Characteristic Scales, Scaling, and Geospatial Analysis

RÉSUMÉ:

Les phénomènes géographiques s’inscrivent dans deux catégories : les phénomènes dépendants d’échelle et les phénomènes invariants d’échelle. Les premiers ont des échelles caractéristiques, ce qui n’est pas le cas des seconds. Les méthodes quantitatives et mathématiques classiques ne peuvent être appliquées efficacement aux phénomènes géographiques dépendants d’échelle. L’auteur compare les systèmes géographiques dépendants d’échelle et invariants d’échelle au moyen de simples modèles mathématiques applicables à la géographie. Les perspectives sont essentiellement les suivantes. Premièrement, les phénomènes dépendants d’échelle peuvent être étudiés au moyen de méthodes mathématiques traditionnelles, alors que l’analyse des phénomènes invariants d’échelle devrait reposer sur une théorie fondée sur la mise en échelle comme celle de la géométrie fractale. Deuxièmement, les phénomènes dépendants d’échelle relèvent du géoespace basé sur la distance, tandis que les phénomènes invariants d’échelle relèvent du géoespace basé sur la dimension. Troisièmement, quatre méthodes permettant de distinguer les phénomènes invariants d’échelle des phénomènes dépendants d’échelle sont présentées : transformation d’échelle, distribution de probabilités, fonctions d’autocorrélation et d’autocorrélation partielle, et indice ht (head/tail — tête/queue). En pratique, un système géographique complexe comporte des aspects dépendants d’échelle et des aspects invariants d’échelle. Il convient d’adapter les méthodologies aux différents types de systèmes géographiques ou aux différents aspects d’un même système géographique.

Geographical phenomena fall into two categories: scaleful phenomena and scale-free phenomena. The former have characteristic scales, and the latter have no characteristic scale. Conventional quantitative and mathematical methods can only be applied effectively to scaleful geographical phenomena. In this article, a comparison between scaleful and scale-free geographical systems is drawn by means of simple geographical mathematical models. The main viewpoints are as below. First, scaleful phenomena can be researched by conventional mathematical methods, while scale-free phenomena should be studied using a theory based on scaling such as fractal geometry. Second, the scaleful phenomena belong to distance-based geo-space, while the scale-free phenomena belong to dimension-based geo-space. Third, four approaches to distinguish scale-free phenomena from scaleful phenomena are presented: scaling transform, probability distribution, autocorrelation and partial autocorrelation functions, and ht-index. In practice, a complex geographical system usually possesses scaleful aspects and scale-free aspects. Different methodologies must be adopted for different types of geographic systems or different aspects of the same geographic system.