畢 旭，劉鵬程，張 毅，羅慧芳

（1.華中師范大學 城市與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079）

現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)是動態(tài)的，不僅與空間有關(guān)，而且會隨著時間的變化而變化。近來一些重要事務(wù)的處理，如緊急事件管理、交通堵塞管理、傳染疾病病源擴散及追蹤研究等，都需要詳細的人的實時空間分布數(shù)據(jù)[1]。在緊急事件管理等領(lǐng)域要求GIS能提供完善的時序分析功能，高效地回答與時間相關(guān)的各類問題。所以，必須在靜態(tài)GIS中增加對時間信息的管理和處理功能，這種能在時間與空間2個方面全面處理的地理信息系統(tǒng)叫時態(tài)GIS，即T-GIS(temporal GIS)[2]。T-GIS的應(yīng)用，有效地解決了時間、空間和屬性3個要素之間的相互關(guān)系，有利于揭示地理要素的狀態(tài)和變化過程[3]。許多國外學者對有關(guān)基于活動的出行要求時空數(shù)據(jù)模型進行了探討[4-6]。但這些模型表述復雜，應(yīng)用有一定的難度。本文分析了學生時空活動的動態(tài)表現(xiàn)，以學生人數(shù)時空分布動態(tài)查詢?yōu)槟康?，提出了一個面向?qū)W生停留以及移動行為的時空數(shù)據(jù)模型，并將該模型實現(xiàn)于ArcGIS平臺上，實現(xiàn)基于人、時間、位置的查詢功能。該模型設(shè)計簡潔，操作和編程實現(xiàn)方便，可通過GIS三維可視化技術(shù)對學生時空行為數(shù)據(jù)進行直觀表達和分析，為大學生時空活動變化規(guī)律研究提供了極大的方便。

1 學生時空動態(tài)表現(xiàn)

為了合理有效地組織出行時序模式數(shù)據(jù)，設(shè)計出行日志調(diào)查問卷，首先需對學生的時空動態(tài)表現(xiàn)進行分析。假設(shè)某個學生在1 d的活動形式和時間安排如表1所示，這些活動進度可在一個二維坐標系中描述，橫軸表示時間，縱軸表示行為活動的空間位置(見圖1)。

表1 被調(diào)查者的活動和出行時序模式表

圖1 學生日常出行模式示意圖

圖1 可清晰地顯示被調(diào)查者在1 d中7:00～23:00所處的位置，水平線表示該學生在某個時間段停留在某個駐所[7]，斜線表示在各駐所之間行進。該進度表可以描述一個學生1d內(nèi)活動的時空關(guān)系，但難以直觀分析多個人的活動時空特征。本研究使用T-GIS的基本理念有效地解決了上述問題。

2 大學生活動時空數(shù)據(jù)庫的建立

2.1 數(shù)據(jù)獲取

1）構(gòu)建校園矢量地圖。利用華師校園平面圖作為底圖進行矢量化構(gòu)建校園矢量地圖，包括宿舍、食堂、廣場、科學會堂等51個面狀要素以及校內(nèi)主要道路，并賦予這些要素對應(yīng)的屬性信息和空間信息。

2）學生出行日志調(diào)查。本文采用出行日志問卷調(diào)查方式對學生每天活動的時序性進行調(diào)查。數(shù)據(jù)源于2011年6～9月華中師范大學19個學院的700名在校本科生，有效樣本為671人，其中女生348人，男生323人，男女比例為1∶1.08。調(diào)查內(nèi)容包括學生的性別、年齡、專業(yè)年級、宿舍號等個人信息，以及學生的活動時間、活動地點、活動類型（學習、鍛煉、娛樂、其他）等活動模式?？紤]到大學生的作息安排一般以周為周期，因此以1個周期（星期日到星期六）為一個完整的單元來設(shè)計問卷[8]，對學生進行為期3 d的活動日志調(diào)查[9]，通過Microsoft Access數(shù)據(jù)庫對調(diào)查數(shù)據(jù)進行整理和匯總。

2.2 開發(fā)時空分布工具

借助ArcGIS 軟件，使用C#語言基于ArcEngine平臺進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了在任意時間斷面獲取各個校園建筑物學生人數(shù)信息的功能，拖動滑動條可以達到動態(tài)呈現(xiàn)的效果。時空分布工具條如圖2所示。

圖2 查詢學生時間分布工具條

除此之外，某個學生在一個駐所與另一個駐所間行進的具體位置，可通過程序進行內(nèi)插得到。假設(shè)從7號樓步行到8號樓所需時間為10 min，某個學生在14:30～16:20時段停留在7號樓，16:30～18:00時段停留在8號樓，假設(shè)學生是勻速行進的，通過程序可查找從7號樓到達8號樓的路徑，那么在16:20～16:30這段時間中間點在行進道路中所處的具體位置可通過程序內(nèi)插實現(xiàn)（如圖3所示）。

圖3 程序內(nèi)插產(chǎn)生行進中的位置

3 大學生活動規(guī)律研究

采用時空分布工具獲取各典型時刻校園各個建筑物人數(shù)分布圖，將每個建筑物包含的人數(shù)信息實現(xiàn)三維立體表達，即起伏度越大的地方表示該地點學生聚集的人數(shù)越多，以此來反映學生的聚集狀況，分析大學生活動的時空特征。

3.1 典型時刻大學生活動時空特征

選取了周一（見圖4）以及周六（見圖5）的6個典型時間斷面，這6個時段基本可反映學生平時和周末的活動情況。

圖5 周六典型時間斷面被調(diào)查學生空間分布立體圖

觀察周一學生活動情況，可知在7:00～8:00和18:00～19:30時段分別有68.4%和66.9%的學生聚集在食堂，早餐時段最高峰位于東一食堂，而晚餐時段最高峰位于桂香園食堂，因此應(yīng)分別在這2個時段增加這2個食堂的設(shè)施利用率以及飯菜供應(yīng)的數(shù)量；在其余時間段，大部分學生都聚集在教學樓，且最高峰位于8號樓，因此，8號樓作為華師的主要教學樓，各方面設(shè)施都應(yīng)加強。觀察周六學生活動情況，在7:00～8:00和19:30～22:00時段聚集人數(shù)最多的是宿舍，分別有45.3%和64.5%的學生在宿舍；而在其余時段，最高峰處都位于校外。但對比圖4 c與圖5 c可發(fā)現(xiàn)，在14:30～16:30時段，西區(qū)籃球場有一定的起伏度，分別有5.7%和12.7%的學生聚集在此，說明無論是平時還是周末，學生通常會選擇此時段進行體育活動。

3.2 不同性別學生周末活動特征差異

選取了周六女生和男生活動的4個典型時間斷面（見圖6、圖7），研究周末不同性別學生活動的差異。

圖7 周六典型時間斷面被調(diào)查的女生和男生空間分布立體圖

周末男生和女生的活動差異明顯。在周末，女生在教學樓上自習或校外進行輔修、家教、回家、游玩等活動的比例比較高，而男生處于宿舍的比例比較高；在14:30～16:30時段，有不少男生聚集在西區(qū)籃球場，而女生進行體育活動的比例卻很低。

4 結(jié) 語

本研究將T-GIS和時間地理學基本理論相結(jié)合，將華中師范大學學生作為研究實例，具有一定的參考意義。

1）在方法上，力圖進一步發(fā)展T-GIS，探討基于活動的T-GIS研究方法，且本研究開發(fā)的時空分布工具條不僅可應(yīng)用于學生數(shù)據(jù)，稍加修改還可應(yīng)用到其他與GIS和時態(tài)相關(guān)的更多領(lǐng)域，為與GIS和時態(tài)相關(guān)的更多領(lǐng)域提供借鑒。

2）在實踐上，利用時空分布工具，根據(jù)學生平時與周末的活動群聚性和差異性規(guī)律，幫助校園管理人員預(yù)測教室、圖書館、體育場等場地及設(shè)施的使用情況，為合理利用資源和調(diào)配管理人員以及對相應(yīng)場館、場地、道路等的建設(shè)規(guī)劃提供幫助；也可利用時空分布工具進行一些統(tǒng)計和預(yù)測，便于疏散人群避免上下課高峰時段人群擁堵；提供了男女生周末活動的差異性，可更加深入地了解不同性別學生的活動心理并設(shè)計相應(yīng)的課外活動。

由于難以開展全校大樣本量的調(diào)查，分析結(jié)果可能存在一定的誤差。在足夠樣本量和樣本分布在空間上相對均衡的前提下，本研究對歸納大學生活動的群聚性和差異性以及不同性別學生活動的差異性具有更重要的意義。

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