基于gps數(shù)據(jù)的中國(guó)居民時(shí)空間行為時(shí)空差異研究

基于gps數(shù)據(jù)的中國(guó)居民時(shí)空間行為時(shí)空差異研究

1居民時(shí)空行為特性的研究隨著人文地理學(xué)對(duì)人類和社會(huì)關(guān)系的研究越來(lái)越受到重視，時(shí)間空間行為已成為城市空間結(jié)構(gòu)解釋的重要方面。改革開放以來(lái),中國(guó)經(jīng)歷了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與城市空間的深刻變革,居民的時(shí)空間行為模式也處在不斷轉(zhuǎn)變中。20世紀(jì)90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者就通勤、購(gòu)物、休閑等內(nèi)容對(duì)居民日常行為的時(shí)空規(guī)律及其決策機(jī)制進(jìn)行了研究,然而這些研究多關(guān)注居民一日內(nèi)時(shí)空行為規(guī)律或工作日與休息日之間的差異,而對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間尺度的居民時(shí)空行為特征及決策則鮮有涉足,這主要是受到數(shù)據(jù)獲取難易程度和學(xué)者研究意識(shí)的限制。在傳統(tǒng)的時(shí)空間行為研究中,大多采用活動(dòng)日志或出行日志問(wèn)卷調(diào)查獲取數(shù)據(jù),按照調(diào)查媒介可分為留置式、面對(duì)面式和電話式三種方式。但是,無(wú)論何種方式,獲取長(zhǎng)期時(shí)空行為數(shù)據(jù)的成本都較高,樣本選擇、調(diào)查跟蹤、問(wèn)卷回收乃至整個(gè)調(diào)查過(guò)程實(shí)施的難度也就更大。另一方面,從學(xué)者的研究意識(shí)看,人們往往認(rèn)為居民的時(shí)空行為在工作日與周末間存在明顯差異,工作日與休息日各一天的日志調(diào)查基本能夠反應(yīng)居民日常行為的時(shí)空規(guī)律與決策,而較少關(guān)注周一至周五、周六與周日之間的差異。因此,國(guó)內(nèi)地理學(xué)界對(duì)于居民日常時(shí)空間行為的跟蹤時(shí)間超過(guò)兩天的問(wèn)卷調(diào)查寥寥無(wú)幾,而超過(guò)兩天的活動(dòng)日志調(diào)查則處于空白。國(guó)際上對(duì)于居民時(shí)空行為數(shù)據(jù)獲取的跟蹤時(shí)間尺度一直存在諸多爭(zhēng)論。地理學(xué)與交通領(lǐng)域的時(shí)空行為理論與實(shí)證研究存在一個(gè)普遍假設(shè),即居民的日常行為模式主要是常規(guī)的、慣常的,其活動(dòng)與出行在短期內(nèi)非常穩(wěn)定,并且具有高度的重復(fù)性。盡管這個(gè)假設(shè)曾經(jīng)得到過(guò)實(shí)證研究的證實(shí),并且也有學(xué)者認(rèn)為,過(guò)于混雜的時(shí)空行為規(guī)律難以應(yīng)用于相關(guān)政策制定。但是,隨著長(zhǎng)期活動(dòng)移動(dòng)日志調(diào)查在越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)的實(shí)現(xiàn),學(xué)者們開始關(guān)注居民的日間行為差異,該假設(shè)也受到了越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。1984年,荷蘭分別于3月和9月對(duì)20個(gè)自治區(qū)的1700多戶家庭進(jìn)行了2次為期1周的出行日志調(diào)查,形成了面板數(shù)據(jù);1999-2000年,德國(guó)對(duì)300個(gè)居民進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6周的活動(dòng)與出行日志調(diào)查;2000年,美國(guó)對(duì)加州爾灣市的72個(gè)居民進(jìn)行了一周活動(dòng)行程安排與執(zhí)行調(diào)查;2002年,加拿大分別對(duì)魁北克和多倫多市的250個(gè)和271個(gè)家庭進(jìn)行了一周的活動(dòng)安排與執(zhí)行調(diào)查?；谶@些中長(zhǎng)期時(shí)空行為數(shù)據(jù),通過(guò)實(shí)證研究,證明了居民的時(shí)空間行為在不同日、不同周、不同季節(jié)之間存在差異,并且將這種差異的理解應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通規(guī)劃與相關(guān)政策制定之中。Hanson等將居民的行為變化分為系統(tǒng)的、可預(yù)測(cè)的變化,暫時(shí)性的、非重復(fù)發(fā)生的變化和長(zhǎng)期的、結(jié)構(gòu)性的變化;Kitamura應(yīng)用Hagerstrand的時(shí)間地理學(xué)以及Chapin的活動(dòng)分析法理論,從時(shí)空棱柱頂點(diǎn)的變化探討居民出行行為的變化。這些研究對(duì)于我國(guó)時(shí)空間行為研究具有啟發(fā)性。1978年改革開放以來(lái),中國(guó)城市范圍與人口規(guī)模不斷擴(kuò)大,城市的空間結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜,交通系統(tǒng)也越來(lái)越完善,居民的需求及其時(shí)空間行為也呈現(xiàn)出多樣化與個(gè)性化等特點(diǎn)。就北京市而言,城市交通系統(tǒng)與服務(wù)設(shè)施的完善、居民收入水平的增加使居民能夠選擇多樣化的活動(dòng)與出行方式;而交通擁堵、超長(zhǎng)通勤等城市問(wèn)題又促使居民通過(guò)各種途徑提高出行效率,規(guī)避不必要的時(shí)間與金錢損失;彈性通勤、機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行等政策也對(duì)居民行為造成了深刻影響。這些因素都使得居民的時(shí)空間行為變得更加復(fù)雜、更加彈性、更加多變。國(guó)內(nèi)學(xué)者若想更加全面、更加完整地了解居民的時(shí)空行為規(guī)律及其決策機(jī)理,日間差異就成為一個(gè)重要的研究視角。但是,對(duì)于長(zhǎng)期時(shí)空行為數(shù)據(jù)的獲取,數(shù)據(jù)采集方法的創(chuàng)新降低了調(diào)查實(shí)施的難度。隨著定位技術(shù)、信息與通信技術(shù)(ICT)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用,基于GPS、GSM等定位技術(shù)的居民長(zhǎng)期時(shí)空行為數(shù)據(jù)已被應(yīng)用于時(shí)空行為研究中。國(guó)外已有不少基于GPS或手機(jī)通話數(shù)據(jù)對(duì)居民的長(zhǎng)期活動(dòng)、出行、通勤、旅游等行為以及日間差異的研究。國(guó)內(nèi)方面,康朝貴等通過(guò)對(duì)具有時(shí)空信息的海量手機(jī)通話數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,總結(jié)了城市中居民移動(dòng)的一般性模式,但未關(guān)注居民時(shí)空行為的日間差異。本研究基于北京市GPS調(diào)查獲取的100個(gè)郊區(qū)居民的一周時(shí)空行為數(shù)據(jù),采用三維可視化、描述性統(tǒng)計(jì)與方差分析的方法,研究居民一周之內(nèi)時(shí)空行為的日間差異。這一方面彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在一周時(shí)空行為規(guī)律研究中的空白,另一方面也為基于中長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的日常時(shí)空行為研究提供了中國(guó)案例,并能夠折射出中國(guó)城市居民行為的復(fù)雜性,為中國(guó)城市模式的構(gòu)建提供科學(xué)依據(jù)。2研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源2.1調(diào)查和研究方法以北京為案例城市,于2010年7月對(duì)天通苑和亦莊兩個(gè)社區(qū)進(jìn)行抽樣,采用位置感知設(shè)備、互動(dòng)式調(diào)查網(wǎng)站、面對(duì)面及電話訪談相結(jié)合的方法,通過(guò)居委會(huì)及亦莊內(nèi)的企業(yè)對(duì)兩個(gè)社區(qū)各選取50個(gè)樣本。每個(gè)樣本需每天佩戴調(diào)查組發(fā)放的位置感知設(shè)備,并登陸調(diào)查網(wǎng)站,系統(tǒng)會(huì)對(duì)被調(diào)查者的活動(dòng)與出行進(jìn)行識(shí)別,被調(diào)查者登陸后可結(jié)合自己的軌跡填寫活動(dòng)與出行信息。樣本的調(diào)查時(shí)間為一周,調(diào)查內(nèi)容包括居民的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性、居民一周的活動(dòng)日志及GPS軌跡。調(diào)查選取了北京市郊區(qū)的兩個(gè)典型巨型社區(qū),即天通苑與亦莊(圖1)。天通苑調(diào)查區(qū)位于北五環(huán)與六環(huán)之間,以居住職能為主,附近有5號(hào)線和13號(hào)線兩條軌道交通;亦莊調(diào)查區(qū)位于東南五環(huán)與六環(huán)之間,屬于工業(yè)、商業(yè)、居住職能混合的新城,調(diào)查期間尚無(wú)軌道交通,公交站點(diǎn)相對(duì)稀疏。2.2調(diào)查問(wèn)卷的基本特征將活動(dòng)日志數(shù)據(jù)與GPS軌跡在ArcGIS中進(jìn)行關(guān)聯(lián),首先選擇較為完整、與軌跡能夠準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的活動(dòng)日志,再剔除有效日志數(shù)較少的樣本,最終選擇97個(gè)樣本共計(jì)572人天的活動(dòng)日志作為本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)(表1、表2)。調(diào)查樣本中男性略多于女性,平均年齡為36.66歲,83.5%的居民有北京戶口,80%以上的居民擁有大?；蛞陨蠈W(xué)歷,平均家庭小汽車數(shù)量為0.78輛,81.4%的居民擁有駕照,居民的平均住房面積是116.05m2,平均職住距離是14.86km。與天通苑調(diào)查區(qū)的樣本居民相比,亦莊調(diào)查區(qū)的居民月收入及教育程度更高,平均家庭擁有小汽車數(shù)量更多,擁有駕照居民的比例也更高,平均住房面積更大,平均職住直線距離更長(zhǎng),居民間差異更大。在活動(dòng)日志的有效性方面,周一至周四的有效日志相對(duì)較多,周五至周日的有效日志相對(duì)較少。3時(shí)空路徑:家庭整體行為驅(qū)動(dòng),實(shí)時(shí)活動(dòng)引導(dǎo)時(shí)間地理學(xué)提供了在時(shí)空間整合的系統(tǒng)中進(jìn)行居民活動(dòng)模式分析的有效框架,該框架在后續(xù)研究中被不斷完善,并在三維GIS環(huán)境中得以實(shí)現(xiàn)。本文采用時(shí)間地理學(xué)的研究框架,基于GIS二次開發(fā),以時(shí)間軸作為縱軸,對(duì)活動(dòng)日志與GPS軌跡相關(guān)聯(lián)的居民從周一至周日的行為時(shí)空數(shù)據(jù)在ArcScene中分別進(jìn)行三維可視化,并利用不同顏色表示不同的活動(dòng)類型(圖2)。相比于傳統(tǒng)基于活動(dòng)日志的時(shí)空路徑,基于GPS數(shù)據(jù)的時(shí)空路徑在表達(dá)居民日常活動(dòng)移動(dòng)時(shí)空特征的同時(shí),還能夠以較高的時(shí)空精度詳細(xì)地刻畫居民移動(dòng)的實(shí)際軌跡。本文中的時(shí)空路徑刻畫的是居民一周的日路徑,縱軸時(shí)間的范圍是0:00-24:00。以周一的居民時(shí)空路徑為例,早上0:00-5:00大部分居民均進(jìn)行在家活動(dòng),從5:00起有少量居民開始出行,6:00-8:00為早通勤的高峰期,大多數(shù)居民在這段時(shí)期內(nèi)有出行。8:00左右,居民們紛紛到達(dá)各自的就業(yè)地開始進(jìn)行工作活動(dòng),中午12:00左右有少量居民有出行以及其他非工作活動(dòng),大多數(shù)居民工作至17:00,之后開始從工作地返回居住地。晚通勤持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),并且有部分居民在外進(jìn)行了購(gòu)物、休閑等活動(dòng)后回到家中,21:00后大多數(shù)居民都回到了家中,直至24:00。從一周的時(shí)空路徑中可以看出,居民的時(shí)空路徑在工作日與休息日是兩種完全不同的模式。周一至周五的時(shí)空路徑,清晰的體現(xiàn)出“在家—通勤—工作—通勤—在家”的整個(gè)過(guò)程,整日活動(dòng)主要圍繞“工作”活動(dòng)展開,具有早上6:00-8:00、下午17:00-21:00的早晚兩個(gè)通勤高峰,中間夾雜著中午午休時(shí)間或晚上下班后的少量購(gòu)物、娛樂等活動(dòng)。從周末的時(shí)空路徑看,相當(dāng)數(shù)量居民的周末活動(dòng)圍繞“在家”進(jìn)行展開,居民們并沒有形成統(tǒng)一的時(shí)間節(jié)奏,工作、購(gòu)物、休閑、個(gè)人事務(wù)等活動(dòng)分布在一天內(nèi)的各個(gè)時(shí)段,居民的出行相對(duì)分散,出行距離差異較大,不少居民在家附近進(jìn)行各類非工作活動(dòng),也有少量居民進(jìn)行了較遠(yuǎn)距離的出行,以進(jìn)行購(gòu)物、休閑活動(dòng)。除了工作日與休息日居民時(shí)空行為模式的顯著差異外,工作日的五天之間,休息日的兩天之間居民活動(dòng)的時(shí)空特征也存在一定差異,如周一的通勤開始較早,周五的通勤結(jié)束得較晚。4各類活動(dòng)發(fā)生率的統(tǒng)計(jì)分析根據(jù)居民一周的活動(dòng)日志,對(duì)于居民活動(dòng)的時(shí)間分配進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?？紤]到每天在家、出行、工作、購(gòu)物等各類活動(dòng)的發(fā)生率不同,為了增加活動(dòng)時(shí)間平均值之間的可比性,本文在統(tǒng)計(jì)每天發(fā)生各類活動(dòng)樣本數(shù)的基礎(chǔ)上,計(jì)算活動(dòng)發(fā)生居民的活動(dòng)平均時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)差,并對(duì)各類活動(dòng)進(jìn)行一周7天之間、工作日之間以及休息日之間的方差分析(表3、表4)。4.1不同重新犯罪與睡眠時(shí)間的差異對(duì)居民各類活動(dòng)時(shí)間分配方差分析的結(jié)果表明,一周7天中,居民在家、出行、工作、購(gòu)物、休閑娛樂、社交訪問(wèn)活動(dòng)的時(shí)間存在顯著差異,F統(tǒng)計(jì)量均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。這些差異主要體現(xiàn)為工作日與休息日之間的差異,可見,傳統(tǒng)的活動(dòng)日志調(diào)查選擇工作日與休息日各一天作為代表日的做法是基本合理的。在家活動(dòng)方面,7天的在家活動(dòng)發(fā)生率幾乎均為100%(其中一個(gè)學(xué)生樣本由于住校有一天整日不在家,其余樣本盡管存在晚上在外居住或從家外出發(fā)進(jìn)行通勤或其它活動(dòng)的情況,但每天都有一定的時(shí)間在家),休息日在家活動(dòng)時(shí)間的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差顯著高于工作日,周末的平均在家時(shí)間約為17.6h,工作日的平均在家時(shí)間約為12.7h;出行方面,工作日居民的出行發(fā)生率均在0.9以上,而休息日的出行發(fā)生率約在0.7;工作時(shí)間方面,工作日的工作活動(dòng)發(fā)生率顯著高于休息日,平均工作時(shí)間較長(zhǎng),標(biāo)準(zhǔn)差也較大;購(gòu)物、休閑娛樂、社交訪問(wèn)方面,休息日這幾類活動(dòng)的發(fā)生率較高,平均時(shí)間也較長(zhǎng)。即工作日具有較長(zhǎng)的工作時(shí)間、較高的出行發(fā)生率;而休息日則在家時(shí)間較長(zhǎng),在家與工作時(shí)間的居民間差異較大,購(gòu)物、休閑娛樂、社交訪問(wèn)活動(dòng)的發(fā)生率較高、平均時(shí)間也較長(zhǎng)。工作日中,居民的各類活動(dòng)受到工作活動(dòng)的制約,需要進(jìn)行必要的通勤,其他活動(dòng)的發(fā)生率也相對(duì)較小;休息日中,盡管也有一定比例的居民仍然需要工作和通勤,但其對(duì)其他活動(dòng)的制約顯著降低,居民可以選擇不出行而整日在家,也可以選擇進(jìn)行購(gòu)物、休閑娛樂、社交訪問(wèn)等活動(dòng),因此不同居民之間各類活動(dòng)的時(shí)間差異較大。此外,一周七天中外出就餐和個(gè)人事務(wù)時(shí)間的差異不顯著,反映了這兩類活動(dòng)受到工作活動(dòng)的制約較小,居民可以在工作日的午休時(shí)間或下班后外出就餐,而某些個(gè)人事務(wù)則由于受到服務(wù)提供部門的限制需要在工作日完成。4.2居民出行時(shí)間的時(shí)間分配除了工作日與休息日之間的差異外,工作日五天之間的時(shí)間分配也存在一定的差異。在家時(shí)間方面,居民一周平均在家時(shí)間的差異在統(tǒng)計(jì)上不顯著,但周五不同居民間在家時(shí)間的差異較大;出行方面,方差分析的結(jié)果表明居民出行時(shí)間的工作日之間的存在一定差異,其中周五的出行發(fā)生率相對(duì)較小,平均出行時(shí)間也較短,周三和周四的平均出行時(shí)間較長(zhǎng);工作時(shí)間方面,周一的工作時(shí)間最長(zhǎng);家外非工作活動(dòng)方面,周一購(gòu)物、休閑、社交訪問(wèn)等活動(dòng)的發(fā)生率較低。可見,在周一至周五,居民的時(shí)間分配存在差異,盡管這些差異在統(tǒng)計(jì)上沒有工作日與休息日之間的差異顯著,但它們也能在一定程度上說(shuō)明居民時(shí)空行為的日間差異。其中,周一的時(shí)間分配受到工作的限制最大,表現(xiàn)在工作時(shí)間最長(zhǎng),購(gòu)物休閑活動(dòng)發(fā)生率最低,反映了居民周一的工作壓力較大;而周五居民在家時(shí)間的差異較大,反映了居民在下班后的選擇相對(duì)多樣,可以回家或在外進(jìn)行其他非工作活動(dòng)。4.3居民日常工作時(shí)間長(zhǎng),缺乏工作活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)周六與周日的時(shí)間分配在統(tǒng)計(jì)上存在一定差異,具體表現(xiàn)為周六的在家時(shí)間較長(zhǎng),出行次數(shù)較少,有工作活動(dòng)發(fā)生的居民數(shù)量略多且平均工作時(shí)間較長(zhǎng),購(gòu)物與休閑娛樂活動(dòng)的發(fā)生率高于周日;而周日社交訪問(wèn)與個(gè)人事務(wù)的發(fā)生率高于周六,各類活動(dòng)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差基本都在一周中最大。然而,這種差異在方差分析中并不顯著,基本上可以認(rèn)為周末的兩天對(duì)于居民而言差異不大。4.4居民使用時(shí)間居民的一周時(shí)間分配具有一定規(guī)律和節(jié)奏。從一周活動(dòng)發(fā)生率的變化趨勢(shì)(圖3)可以看出,在家的發(fā)生率一周基本穩(wěn)定,出行發(fā)生率自周五開始呈下降趨勢(shì),工作的發(fā)生率在休息日顯著下降,家外非工作活動(dòng)的發(fā)生率在工作日波動(dòng)上升,而在休息日顯著上升。從一周活動(dòng)時(shí)間分配的趨勢(shì)(圖4)可以看出,在家的時(shí)間在休息日顯著增加,周日比起周六有小幅度回落;工作時(shí)間周一最多,周二至周四相對(duì)平穩(wěn),周五至周末顯著減少,家外非工作活動(dòng)時(shí)間周末顯著增加;出行時(shí)間在周三和周六的峰值間進(jìn)行波動(dòng)。即居民一周活動(dòng)時(shí)間分配的趨勢(shì)為:周一以工作為主,周二至周四工作時(shí)間維持在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi),家外非工作類活動(dòng)發(fā)生率波動(dòng)上升,從周五到周六、周日工作活動(dòng)與出行的發(fā)生率顯著下降,而非工作類活動(dòng)的發(fā)生率顯著上升。反映了居民一周的活動(dòng)由緊至松的過(guò)程。周一是一周中較為緊張、工作壓力最大的一天,周二至周四各活動(dòng)的時(shí)間分配相對(duì)穩(wěn)定,而周五是工作日向休息日的過(guò)度,工作、在家以及家外非工作時(shí)間等指標(biāo)開始向休息日靠攏,休息日中居民的時(shí)間分配相對(duì)輕松自由,尤其是周日。5居民使用日際學(xué)研究發(fā)現(xiàn):①居民時(shí)空間行為在工作日與休息日之間的差異較為顯著,尤其是表現(xiàn)在時(shí)間分配與出行發(fā)生率方面;工作日的活動(dòng)與出行圍繞工作活動(dòng)展開,但休息日也有一定比例的工作活動(dòng)與出行發(fā)生。②一周之內(nèi)工作日之間的時(shí)空間行為也存在著一定的差異。在所有的工作日中,周一的工作時(shí)間最長(zhǎng),購(gòu)物、休閑等家外非工作活動(dòng)的發(fā)生率及發(fā)生時(shí)間均較低,平均出行次數(shù)也最少,反應(yīng)出周一的工作壓力最大;周五是工作日向休息日的過(guò)度時(shí)期,居民具有較高的時(shí)間分配自由度;周二至周四居民行為的差異性相對(duì)較小,代表了居民在一般工作日的行為特征。③休息日之間居民的時(shí)空間