基于信息地理学的ETC移动空间时空变化特征——以中国台湾为例.pdf

第 卷 第 期 年 月出版亚热带资源与环境学报 林泽婧 沙晋明.基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例.亚热带资源与环境学报 ():.:.():.:/.基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例收稿日期:基金项目:闽台项目示范建设()作者简介:林泽婧()女 福建龙岩人 硕士研究生 研究方向为信息地理学 通信作者:沙晋明()男 广东梅州人 博士 教授 研究方向为遥感与地理信息系统 林泽婧 沙晋明(福建师范大学 地理科学学院、碳中和未来技术学院 福州)摘要:随着信息地理学原理的发展和高速公路电子自动收费系统的广泛使用 运用信息地理学分析高速公路数据成为研究移动空间和信息地理学的重要方向 基于 年中国台湾岛高速公路数据采用时间分异特征、空间自相关分析等信息转换方法解释其在人文世界中的时空特征 结果显示:)时间上“双流”移动空间具有普遍规律并能在特殊性情况下进行自我修复时间尺度越小 出行规律越明显 各时间尺度下所形成规律受人文和自然世界不同要素影响)空间上“双流”移动空间构成稳定的多核心三梯度圈层结构 具有正相关特征 形成内部联系紧密、外部联系相对稀疏的关联结构)形成以新北市、台北市、桃园市、台中市、高雄市为网络核心 台南市、彰化县为次核心 多个县市之间联络线为联系骨架的网络关系)根据“双流”移动空间的空间特征可凝练出串联、发散和核心边缘演化结构关键词:信息地理学 中国台湾 移动空间 时空变化中图分类号:文献标志码:文章编号:():():.).).)第 期林泽婧等:基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例 .).:引言随着地理学信息革命的推进和计算机技术的迅猛发展 以信息地理景观为核心 双空间观念、时空观念、网络关系为三大原则的信息地理学的研究内容和方法不断得到扩展和完善 信息地理学从三元世界视角出发 承接现实世界中转换而来的自然和人文信息 通过遥感、大数据、地理信息系统、模拟模型等技术方法基于人类主观能动认知进行要素聚合重构并且反作用于物理世界 信息地理学中的时空观念是在信息社会中的时空压缩视角下从时间和空间角度探究研究对象变化模式的一种观念 在信息社会中 地理信息的获取、传播速度逐渐加快 传统空间和城镇行政区界限的概念不断被打破 时空距离被压缩 在此基础之上提出了“流空间”“移动空间”“电子社区”等新型空间概念 移动空间是建立在时间地理学、行为地理学与交通地理学的基础知识之上 定义为通过移动即交通行为将居民活动行为进行动态联系 表达多维属性信息的相应范围空间 其能够揭示居民移动行为与地理空间之间的关系 基于大规模群体轨迹数据的涌现 从精细的时空视角分析居民移动数据的行为规律和城市空间发展模式 同时 对移动空间时空变化特征的考察能够为不同人群所需求的城市发展水平、交通需求预测、区域活力评价等研究提供基础“移动空间”的理论带来了探索群体出行规律和城市空间发展的研究热潮 众多学者基于公路物流、行为轨迹、铁路流、手机信令等多类数据源 根据不同的研究对象从街道、省域、城市群、国家等多个空间尺度采用机器学习、社会网络分析、地理探测器等方法进行关于空间发展结构、距离衰减模式、关联网络特征等多方面的研究 近年来 高速公路全自动电子收费系统凭借其便捷性和环保性在全球范围内得到推广 同时大量交通数据得到记载 ()移动数据是针对电子收费系统记录的车辆速度、数量、起始点、经过时间、类型等多维属性信息进行收集 柯文前等采用江苏省高速公路数据借助社区发现模型对城市网络进行划分归纳出涵盖城市化多时期的三阶段的城市网络演化模型 黄震方等采用江苏省高速公路联网数据通过构建 流网络和县域联系网络运用组团结构模型、度加权分布与位序规模法揭示了客流空间格局和网络组团结构特征 等人基于江苏省收费站 流向对数据通过改良 短时交通流预测模型以提高预测结果的准确性 等人基于交通可持续发展理念以内蒙古自治区客运交通数据为样本 运用复杂网络分析方法 对交通流网络结构进行分析 细化空间发展模式 金彪等人在“流空间”的理论基础上分析台湾岛人口流和物流时空差异特征和县市之间的关联网络 并研究了 种不同情形下交通量预测模型选择 当前针对高速公路交通数据的研究多基于单空间尺度和单时间尺度进行空间结构、城市网络分析 所划分出研究时间单位较为单一 对居民出行规律原因较少做出自然或人文角度的解释 亟待研究县域及至更小空间尺度的交通与区域发展互动关系鉴于上述背景 采用中国台湾岛高速公路数据统计处目前已向公众公开的 年 交通数据 基于信息地理学中的时空观念 对不同车辆类型运用时间分异法、空间自相关分析等方法对移动空间时空特征进行分析 考察居民出行轨迹规律 研究区概况与研究方法 研究区域台湾岛()位于中国东南沿海 由 省 直辖市 县 市组成 总面积约 万 自 年起台湾岛陆续增开电子收费系统辅助人工收费系统 台湾岛 收费站的架设在中 亚热带资源与环境学报第 卷山高速公路、福尔摩沙高速公路、台北联络线、北宜高速公路 条交流道前后的主线车道 自 年开始全面取消人工收费系统 年存在车流通行记录 条 物流通行记录 条 研究数据以 年台湾省高速公路统计局所记录的 数据中各类车种旅次数量类型文件为核心实验数据 该类型数据每 分钟记录一次 每条记录均包含报表产生时间、上游侦测站编号、下游侦测站编号、车辆类型(小客车 小货车 大客车 大货车 联结车)、交通量(上下游侦测站在当前时间区间内各车种的车流量)等 个字段 每张报告为 格式为保证数据质量和详细程度 将 数据根据车辆类型进行划分 其中、车种为物流、车种为车流 然后以年为单位根据上下游侦测站点编号进行统计清理 同时为每一条记录增加小时、星期、上下游起始点、所属县市等字段 研究方法 时间分异法时间分异法属于基于计算机语言得以完成的统计学方法 表现出信息科学特征和地理学中重要的时间要素 将车辆类型、的交通量分别视为小众人口流和大众人口流 将车辆类型 交通量视为小型物流 类型 和 总流通量视为大型物流 对同一时段的数据进行分类汇总 分别以小时、日、月、年为时间单位通过加和和归一化计算对“双流”交通量进行统计 以分析 数据所反映的居民出行规律并说明原因 全局空间自相关分析信息地理学在方法论上已具备空间分析领域孕育出有鲜明地理学特色的数学概念和方法的特征 地理信息科学对空间分析的深度是信息地理学方法论的直接源泉 整理台湾省 年各年 交通量数据将其分为物流和车流 类 通过全局莫兰指数对台湾省移动空间的空间相关性进行分析 局部空间自相关分析全局空间自相关反映整个空间内的集聚情况 但无法确定特征的局部集聚情况 局部空间自相关分析可以弥补这一缺陷 采用 指数把握各个站点交通量之间的空间联系 插值法克里金插值法作为一种统计学和空间局部的插值方法 原理是对未知样点基于空间自相关模型通过半变异函数和协方差模型度量的支持平滑性的线性无偏、最优化估计 移动空间时间的分布特征“双流”移动空间“年度”时间分布特征将车流与物流移动空间以年为统计单位对 年 数据进行统计 从图 结果可发现 每年车流交通量都远超于物流 小众车流数量高于大众车流数量 小型物流交通量远高于大型物流交通量 物流移动空间数据曲线呈现 年上升而后在 年下降的趋势 总交通量在 年达到 辆最高值 在 年出现 辆最低值 物流移动数据时间曲线变化说明台湾地区物流运输随着科技和技术发展 物流需求量和可承载量逐渐增强 在 年由于受到疫情影响出现下滑 年最高下降幅度达到 且随着疫情和重大灾害的反复而不断下滑 其中大型物流交通包括的大货车和联结车在 年出现涨幅的原因在于 年 月物流运输业在各方面有利因素推升下迎来营收 尤其国际海运受惠于全球运价高涨 欧美城市逐步解封、客户库存回补急单 业务量复生推动“双流”空间中一致点在于 年受疫情影响和大陆政策影响大量人口出行、旅游车流和货物出仓受到限制带来车流和物流量的减少“月份”时间分布特征为了更合理地展示每个月流量的差异 计算各月份内的总流量 由图 可见台湾岛车流最活跃时期在每年的 月、月和 月 其原因主要在于有暑假、春节、众多节庆日和庆祝活动的发生带来的中长距离车流移动量大 车流低潮时期分布在每年的 月、月、月 这是由于 月虽处于春节假期但大多民众已在 月份返乡进行短距离活动 台湾岛每年雨季和台风季集中在 月、月 出行量由此 第 期林泽婧等:基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例减少 台湾岛车流移动空间在 年受疫情影响车辆流通量出现下滑趋势 特别是 年 月出现大幅度持续性车流交通量缩减 其原因主要在于疫情大规模爆发 台湾岛开始实行三级警戒 并在 月才降至二级警戒 但在 年 月之后疫情稳定后逐渐回升图 年车流交通量的年变化趋势 图 年“双流”交通量的月份变化趋势 对物流移动空间数据按月份进行汇总后可发现物流交通量最活跃时期出现在每年的 月、月和 月 低潮期则出现在 月、月和 月 这主要是由于台湾岛在 月到次年 月各大百货公司会有周年庆或是折扣季 对各类商品进行优惠 在此期间小型物流量大 而 月、月、月都处于台湾雨季各县市平均有 天的阴雨天 甚至多日出现大雨和暴雨 恶劣的天气影响了高速公路的通行质量进而使得物流流量大幅降低 与车流移动空间不同的是物流移动空间交通量在 年疫情反复期间来出现明显减少 这是由于“宅经济”和居民需求的增加使得台湾四大传统物流和自建物流车队的配送量不断增加“日”时间分布特征如图 和图 所示 以一周内的每日为时间单位进行车流量统计可发现 在非周末期间 车流的日变化趋势整体呈上升趋势 在对“双流”移动空间数据进行以日为时间单位的结果中 在非周末期间车流的日变化趋势整体呈上升趋势 高峰值出现在周五 车流量总体处于低值阶段并在周一或周二达到最低值 但在周五有了显著提升 在周末时间里的车流量要显著高于非周末时间 最高值出现在周六 亚热带资源与环境学报第 卷图 年车流交通量的日变化趋势 图 年物流交通量的日变化趋势 这主要是由于台湾岛道路等交通设施及相应的服务完善使得民众喜欢在周末出游 但在 年间由于疫情使周五的车流量达到最高 物流移动空间交通量则相反在周末时间里出现显著下滑 并在周日达到最低谷 其原因主要是不少物流公司为节约运输成本 有选择地避开民众出行的高峰期“小时”时间分布特征对小时字段进行统计归一化后(图)可发现随着时间单位越详细 年的移动空间曲线更具有普适性规律 一天中车流移动空间和物流移动空间内交通流量皆呈现“双峰”结构 时次日 时车流随着时间递减 交通量密集活跃时间段为 时 其中存在 时和 时两个最高峰时间段 这与民众的生活习惯和上下班时间相符合 物流交通量最活跃时间段出现在 时以及 时两个时间段内 峰值点处于 时与 时 可发现高速公路在每日 时次日 时处于压力最少的时段 是车流与物流的低谷期 移动空间的空间分异特征“双流”移动空间的空间自相关关系 车流移动空间的空间自相关关系如图 所示 台湾地区车流移动量的分布呈现圈层模式、多中心特征分布 插值所得圈层中心易发生 类型点中的高高和低高集聚 空间正相关关系呈现减弱趋势 总体结构从集聚向离散变化在县市级空间上 高高集聚和高插值结果区域主要分布在台北市、新北市、台中市和高雄市 这些区域为车流移动空间的核心 具备一定的辐射带动作用 低高集聚点分布在桃园市、台北市、新北市和 第 期林泽婧等:基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例图 年“双流”交通量的小时变化趋势 高雄市表明这些县市内存在车流量低的站点但其周围站点交通量高的区域 低低聚类和低插值结果即站点内车流量少且周围车流量低的地区分布在苗栗县、南投县、嘉义县、云林县、台南市和屏东县高低类型点即高交通量流动的站点周围存在低交通量站点分布的地区集中在台南市、宜兰县、基隆市、新竹县、嘉义县和云林县 彰化县和新竹市内部则全属于非典型类型点 总体上看 高交通量集中在台北市、新北市、台中市和高雄市等地区 而低车流量集中在连接北中南部的中段地区 高集聚点和高插值结果分布的地区存在低高集聚点是由于高高集聚点所属县市内的部分地区处于工业产业园区 或是周围有其他交通设施分布 对高速公路需求量小 故该区域站点的车流流通量少 低低聚类和低插值结果分布的地区存在高低类型点(如台南市、云林县和嘉义县)在于低插值结果所属县市内的部分地区处于居民活动中心 人口流动需求大 周围除高速公路外其他满足远程或近程距离移动的交通设施分布少 故该地区的站点车流量高图 年车流交通量 集聚点和 插值 亚热带资源与环境学报第 卷 物流移动空间的空间自相关关系从物流移动空间的 指数和插值结果图(图)中可发现 流移动空间的正相关关系同样随着时间增长而逐渐减弱 从空间集聚分布向着随机化分布发展“双流”移动空间的空间集聚关系皆在减弱 这说明台湾岛交通基础设施和车辆流通服务愈发完善 使得时空之间的距离被压缩 区域之间的随机流通性越来越高 各个地域之间交通发展机会越来越均衡 物流移动空间与车流移动空间同样呈现出多中心、圈层式分布 高插值结果与高高类型点所在区域一致集中在台湾岛西部走廊地区 低插值结果分布在中部山区与东部地区 大部分侦测站点属于非显著类型点、高高类型点与低低类型点 其中高高交通量集聚点分布在台北市、新北市、台中市和高雄市 且以这 个县市和核心向外辐射带动周围区域交通量的增长 低低交通量集聚点集中在连接南中北部的中段地区 典型区域为新竹县、嘉义县和台南县 低高类型点分布在高高集聚点周围 高低类型点主要分布在低低集聚点周围这表明台湾岛移动空间的交通量流通情况复杂 存在小区域范围内的空间异质性图 年物流交通量 集聚点和 插值 结论高速公路自动收费系统蕴含丰富的交通、地理信息 对其时空动态演化的特征信息进行深入挖掘对于揭示群体出行轨迹规律、探讨交通特征具有深刻的指导意义 以高速公路电子收费系统发展完善的中国台湾岛高速公路移动空间为典型案例区 基于海量移动空间数据 利用信息地理学方法和原理 从多时空视角的移动空间时空特征进行剖析 结果阐述如下)总体时间特征上“双流”时间分异特征明显 表现为不同月份、不同日、不同时段的“双流”流量差异较大 疫情、降水、政策等自然和人文因素影响民众出行方式的选择 对“双流”的流通强度产生显著影响 随着时间单位越详细 台湾岛“双流”移动空间的出行规律越显著 在以“小时”为时间单位的交通流量呈现出“双峰”结构 由于居民出行的随机性和不可控性 物流交通量在时间 第 期林泽婧等:基于信息地理学的 移动空间时空变化特征 以中国台湾为例上表现出更强的稳定性)“双流”移动空间的空间呈现多中心、圈层结构分布 具有典型时空结构模式 存在空间正相关关系 位于台湾岛重要西部走廊的新北市、高雄市、台中市、台北市作为网络核心 桃园市、台南市、彰化县作为次核心形成移动空间框架“双流”移动空间的空间集聚点相似度达到 及以上 呈现出多核心空间组织模式 并对周围区域具有辐射效应 形成开放流动、功能互补的区域发展模式)“双流”移动空间包含核心边缘结构、发散结构、串联结构 类空间结构:核心边缘结构指存在高核心区和边缘区域 两者之间可通过多种方法明显分辨 在“双流”空间中表现为形成的 大核心与边缘县市 发散结构是由中心向外呈现发散性的模式 体现在重要节点向外发散影响其他区域的交通流量 串联结构指多个事件前后联系密切 结构复杂度低 且切断多个事件只需针对其中一环 交通通道由各个地区组成 北部中部南部交通的连接环节缺一不可 台湾岛 移动空间结构已形成由多个内部联系紧密、外部联系相对稀疏的分布结构 并随着年份增加向外串联的空间演化结构 讨论信息地理学把信息的空间和距离作为研究对象 具有回归地理学本质 把信息作为研究对象和方法论 概括信息革命影响地理学范式转换的统一特性 并通过各类信息转换方法映射人文和自然世界移动空间、流空间等新型概念的出现对传统地理学产生颠覆性影响 这些新型空间对地理学研究的意义超过了传统的基于活动内容的场所空间以台湾岛高速公路数据为实证对区域交通流动特征和时空关系探讨有一定意义 但以下问题仍需进一步讨论:)对于信息地理学研究方法、研究原理的系统论述)本研究对于 数据的空间研究集中在市级行政区和县级行政区 该数据的流动路径分析需要进一步阐述)虽然就物流和车流数据进行了浅要的对比分析和关系说明 但两者之间的差异的内在原因有待进一步深入探讨参考文献():闾国年 袁林旺 俞肇元.信息地理学:地理三元世界的新支点.中国科学:地球科学 ():.:.():.沙晋明 史源英 李小梅.信息地理学刍议.中国信息导报 ():.():.巴凯斯 路紫.从地理空间到地理网络空间的变化趋势 兼论西方学者关于电信对地区影响的研究.地理学报 ():.:.():.:.柴彦威 沈洁.基于居民移动活动行为的城市空间研究.人文地理 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