Изобразить явление на карте — значит понять его структуру и сущность.

Часто создание карт становится целью работы большого коллек­тива специалистов, задачей экспедиционных исследований (например, геологическое, почвенное, геоботаническое, ландшафтное картирова­ние). И наоборот, предварительно изучаются карты, если начинается исследование какого-то региона. Поэтому справедливо утверждение Н. Н. Баранского, что карта — «альфа и омега» географии.

Картографические знания необходимы специалисту для:

формирования пространственного мышления;

умения работать с картографическими моделями с целью полу­чения информации;

составления карт и изображения специальной информации в графическом виде в целях исследования закономерностей и особен­ностей пространственного распространения географических явлений;

использования картографического метода в обучении географии и другим наукам, связанным с познанием географического прост­ранства, с закономерностями распространения явлений и процессов.

О месте картографии в системе географических наук дает пред­ставление рисунок 1.

Рис. 1. Место картографии в системе наук (по Н. К- Мукшпанову, 1985)

Господство геометрии — языка пространственных форм — сто­летия было безусловным в географии. Развитие идеи о социальном пространстве предполагает разработку другой системы для описа­ния пространственных соотношений и структур.

Способом описания, изображения, накопления информации яв­ляется самый географичный способ — картографический.

Карта «написана» образно-географическим языком, который не знает барьеров. Однако он имеет свои черты в разных странах, от­ражая их особенности и уровень развития в разные эпохи. Доста­точно вспомнить китайские карты на шелке, монастырские средне­вековые схемы мироздания, навигационные карты эпохи Великих географических открытий (портоланы), богатые историческими све­дениями русские «чертежи», современные атласы, электронные карты, различные геоинформационные системы, чтобы убедиться в том, что каждая эпоха оставляет памятники, в том числе и карты. В этом неоценимое значение картографии.

Карты используются в научных исследованиях, но умение рабо­тать с графически выраженной информацией необходимо не только специалистам, но и весьма широкому кругу лиц как в сфере управ­ления, бизнеса, предпринимательства, так и в случае обеспечения, например, личной экологической безопасности, любой потребности человека. Карта представляет собой источник информации для лю­дей разных профессий — учителей, экологов, экономистов, инжене­ров, агрономов, военачальников, управленцев, путешественников.

При этом центральное место занимает знание языка карты, вы­работанного человечеством в процессе развития культуры как раз для анализа пространственного распределения информации о при­родных и общественных процессах. Приобретение умений работать с географической информацией, совершать с ней мысленные дей­ствия, решать конкретные задачи, преобразовывать и составлять географическое описание поля своих возможных действий — обя­зательное качество образованного человека.

Разработка методов использования карт как средства научного исследования — главная задача современной картографии.

Отметим еще одну важную черту картографии, состоящую в развитии ее познавательных функций как средства исследования объективного мира и приобретения новых знаний.

Познавательное свойство карт объяснимо, если понимать их как графические модели, с помощью которых изучается реально су­ществующий мир.

В наше время значение картографии усиливается еще тем, что меняется информационная база управления социальным и экономи­ческим развитием общества на всех уровнях — от федерального до местного.

Пространственно распределенная географическая информация в виде тематических карт, электронных карт, различных геоинформа­ционных систем начинает и будет занимать ведущее место в инфор­мационном обеспечении управления развитием общества.

Картография тесно сотрудничает с математикой, вычислитель­ной техникой, автоматикой, с космической съемкой, науками о Земле и обществе, с философской теорией познания.

Особое значение имеют связи картографии с информатикой. Много усилий приложили картографы, особенно ученые Москов­ского государственного университета, чтобы исследовать отноше­ния между картографией и теорией передачи информации.

1.2. Представление о географическом пространстве и картография

Пространство — время, как известно, всеобщая форма бытия, форма существования материи. Пространственная протяженность присуща всем материальным объектам. Пространство обладает несколькими измерениями. Координаты объекта характеризуют его положение по отношению к соседним сосуществующим объ­ектам.

На картах можно отразить все многообразие природных и со­циальных явлений, имеющих пространственное распространение. В связи с этим необходимо рассмотреть понятие о географическом пространстве, которое опирается на представления геометрии, фи­зики, а также философии.

Изначально, практически, понятие пространства опирается на человеческий опыт. В наиболее элементарной форме это опыт зрения и осязания. Считалось, что география начинается с ощу­щения расстояния, со сравнения мест, разделенных этим рассто­янием. Простое описание места древние греки называли топогра­фией.

Сравнение двух местностей может быть произведено двумя пу­тями: в виде «образа» (так называемый художественно-страновед­ческий подход, который ближе к искусству, чем к науке) и в виде логической схемы, например карты.

Со страноведческим подходом мы встречаемся в произведениях Гомера, Страбона; пример логического подхода — карты Эратосфе-на, Птолемея.

Можно сказать, что человечеством пройден путь от первона­чального чувственного восприятия пространства до его точного изображения средствами картографии.

1.2.1. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ПРОСТРАНСТВА¹

Как известно, геометрию называют языком пространственных форм, и присутствие частички «ге» — свидетельство того, что в древности изучались формы и поверхности Земли.

¹ Этот раздел интересен для знакомства с ходом научной мысли в связи с формированием пространственных представлений. Подробнее см.: Харвей Д. Научное объяснение в географии.— М., 1974,

Представления о пространстве можно отобразить с помощью различных (но отвечающих своему назначению) формализованных систем геометрии.

Первая попытка Евклида подвести основу под эмпирические на­блюдения и частные теории, которые накопились в Древнем Вави­лоне, Египте, Греции, завершилась созданием модели аксиоматиче­ского подхода — геометрической системы, имеющей чрезвычайно широкое применение. «Начала», написанные Эвклидом около 300 г. до н. э., направляли и активизировали геометрическую мысль более 2000 лет.

Геометрия Евклида с достаточной точностью отражает свойства реального физического пространства. Однако в космических мас­штабах Евклидова геометрия может рассматриваться лишь как первое приближение к описанию реального устройства географиче­ского пространства. Евклидово трехмерное пространство представ­ляет приближенный абстрактный образ реального пространства.

Само понятие пространства в математике сложилось в резуль­тате постепенного, все более широкого обобщения и видоизмене­ния понятий геометрии, которые появлялись в связи с развитием математики, физики, механики.

В конце XV столетия большое значение стала занимать разра­ботка проективной геометрии, и лишь в конце XIX в. она стала по­ниматься как неэвклидова.

В период между появлением «Начал» и разработкой неевкли­довых геометрий успехом геометрии было изложение ее задач в ал­гебраическом виде. В Древнем Египте и Вавилоне, видимо, поль­зовались для решения пространственных задач системой координат, но только в XVII в. Декарт убедительно показал, что каждый гео­метрический результат может быть приведен к алгебраическому. (Так, любая точка плоскости может быть представлена двумя ко­ординатами, указывающими на расстояние от этой точки до двух осей.)

На концепции Декарта опираются и разработанные позднее аналитическая и дифференциальная геометрия.

В большей части геометрических систем исходная поверхность плоская, а изменяются соотношения между объектами, помещен­ными на этой поверхности. Отсюда открывается подход к построе­нию систем посредством геодезических линий. В системе Евклида прямая определяется как кратчайший путь между двумя точками. (Все подобные пути называются геодезическими линиями.) В нача­ле XIX в. математик К- Ф. Гаусс изучал свойства таких кратчайших путей на искривленных поверхностях (проекция Гаусса — Крюгера для топографических карт). Г. Ф. Риман обобщил идеи Гаусса о гео­дезических линиях и убедительно показал, что различные системы геометрии есть частные случаи того, что впоследствии было назва­но геометрией Римановых пространств. Особенность подхода Рима-на состоит в том, что нужный тип геометрии пространства обус­ловлен правилами, принятыми (или неявно используемыми) для проведения пространственных измерений. Теория, намеченная Ри-маном, оказалась столь общей, что может быть распространена бо­лее чем на три измерения. Исходя из нее, можно рассматривать и л-мерное пространство.

Русский математик Н. И. Лобачевский — основоположник не­эвклидовой геометрии — понимал пространство как протяжен­ность, присущую всем материальным объектам.

По Лобачевскому, прийти к понятию пространства можно, рас­сматривая мир как бесконечную последовательность граничащих друг с другом материальных тел и отвлекаясь от всех других их свойств. В этом случае свойства пространства — геометрические свойства материальных тел.

Далее с развитием науки было осознано, что вопрос о матема­тическом пространстве отличается от вопроса о физическом прост­ранстве. Геометрия Римана не имела очевидного приложения к фи­зике, однако А. Эйнштейн доказал, что структура Вселенной близка к Евклидовой.

Анализ различных систем геодезических линий, их связи с раз­личными системами координат и теми разнообразными формами поверхностей, к которым эти формы привязаны, представляет не­посредственный путь к созданию новых систем геометрии. В конце XIX в. Ф. Клейн избрал путь построения геометрической системы, исходя из топологических характеристик объектов. Его система по сути неметрическая, что само по себе знаменательно как указание на качественную природу многих математических представлений.

Топология опирается на некоторые существенные свойства. На­пример, существенное отличие сферы от плоскости состоит в том, что сфера замкнута и конечна, тогда как плоскость незамкнута и бесконечна. Отсюда представления о характере изображения сфе­ры на плоскости, т. е. традиционная методическая задача о карто­графических проекциях — изображение параллелей и меридианов на плоскости. Возможны различные пути ее решения. Птолемей и Меркатор искали конкретное решение, выводя его из геометрии. Современный взгляд на картографические проекции опирается на понятия проективной и аналитической геометрии.

Фундаментальным оказался вклад Гаусса. Он не стал просто ре­шать задачу об отображении сферы на плоскости, а рассмотрел бо­лее общий вопрос о таком отображении любой произвольной по­верхности на другую произвольную поверхность, при котором сохраняются отношения подобия. В развитие этих работ он создал дифференциальную геометрию, которая лежит в основе современ­ных работ по картографическим проекциям.

Географический аспект этого вопроса заключается в том, что историю географии частично можно рассматривать как историю развития пространственных представлений, поскольку методологически пространство является основным организующим понятием в географии. В эмпирических работах географы часто прибегают к формализованным пространственным языкам при рассмотрении конкретных географических задач.

В географии, картографии, как и во многих других науках, гос­подство геометрии Евклида было безусловным многие столетия; считалось, что этот язык единственно возможный для обсуждения пространственных проблем. Развитие новых идей и представлений о сложном социальном пространстве потребовало поиска другой системы для описания пространственных структур. Такие языки в ряде случаев нашлись, и возникла необходимость уметь перехо­дить от одного пространственного языка к другому. Поэтому об­суждение развития природы пространственных представлений не­обходимо прежде, чем изучение собственно графикации геопространства.

Простой пример применения формализованного языка в геогра­фии — применение системы координат. Так, пункты на поверхнос­ти Земли называют собственными именами, но можно заменить их названия соответствующими географическими координатами и ус­тановить общие соотношения между ними на этом пространствен­ном языке широт и долгот.

В общем виде положение объекта или явления в пространстве и во времени можно описать исходя из системы четырех координат (х, у, z, t).

Несомненно то, что понятие «геопространство» является мно­гозначным, и его можно рассматривать по-разному, многомерно.

Понятие о географическом пространстве, его структуре необхо­димо для понимания сущности картографического моделирования — адекватного и полного отображения явлений и объектов природно­го и социально-экономического характера графическими способами.

В пределах земной оболочки основная форма пространства — географическое пространство, геопространство (ГП).

Землеведческое представление о геопространстве разработано М. М. Ермолаевым в 60-х гг. Он выделил географическое прост­ранство, воздействующее на географическую оболочку извне и из­нутри. Пределом геопространства извне считалась граница геофи­зического поля Земли (до 60 тыс. км от земной поверхности). Внутри Земли геопространство простирается до основания земной коры (менее 100 км —до границы Мохоровичича¹).

Данное представление лишь интерпретирует общенаучное фи­лософское понятие пространства и времени, выполняя преимуще­ственно методологические функции применительно к специфике изучаемого географией материального мира, будь то географичес­кая оболочка, географическая среда, ландшафт, геосистема и т. п.

Для географа геопространство всегда есть среда, форма, нераз­рывно связанные с содержанием. Можно сказать, что географическое пространство в самом общем понимании — это форма существования материальных систем в пределах географической оболочки.

См.: Введение в физическую географию.— М., 1973..

Рис. 2. Схема географического прост­ранства как единства геосистем (по У. И. Мересте и С. Я- Ныммику)

Все, что имеется в мире, принадлежит к какой-либо гео­системе: формы рельефа — к геоморфологической, озера, мо­ря — к гидрологической, насе­ление — к демографической и т. д. Следовательно, геопрост­ранство — отношение между геосистемными компонентами в пределах конкретной террито­рии. Различие между террито­рией и геопространством в том, что территория, как таковая (поверхность Земли, точнее, су­ши является суммой отдельных территорий), служит общим фо­ном (ареной) расположения различных природных и общест­венных геосистем. Территории присуща площадь, конфигура­ция — место расположения.

Принято считать, что гео­пространство — это сложный, постоянно развивающийся при-родно-социальный комплекс, «взаимосвязь основных обще­ственных процессов и естест­венных обстоятельств, на кото­рых строится планетная цивилизация»¹. В географии широко используется идея множества пространств для описания самых раз­личных явлений — социальных, политических, природных.

Можно уточнить, что геопространство — это порядок взаимно­го размещения объективно существующих геосистем. Этот порядок может быть описан определенными параметрами, координатами, различными характеристиками. Приставка «re» уточняет принад­лежность систем к земному пространству, к географической обо­лочке, определяет возможность изобразить их в пределах какой-ли­бо 'территории (рис. 2).

Дата добавления: 2015-06-04