何保紅，梁麗婷，何明衛(wèi)，何 彥

(1.昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院，昆明650500；2.東南大學(xué)建筑學(xué)院，南京211189)

0 引 言

隨著城市的大規(guī)模擴(kuò)張，職住錯(cuò)位現(xiàn)象日益嚴(yán)重，居民日?；顒?dòng)空間被快速放大，機(jī)動(dòng)化出行需求迅猛增加，小汽車的高強(qiáng)度使用與“公交優(yōu)先”的發(fā)展理念背道而馳，城市交通結(jié)構(gòu)面臨崩陷的邊緣.與此同時(shí)，土地資源對(duì)城市發(fā)展模式的約束性逐漸突顯，既要滿足日益增長的機(jī)動(dòng)化需求，又要面臨城市存量空間的多元化整改和應(yīng)對(duì)當(dāng)前交通研究領(lǐng)域所面臨的嚴(yán)峻考驗(yàn)[1].因此，在城市存量更新中，研究者們?cè)噲D通過調(diào)整居民的時(shí)間分配來間接影響居民對(duì)城市空間利用的微觀個(gè)體時(shí)空行為已成為研究熱點(diǎn).活動(dòng)空間是指居民一段時(shí)間內(nèi)到達(dá)活動(dòng)地點(diǎn)在空間中的分布，反應(yīng)了居民對(duì)城市空間利用的時(shí)空特征和移動(dòng)能力，提供了解釋城市空間與居民行為之間關(guān)系的微觀視角.

上個(gè)世紀(jì)70年代，瑞典學(xué)者哈格斯特朗創(chuàng)新性地提出了關(guān)于時(shí)間、空間和人類活動(dòng)的時(shí)間地理學(xué)方法[2].該方法認(rèn)為可以透過出行決策過程中個(gè)體所占據(jù)的特定空間和時(shí)間點(diǎn)的自由度(即棱柱)來解釋出行軌跡(即路徑)，并進(jìn)一步認(rèn)為棱柱的容量可以用“空間中的區(qū)位”“面積上的拓展”“時(shí)間上的持續(xù)”這三個(gè)維度來描述.作為一種分析視角，時(shí)間地理學(xué)將出行行為放在“區(qū)位”“空間”“時(shí)間”的背景下統(tǒng)籌考察，這種三維立體觀的視角使得對(duì)出行決策過程的理解更加全息，從而能夠準(zhǔn)確地剖析出行行為對(duì)城市空間的敏感性.由于“路徑”概念完美地回避了“停留”“移動(dòng)”兩類活動(dòng)的割裂，時(shí)間地理學(xué)與之后的活動(dòng)分析法在概念框架上達(dá)成一致并能夠在交通領(lǐng)域迅速傳播[3-4].鑒于個(gè)體出行在空間上的整體性和連續(xù)性，有學(xué)者利用棱柱在二維平面空間上的投影來解釋出行行為，運(yùn)用個(gè)體在一定時(shí)空制約下能夠達(dá)到的最大空間范圍來描述個(gè)體的潛在活動(dòng)空間，重點(diǎn)討論可能的出行潛力，不太考慮實(shí)際出行能力[5].基于可達(dá)性研究發(fā)展，一些學(xué)者提出實(shí)際活動(dòng)空間概念和測(cè)度，用于描述個(gè)體空間與行為的相互作用關(guān)系[6]，以此來表明城市居民的空間選擇和移動(dòng)程度.

目前，對(duì)活動(dòng)空間的主流理解是：在功能上，普遍認(rèn)為活動(dòng)空間是描述個(gè)體對(duì)城市空間的利用情況，形態(tài)上是個(gè)體日?；顒?dòng)過程中所經(jīng)過的全部地點(diǎn)集合.在這種認(rèn)知的基礎(chǔ)上，大多數(shù)測(cè)度研究都是基于空間的方法，例如標(biāo)準(zhǔn)圓、置信橢圓、最小凸多邊形等[7]，如圖1所示.這些測(cè)度方法視每個(gè)活動(dòng)地點(diǎn)為均質(zhì)對(duì)象，都是想盡可能地用最小的面積測(cè)度出個(gè)體最多數(shù)量的活動(dòng)地點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注活動(dòng)地點(diǎn)的空間分布特征.

綜上所述，傳統(tǒng)研究方法盡管對(duì)于二維空間范圍描述精細(xì)，但對(duì)時(shí)間維度的考慮相對(duì)不足，進(jìn)而缺乏從時(shí)空角度來分析居民活動(dòng)空間.本文以時(shí)間地理學(xué)為理論基礎(chǔ)，從微觀個(gè)體活動(dòng)的時(shí)空方面入手，嘗試構(gòu)建新的活動(dòng)空間測(cè)度方法，以此透視城市空間與行為之間的相互作用關(guān)系，以期為減少小汽車使用和提高居民生活質(zhì)量提供理論參考.

圖1 日常活動(dòng)空間測(cè)度的幾何方法Fig.1 Geometric method of daily activity space measurement

1 研究理論和假設(shè)

時(shí)間地理學(xué)從微觀層面關(guān)注個(gè)體出行決策和選擇過程，由注重空間研究轉(zhuǎn)向時(shí)空維度延伸，把時(shí)空關(guān)系納入出行決策統(tǒng)籌分析.所以，時(shí)空路徑概念是指由路徑空間—時(shí)間束共同組成的動(dòng)態(tài)地圖，而非靜態(tài)的閉合鏈或幾何形態(tài)面積.此外，美國行為地理學(xué)者Golledgede 指出個(gè)體對(duì)環(huán)境的感知是活動(dòng)空間重要的決定因素[8]，因個(gè)體對(duì)時(shí)間的感知而形成的時(shí)間偏好會(huì)影響著不同類型活動(dòng)的時(shí)間分配權(quán)重，這意味著活動(dòng)地點(diǎn)的時(shí)間分配與活動(dòng)地點(diǎn)的空間位置選擇相關(guān)聯(lián)，同時(shí)，活動(dòng)空間中各地點(diǎn)的位置是有層次的，居住地作為主要錨點(diǎn)將位于整個(gè)活動(dòng)空間結(jié)構(gòu)的第一級(jí).

結(jié)合哈格斯特朗的時(shí)空制約觀和Golledgede的時(shí)間感知，可知活動(dòng)時(shí)間利用和地點(diǎn)分布存在相互作用.因此，可以認(rèn)為體現(xiàn)個(gè)體行為模式的活動(dòng)空間不僅由活動(dòng)位置要素決定，還應(yīng)與活動(dòng)時(shí)間要素共同決定.圖2顯示了兩個(gè)工作者的時(shí)空路徑和活動(dòng)空間模式，其中圖2(a)顯示了一名早出晚歸的全職工作者，圖2(b)顯示一名非全職工作者，其工作之余參與了早晚接送兒童、購物和休閑活動(dòng).從圖2中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)居民的居住地、工作地和學(xué)校的位置相同，即兩者在城市空間中虛線圍合的活動(dòng)空間形態(tài)具有相似性，但是兩者的工作方式和時(shí)間分配不同，導(dǎo)致兩者的出行決策行為不同，最終時(shí)空路徑和活動(dòng)模式呈現(xiàn)出顯著差異.

圖2 引入“時(shí)間”維度后基于相同空間尺度的不同活動(dòng)模式示意圖對(duì)比Fig.2 Comparison of different activity modes based on same spatial scale after introducing"time"dimension

2 基于時(shí)間地理學(xué)的活動(dòng)空間重心測(cè)度方法

2.1 時(shí)間地理學(xué)工具

時(shí)間地理學(xué)理論的時(shí)空路徑記錄了個(gè)體在時(shí)間和空間上的移動(dòng)，主要由活動(dòng)地點(diǎn)和路徑段落構(gòu)成，活動(dòng)地點(diǎn)是已知具體位置和時(shí)間屬性的點(diǎn)，路徑段落是點(diǎn)與點(diǎn)之間的連線.圖3(a)為時(shí)空路徑的示意圖，其中的垂直段落代表個(gè)體在該時(shí)段內(nèi)停留在特定地點(diǎn)，傾斜段落代表個(gè)體在該時(shí)段內(nèi)有位置上的移動(dòng)，如地理空間中A1表示活動(dòng)地點(diǎn)，t1為A1點(diǎn)活動(dòng)的開始時(shí)刻，t2是A1點(diǎn)活動(dòng)的結(jié)束時(shí)刻，t2到t3是出行時(shí)間，時(shí)空路徑詳盡地記錄了個(gè)體活動(dòng)的時(shí)空屬性.

2.2 活動(dòng)空間的元素表達(dá)

根據(jù)以上內(nèi)容闡釋，本文認(rèn)為活動(dòng)空間是個(gè)體對(duì)城市空間的時(shí)間占用，可以由特定時(shí)間內(nèi)個(gè)體活動(dòng)地點(diǎn)在空間中的分布來表達(dá).為了更清晰地表達(dá)個(gè)體活動(dòng)地點(diǎn)的時(shí)空屬性，本文基于時(shí)間地理學(xué)理論將家外活動(dòng)地點(diǎn)抽象為時(shí)空環(huán)境中帶時(shí)空屬性的地點(diǎn)，即將這些活動(dòng)地點(diǎn)用三維方式表示，構(gòu)成一系列帶時(shí)空屬性的坐標(biāo)點(diǎn)，每個(gè)活動(dòng)地點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的X、Y坐標(biāo)和活動(dòng)持續(xù)時(shí)間T，可以設(shè)置家為原點(diǎn)，則所有地點(diǎn)可以表示為如圖3(b)所示.

式中：X0表示居住地的X坐標(biāo)；Y0表示居住地的Y坐標(biāo)；Xi表示第i個(gè)活動(dòng)地點(diǎn)的X坐標(biāo)；Yi表示第i個(gè)活動(dòng)地點(diǎn)的Y坐標(biāo)；Ti表示活動(dòng)持續(xù)時(shí)間，該值等于i活動(dòng)時(shí)間終點(diǎn)與起點(diǎn)的差值.

2.3 活動(dòng)空間的時(shí)空重心測(cè)度方法

通過以上分析可知，個(gè)體活動(dòng)空間是由帶時(shí)空屬性的空間地點(diǎn)構(gòu)成.基于此，本文將借鑒一種同時(shí)考慮時(shí)間和空間屬性的重心法對(duì)活動(dòng)空間進(jìn)行測(cè)度.具體測(cè)度步驟如下.

①利用家外活動(dòng)位置坐標(biāo)與活動(dòng)持續(xù)時(shí)間計(jì)算重心.重心可以作為一個(gè)虛擬的參考坐標(biāo)，反映個(gè)體家外活動(dòng)地點(diǎn)的時(shí)空結(jié)構(gòu)和重要錨點(diǎn)，如重心可能接近某個(gè)活動(dòng)時(shí)間較長的地點(diǎn)，將該點(diǎn)認(rèn)為是空間中的重要錨點(diǎn)，如圖3(c)所示.

式中：Xc和Yc表示重心的坐標(biāo)；n為活動(dòng)位置的數(shù)量；Ti表示活動(dòng)持續(xù)時(shí)間，由于該時(shí)間的數(shù)值之間存在較大差異，本文將活動(dòng)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行取對(duì)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理.

②以家為主要錨點(diǎn)，利用家到重心的距離計(jì)算活動(dòng)空間的偏移度，表征個(gè)體整日活動(dòng)受到的時(shí)空制約度，用Dh表示.相較于傳統(tǒng)空間測(cè)度方法，考慮時(shí)間維度的偏移度，能夠同時(shí)反映活動(dòng)的時(shí)間和空間對(duì)個(gè)體活動(dòng)空間的影響.因此，偏移度不僅修正了基于空間的測(cè)度，而且把個(gè)體的行為模式表達(dá)得更加客觀和全面.

式(4)中，Dh的值越小，說明居住地到重心的距離越小，表明個(gè)體日?；顒?dòng)更集中在家附近，個(gè)體受到的時(shí)空約束越小.

③利用各活動(dòng)位置到重心的距離總和計(jì)算活動(dòng)空間的擴(kuò)展度，表征個(gè)體活動(dòng)地點(diǎn)空間分布的離散程度和移動(dòng)的自由度，用Dc表示.Dc的值越大，反映活動(dòng)地點(diǎn)空間分布越遠(yuǎn)離重心，說明個(gè)體的時(shí)間自由度越高，流動(dòng)性越強(qiáng).

圖3 基于時(shí)間地理學(xué)的時(shí)空重心測(cè)度模型Fig.3 Space-time gravity center measurement model based on time geography

3 實(shí)證分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于昆明市居民出行調(diào)查，調(diào)查時(shí)間為2016年11～12月.調(diào)查范圍覆蓋了昆明市十四大行政區(qū)，抽樣3.2萬戶家庭，約8萬人，抽樣率達(dá)2%.調(diào)查形式采用居民出行調(diào)查系統(tǒng)，調(diào)查員通過平板電腦內(nèi)置調(diào)查程序及電子地圖進(jìn)行信息采集，家庭地址和出行OD 地址是在電子地圖上定位后轉(zhuǎn)換為XY坐標(biāo)保存，其他出行特征在對(duì)應(yīng)調(diào)查界面進(jìn)行填寫和選擇.調(diào)查內(nèi)容主要包括個(gè)人信息和出行日志.出行日志包括出發(fā)時(shí)間、出發(fā)地點(diǎn)、到達(dá)時(shí)間、到達(dá)地點(diǎn)、出行目的和出行交通方式等.依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模紤]到如果家外活動(dòng)地點(diǎn)僅有一個(gè)，擴(kuò)展度的計(jì)算結(jié)果為0，不能體現(xiàn)新方法的性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)，因此本文重點(diǎn)選取了活動(dòng)地點(diǎn)相對(duì)較多的工作者作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并且要求樣本的家外活動(dòng)為兩個(gè)及其以上，最終選取了643個(gè)樣本.

3.2 時(shí)空重心法與空間中心法的對(duì)比分析

為了更清楚地理解所提出的測(cè)度方法，以及剖析時(shí)空法對(duì)空間方法的修正作用，本文以傳統(tǒng)空間中心法為參照，與時(shí)空方法進(jìn)行對(duì)比分析.中心法與重心法最大的區(qū)別是，中心方法視每個(gè)活動(dòng)地點(diǎn)為均值節(jié)點(diǎn)，計(jì)算過程不考慮活動(dòng)持續(xù)時(shí)間[9].為區(qū)分兩種方法的活動(dòng)空間特征，定義時(shí)空偏移度和時(shí)空擴(kuò)展度為重心方法的測(cè)度指標(biāo)，空間偏移度和空間擴(kuò)展度為中心方法的測(cè)度指標(biāo).

本文首先選取兩個(gè)樣本進(jìn)行比較，如圖4所示.圖4(a)樣本1的時(shí)空偏移度大于空間偏移度，圖4(b)樣本2的時(shí)空偏移度小于空間偏移度，可見，由于考慮了個(gè)體活動(dòng)時(shí)間，時(shí)空偏移度趨向于個(gè)體活動(dòng)時(shí)間最大的工作地，一定程度上說明，時(shí)空偏移度反映了工作活動(dòng)的時(shí)空制約.同時(shí)，工作地的空間分布和時(shí)間利用是影響其他非工作活動(dòng)展開的重要因素，所以，時(shí)空擴(kuò)展度能夠反映個(gè)體時(shí)空制約下的空間選擇多樣性和移動(dòng)能力.

圖4 兩個(gè)樣本的重心方法和中心方法對(duì)比示意圖Fig.4 Comparison of center of gravity and center methods of two samples

其次，本文通過計(jì)算643個(gè)樣本的兩種方法指標(biāo)，選取30個(gè)樣本的偏移度進(jìn)行折線圖繪制，如圖5所示.從圖中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)出一定的差異，如樣本7、12和17的時(shí)空偏移度大于空間偏移度，而樣本2和25 卻相反.考慮到樣本17是這些樣本中差異最大的個(gè)體，其次為了詳細(xì)說明圖4(a)所展示的情況，本文結(jié)合樣本17的行為指標(biāo)進(jìn)行闡述.個(gè)體17的通勤距離7.4 km，工作時(shí)長為2.8 h，有兩個(gè)分別距離家4.6 km和15.2 km，活動(dòng)時(shí)間為2.7 h和4.4 h的非通勤活動(dòng)，納入時(shí)間要素的重心相對(duì)于未納入時(shí)間的中心偏離更遠(yuǎn)，導(dǎo)致時(shí)空偏移度大于空間偏移度.由此推測(cè)，考慮了時(shí)間維度的測(cè)度方法能夠修正空間要素對(duì)活動(dòng)空間的單一約束性，而且也能夠更綜合反應(yīng)個(gè)體受到的時(shí)空制約.同時(shí)，從這些樣本中發(fā)現(xiàn)，個(gè)體11和16的兩種方法偏移度差異較小.針對(duì)偏移度最小的樣本11，結(jié)合其行為特征來看，個(gè)體11的通勤距離為2.1 km，工作時(shí)長為7.6 h，有兩個(gè)距離家3 km以內(nèi)的非通勤活動(dòng)，表現(xiàn)出活動(dòng)地點(diǎn)高度集中在家周圍，顯示為緊湊的聚集模式.

圖5 兩種測(cè)度方法的偏移度對(duì)比Fig.5 Comparison of offset degree of two measurement methods

3.3 活動(dòng)空間與通勤距離的關(guān)系

為進(jìn)一步分析時(shí)空重心方法對(duì)空間方法的修正程度，以及更準(zhǔn)確地體現(xiàn)居民行為特征，本文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[9]，認(rèn)為通勤距離對(duì)活動(dòng)空間的形成有重要影響，因此將所選樣本的兩種方法指標(biāo)與通勤距離指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行討論.表1給出了不同通勤距離群體兩種方法測(cè)度指標(biāo)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差.從總體上看，城市居民活動(dòng)空間的偏移度和擴(kuò)展度隨著通勤距離的增大而增大，說明通勤距離對(duì)活動(dòng)空間的形成有顯著影響.同時(shí)，各群體時(shí)空偏移度的標(biāo)準(zhǔn)差小于空間偏移度，表明時(shí)空測(cè)度方法波動(dòng)較小，穩(wěn)定性更好.從偏移度上看，當(dāng)出行距離大于4 km以上，時(shí)空偏移度對(duì)空間測(cè)度的修正程度約為5%～15%.一定程度上表明，個(gè)體活動(dòng)和出行受到較大空間約束時(shí)，時(shí)間要素對(duì)活動(dòng)空間的影響程度變得較為敏感.

表1 不同通勤距離群體兩種測(cè)度方法的活動(dòng)空間特征Table1 Activity space characteristics of two measurement methods under different commuting distances

4 結(jié) 論

本文在時(shí)間地理學(xué)的時(shí)空觀基礎(chǔ)上，構(gòu)建了活動(dòng)空間的時(shí)空重心測(cè)度模型，并提出“偏移度”“擴(kuò)展度”兩個(gè)概念，分別量化居民受到的時(shí)空制約和移動(dòng)自由度，最后運(yùn)用居民調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證.結(jié)果表明：當(dāng)居民活動(dòng)地點(diǎn)距離家較遠(yuǎn)時(shí)，納入時(shí)間維度的活動(dòng)空間測(cè)度可以顯著地修正基于傳統(tǒng)的空間測(cè)度.生活在傳統(tǒng)單位大院或工作地在家附近的居民，時(shí)間要素對(duì)居民的活動(dòng)空間塑造作用不敏感；而隨著城市空間逐步擴(kuò)大，居住外遷現(xiàn)象增多，居民的職住分離程度加劇，時(shí)間要素對(duì)活動(dòng)空間的影響程度變得較為敏感.時(shí)間要素的時(shí)空重心測(cè)度方法，可以提高刻畫居民行為特征的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，為深入理解居民出行決策和行為模式提供了更為細(xì)致的理論思考.

本文的重心測(cè)度方法可以在以下方面作進(jìn)一步研究：①本方法可以應(yīng)用于不同社會(huì)群體的活動(dòng)空間測(cè)度，如老年人和非工作者；②可以拓展研究不同活動(dòng)空間模式群體的出行決策機(jī)制，針對(duì)不同的研究結(jié)果提出相應(yīng)規(guī)劃和政策措施.